解析PostgreSQL中Oid和Relfilenode的映射问题

作者李传成
中国PG分会认证专家，瀚高软件资深内核研发工程师
https://zhuanlan.zhihu.com/p/342466054

PostgreSQL中的表会有一个RelFileNode值指定这个表在磁盘上的文件名（外部表、分区表除外）。一般情况下在pg_class表的relfilenode字段可以查出这个值，但是有一些特定表在relfilenode字段的查询结果是0，这个博客中将会探究这些特殊表relfilenode的内核处理。

正常表的Relfilenode

当我们创建一张普通表时，在pg_class系统表里可以查询出其relfilenode,可以看出在表刚刚创建时其oid和relfilenode都是16808，在磁盘上也可以查询到16808这个文件。事实上，这个文件存储了我们向表t2插入的数据。

postgres=# create table t2(i int);
CREATE TABLE
postgres=# select oid,relname,relfilenode from pg_class where relname = 't2';
 oid | relname | relfilenode
-------+---------+-------------
 16808 | t2   |    16808
(1 row)

postgres=# \q
movead@movead-PC:/h2/pgpgpg/bin$ ll ../data/base/12835/16808
-rw-------+ 1 movead movead 0 12月 31 17:11 ../data/base/12835/16808
movead@movead-PC:/h2/pgpgpg/bin$

在我们对一张表执行truncate，vacuum full等操作后，会重写这个表的数据，会引发这个表relfilenode值的变更。如下测试可以看出truncate之后，t2表的relfilenode从16808变为了16811.

postgres=# truncate t2;
TRUNCATE TABLE
postgres=# select oid,relname,relfilenode from pg_class where relname = 't2';
 oid | relname | relfilenode
-------+---------+-------------
 16808 | t2   |    16811
(1 row)

postgres=# checkpoint;
CHECKPOINT
postgres=# \q
movead@movead-PC:/h2/pgpgpg/bin$ ll ../data/base/12835/16808
ls: 无法访问'../data/base/12835/16808': 没有那个文件或目录
movead@movead-PC:/h2/pgpgpg/bin$ ll ../data/base/12835/16811
-rw-------+ 1 movead movead 0 12月 31 17:16 ../data/base/12835/16811
movead@movead-PC:/h2/pgpgpg/bin$

Nail表的Relfilenode

postgres=# select oid, relname, relfilenode,reltablespace
from pg_class
where relfilenode = 0 and relkind = 'r'
order by reltablespace;
 oid |    relname    | relfilenode | reltablespace
------+-----------------------+-------------+---------------
 1247 | pg_type        |      0 |       0
 1255 | pg_proc        |      0 |       0
 1249 | pg_attribute     |      0 |       0
 1259 | pg_class       |      0 |       0
 3592 | pg_shseclabel     |      0 |     1664
 1262 | pg_database      |      0 |     1664
 2964 | pg_db_role_setting  |      0 |     1664
 1213 | pg_tablespace     |      0 |     1664
 1261 | pg_auth_members    |      0 |     1664
 1214 | pg_shdepend      |      0 |     1664
 2396 | pg_shdescription   |      0 |     1664
 1260 | pg_authid       |      0 |     1664
 6000 | pg_replication_origin |      0 |     1664
 6100 | pg_subscription    |      0 |     1664
(14 rows)

postgres=#

上述查询可以看出，从pg_class系统表中查询出的这些表的relfilenode为0。其中pg_type、pg_proc、pg_attribute、pg_class是非共享表，在内核中称他们为Nail表。剩余的表是在pg_global表空间里的共享表。

pg_class表中relfilenode字段的意义是为了告诉程序，某一张表在磁盘上存储的文件名。比如我们查询t2表时，一定会先到pg_class系统表中获取其relfilenode，然后到磁盘找到这个文件，然后打开并扫描。可是如果我们想查询pg_class系统表在磁盘上的文件名时，应该去哪找到它的relfilenode？在PostgreSQL中提供了一组函数接口进行oid和relfilenode的转化。

postgres=# select pg_relation_filenode(1259);
 pg_relation_filenode
----------------------
        16475
(1 row)

postgres=# select pg_filenode_relation(0,16475);
 pg_filenode_relation
----------------------
 pg_class
(1 row)

postgres=# select pg_filenode_relation(0,16475)::oid;
 pg_filenode_relation
----------------------
         1259
(1 row)

postgres=#

通过pg_relation_filenode()可以将oid转化为relfilenode，
通过pg_filenode_relation可以将relfilenode转化为oid.
既然pg_class表中不存储oid和relfilenode的对应关系，那么PostgreSQL是怎么样保存这个映射关系的呢？

Nail表Relfilenode的存储机制

经过研究发现，在数据目录里存在着pg_filenode.map文件，如下所示。

movead@movead-PC:/h2/pgpgpg/data/base/12835$ ll pg_filenode.map
-rw-------+ 1 movead movead 512 12月 31 15:10 pg_filenode.map
movead@movead-PC:/h2/pgpgpg/data/base/12835$
movead@movead-PC:/h2/pgpgpg/data/global$ ll pg_filenode.map
-rw-------+ 1 movead movead 512 12月 31 15:10 pg_filenode.map
movead@movead-PC:/h2/pgpgpg/data/global$

在global目录下的pg_filenode.map文件里存储了shared表的oid和relfilenode的映射关系，12835目录下存储了OID为12835的数据库里nail表的oid和relfilenode的映射关系。
pg_filenode.map文件的结构为：

typedef struct RelMapping
{
  Oid     mapoid;     /* OID of a catalog */
  Oid     mapfilenode;  /* its filenode number */
} RelMapping;

typedef struct RelMapFile
{
  int32    magic;     /* always RELMAPPER_FILEMAGIC */
  int32    num_mappings;  /* number of valid RelMapping entries */
  RelMapping mappings[MAX_MAPPINGS];
  pg_crc32c  crc;      /* CRC of all above */
  int32    pad;      /* to make the struct size be 512 exactly */
} RelMapFile;

结语

这个博客主要阐述了在PostgreSQL中表的oid和relfilenode映射的两种不同表现形式，你只要记住使用pg_relation_filenode()永远会得到正确的结果，从pg_class系统表中查询则可能会得到错误的结果。

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