进程架构

postgres主进程

启动PG数据库时，会先启动一个postmaterf的主进程，并且会fork出一些辅助的子进程，Postmaster是整个数据库实例的总控进程，负责启动和关闭数据库实例。postmaster命令是一个指向postgres的链接，所以主进程postmaster实际上是第一个postgres进程。

[postgres@VM-0-11-centos bin]$ ls /opt/pgsql/bin/postmaster -l
lrwxrwxrwx 1 postgres postgres 8 Sep  1  2020 /opt/pgsql/bin/postmaster -> postgres

pg12.2启动后的进程如下：

postgres 22512     1  0 23:05 ?        00:00:00 /opt/pgsql/bin/postgres -D ./data
postgres 22513 22512  0 23:05 ?        00:00:00 postgres: logger
postgres 22515 22512  0 23:05 ?        00:00:00 postgres: checkpointer
postgres 22516 22512  0 23:05 ?        00:00:00 postgres: background writer
postgres 22517 22512  0 23:05 ?        00:00:00 postgres: walwriter
postgres 22518 22512  0 23:05 ?        00:00:00 postgres: autovacuum launcher
postgres 22519 22512  0 23:05 ?        00:00:00 postgres: archiver
postgres 22520 22512  0 23:05 ?        00:00:00 postgres: stats collector
postgres 22521 22512  0 23:05 ?        00:00:00 postgres: logical replication launcher

当客户端与数据库库建立连接时，客户端程序发送身份验证信息给postgres主进程，postgres主进程根据消息中的信息进行客户端身份验证。若验证成功，则fork出一个子进程未该连接提供服务。通过执行"select * from pg_stat_activity;"可以查看连接情况。

和线程架构的MySQL不同，PostgreSQL数据库为进程架构模型，每一个连接都会启动一个服务进程为该连接服务。

当某个服务进程出现错误时，postgres主进程会自动完成系统恢复。恢复过程会停掉所有服务进程，然后进行数据库数据的一致性恢复。

Logger系统日志进程

本进程负责将错误消息写入日志文件，只有在logging_collect设置为on时，会启动logger辅助进程。

logger通过主进程、所有服务进程及辅助进程收集所有stderr输出，当一个日志文件达到配置的大小或其他条件时，logger会关闭旧的日志文件，并创建新的日志文件。如果收到加载配置文件的信号（SIGHUP），会检查配置文件中的配置参数log_directory和log_filename与当前配置是否相同，如果不相同会切换日志文件并使用新的配置。

BgWriter后台写进程（background writer）

本进程负责将共享缓冲池中的脏页逐渐刷入持久化存储中（例如，HDD，SSD）（在9.1及更旧版本中，它还负责处理检查点（checkpoint） ）

BgWriter辅助进程将共享内存中的脏页写到磁盘上。可周期性的将内存中的脏数据刷新到磁盘，这个频率不能太快也不能太慢，若太快且一个数据块被改变多次，会导致I/O次数增多；若太慢，若有新的查询或更新需要内存保存从磁盘读取的数据块时，由于没有空闲空间存储这些数据块，那么就需要将内存中的脏页落盘，这会增加查询或更新的时间，降低性能。

同时，因为bgwriter预先写出了一些脏页面，可以减少checkpoint时要进行的io操作， 使系统的IO负载趋于平稳。

WalWriter预写式日志

本进程周期性地将WAL缓冲区中的WAL数据刷入持久存储中。

预写式日志（wal）在修改数据前必须把先这些修改操作记录到磁盘。所以在后续更新数据时不用实时地把数据持久化到文件中。

Archiver归档进程

本进程负责将日志归档。

由于wal日志循环使用，之前的wal日志会被覆盖，所以归档进程会在覆盖前将wal日志备份。

AutoVaccum launcher自动清理进程

周期性地启动自动清理工作进程（更准确地说，它向Postgres服务器请求创建自动清理工作进程）

由于PG的"多版本"，在对标进行DELETE操作后，原有数据并不会立即被删除，在更新数据时，也并不会在原有数据更新，而是会新生成一行数据。原有数据被标识为删除状态，当没有并发的其他操作读取这些旧数据时，有AutoVacuum launcher自动清除这些旧数据。

Stats Collector统计数据收集进程

本进程负责收集统计信息，收集的信息主要用于查询优化时的代价估算。这些信息包括在一个表和索引上进行了多少次插入、更新、删除操作，磁盘块读写的次数以及行的读次数。系统表pg_statistic中存储了其收集的各类统计信息。

Checkpointer检查点进程

该进程负责处理检查点，将缓存中的脏数据写入到磁盘。

Checkpointer和BgWriter区别

checkpointer以特定的时间间隔刷新所有脏页，并创建检查点用于数据恢复。Bgwriter是在检查点之间刷新一些脏页面，以便始终有足够多的干净页面可以使用，提高数据查询性能。

内存架构

PostgreSQL的内存架构分为两部分：

本地内存—— 由每个后端进程分配，供自己使用。
共享内存—— 供PostgreSQL服务器的所有进程使用。

共享内存

PostgreSQL服务器启动时会分配共享内存区域。共享内存主要用作数据块的缓冲区，以便提高读写性能。该区域分为几个子区域

shared buffer pool：PostgreSQL将表和索引中的页面从持久存储加载至此，并直接操作它们。
WAL buffer：为确保服务故障不会导致任何数据丢失，PostgreSQL实现了WAL机制。 WAL数据（也称为XLOG记录）是PostgreSQL中的事务日志；WAL缓冲区是WAL数据在写入持久存储之前的缓冲区。
commit log：提交日志（Commit Log, CLOG）为并发控制（CC）机制保存了所需的所有事务状态（例如进行中，已提交，已中止等）。除此之外，一些全局信息也保存在共享内存中，后台进程信息（例如checkpointer和autovacuum）、锁的信息（例如信号量，轻量级锁，共享和排他锁等）、事务处理（保存点（save-point）与两阶段提交（2PC）），以及全局统计信息等。PG9.3之后，使用mmap()方式的共享内存，所以无需配置kernel.shmmax和kernel.shmall这些System V共享内存的内核参数，就能使用较大内存。

本地内存

每个后端进程会分配一块本地内存区域用于查询处理，以便暂存一些不需要全局存储的数据，主要有以下几个：

临时缓冲区（temp_buffers） ：用于访问临时表的本地缓冲区。
work_mem：执行器在执行ORDER BY和DISTINCT时使用该区域对元组做排序，以及存储归并连接和散列连接中的连接表（内部排序和hash表在使用临时磁盘文件之前使用的内存缓冲区）。
maintenance_work_mem：某些类型的维护操作使用该区域（例如VACUUM，REINDEX，CREATE INDEX和ALTER TABLE ADD FOREIGN KEY等）。

参考《PostgreSQL修炼之道从小工到专家第2版》

参考《PostgreSQL指南：内幕探索》

PostgreSQL进程及内存架构