探讨PostgreSQL实例中数据库之间的关系

疑问

前几天PG学习微信群有人在问“pg_class 存储了对象和命名空间，表空间的对应关系，为什么没有和数据库的关系？我想查数据库下面有多少对象，找不到数据库和对象的关系？”

简而言之；PostgreSQL数据库和对象的关系；提这个问题的同学；应该是想知道

PostgreSQL实例中数据库之间的关系，以及数据库和对象的关系。

至于能否有这样的SQL；容我一步一步探索

探索

1、探索PG的逻辑结构

逻辑结构图

上图解析：

• 第一层是实例(Instance)。
• 第二层是数据库(Database)；一个实例下有多个数据库；每个数据库之间是完全独立的。
• 第三层是Schema；数据库下面有多个Schema；其中“public” 是数据库创建时产生的。
• 每个Schema下面可以创建表，视图，索引，函数，序列，物化视图，外部表等等。

由于在PostgreSQL每个数据库是完全独立的；这可以解释另外一个问题（为什么访问同一个实例下其他数据库为什么要借用 dblink或者fdw接口？）。

这时可能会有学MYSQL同学会问到；（为什么在MYSQL中可以访问同实例下其他数据库？）。其实MYSQL跟PostgreSQL逻辑结构不一样；其中MYSQL实例中的数据库相当于PostgreSQL上图的第三层的Schema。

2、探索PG数据库中schema

了解过PostgreSQL的同学都知道；我们通过系统表pg_database可以查到数据库，通过系统表pg_class可以查到数据库object。

postgres=# select datname, oid from pg_database where datname = 'postgres';
 datname  |  oid  
----------+-------
 postgres | 13543
(1 row)
postgres=# select relname, oid from pg_class where oid = 't1' :: regclass;
 relname |  oid  
---------+-------
 t1      | 32768
(1 row)

而pg_database、pg_class存放在一个名为pg_catalog的Schema下。其中pg_catalog是系统级的schema，用于存储系统函数和系统元数据、而每个 database 创建好后，默认会有3个Schema。

• 一个名为pg_catalog，用于存储Postgresql系统自带的函数,表,系统视图,数据类型转换器以及数据类型定义等元数据

• 一个名为information_schema，用于存储所需求提供的元数据查询视图,目的是以符合ANSI SQL规范,可单独删除

• 一个名为public，用于存储用户创建的数据表。不建议项目的表存放在public下，1、是数据安全；2、表存放混乱；不利于后期维护等等

查看schema

-- 通过元命令查看
lottu=# \dn
  List of schemas
  Name  |  Owner   
--------+----------
 public | postgres
-- 查看隐藏的schema
lottu=# select table_schema
lottu-#   from information_schema.tables
lottu-#  group by table_schema;
    table_schema    
--------------------
 information_schema
 pg_catalog
(2 rows)
-- 系统表存放的schema是在pg_catalog下；
lottu=# \d pg_catalog.pg_class
lottu=# \d pg_catalog.pg_database
--这里我们先抛出一个问题；后面解析；每个数据库的pg_class是同一个吗？

3、探索PG数据库中catalog

我们知道新建一个数据库会在表空间对应的目录下创建一个 oid（数据库oid）的目录；用于存放这个数据库对应的数据库文件。

-- 例如数据库lottu
lottu=# select oid, datname from pg_database where datname='lottu';
  oid  | datname 
-------+---------
 32771 | lottu
(1 row)
--对应的目录就会有一个32771的文件夹
[postgres@node3 ~]$ ll /data/postgres/data/base/
total 32
drwx------. 2 postgres postgres  4096 Sep 16 10:54 1
drwx------. 2 postgres postgres  4096 Sep 16 10:54 13542
drwx------. 2 postgres postgres 12288 Sep 21 11:44 13543
drwx------. 2 postgres postgres 12288 Sep 21 14:33 32771
-- 在 数据库lottu中；其中的table_catalog
lottu=# select table_catalog
lottu-#   from information_schema.tables
lottu-#  group by table_catalog; 
 table_catalog 
---------------
 lottu
(1 row)
-- 在数据库 postgres中；其中table_catalog是postgres。
lottu=# \c postgres
You are now connected to database "postgres" as user "postgres".
postgres=# select table_catalog
  from information_schema.tables
 group by table_catalog; 
 table_catalog 
---------------
 postgres
(1 row)

通过上述实验；我们可以了解到PG同实例下数据库之间不仅物理结构完全独立，逻辑结构也是完全独立。这个不仅作用于用户表，还作用于系统表。现在来解析上面抛出的问题“每个数据库的pg_class是同一个吗”？

-- 在postgres数据库中
postgres=# select table_catalog, table_schema, table_name, table_name :: regclass ::oid from information_schema.tables where table_name = 'pg_class';
 table_catalog | table_schema | table_name | table_name 
---------------+--------------+------------+------------
 postgres      | pg_catalog   | pg_class   |       1259
(1 row)
--在 lottu 数据库中
lottu=# select table_catalog, table_schema, table_name, table_name :: regclass ::oid from information_schema.tables where table_name = 'pg_class';
 table_catalog | table_schema | table_name | table_name 
---------------+--------------+------------+------------
 lottu         | pg_catalog   | pg_class   |       1259
(1 row)
--根据oid找到文件
[postgres@node3 data]$ find . -name '1259*'
./base/1/1259
./base/1/1259_vm
./base/1/1259_fsm
./base/13543/1259
./base/13543/1259_vm
./base/13543/1259_fsm
./base/13542/1259
./base/13542/1259_vm
./base/13542/1259_fsm
./base/32771/1259
./base/32771/1259_vm
./base/32771/1259_fsm

结果：

• 在逻辑结构上；同实例下每个数据库的表是在存放在同库名的catalog下。
• 在物理结构上；同实例下每个数据库的pg_class对应的数据文件也是独立存放的。

结论

1. 在PG中；同实例下每个数据库是完全独立；表是在存放在同库名的catalog下；例如Postgres数据库的表存放在Postgres的catalog下，可以把catalog理解为database。同时物理结构是也是独立存放的
2. 每个 database 创建时；会默认为库创建pg_catalog/information_schema

最后，前面的疑问“PostgreSQL实例中数据库之间的关系，以及数据库和对象的关系”，应该很好解释清楚。

参考文献

https://www.postgresql.org/docs/current/catalogs.html

https://www.postgresql.org/docs/current/infoschema-schema.html