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openGauss是基于PostgreSQL开发的，因此这里可以拿PostgreSQL来比较学习它的体系结构，这样比较容易理解。openGauss的体系架构中最重要的就是数据的存储结构，而数据存储结构分为逻辑存储结构和物理存储存储。其中，逻辑存储结构是数据库内部的组织和管理数据的方式；而物理存储结构是操作系统中组织和管理数据的方式。openGauss的主要结构如下图所示。
![image.png](https://developer.qcloudimg.com/http-save/yehe-5642295/5f7478526fed8b04b823c3b52bfb036e.png)

视频讲解如下：
!video[【赵渝强老师】高斯数据库的体系架构](https://cloud.tencent.com/developer/video/85240)

# 一、 逻辑存储结构
openGauss的逻辑存储结构主要是指数据库中的各种数据库对象，包括：数据库集群、数据库、表、索引、视图等等。所有数据库对象都有各自的对象标识符oid（object identifiers）,它是一个无符号的四字节整数，相关对象的oid都存放在相关的系统目录表中，比如数据库的oid和表的oid分别存放在pg_database,pg_class表中。下图展示了openGauss数据库的逻辑存储结构。
![image.png](https://developer.qcloudimg.com/http-save/yehe-5642295/e9c79965b1a2c34908b62b02bf02f350.png)
下面对openGauss数据库中的各种数据库对象进行说明。

## 1.1 数据库集群-Database Cluster
它也叫数据库集簇，是指由单个OpenGauss数据库服务器实例管理的所有数据库集合。组成数据库集群的这些数据库使用相同的全局配置文件和监听端口、共用数据库的后台线程和内存结构。一个数据库集群可以包括：多个数据库、多个用户以及数据库中的所有对象。
在文件系统术语中，一个数据库集群是一个单一目录，该目录称之为数据目录或数据区域，所有数据都将被存储在该目录中。它没有默认的位置，其文件系统位置可以由-D选项或者环境变量PGDATA指定，例如：

```powershell
[postgres@opengauss gaussdb]$ pwd
/home/postgres/training/gaussdb
[postgres@opengauss gaussdb]$ bin/gs_ctl -D data/single_node/ -l logfile start
```

## 1.2 数据库-Database	
在OpenGauss中，数据库本身也是数据库对象。不同的数据库在逻辑上彼此分离，除数据库之外的其他数据库对象（例如：表、索引等等）都属于它们各自的数据库。通过下面的语句可以查看OpenGauss数据库服务器中已存在的数据库。
（1）登录OpenGauss。

```powershell
bin/gsql -d postgres
```

（2）查看OpenGauss中已有的数据库。

```sql
openGauss=# \l

# 输出的信息如下：
                         List of databases
   Name    |  Owner   | Encoding |......
-----------+----------+----------+------
 finance   | postgres | UTF8     |......
 postgres  | postgres | UTF8     |......
 school    | postgres | UTF8     |......
 scott     | postgres | UTF8     |......
 template0 | postgres | UTF8     |......
 template1 | postgres | UTF8     |......
           |          |          |......
(6 rows)
```

## 1.3 表空间-Tablespace
表空间是一个目录，在一个数据库集群中可以存在多个表空间。它里面存储的是数据库的各种物理文件。每个表空间可以对应多个数据库。表空间用作把逻辑上相关的数据结构放在一起。在数据库集群初始化的时候，会自动创建pg_default和pg_global两个表空间。其中：
- **pg_global**：该表空间用于存放系统表。
- **pg_default**：创建表时的默认表空间，该表空间的物理文件存储在数据目录中的base目录中，如：/home/postgres/training/gaussdb/data/single_node/base。

下面通过具体的操作来演示如何查看OpenGauss中已有的表空间和如何创建自己的表空间。
（1）登录OpenGauss。

```powershell
bin/gsql -d postgres
```
（2）查看PostgreSQL中已有的表空间。

```sql
openGauss=# \db

# 输出的信息如下：
       List of tablespaces
    Name    |  Owner   | Location 
------------+----------+----------
 pg_default | postgres | 
 pg_global  | postgres | 
(2 rows)
```

（3）创建自己的表空间。

```sql
openGauss=# create tablespace mydemotbs location '/home/postgres/training/mydemotbs';
CREATE TABLESPACE
```

