快照的简介

快照是计算机系统中用于捕获数据在某一时间点状态的机制，其核心原理是通过指针或差异记录而非全量复制来实现高效存储和快速恢复。在PostgreSQL（PG）数据库中，快照是实现事务隔离的关键组件，通过记录事务ID和可见性规则来保证数据一致性。

快照的原理

1. 写时复制（COW）：创建快照时仅记录数据块的元信息（如地址指针），当原始数据被修改时，系统会先将原始数据复制到快照空间，再执行修改操作。这种方式显著减少存储开销，例如仅保存5%的修改数据即可还原完整状态。
2. 差异存储：快照通过记录自创建时间点后的数据变化（差异文件）来构建完整视图，未修改部分直接引用原始数据。
3. 指针列表：快照本质是一组指向数据地址的指针集合，读取时根据指针动态组合数据版本。

快照的作用

• 数据恢复：可将系统回滚至快照创建时的状态，常用于误操作或系统故障后的恢复。
• 数据一致性视图：在PG中，快照为事务提供隔离性，确保事务仅看到特定时间点已提交的数据。
• 辅助功能：支持数据挖掘、测试开发等场景，例如将快照映射给其他业务系统进行分析而不影响源数据。

PG数据库生成快照的方法

1. 事务快照：PG中每个事务会生成独立的快照，通过xmin（最小活跃事务ID）、xmax（最大事务ID+1）和活跃事务列表（xip）确定数据可见性。例如：
   • 读已提交隔离级别下，每条SQL语句开始时生成新快照。
   • 可重复读/串行化隔离级别下，仅在事务第一条语句生成快照并持续到事务结束。
2. 显式导出快照：使用pg_export_snapshot()函数导出快照ID，其他会话可通过SET TRANSACTION SNAPSHOT 'snapshot_id'导入该快照，实现多会话间数据一致性读取。
3. MVCC机制：PG通过多版本并发控制生成快照，元组的xmin和xmax字段决定其对事务的可见性。快照结构体包含关键字段如xmin、xmax、xip（活跃事务数组）等。

示例：PG快照生成流程

1. 获取全局事务状态（ProcArray）和最新提交的事务ID。
2. 遍历活跃事务列表，排除逻辑解码或Vacuum进程，生成xmin和xmax。
3. 记录子事务状态（subxip），处理可能的溢出情况。