PostgreSQL的系统catalog是存储元数据的核心结构，包含数据库对象信息。它由pg_catalog模式下的系统表和视图组成，如pg_class记录表、索引等对象，pg_namespace存储schema信息，pg_attribute保存列定义，pg_type管理数据类型，pg_index描述索引，pg_constraint存储约束，pg_roles记录用户角色，pg_database维护数据库列表。系统自动更新这些表，用户应通过系统视图（如pg_tables、pg_indexes）查询，避免直接修改。定期执行VACUUM和ANALYZE可维护catalog健康，确保性能稳定。
PostgreSQL 的系统 catalog（系统目录）是数据库内部用于存储元数据的核心结构，它记录了所有数据库对象的信息，比如表、索引、视图、函数、用户权限等。理解系统 catalog 的结构和维护方式，有助于深入掌握 PostgreSQL 的运行机制，也对性能调优、故障排查和工具开发有帮助。
系统 catalog 是什么
PostgreSQL 使用一组系统表和系统视图来管理数据库的元数据，这些统称为系统 catalog。它们存在于 pg_catalog 模式中，普通用户通常不会直接操作这些表，但可以通过查询系统视图来获取数据库结构信息。
这些系统表本身也是用 PostgreSQL 表实现的，但被内部机制保护，不允许直接 INSERT、UPDATE 或 DELETE（除非在特殊模式下，如 bootstrap 模式）。所有对 schema 的变更（如 CREATE TABLE、GRANT 等）都会由 PostgreSQL 自动更新相应的系统 catalog 记录。
常见系统表及其作用
以下是一些关键的系统表及其用途说明：
pg_class存储所有“关系”对象，包括表、索引、序列、TOAST 表等。主要字段：
- relname：对象名称
- relkind：对象类型（r=普通表，i=索引，S=序列，v=视图，m=物化视图，c=复合类型，t=TOAST 表）
- relnamespace：所属命名空间（即 schema 的 OID）
- relowner：所有者 OID
- reltuples：估算的行数（由 ANALYZE 更新）
- relpages：占用的磁盘页数
存储 schema 信息。字段包括：
- nspname：schema 名称
- oid：唯一标识符，被其他系统表引用
存储表的列信息（每个列一条记录），关键字段：
- attrelid：所属表的 OID（指向 pg_class.oid）
- attname：列名
- atttypid：数据类型的 OID（指向 pg_type）
- attnum：列的序号（正数为用户列，负数为系统隐含列）
- attisdropped：是否已被删除（ALTER DROP COLUMN 后标记）
定义所有数据类型，包括内置类型和用户自定义类型。
pg_index描述索引的元数据，如：
- indexrelid：索引在 pg_class 中的 OID
- indrelid：被索引表的 OID
- indkey：索引键对应的列编号数组
- indisprimary：是否为主键
存储约束信息（主键、外键、唯一、检查等）。
pg_roles记录数据库角色（用户）信息，替代旧的 pg_user 视图。
pg_database存储数据库列表，每个数据库一条记录，包含其 OID、编码、模板属性等。
系统视图的使用
虽然系统表保存原始数据，但通常建议通过系统视图来查询，因为它们更易读且做了语义封装。例如：
- pg_tables：显示所有可访问的表
- pg_indexes：索引信息的可读展示
- pg_views：查看视图定义
- information_schema：SQL 标准兼容的元数据视图，跨数据库通用
示例：查看当前数据库所有表的大小
SELECT tablename, pg_size_pretty(pg_total_relation_size(tablename::text)) FROM pg_tables WHERE schemaname = 'public';
系统 catalog 的维护机制
PostgreSQL 自动维护系统 catalog，但某些操作需要手动干预或定期执行：
- VACUUM：清理 dead 元组，回收空间。系统表也会产生 dead 元组，因此需定期 vacuum（尤其是频繁 DDL 操作时）
- ANALYZE：更新统计信息（如 pg_class.reltuples），供查询规划器使用。执行 ANALYZE 可刷新表行数估算
- REINDEX SYSTEM：重建某个数据库的全部系统索引（如 pg_class_oid_index）
- initdb：初始化集群时创建初始的系统 catalog 结构
注意：不要尝试手动修改系统表内容。错误的写入可能导致数据库损坏。若需深度调试，可在单用户模式下启动并谨慎操作。
基本上就这些。系统 catalog 是 PostgreSQL 的“自描述”核心，了解其结构能提升对数据库行为的理解，但在生产环境中应以只读方式使用。日常维护依赖自动机制，配合 VACUUM 和 ANALYZE 即可保持健康状态。