## 1.4  模式-Schema
模式Schema是数据库中的命名空间，在数据库中创建的所有对象都是在Schema中创建。一个用户可以从同一个客户端连接中访问不同的Schema。而不同的Schema中可以有多个同名的表、索引、视图、序列、函数等等各种不同的数据库对象。可以通过下面的方式来查看当前数据库的Schema。

```sql
openGauss=# \dn

# 输出的信息如下：  
     List of schemas
      Name       | Owner  
-----------------+--------
 blockchain      | postgres
 coverage        | postgres
 cstore          | postgres
 db4ai           | postgres
 dbe_perf        | postgres
 dbe_pldebugger  | postgres
 dbe_pldeveloper | postgres
 dbe_sql_util    | postgres
 myuser          | myuser
 pkg_service     | postgres
 public          | postgres
 snapshot        | postgres
 sqladvisor      | postgres
(13 rows)
```

## 1.5  段-Segment
一个段是分配给一个逻辑结构，如：一个表、一个索引或其他对象的一组区，它是数据库对象使用空间的集合。段可以有表段、索引段、回滚段、临时段和高速缓存段等，而最常用的段就是表段和索引段。

## 1.6  区-Extent
区是数据库存储空间分配的一个逻辑单位，它由连续数据块所组成。一个段是由一个或多个磁盘盘区组成。当一段中间所有空间已完全使用，OpenGauss会自动为该段分配一个新的磁盘盘区范围。

## 1.7  块-Block（Page）
数据块是openGauss管理数据文件中存储空间的单位，为数据库使用的I/O的最小单位。数据库是最小的逻辑存储单位，其默认值8K。通过参数block_size可以查看当前数据库的数据块大小。

```sql
openGauss=# show block_size;
 block_size 
------------
 8192
(1 row)
```

在OpenGauss中，数据的读写是以数据块为最小单位。在编译openGauss时通过指定BLCKSZ参数大小将决定数据块的大小。每个表文件由都由BLCKSZ字节大小的数据块组成。在分析型数据库中，适当增加BLCKSZ大小可以小幅度提升数据库的性能。

## 1.8  数据库对象-Database Object
openGauss提供了各种数据库对象，如表、视图、索引、序列、函数等等。在openGauss中的所有数据库对象都由各自的对象标识符（oid）进行内部的管理。数据库的oid存储在pg_database系统表中，可以通过下面的语句进行查询。

```sql
openGauss=# select oid,datname from pg_database;

# 输出的信息如下：  
  oid  |  datname  
-------+-----------
     1 | template1
 16384 | school
 16420 | finance
 14809 | template0
 16470 | scott
 14814 | postgres
(6 rows)
```

而数据库中的表、索引、序列等数据库对象的oid则存在了pg_class系统表中，例如可以通过下面的语句查询前面创建的testtable1表的OID。

```sql
openGauss=# select oid,relname,relkind,relfilenode from pg_class where relname ='testtable1';

# 输出的信息如下：  
  oid  |  relname   | relkind | relfilenode 
-------+------------+---------+-------------
 16517 | testtable1 | r       |       16517
(1 row)
```

# 二、 物理存储结构
在数据库集群初始化的时候会创建一个目录，通常都会使用系统配置相关的环境变量$PGDATA来表示。当数据库初始化完成后，会在这个目录生成相关的子目录以及一些文件。下图就是openGauss数据库的物理结构：
![image.png](https://developer.qcloudimg.com/http-save/yehe-5642295/72fbec71cd8d8567fdc5cc9ad9f6b042.png)

