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详解PostgreSQL的TOAST大字段存储方式

PostgreSQL为“大字段“的物理存储提供了TOAST功能,通过合适的配置策略能够减少IO次数和扫描块数,进而提升查询速度。

  TOAST:The Oversized-Attribute Storage Technique

  特点:

  PostgreSQL采用固定页面大小(通常是8Kb,不象oracle在运行期间有多种选择),元组不能跨越多个页面,无法实现“大字段值“的直接存储。TOAST提供了解决方法,允许大的字段值被压缩或分裂为多个物理行。

  PostgreSQL只为部分数据类型支提供TOAST支持,为支持TOAST,数据类型必须是变长(varlena)的类型。前32位存储着以字节记的数值总长度(包括长度本身)。

  TOAST采用最高的两个二进制位用于标识压缩与行外存储,因此“大字段“的逻辑长度被限制在了1GB2^(32-2)-1)。

  两个位都是零,表示数值未经过TOAST方式的数值;

  第32位为1,表示该数值被压缩,使用前必须先解压缩;

  第31位为1,表示该数值采用行外存储,此时只是存储着一个指针,该指针指向其他的地方。另外30个位表示数据的实际尺寸,而不是解压缩或者从线外数据抓过来之后的逻辑尺寸。

  行外数据被分裂成(如果压缩过,以压缩后为参考)最多TOAST_MAX_CHUNK_SIZE(这个数值略小于BLCKSZ/4,或者缺省 2K字节)字节的块,每个块都作为独立的行在TOAST表里为所属表存储。每个TOAST表都有字段chunk_id,chunk_seq和chunk_data。在chunk_id和chunk_seq上有一个唯一索引,提供对数值的快速检索。

  只有表中存储超过BLCKSZ/4字节(通常是2Kb)的行才会触发,对字段进行压缩和行外存储,直到小于BLCKSZ/4字节,或者无法得到更好的结果的时候才停止。UPDATE操作过程中,未改变的字段的数值通常原样保存;因此UPDATE行外存储的记录时,如果行外数据值没有变化,将不会带来TOAST开销存在。

  TOAST代码识别四种不同的存储可TOAST字段的策略:

  PLAIN避免压缩或者行外存储。只对那些非TOAST数据类型才有效。

  EXTENDED允许压缩和行外存储。大多数TOAST数据类型的缺省值。首先进行压缩,如果行仍然太大,则进行行外存储。

  EXTERNAL允许行外存储,不许压缩。使用 EXTERNAL将令那些在 text 和 bytea 字段上的子字串操作更快(代价是增加了存储空间),因此这些操作是经过优化的:如果行外数据没有压缩,那么它们只抓取需要的部分。

  MAIN允许压缩,不允许行外存储。当数据值压缩过后仍然太大将会采用行外存储。每个可以 TOAST 的数据类型都为该数据类型的字段声明一个缺省策略,但是特定表的字段的存储策略可以用ALTER TABLE SET STORAGE修改。

  优点:

  相对直接的存储方式来说,数据经过TOAST方式后,单个或者连续数据块中能够存储更多的数据值,对于访问非“大字段”时,能够大量减少扫描块数或者物理IO次数;

  对于极少访问的含“大字段”记录,经过手动修改存储属性,采用TOAST方式,即便值小于2K的情况下同样能够带来很好的效果。

  针对系统数据访问特定,灵活的采用TOAST存储策略总能够为系统带来性能的提升。

  题外话:oracle的大字段的存储采用了行外的方式,对大字段默认进行段存储,同时系统默认创建索引。将大字段根据磁盘配置进行单独存储,也是提升oracle部署性能的常见方式。

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