前言
postgresql 保存数据的基本单位是 page，一个 page 里包含多条数据。postgresql 同磁盘的读写单位也是 page，一个 page 对应于磁盘的一个 block。block 的格式和 page 是相同的，本篇文章详细得介绍了 page 的数据存储格式和相关的增删改查操作。
内存结构
page 可以简单划分为四块区域：
page 头部区域，描述整个 page 的情况，比如空闲空间，校检值等
数据指针区域，数据指针用来描述实际数据的存储信息
数据区域，用来存储实际数据
特殊区域，用来存储一些特殊数据
其中数据指针区域和数据区域是空间共享的，数据指针区域的区间是从上面开始的，向下扩展。而数据区域的空间方向是相反的，从下面开始的，向上扩展。
每条数据存储在 page 里，都对应一个数据指针和一个数据，数据指针记录了实际存储数据的位置。这种共享机制能够充分的利用空间，无论每条数据的是否过大或过小，都能几乎填满整个 page。
Page 头部
page 头部由结构体PageHeaderData来表示，
typedef struct PageHeaderData
{
PageXLogRecPtr pd_lsn; // 该数据页最后一次被修改对应的wal日志的位置
uint16 pd_checksum; // 校检值
uint16 pd_flags; // 标记位
LocationIndex pd_lower; // 空闲空间的起始偏移量
LocationIndex pd_upper; // 空闲空间的结束偏移量
LocationIndex pd_special; // 特殊空间的结束偏移量
uint16 pd_pagesize_version; // page 格式版本号
TransactionId pd_prune_xid; /* oldest prunable XID, or zero if none */
ItemIdData pd_linp[FLEXIBLE_ARRAY_MEMBER]; // 数据指针数组
} PageHeaderData;
当新添加一条数据到 page 里，需要快速判断是否有空闲空间。page 的 pd_flags 记录了 page 是否有空闲空间，它的标记位如下：
#define PD_HAS_FREE_LINES 0x0001 // 是否有空闲的数据指针
#define PD_PAGE_FULL 0x0002 // 是否有空闲空间支持添加一条数据
#define PD_ALL_VISIBLE 0x0004 /* all tuples on page are visible to everyone */
注意到 pd_linp 成员，它是一个 ItemIdData 数组，这里需要把它看成一个指针。它并不属于头部，从计算头部的长度就可以看出
#define SizeOfPageHeaderData (offsetof(PageHeaderData, pd_linp))
整个结构如下图所示：
数据指针
ItemData 结构表示数据的指针，它描述了数据的位置和状态
typedef struct ItemIdData
{
unsigned lp_off:15, // 数据在page的偏移量
lp_flags:2, // 状态值，有unused,normal,redirect,dead
lp_len:15; // 数据长度
} ItemIdData;
lp_flags 只有2位，它有四种状态值：
#define LP_UNUSED 0 // 表示此指针是空闲
#define LP_NORMAL 1 // 表示此指针正在被使用，且对应的数据已经存储
#define LP_REDIRECT 2 // HOT redirect (should have lp_len=0) */
#define LP_DEAD 3 // dead, may or may not have storage */
插入数据
PageAddItemExtended函数负责插入数据，定义如下
/*
中间的图片展示了两种插入情况，没有指定数据指针的位置，和指定了数据指针位置为第2个（也就是原有的 ItemData 1 空闲位置）并且指定了覆盖选项。
后面的图片展示了指定数据指针的位置第三个（也就是为原有 ItemData2 的位置）。
插入数据的原理总结如下：
如果没有指定数据指针的位置，那么会尽量使用空闲位置的，通过检查 PD_HAS_FREE_LINES 标记位，就可以判断page 是否有空闲数据指针。如果有空闲位置，那么就从头开始遍历，直到找到一个空闲位置。如果没有前面空闲位置，只能使用 pd_lower 指向的位置。
如果指定了数据指针位置，并且设置了覆盖选项，那么首先会去检查该位置的指针是否已经被使用，如果没有被使用则直接修改指针属性和插入数据，否则就会报错。
如果指定了数据指针位置，但没有指定覆盖，那么不管此位置是否空闲，都需要将后面的指针后移一位。
删除数据
PageIndexTupleDelete负责删除指定位置的数据，删除数据后，会将需要将空闲的数据指针和数据进行压缩合并。
void PageIndexTupleDelete(Page page, OffsetNumber offnum);
下图展示了数据删除的过程，这里需要删除数据 data 2：
首先将数据指针删除，然后将后面的数据向上移动，填满空缺位。
然后将实际的存储数据删除，将后面的数据向下移动，填补空缺位。
最后还需要更新数据指针的 offset 属性，因为其对应的数据存储位置已经发生了改变。
修改数据
bool PageIndexTupleOverwrite(Page page, OffsetNumber offnum, Item newtup, Size newsize);
如果原有数据的大小和新数据相同，那么直接修改对应的数据指针和实际的数据。
如果不一致，需要先将数据进行删除，然后将删除的空间进行压缩合并，并且更新所有数据指针的 offset 属性。最后才完成添加数据。
作者：zhmin
链接：https://zhmin.github.io/posts/postgresql-buffer-page/