【赵渝强老师】PostgreSQL的WAL预写日志文件

PostgreSQL数据库的物理存储结构主要是指硬盘上存储的文件，包括：数据文件、日志文件、参数文件、控制文件、WAL预写日志文件等等。下面重点讨论一下PostgreSQL的WAL预写日志文件。

视频讲解如下：
https://www.bilibili.com/video/BV1HCWBehEjj/?aid=113020218901...

WAL是Write Ahead Logging的缩写，即预写日志，它是保证数据完整性的一种标准方法。简单来说就是在PostgreSQL数据库中要对数据文件进行修改时必须先写入WAL日志信息，即当WAL日志记录完成了持久化，刷新到永久储存之后才能更改数据文件。根据这个原则就不需要在每次提交事务的时候都刷新数据到磁盘。因为当数据库出现宕机发生数据丢失时，可以重新执行WAL日志来达到恢复数据库的目的。因此WAL日志也可以叫做redo重做日志，因为任何没有写到数据文件上的改动都可以根据日志记录进行重做。

在默认的情况下，单个WAL预写日志文件的大小是16M，通过参数wal_segment_size决定。

postgres=# show wal_segment_size;
 wal_segment_size 
------------------
 16MB
(1 row)


# 注意：源码安装编译的时候可以通过指定下面的参数更改其大小：
./configure --with-wal-segsize=target_value

在默认情况下，WAL日志保存在pg_wal目录下，例如：

[postgres@mydb pg_wal]$ pwd
/home/postgres/training/pgsql/data/pg_wal
[postgres@mydb pg_wal]$ tree
.
├── 000000010000000000000001
└── archive_status

WAL日志文件名称为16进制的24个字符组成，每8个字符一组，每组的意义如下：

00000001  00000000  00000001
时间线    逻辑ID         物理ID

当一个WAL预写日志文件写满时会自动切换到下一个WAL预写日志文件，而WAL切换的方式也可以是手动切换。例如，当执行pg_switch_wal()后WAL会切换到新的日志。下面展示了操作的过程：

-- 查看当前已有的WAL日志文件
postgres=# select * from pg_ls_waldir();
           name           |   size   |      modification      
--------------------------+----------+------------------------
 000000010000000000000001 | 16777216 | 2023-05-20 22:04:53+08
(1 row)

-- 进行WAL的手动切换
postgres=# select pg_switch_wal();
 pg_switch_wal 
---------------
 0/15BADD0
(1 row)

-- 再次查看当前已有的WAL日志文件
postgres=# select * from pg_ls_waldir();
           name           |   size   |      modification      
--------------------------+----------+------------------------
 000000010000000000000001 | 16777216 | 2023-05-20 22:06:31+08
 000000010000000000000002 | 16777216 | 2023-05-20 22:06:31+08
(2 rows)

通过查看pg_wal目录，此时将生成一个新的WAL日志文件。

[postgres@mydb pg_wal]$ tree
.
├── 000000010000000000000001
├── 000000010000000000000002
└── archive_status

1 directory, 2 files

PostgreSQL数据库使用WAL优势主要有以下两个方面：

• 首先，由于在数据库数据发生变更时会先将WAL日志缓冲区中的重做日志写入磁盘，因此即使在数据库发生宕机时，数据缓冲区中的数据还没有全部写入到永久存储中的情况下，也可以通过磁盘上的WAL日志信息来恢复数据库丢失的数据；
• 其次，在提交事务操作时仅仅是把WAL日志写入到磁盘上，并不会将数据刷新到磁盘。因此，从I/O次数来说，刷新WAL日志的次数要比刷新数据文件的次数少得多；从IO花销来说，WAL刷新是连续I/O，而数据刷新是随机I/O，因此，WAL刷新花销小得多。