# 三、 进程结构与线程结构
openGauss是一款单进程多线程的数据库。执行下面的命令列出openGauss的进程和线程信息。

```powershell
[postgres@opengauss single_node]$ ps -ef|grep gaussdb

# 输出的信息如下：
postgres 2019 ... 1 ... /home/omm/training/gaussdb/bin/gaussdb -D data/single_node

# 从这里输出的信息中可以看出，OpenGauss的进程号是2019。

执行下面的命令列出openGauss进程包含的所有线程信息。
$ ps -T -p 2019

# 输出的信息如下：
    PID    SPID TTY          TIME CMD
  24388   24388 ?        00:00:00 gaussdb
  24388   24389 ?        00:00:00 jemalloc_bg_thd
  24388   24393 ?        00:00:00 gaussdb
  24388   24394 ?        00:00:00 syslogger
  24388   24395 ?        00:00:00 alarm
  24388   24396 ?        00:00:00 reaper
  24388   24398 ?        00:00:00 jemalloc_bg_thd
  24388   24399 ?        00:00:00 jemalloc_bg_thd
  24388   24403 ?        00:00:00 jemalloc_bg_thd
  24388   24423 ?        00:00:00 gaussdb
  24388   24424 ?        00:00:00 gaussdb
  24388   24425 ?        00:00:00 gaussdb
  24388   24427 ?        00:00:00 checkpointer
  24388   24428 ?        00:00:00 Spbgwriter
  24388   24429 ?        00:00:00 pagewriter
  24388   24430 ?        00:00:02 pagewriter
  24388   24431 ?        00:00:00 pagewriter
  24388   24432 ?        00:00:00 pagewriter
  24388   24433 ?        00:00:00 pagewriter
  24388   24434 ?        00:00:00 WALwriter
  24388   24435 ?        00:00:00 WALwriteraux
  24388   24436 ?        00:00:00 AVClauncher
  24388   24437 ?        00:00:00 Jobscheduler
  24388   24438 ?        00:00:00 asyncundolaunch
  24388   24439 ?        00:00:00 globalstats
  24388   24440 ?        00:00:00 applylauncher
  24388   24441 ?        00:00:00 statscollector
  24388   24442 ?        00:00:00 txnsnapcapturer
  24388   24443 ?        00:00:00 CfsShrinker
  24388   24444 ?        00:00:01 percentworker
  24388   24445 ?        00:00:02 ashworker
  24388   24446 ?        00:00:00 TrackStmtWorker
  24388   24447 ?        00:00:00 auditor
  24388   24448 ?        00:00:00 2pccleaner
  24388   24449 ?        00:00:00 faultmonitor
  24388   24450 ?        00:00:00 WLMworker
  24388   24451 ?        00:00:00 WLMmonitor
  24388   24452 ?        00:00:00 WLMarbiter
  24388   24453 ?        00:00:00 undorecycler
```

openGauss提供了系统视图PG_OS_THREADS获取当前节点下所有线程的状态信息，例如：

```sql
openGauss=# select * from PG_OS_THREADS;

# 输出的信息如下：
      thread_name       
------------------------
 WorkloadMonitor
 Asp
 gsql
 Wal Writer Auxiliary
 TwoPhase Cleaner
 Wal Writer
 CheckPointer
 CfsShrinker
 PercentileJob
 WLMArbiter
 ApplyLauncher
 PageWriter
 undo recycler
 LWLock Monitor
 InvalidBufferBgWriter
 workload
 statement flush thread
 JobScheduler
(18 rows)
```

# 四、 内存结构
openGauss的内存结构分为两种不同的类型，它们分别是本地内存和共享内存。它们的关系如下图所示：
![image.png](https://developer.qcloudimg.com/http-save/yehe-5642295/5d7575f83bf0a39b4c1972c8856b6b6a.png)

## 4.1 共享内存
openGauss的共享内存是指每个后台进程（backend process）共同使用的内存区域，下列举了openGauss中的共享内存以及它们的作用。
![image.png](https://developer.qcloudimg.com/http-save/yehe-5642295/9f1b93d8638365fb75061a6ec16c9fda.png)

## 4.2 本地内存
openGauss的本地内存是指每个后台线程自己使用的内存区域，下表列举了openGauss中的本地内存以及它们的作用。
![image.png](https://developer.qcloudimg.com/http-save/yehe-5642295/71df80c3cac13f4a6f8739731ef054b6.png)



openGauss是基于PostgreSQL开发的，因此这里可以拿PostgreSQL来比较学习它的体系结构，这样比较容易理解。openGauss的体系架构中最重要的就是数据的存储结构，而数据存储结构分为逻辑存储结构和物理存储存储。其中，逻辑存储结构是数据库内部的组织和管理数据的方式；而物理存储结构是操作系统中组织和管理数据的方式。openGauss的主要结构如下图所示。

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功能2上新100个字符功能2上新100个字符功能2上新100个字符功能2上新100个字符功能2上新100个字符功能2上新100个字符功能2上新100个字符功能2上新100个字符功能2上新100个字符。

功能5描述100个字符功能5描述100个字符功能5描述100个字符功能5描述100个字符功能5描述100个字符功能5描述100个字符

功能5上新100个字符功能5上新100个字符功能5上新100个字符功能5上新100个字符功能5上新100个字符功能5上新100个字符功能5上新100个字符功能5上新100个字符功能5上新100个字符功能5上新100个字符

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