PostgreSQL Architecture

PostgreSQL은 1996년 7월 8일 캘리포니아 대학교 버클리에서 발명된 open source의 object-relational database management system(ORDBMS) 입니다.
PostgreSQL 아키텍처는 클라이언트-서버 모델을 사용하여 최종 사용자로부터 요청을 받아 처리한 후 클라이언트로 되돌립니다.
PostgreSQL 아키텍처는 각 클라이언트 연결 요청에 대해 새로운 프로세스가 시작되고 클라이언트 요청이 PostgreSQL Server 프로세스에 의해 처리되는 프로세스 사용자별 클라이언트-서버 모델입니다.

Postmaster는 PostgreSQL 아키텍처에서 Supervisor 프로세스로 작동하며, PostgreSQL이 시작된 후 가장 먼저 시작되는 프로세스입니다.
리스너(Listener) 로서 동작하며, 클라이언트로부터 들어오는 요청에 대해 인증(Authentication)과 권한 부여(Authorization) 를 수행하고, 각 클라이언트 연결마다 Postgres라고 불리는 새로운 프로세스를 할당합니다.
또한 Postmaster는 하위 프로세스들을 지속적으로 모니터링하며, 어떤 프로세스가 비정상적으로 종료되었을 경우 이를 재시작하는 역할도 담당한다.

공유 메모리 세그먼트는 트랜잭션 및 유지 관리 활동을 위해 예약된 메모리의 버퍼 캐시입니다. 서로 다른 작업을 수행하기 위해 할당된 서로 다른 공유 메모리 세그먼트가 있습니다. 다음은 주요 공유 메모리 세그먼트입니다.

Shared Buffer

Shared Buffer는 PostgreSQL 인스턴스에서 사용되는 메모리 영역으로, 사용자는 데이터 파일에 직접 접근할 수 없기 때문에
모든 INSERT, UPDATE, DELETE, SELECT 작업은 이 Shared Buffer를 통해 수행된다.
Shared Buffer에서 수정되거나 변경된 데이터를 Dirty Data(더티 데이터) 라고 하며, 이 데이터는 writer 프로세스라고 불리는 백그라운드 프로세스를 통해 물리적인 데이터 파일에 기록된다.
Shared Buffer의 크기 및 특성은 postgresql.conf 파일에 존재하는 Shared_buffers 파라미터에 의해 제어된다.

Wal Buffer

WAL Buffer는 Write-Ahead Log Buffer라고도 불리며, 트랜잭션 로그 버퍼로서 변경된 데이터의 메타데이터 정보를 저장한다. 이 정보는 데이터베이스 복구 작업 시 데이터를 재구성하는 데 사용된다.
트랜잭션 로그 버퍼에 저장된 내용은 WAL writer라고 불리는 백그라운드 프로세스에 의해 물리적인 파일인 WAL 세그먼트(WAL Segments) 또는 체크포인트 세그먼트(Checkpoint Segments) 에 기록된다.
WAL Buffer의 크기 및 동작 특성은 wal_buffers 파라미터에 의해 관리된다.

CLOG Buffer

PostgreSQL CLOB 버퍼는 모든 트랜잭션의 상태를 저장하기 위해 메인 메모리(RAM)에 할당된 영역인 커밋 로그입니다. 이는 트랜잭션이 완료되었는지 여부를 보여줍니다.
이 버퍼 영역은 특정 매개변수가 없기 때문에 데이터베이스 엔진에 의해 자동으로 관리되며, 그리고 PostgreSQL 데이터베이스의 모든 백그라운드 서버와 사용자가 공유합니다.

Work Memory

PostgreSQL Work Memory 영역은 정렬 (ORDER BY, DISTINCT, 병합 조인 포함)이나 해시 테이블 연산( 해시 조인, 해시 기반 집계 포함) 또는 IN 절이 데이터베이스 SQL 쿼리에 포함될 때 사용됩니다.
작업 메모리는 `work_mem` 매개변수로 제어됩니다. 복잡한 SQL 쿼리에는 여러 개의 정렬 및 해시 연산이 포함될 수 있으며, 각 연산마다 RAM에 메모리가 할당되므로 이 메모리 영역에 큰 값을 할당하지 않는 것이 좋습니다. 그렇지 않으면 모든 RAM 공간이 소진되어 다른 프로세스에 문제를 일으킬 수 있습니다.

Maintenance Work Memory

PostgreSQL Maintenance Work Memory는 인덱스 생성, 인덱스 추가, 외부 키 추가 등과 같은 유지보수 작업을 수행할 때 사용됩니다. 이 영역은 maintenance_work_mem Parameter에 의해 제어됩니다.

Temp Buffers

PostgreSQL Temp Buffers 영역은 대규모 정렬 및 해싱 작업 중에 임시 테이블에 액세스할 때 사용됩니다. 이러한 버퍼는 사용자 세션에 따라 다릅니다.

PostgreSQL 백그라운드 프로세스는 PostgreSQL 데이터베이스의 중요한 구성 요소입니다.
이러한 프로세스는 메모리와 디스크 간의 일관성을 유지하는 데 사용되며, 이로 인해 PostgreSQL 데이터베이스 기능이 제대로 작동합니다.
각 PostgreSQL 백그라운드 프로세스는 고유한 역할을 수행합니다.
백그라운드 프로세스 목록
- Background Writer, Checkpointer, Autovacuum Launcher, WAL Writer, Statistics Collector, Logging Collector, Archiver

Background Writer

PostgreSQL 백그라운드 라이터는 PostgreSQL 인스턴스가 시작될 때 Postmaster에 의해 시작됩니다.
백그라운드 라이터는 데이터 파일에 새로운 또는 수정된 공유 버퍼라고도 불리는 더티 버퍼를 작성하여 충분한 버퍼 공간을 사용할 수 있도록 하는 데 사용됩니다.
PostgreSQL 백그라운드 라이터는 다음 세 가지 Parameter를 따라 공유 버퍼에서 데이터 파일로 더티 버퍼를 작성합니다.
- bgwriter_delay (200ms by default, 10ms – 10s possible)
  - 이 Parameter는 두 번의 성공적인 실행 대기 시간을 정의하는 데 사용됩니다.
- bgwriter_lru_maxpages (100 pages by default, 0 – 1000 possible)
  - 이 Parameter는 각 반복에서 데이터 파일에 쓸 수 있는 최대 버퍼 수를 정의하는 데 사용됩니다.
- bgwriter_lru_multiplier (2.0 by default, 0-10.0 possible)
  - 이 Parameter는 들어오는 더티 페이지에 대해 정리할 페이지 수를 정의하는 데 사용되며, 이는 마지막 지연 기간의 수를 기준으로 합니다. 예를 들어, 값이 2로 설정되어 있고 들어오는 페이지가 10이므로 이 경우에는 도달하지 않는 버퍼가 20개가 아닌 한 더티 버퍼가 정리됩니다.

Checkpointer

Why