【赵渝强老师】PostgreSQL数据库的WAL日志与数据写入的过程

​PostgreSQL中的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)

# 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 | 2025-07-20 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 | 2025-07-20 22:06:31+08
 000000010000000000000002 | 16777216 | 2025-07-20 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。

WAL机制在保证事务持久性和数据完整性的同时，成功地提升了系统性能。下图说明了数据提交与WAL日志写入时的关系。

点击这里查看视频讲解：【赵渝强老师】PostgreSQL数据库数据写入的过程

在postgresql.conf文件中关于WAL的配置参数主要有以下几个：

wal_level = replica
fsync = on
max_wal_size = 1GB
min_wal_size = 80MB

# 其中：
# wal_level参数的可选的值有以下三个，级别依次增高，记录的WAL信息也越多。
# （1）minimal：不能通过基础备份和WAL日志恢复数据库。
# （2）replica：该级别支持WAL归档和复制。
# （3）logical：在replica级别的基础上添加了支持逻辑解码所需的信息。
# fsync：强制同步来实现数据安全保证。

# 当WAL日志文件的大小超过max_wal_size参数设置时，将发生WAL日志信息的覆盖，
# 从而造成日志信息的丢失。因此为了保证数据的安全，建议在生产环境中开启WAL的归档模式。

由于WAL日志文件采用了二进制的形式存储日志信息，因此PostgreSQL提供了工具pg_waldump帮助获取WAL日志文件中记录的日志信息，例如：

[postgres@mydb pgsql]$ pwd
/home/postgres/training/pgsql

[postgres@mydb pgsql]$ bin/pg_waldump \
> data/pg_wal/000000010000000000000002

# 输出的信息如下：
rmgr: Standby     len (rec/tot):     50/    50, tx:          0, lsn: 0/02000028, prev 0/015BADB8, desc: RUNNING_XACTS nextXid 485 latestCompletedXid 484 oldestRunningXid 485
rmgr: Standby     len (rec/tot):     50/    50, tx:          0, lsn: 0/02000060, prev 0/02000028, desc: RUNNING_XACTS nextXid 485 latestCompletedXid 484 oldestRunningXid 485
rmgr: XLOG        len (rec/tot):    114/   114, tx:          0, lsn: 0/02000098, prev 0/02000060, desc: CHECKPOINT_ONLINE redo 0/2000060; tli 1; prev tli 1; fpw true; xid 0:485; oid 13581; multi 1; offset 0; oldest xid 478 in DB 1; oldest multi 1 in DB 1; oldest/newest commit timestamp xid: 0/0; oldest running xid 485; online
rmgr: Standby     len (rec/tot):     50/    50, tx:          0, lsn: 0/02000110, prev 0/02000098, desc: RUNNING_XACTS nextXid 485 latestCompletedXid 484 oldestRunningXid 485