PostgreSQL Architecture

사내 스터디에서 PostgreSQL9.6 성능이야기 책을 참고하여 학습 후 정리한 글입니다.

01. 아키텍처 개요

postgreSQL 의 물리적 구조는 다음과 같다.

참고 : https://severalnines.com/blog/understanding-postgresql-architecture/

Shared Memory

Shared Memory란 Data Block 및 트랜잭션 로그와 같은 정보를 캐싱하는 공간으로 PostgreSQL Server의 모든 프로세스들에 의해 공유되는 영역이기도 하다.

Shared Memory의 구성 요소 중 대표적인 4가지 영역에 대해 간단히 알아보자.

1. Shared Buffer

Data와 Data의 변경 사항을 Block 단위로 캐싱하여 I/O를 빠르게 처리하기 위한 영역이다.

2. WAL Buffer (Write Ahead Log Buffer)

Session들이 수행하는 트랜잭션에 대한 변경 로그를 캐싱하는 공간으로 WAL 버퍼 내에 저장된 내용은 정해진 시점에 WAL 파일로 기록된다. 복구 작업 시 Data를 재구송할 수 있도록 하는 영역이다.

3. Clog Buffer (Commit Log Buffer)

각 트랜잭션의 상태(in_progress, committed, aborted) 정보를 캐싱하는 공간으로 모든 트랜잭션의 상태가 있다.

4. Lock Space

Lock과 관련된 내용을 보관하는 영역으로 Lock 정보는 모든 백그라운드 프로세스 및 사용자 프로세스에 의해 공유된다.

Local Memory (Process Memory)

개별 Backend 프로세스가 할당 받아 사용하는 공간이다. 로컬 메모리와 관련된 주요 파라미터는 다음과 같다.

1. work memory

정렬 작업 (order by, distinct, merge join …), bitmap 작업, 해시 조인과 merge 조인 작업 시 사용되는 공간이다.

2. maintenance work memory

vaccum 작업, 인덱스 생성, 테이블 변경, foreign key 추가 등의 작업에 사용되는 공간이다.

3. temp buffer

temporary 테이블을 저장하기 위한 공간이다. session 단위로 할당되는 비 공유 메모리 영역이다.

PostgreSQL 프로세스 유형

PostgreSQL에는 네 가지 프로세스 유형 (PostMaster, Background, Backend, Client) 이 있다.

1. PostMaster 프로세스

PostgreSQL을 기동할 때 가장 먼저 시작되는 프로세스이다.

역할

• Shared Memory 영역을 할당하며 다양한 백그라운드 프로세스를 시작한다.
• Client 접속 요청이 있을 때 Backend 프로세스를 생성한다.
• 가장 상위 프로세스로서 하위 프로세스들의 비정상 작동 유무를 체크하며, 문제 발생 시 재기동 역할을 수행한다.

2. Background 프로세스

PostgreSQL 작업에 필요한 백그라운드 프로세스 목록은 다음과 같다.

• logger: 오류메시지를 로그 파일에 기록한다. 프로세스 정보는 $PGDATA/pg_log 아래에 저장된다.
• checkpointer: PostgreSQL Server 다운 또는 충돌 문제가 발생하면 마지막 CheckPoint 레코드를 확인하여 복구 작업을 시작한다.
• writer: Shared Buffer의 Dirty Block을 디스크에 기록한다.
• wal writer: WAL 버퍼를 주기적으로 확인하여 기록되지 않은 모든 트랜잭션 레코드를 WAL 파일에 기록한다.
• autovaccum launcher: Vaccum이 필요한 시점에 autovacuum worker를 fork 한다.
• archiver: Archiving을 수행하는 프로세스이다. archiving 이란 WAL 세그먼트가 전환될 때 WAL 파일을 Archive 영역으로 복사하는 기능이며, 복사된 WAL 파일을 Archive 이라고한다.
• stats collector: 세션 실행 정보( pg_stat_activity ), 테이블 사용 통계 정보(pg_stat_all_tables) 등 DBMS 사용 통계를 수집한다.

3. Backend 프로세스

사용자 프로세스의 쿼리 요청을 수행한 후, 결과를 전송하는 역할을 수행한다.

4. Client 프로세스

모든 백엔드 사용자 연결에 할당되는 백그라운드 프로세스를 나타낸다.

데이터베이스 구조

데이터베이스 관련 사항

• initdb()가 실행되면 template0, template1, postgres 데이터베이스가 생성된다.

Base Directory

postgreSQL 초기 설치 시 (initDB) 생성되는 Default Tablespace 디렉토리 중 하나로 pg_default Tablespace라고도 부른다.

$ ls /var/lib/postgresql/data/base
> 1  12406  12407


$ oid2name -U postgre
> All databases:
    Oid  Database Name  Tablespace
----------------------------------
  12407       postgres  pg_default
  12406      template0  pg_default
      1      template1  pg_default