Анатомия страницы (8 КБ)

PostgreSQL не читает с диска отдельные строки и не пишет отдельные байты. Он оперирует страницами фиксированного размера - по 8 КБ (8192 байта). Страницу ещё называют блоком. Это единица всего: чтения с диска, записи, кеширования в памяти, ссылок из журнала.

Фиксированный размер упрощает движку жизнь. Буферный кеш - это массив одинаковых слотов по 8 КБ. Журнал ссылается на страницу номером блока. Чтение идёт ровными порциями. За удобство платят внутренней фрагментацией: если строка чуть больше половины страницы, на страницу влезет только одна, и половина места пропадёт. Но для типичных строк это выгодный размен. Общая раскладка - в page-layout.

Внутри страница разбита на четыре зоны:

Хитрость в том, что массив указателей растёт от начала вниз, а кортежи кладутся с конца вверх. Между ними - свободное место. Они движутся навстречу, и страница полна, когда встретились. Зачем так - разберём через пару разделов.

Подключим линзу и прочитаем заголовок страницы 0 таблицы flights:

CREATE EXTENSION IF NOT EXISTS pageinspect;

SELECT lower, upper, special, pagesize

FROM page_header(get_raw_page('flights', 0));

--  lower | upper | special | pagesize

-- -------+-------+---------+----------

--    224 |  5464 |    8192 |     8192

Три числа задают всю геометрию страницы:

• lower - где заканчивается массив указателей. Всё до него - заголовок и указатели.
• upper - где начинаются кортежи. Всё после - данные строк.
• special - где начинается спецзона. У heap она пустая, поэтому special равен размеру страницы.

Число lower = 224 не случайно. Заголовок занимает 24 байта. Дальше идёт массив указателей по 4 байта на строку. У flights 50 строк, значит указателей 50:

lower = 24 (заголовок) + 50 × 4 (указатели) = 224

Предскажи это перед запросом - и pageinspect подтвердит. Сами указатели видны так:

SELECT lp, lp_off, lp_len

FROM heap_page_items(get_raw_page('flights', 0)) ORDER BY lp LIMIT 3;

--  lp | lp_off | lp_len

-- ----+--------+--------

--   1 |   8144 |     48

--   2 |   8096 |     48

--   3 |   8048 |     48

Указатели нумеруются 1, 2, 3 по возрастанию, а смещения lp_off убывают: 8144, 8096, 8048. Кортежи заполняют страницу с конца. Подробно про указатели - в line-pointers.

Между концом указателей (lower) и началом кортежей (upper) лежит свободное место. На нашей странице это 5464 - 224 = 5240 байт.

Когда вставляется новая строка, происходит две вещи навстречу: с верхнего края добавляется новый указатель (растёт lower), а с нижнего кладётся сам кортеж (убывает upper). Свободное место посередине сжимается с обеих сторон. Как только его перестаёт хватать на новый указатель и кортеж - страница считается полной, и строка идёт в другую страницу.

Вот зачем указатели и кортежи разнесены по краям и растут навстречу: так свободное место всегда единым куском посередине, и не нужно искать дырки между записями.

lower всегда должен быть меньше или равен upper: указатели сверху, кортежи снизу, между ними зазор. Если вдруг lower > upper - зоны наложились, и это верный признак повреждённой страницы.

Такое не случается в нормальной работе: за этим следят и сам движок, и контрольные суммы страниц, если они включены. Но если ты диагностируешь подозрительную таблицу и page_header показывает lower больше upper, дальше читать эту страницу как обычную нельзя - данные в ней битые. Это первое, что проверяют при подозрении на порчу блока.

Вернёмся к началу: почему именно фиксированные 8 КБ. Потому что одинаковый размер пронизывает всю систему. Буферный кеш держит страницы в слотах одного размера - не нужно управлять кусками разной длины. Журнал предзаписи ссылается на изменения номером блока. Карта свободного места хранит по байту на страницу. Всё это работает, потому что страница - предсказуемая единица.

Размер 8 КБ - компромисс. Меньше - больше накладных расходов на заголовки и больше обращений к диску на тот же объём. Больше - грубее гранулярность блокировок и кеша, дороже частичные изменения. 8 КБ исторически легли в середину и стали значением по умолчанию. Менять его можно только при сборке, и почти никто этого не делает.