PostgreSQL 9.6 성능 이야기 1장 : 아키텍처 개요

0. 이 글을 작성하는 이유

회사에서 진행한 PostgreSQL 9.6 성능 이야기 책 스터디를 하며 정리한 내용을 올리기 위함

 

PostgreSQL 프로세스 유형 4가지

1. Backend process
2. Postmaster (Daemon) process
3. Background process
4. Client process

물리적인 관점에서 보았을 때의 PostgreSQL의 구조

• 공유 메모리( Shared Buffer, WAL 버퍼 ), 프로세스, 데이터 파일

Postgres의 Database 구조에 대한 6가지 정리

1. PostgreSQL은 여러 DB로 구성된다. 이를 데이터베이스 클러스터라고 한다
2. initdb()수행 시에 template0, template1, postgres DB가 생성된다.
3. template0과 template1 DB는 사용자 DB 생성을 위한 템플릿 DB이며 시스템 카탈로그 table을 포함하고 있다
4. initdb() 수행 직후에 templaet0과 template1 DB의 table 목록은 같다.
5. template1 DB에는 사용자가 필요한 오브젝트를 생성할 수 있다.
6. 사용자 DB를 생성할 때 template1 DB를 복제한다

테이블 스페이스

• PostgreSQL에서 데이터베이스 객체(테이블, 인덱스 등)를 저장하는 물리적인 공간이다. 데이터베이스 객체를 저장할 때, 해당 객체는 특정 테이블스페이스에 속하게 된다.
• 생성된 경우 테이블스페이스는 데이터베이스 객체 생성 시 이름으로 참조가 가능하다.
• Database의 실제 오브젝트들의 파일을 저장하는 위치를 저장한다. 조회는 pg_catalog의 pg_database에 존재한다.
• 테이블스페이스를 사용의 이점
  • 데이터 파일의 분리가 가능하다
    • 테이블스페이스를 사용하면 데이터 파일을 논리적으로 분리하여 저장할 수 있다.
  • 성능 및 용량 최적화
    • 서로 다른 테이블스페이스를 다른 디스크에 할당하면 입출력 작업을 분산시켜 성능을 최적화할 수 있다.
  • 백업 및 복구 관리에 유용
    • 특정 테이블스페이스만을 대상으로 백업하거나 복구할 수 있다.

데이터베이스 클러스터

• 기본적으로 database를 초기화할 때(initdb()를 수행할 때) postgres, template1, template0이라는 데이터베이스가 생성되고 이를 다 합쳐서 Database Cluster라고 한다.
• template database는 기존 데이터를 복사해서 보관하는 용도의 데이터베이스다. Database의 생성은 기존 database를 복사하는 방식으로 작동한다.

pg_global 테이블스페이스의 용도

• ‘데이터 클러스터’ 레벨에서 관리해야 될 데이터 저장

테이블별로 가지고 있는 3개의 파일의 각 용도

• OID: 테이블의 데이터 저장
• OID_fsm: 테이블의 여유 공간 관리
• OID_vm: 테이블 블록의 visibility 관리

WAL Buffer

• WAL이란 Write-Ahead Logging의 약자로 데이터 베이스의 변경 사항을 잠시 저장하는 buffer이며 정해진 시점(사용자 custom가능)에 buffer에 있는 내용은 WAL 파일로 기록되어 백업 및 복구에 사용된다.

PostMaster 프로세스

• 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

postmaster.pid 파일

• 우리가 흔히 Postgresql을 켠다고 하는데 그 데이터베이스 서버는 postmaster라고 부른다고 한다

• client가 어플리케이션에 접근하려면 반드시 postmaster가 켜져있어야 한다고 한다. 이 Postmaster는 서버 프로세스들 간의 통신도 관리한다고 한다.

• postmaster가 실행될 때 PID가 postmaster.pid에 저장된다고 한다.

• 찾아보니 이런 정보들이 들어간다고 한다.
  • the current postmaster process ID (PID)
  • cluster data directory path
  • postmaster start timestamp
  • port number
  • Unix domain socket directory path
  • listen_address (IP address)
  • shared memory segment id(key)
  • postmaster status

Shared Buffer

• 저장된 데이터에 대한 Disk I/O 최소화를 목적으로 사용

사용자 데이터베이스는 어떻게 생성되는가

• template1 데이터베이스를 복제해서 생성된다.
  • 해당 데이터베이스는 새 데이터베이스를 만드는 "템플릿"이다.
  • 객체를 template1에 추가하면, 이 객체는 나중에 생성된 사용자 데이터베이스로 복사된다. 이 작업은 데이터베이스의 표준 객체 집합에 대한 사이트-로컬 수정을 가능하게 한다.
  • 예를 들면, template1에서 프로시저 언어 PL/Perl을 설치하는 경우 해당 데이터베이스를 생성할 때 추가적인 작업 없이 사용자 데이터베이스가 자동으로 사용 가능하게 된다.
  참고 : https://postgresql.kr/docs/9.6/manage-ag-templatedbs.html

Vacuum이 하는 일 4가지

1. 테이블 및 index 통계 정보 수집
2. 테이블 재구성
3. 테이블 및 index dead 블록 정리
4. XID Waparound 방지를 위한 레코드별 XID Frozen