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0.简介

之前文章对于PG的内部模块做了一些介绍，接下来对PG和外部交互的部分进行介绍，本文主要介绍通讯协议的概念和PG中的消息格式和交互流程。

1.PG通讯协议

通讯协议，就是通信双方对数据传输和解析的一种约定。遵守协议的双方可以进行正常的“交流”。对于PG，其外部的客户端（像psql,JDBC,PgAdmin等）都需要遵循PG的通信协议才能正确的进行通信，下面主要针对PG 7.4 版本开始使用的 Protocol v3.0 版本介绍，该协议支持 TCP/IP 和 Unix 域套接字。下面从数据格式，消息类型和传输流程来分别进行介绍。

1.1 消息格式

消息的格式是：第一个字节标识消息的类型，随后用四个字节标识消息的长度，然后是消息体。

其解析过程可以参考SocketBackend函数

static int
SocketBackend(StringInfo inBuf)
{int      qtype;/** Get message type code from the frontend.*/HOLD_CANCEL_INTERRUPTS();pq_startmsgread();qtype = pq_getbyte();if (qtype == EOF)      /* frontend disconnected */{//}/** Validate message type code before trying to read body; if we have lost* sync, better to say "command unknown" than to run out of memory because* we used garbage as a length word.** This also gives us a place to set the doing_extended_query_message flag* as soon as possible.*/switch (qtype){case 'Q':        /* simple query */doing_extended_query_message = false;if (PG_PROTOCOL_MAJOR(FrontendProtocol) < 3){/* old style without length word; convert */if (pq_getstring(inBuf)){if (IsTransactionState())ereport(COMMERROR,(errcode(ERRCODE_CONNECTION_FAILURE),errmsg("unexpected EOF on client connection with an open transaction")));else{/** Can't send DEBUG log messages to client at this* point. Since we're disconnecting right away, we* don't need to restore whereToSendOutput.*/whereToSendOutput = DestNone;ereport(DEBUG1,(errcode(ERRCODE_CONNECTION_DOES_NOT_EXIST),errmsg("unexpected EOF on client connection")));}return EOF;}}break;case 'F':        /* fastpath function call */doing_extended_query_message = false;if (PG_PROTOCOL_MAJOR(FrontendProtocol) < 3){if (GetOldFunctionMessage(inBuf)){if (IsTransactionState())ereport(COMMERROR,(errcode(ERRCODE_CONNECTION_FAILURE),errmsg("unexpected EOF on client connection with an open transaction")));else{/** Can't send DEBUG log messages to client at this* point. Since we're disconnecting right away, we* don't need to restore whereToSendOutput.*/whereToSendOutput = DestNone;ereport(DEBUG1,(errcode(ERRCODE_CONNECTION_DOES_NOT_EXIST),errmsg("unexpected EOF on client connection")));}return EOF;}}break;case 'X':        /* terminate */doing_extended_query_message = false;ignore_till_sync = false;break;case 'B':        /* bind */case 'C':        /* close */case 'D':        /* describe */case 'E':        /* execute */case 'H':        /* flush */case 'P':        /* parse */doing_extended_query_message = true;/* these are only legal in protocol 3 */if (PG_PROTOCOL_MAJOR(FrontendProtocol) < 3)ereport(FATAL,(errcode(ERRCODE_PROTOCOL_VIOLATION),errmsg("invalid frontend message type %d", qtype)));break;case 'S':        /* sync *//* stop any active skip-till-Sync */ignore_till_sync = false;/* mark not-extended, so that a new error doesn't begin skip */doing_extended_query_message = false;/* only legal in protocol 3 */if (PG_PROTOCOL_MAJOR(FrontendProtocol) < 3)ereport(FATAL,(errcode(ERRCODE_PROTOCOL_VIOLATION),errmsg("invalid frontend message type %d", qtype)));break;case 'd':        /* copy data */case 'c':        /* copy done */case 'f':        /* copy fail */doing_extended_query_message = false;/* these are only legal in protocol 3 */if (PG_PROTOCOL_MAJOR(FrontendProtocol) < 3)ereport(FATAL,(errcode(ERRCODE_PROTOCOL_VIOLATION),errmsg("invalid frontend message type %d", qtype)));break;default:/** Otherwise we got garbage from the frontend.  We treat this as* fatal because we have probably lost message boundary sync, and* there's no good way to recover.*/ereport(FATAL,(errcode(ERRCODE_PROTOCOL_VIOLATION),errmsg("invalid frontend message type %d", qtype)));break;}/** In protocol version 3, all frontend messages have a length word next* after the type code; we can read the message contents independently of* the type.*/if (PG_PROTOCOL_MAJOR(FrontendProtocol) >= 3){if (pq_getmessage(inBuf, 0))return EOF;      /* suitable message already logged */}elsepq_endmsgread();RESUME_CANCEL_INTERRUPTS();return qtype;
}

1.2 消息交互流程

1.2.1 启动流程

客户端首先发送startup packet到服务器，服务器判断是否需要授权信息，需要的话这发送权限认证请求要求客户端发送密码，权限验证后进行一些参数信息传递，最后发送readyforquery表明连接创建成功。

1.2.2 简单查询流程

客户端会发送一个Query消息，服务端处理请求，然后返回查询结果，查询结果包含两部分，一是结构，即RowDescription（如列名，类型，长度）；另外一个是数据，即DataRow(一行数据).
每个sql结束后都会返回一个commandcomplete,查询请求结束后回回复一条ReadyForQuery。

1.2.3 扩展查询

扩展查询将一个查询分为多个步骤，客户端先给服务的发送Parse消息，该消息包含参数化sql，服务端收到消息后，调用exec_parse_message 函数进行处理，进行语法分析、语义分析和重写，同时会创建一个 Plan Cache 的结构，用于缓存后续的执行计划；然后客户端发送bind消息，携带具体参数值，服务端收到该消息后，调用 exec_bind_message 函数进行处理；然后客户端发送describe，获取结果的列名，类型等信息；然后客户端发送execute去获取DataRow；最后Sync是扩展协议的请求消息结束标识。

1.2.3.1 pipelining

扩展查询允许使用流水线，即发送的一系列查询无需等待较早查询完成，减少给定系列操作的网络所需往返次数。但是需要考虑一个步骤失败，后续步骤已经发送给服务器的问题。

1.2.4 取消流程

在查询期间，客户端可能会请求取消查询，为了不让服务端在处理时不断检查来自客户端的新输入，取消请求采用的方式是打开一个新连接然后发送CancelRequet请求，而不是StartUp。那么如何知道要取消哪一个请求？依靠的是查询startup阶段，服务端返回给客户端的进程id和一个取消码。

1.2.5 结束流程

正常终止通过客户端发送的terminate终止消息来关闭连接，在异常常见下（数据库关闭），服务段可能没有收到请求就断开连接，在这种常见下，服务端会尝试在关闭连接之前发送错误或通知消息，给出原因。

1.2.6 copy流程

Copy 子协议对应三种模式：

copy-in 导入数据，对应命令 COPY FROM STDIN

copy-out 导出数据，对应命令 COPY TO STDOUT

copy-both 用于 walsender，在主备间批量传输数据

以 copy-in 为例，服务端收到 COPY 命令后，进入 COPY 模式，并回复 CopyInResponse。随后客户端通过 CopyData 消息传输数据，CopyComplete 消息标识数据传输完成，服务端收到该消息后，发送 CommandComplete 和 ReadyForQuery 消息，消息流如下：

1.2.7 错误和通知

错误和通知通过ErrorResponse 和通知消息 NoticeResponse来返回，具体含义如下：