PostgreSQL 如何組織資料

原本上個月，打算寫另一篇文章，但是寫到一半，臨時改變計劃，決定先把這篇文章推出來。
在教授 PostgreSQL 時，我發覺，要讓稍微有點基礎的其它資料庫使用者，最容易上手 PostgreSQL 的方法，就是從說明 PostgreSQL 如何在檔案系統中放置你的資料著手。PostgreSQL 存放資料的邏輯相當簡單，所以進階使用者在了解這個邏輯後，很容易就能了解如何備份、擴充功能等等進階功能，不像 Oracle 等商用資料庫，把資料包在一層厚厚的黑盒子裏，不讓你接觸和了解它的行為；但是很不幸的，它也相當程度的依賴檔案系統。這會出現什麼問題呢？等我介紹完 tablespace 後，我想不用我多做解釋你也自然立刻能夠了解。
在開始介紹前，我要介紹一個環境變數。這個環境變數是 $PGDATA，將來我會找個時間把 PostgreSQL 會用到的環境變數做個整理，再另外發表一篇文章來介紹。垷在先稍微介紹一下 $PGDATA。$PGDATA 的值指向某個目錄，而這個目錄其實就是 PostgreSQL 存放資料的目錄。在 FreeBSD 中，$PGDATA 通常是設成 /usr/local/pgsql/data，而在 RHEL/CentOS 則是指向 /var/lib/pgsql/data。但是，在剛安裝好 PostgreSQL Server 時，安裝程式並不會很雞婆的自動幫你把這個環境變數設好；雖然在安裝程式內部的確有一個內部變數 pgdata 指向上述目錄，所以當你在做 initdb 時，如果那時你的 $PGDATA 這個環境變數還沒設定，PostgreSQL 仍然會把資料放在上述目錄中。安裝程式不那麼雞婆的原因在於，PostgreSQL 的開發社群預留給你改變的機會。所以你在安裝好了之後，最好手動把 $PGDATA 設好。如果你是和我一樣，shell 習慣用 BASH，那麼請直接在 /etc/profile 最後面加上一行：

export PGDATA=/usr/local/pgsql/data    <- 如果你是 FreeBSD 的使用者的話
或者是
export PGDATA=/var/lib/pgsql/data        <- 如果是 RHEL/CentOS 的使用者

至於其它 OS 使用者我先略過。至於 $PGDATA 和 initdb，我會找時間另文介紹。 好，讓我們來看看圖一。

圖一
PostgreSQL 有很多系統資料表和系統視觀表(就是 Views，好怪的翻譯詞)，就像 ISO 標準的 system catalog，可以讓管理者從文字模式下，沒有使用任何圖形界面工具，仍然可以做管理。pg_database 就是其中之一。pg_database 內儲存了系統中現有資料庫的清單。
psql 是 PostgreSQL 最好用的前端工具，它很像是 Oracle 的 SQL*Plus，當然沒有 SQL*Plus 那麼複雜，功能那麼多。\d 就像 SQL*Plus 的 DESC (describ) 一樣，可以顯示資料表的架構，所以 \d pg_database 就像在 Oracle 的 SQL*Plus 中下達 DESC pg_databse 一樣，可以秀出 pg_database 這個系統資料庫的欄位清單，順便秀出它專屬的索引(indexes)和觸發器(triggers)。我目前想要秀一下 datname 這個欄位個欄位，還有一個隱藏的欄位 oid。datname 是資料庫名稱，oid 則是資料庫的 OID (Object ID)。PostgreSQL 給予它所有的每一個物件一個獨享的 ID，就做 OID，用來識別各個物件，也就是說，每個物件都有它自己獨有的 OID。換句話說，我可以下達 SELECT datname, oid FROM pg_database; SQL 指令，秀出系統中所有現存 database 的名稱和 OID 的對照表：

