Question

本章提供一个表和索引所使用的页面格式的概述。[1] 序列和 TOAST 的格式与普通表一样。

在下面解释中，假定一个字节包含 8 bit；项指的是存储在一个页面里的独立数据值。在一个表里，一个项是一个行；在一个索引里，一个项是一条索引记录。

每个表和索引都以固定尺寸(通常是 8K ，但也可以在编译时选择其它尺寸)的页面数组存储。在表里，所有页面逻辑上都相同，所以一个特定的项(行)可以存储在任何页面里。在索引里，第一个页面通常保留为元页面，保存着控制信息，并且依索引访问方法的不同，在索引里可能有不同类型的页面。

表52-2显示一个页面的总体布局。每个页面有五个部分。

表52-2. 总体页面布局

项	描述
PageHeaderData	页头数据。20 字节长。包含关于页面的一般信息，包括自由空间指针。
ItemPointerData	项指针数据。(offset,length)对的数组，指向实际项。每个项 4 字节。
Free space	未分配的空间。新项指针从这个区域的开头开始分配，新项从结尾开始分配。
Items	实际的项自身。
Special space	特殊空间。索引访问模式特定的数据。不同的索引方法存放不同的数据。在普通表中为空。

每个页面的头 20 个字节组成页头(PageHeaderData)。它的格式在表52-3里详细介绍。头两个字节跟踪与此页面相关的最近的 WAL 项。然后跟着三个 2 字节的整数字段(pd_lower, pd_upper, pd_special)。这些字段分别包含页面开始位置与未分配空间开头的字节偏移，与未分配空间结尾的字节偏移，以及与特殊空间开头的字节偏移。页面头的最后 2 字节(pd_pagesize_version)存储页面尺寸和版本指示器。PostgreSQL 8.1/8.2 版本号是 3 ；PostgreSQL 8.0 为 2 ；PostgreSQL 7.3/7.4 为 1 ；之前的为 0 。基本页面布局和头格式在这些版本里都没有改变，但是堆的行头部布局有所变化。页面大小主要用于交叉检查；目前在一次安装里，还没有支持多于一种页面大小的东西。

表52-3. PageHeaderData 布局

字段	类型	长度	描述
pd_lsn	XLogRecPtr	8 字节	LSN: 最后修改这个页面的 xlog 记录最后一个字节后面第一个字节
pd_tli	TimeLineID	4 字节	最后修改的 TLI
pd_lower	LocationIndex	2 字节	到自由空间开头的偏移量
pd_upper	LocationIndex	2 字节	到自由空间结尾的偏移量
pd_special	LocationIndex	2 字节	到特殊空间开头的偏移量
pd_pagesize_version	uint16	2 字节	页面大小和布局版本号信息

所有细节都可以在 src/include/storage/bufpage.h 里找到。

在页头后面是项标识符(ItemIdData)，每个需要四个字节。一个项标识符包含一个到项开头的字节偏移量，它自己以字节计的长度，以及一套属性位，这些属性位影响它的解释。新的项标识符根据需要从未分配空间的开头分配。项标识符的数目可以通过查看 pd_lower 来判断，在分配新标识符的时候会递增。因为一个项标识符在其释放前绝对不会移动，所以它的索引可以用于长时间地引用一个项，即使该项本身因为压缩自由空间在页面内部进行了移动也如此。实际上，PostgreSQL 创建的每个指向项的指针(ItemPointer ，也叫做 CTID)都由一个页号和一个项标识符的索引组成。

项本身存储在从未分配空间末尾开始从后向前分配的空间里。它们的实际结构因表包含的内容不同而不同。表和序列都使用一种叫做 HeapTupleHeaderData 的结构，在下面描述。

最后一段是"特殊段"，它可以包含任何访问方法想存放的东西。比如，b-tree 索引存储指向页面的左右同宗的链接，以及其它一些和索引结构相关的数据。普通表并不使用这个段(通过设置 pd_special 等于页面大小来表示)。

所有表行都用同样方法构造。它们有一个定长的头(在大多数机器上占据 27 个字节)，后面跟着一个可选的 null 位图，一个可选的对象 ID 字段，以及用户数据。头在表52-4里详细描述。实际用户数据(行的字段)从 t_hoff 标识的偏移量开始，它必须是该平台的 MAXALIGN 距离的倍数。null 位图只有在 t_infomask 里面的 HEAP_HASNULL 位设置了的时候才出现。如果它出现了，那么它紧跟在定长头后面，占据足够容纳每个数据字段对应一个位的字节数(也就是说，总共 t_natts 位)。在这个位列里面，为 1 的位表示非空，而为 0 的位表示空。如果没有出现这个位图，那么所有数据字段都假设为非空的。对象 ID 只有在设置了 t_infomask 里面的 HEAP_HASOID 位的时候才出现。如果出现，它正好出现在 t_hoff 范围之前。如果需要补齐 t_hoff ，使之成为 MAXALIGN 的倍数，那么这些填充将出现在 null 位图和对象 ID 之间。这样也保证了对象 ID 得到恰当的对齐。

表52-4. HeapTupleHeaderData 布局

字段	类型	长度	描述
t_xmin	TransactionId	4 字节	插入 XID 戳记
t_cmin	CommandId	4 字节	插入 CID 戳记
t_xmax	TransactionId	4 字节	删除 XID 戳记
t_cmax	CommandId	4 字节	删除 CID 戳记(与 t_xvac 重叠)
t_xvac	TransactionId	4 字节	用于移动行版本操作的 VACUUM 的 XID
t_ctid	ItemPointerData	6 字节	这个或者新行的当前 TID
t_natts	int16	2 字节	字段数目
t_infomask	uint16	2 字节	各种标志位
t_hoff	uint8	1 字节	到用户数据的偏移量

所有细节都可以在 src/include/access/htup.h 中找到。

对具体数据的解释只能在从其它表中获取信息的情况下进行，这些信息大多数在 pg_attribute 里。标识字段位置的关键数值是 attlen 和 attalign 。没有办法直接获取某个字段，除非它们是定宽并且没有 NULL 的。所有这些复杂的操作都封装在函数 heap_getattr, fastgetattr, heap_getsysattr 里。

要读取数据的话，你需要轮流检查每个字段。首先根据 null 位图检查该字段是否为 NULL 。如果是，那么跳到下一个字段。然后保证你的对齐是正确的。如果字段是一个定宽字段，那么所有字节都简单地放在那里。如果它是一个变长字段(attlen = -1)，那么它就会更加复杂一些。所有变长数据类型都使用一个通用的头结构 varattrib ，它包含所存储的数据的全长以及一些标志位。根据标志的不同，数据可能是内联的或者是在其它表中(TOAST)，还可能是压缩的(参阅节52.2)。

注意

[1]	实际上，索引访问模式并不需要使用这些页面格式。目前，所有索引方法的确都使用这个基本格式，但保留在索引元数据页里的数据通常并不准确地遵循项布局规则。