zheap存储引擎那点事

zheap是什么？

• zheap是PostgreSQL新一代的存储引擎，遵循PostgreSQL的license.zheap引擎最初是由EnterpriseDB开发。开源版本目前是由https://github.com/cybertec-postgresql/postgres/tree/REL_13_ZHEAP项目接管，持续更新。zheap的整体目标是整合到PostgreSQL中

zheap设计的初衷是什么?

• 在特定的场景下PostgreSQL的表会变得很膨胀,PostgreSQL默认是heap表，采用Cow方式，有效行数据和无效行数据会存储在表中，如果不做full vacuum表的空间不会得到回收。zheap的目标就是效仿Oracle的方式，无效数据(被删除或者删除数据)和有效数据分开存储，引入undo的技术。
• 每个主流的DBMS实现MVCC都采用不同的技术，PostgreSQL是元组的所有版本存储在表中;Oracle和MySQL是旧版本数据存储在undo日志中;SQL Server是把旧版本数据存储在tempdb中,每一种实现各有特色。
• zheap的设计是为了达到至少2个目标，第一是更好的控制表的膨胀,执行行数据的原地"更新"来避免表膨胀;第二是保持更小的tuple headers，目前PostgreSQL默认的引擎中表的header存储了大量的事务和为了对齐而采用的padding技术。zheap引擎是要消除这些padding同时在page中不存储事务信息。

zheap 采用什么新技术？

• 在zheap存储引擎中，引入了undo的技术，同时每个page设计了固定数量的transaction slots,每个slot存储了事务信息，事务信息包括transaction id、epoch、last undo record pointer信息。每个zheap的page是可以配置，默认是4个transaction slots.每个transaction slot占用16个字节。 transaction slots在zheap存储引擎中是可以复用,当事务提交了，这些transaction slot可以resued,所以每个page中不需要那么多的slot.

zheap 是如何工作的?

• zheap引入undo，所有的旧版本数据存储在undo中。当执行一个记录更新的事务，先写wal(redo)日志，随后记录这个操作涉及到所有变更到undo(记录所有的变更)。当事务aborts，undo被用来回滚所有的变更。
• undo日志存储了MVCC需要的所有的记录的版本数据，少量的事务信息记录在表中，减少表中的padding，这样也达到了减少表的表在磁盘上的空间占用。
• 当事务更新记录中发生了crash,可以借助PostgreSQL的wal先进行恢复，后借助undo日志进行回滚那些未被提交或者终止的事务。
• zheap引擎中undo需要记录每条记录的insert/update/delete操作。insert操作采用了heap存储引擎+undo日志，heap表插入数据同时在undo日志中记录删除操作;delete操作采用heap存储引擎+undo日志，undo日志记录所有被删除的数据；update操作首先将旧记录存储在undo日志中，原地更新防止表膨胀，但是这会导致undo日志膨胀，但是一旦失误提交或者回滚undo相关的空间就重用。