圖二
從上表可以看到，目前系統只有三個 database，分別是 template0、template1 和 postgres。它們的 OID 分別是 11510、1 和 11511。任何人裝的 PostgreSQL 的編號第一號 OID 的物件一定是 template1。至於這三個資料庫是怎麼來的，它們分別是幹什麼用的，我會另文介紹。
對了，讓我從主題叉開一下，先來談談 PostgreSQL 的系統帳號及資料庫帳號和預設資料庫。
預設安裝的 PostgreSQL 不是由 root 啟動，PostgreSQL process 的 owner 也不是 root，這是為了安全性的緣故。所以你在安裝的時候，安裝程式會幫你建立一個 PostgreSQL 專屬的系統帳號。在 RHEL/CentOS 是 postgres，Win32 版也是 postgres (如果你有安裝 Windows 版本的 PostgreSQL，你可以試著叫出工作管理員看看，postgres.exe 和 pg_ctl.exe 的使用者名稱是什麼)，至於 FreeBSD 則是 pgsql；FreeBSD 這樣做會讓使用者很麻煩。
預設的 PostgreSQL 無法由遠端進入，只能從本機登入 psql，而且不能用 root 登入。安裝的預設值是：只要系統中有相同帳號即會「信任」同一使用者。所謂「信任」，代表你不需輸入密碼就可以由 psql 登入資料庫伺服器。還有，postgres 或 pgsql 的密碼你無從得知，因為它是在安裝時亂數隨機取得的。聽到這裏，你可能會問：那麼我要如何切換成 postgres 或 pgsql？不用擔心，在 Unix 系統中，root 的權限很大，你可以先用 su 切成超級使用者模式，這時只需要下達 su - pgsql，不輸入密碼立刻可以切到 pgsql。
如果你是使用 RHEL/CentOS，那麼，當你切成 postgres 帳號時，要登入 postgres，不用下任何參數，只要下達：

$ psql

就可以登入，而 postgres 正是 PostgreSQL 預設 DBA；剛好系統剛裝好預設資料庫也叫 postgres，所以不用另外指定登入資料庫，你就可以直接登入預設而且同名的資料庫 postgres。
但是如果你用的是 FreeBSD，那麼就有點麻煩。在 FreeBSD 下的 PostgreSQL 的預設 DBA 是 pgsql，但是預設資料庫卻是 postgres。所以除非你另外在 FreeBSD 的 shell 中，下達 creadb，手動建立一個屬於 pgsql 的同名資料庫，然後用 dropdb postgres，砍掉預裝的預設資料庫，讓 pgsql 變成新預設資料庫，否則就請你煩麻一點，在執行 psql 時指定登入資料庫：

$ psql -d postgres

這樣才能順利登入 PostgreSQL 伺服器。
好，讓我們回到主題。
我們現在知道這三個 database 的 OID，接著跳出 psql，跳出的指令是 \q。跳出後請在系統中跳到 $PGDATA 這個目錄：

$ cd $PGDATA

注意：你必須先定義過 $PGDATA 才行，否則，你就得：

$ cd /usr/local/pgsql/data    <- 如果你是 FreeBSD 的使用者的話
或者是
$ cd /var/lib/pgsql/data        <- 如果是 RHEL/CentOS 的使用者

跳到 $PGDATA 後，接著跳到 base 子目錄，如圖三所示：

圖三
從圖三中我們看到 $PGDATA 下有不少目錄，有空我再來寫一篇文章介紹當中比較重要的幾個，現在回到 base 目錄。當你下達 ls -l 指令後，我們看到在 base 子目錄下只有三個子目錄，而且目錄名稱都是由數字所構成，它們分別是：1、 11510 及 11511！好巧喔！XD
沒錯！就如你所猜想的，PostgreSQL 把所有的物件都以目錄和檔案名稱儲存在檔案系統中。就剛才看到的，1 這個子目錄中儲存的，正是 database template1 的所有物件：

圖四
而同理，11510 子目錄下存的正是 database template0 的物件，11511 則是 database postgres 的物件。
就是因為 PostgreSQL 是以這種方式安排資料維護的方式，所以當開發社群想把它變得「更企業使用化」時，就會遭遇一些問題，尤其是在跨作業系統時。第一個問題就出在 tablespace，它在 Windows 上看起來似乎是沒有辦法使用的。這就等我繼續討論 Tablespace 時再來聊了。