PostgreSQL 특징과 기능: 아키텍처, 타입, 인덱스, MariaDB와 비교

1. 개요

1986년 UC 버클리 POSTGRES 프로젝트에서 출발한 객체-관계형 데이터베이스(ORDBMS). 1996년 SQL을 지원하며 PostgreSQL로 이름을 바꿨다.
라이선스는 PostgreSQL License(BSD/MIT 계열). 상용 이용·재배포에 제한이 없고 단일 회사가 소유하지 않는다.
매년 9~10월에 메이저 버전이 나오고, 각 메이저 버전은 5년간 마이너 업데이트를 받는다. 마이너 업데이트는 분기마다 나온다.
2026-09 기준 최신 메이저는 18이며, Ubuntu 24.04 기본 저장소는 16을 제공한다.
SQL 표준 준수도가 높고, 트랜잭션 DDL·MVCC·확장 시스템이 강점이다.

2. 아키텍처

2.1 프로세스 구조

postmaster(postgres 메인 프로세스)가 접속마다 백엔드 프로세스를 하나씩 fork한다. 스레드가 아니라 프로세스 모델이다.
접속 수가 많으면 프로세스 비용이 커지므로 수백 개 이상 동시 접속에는 PgBouncer 같은 커넥션 풀러를 앞에 둔다.
백그라운드 프로세스:
- checkpointer: 더티 페이지를 주기적으로 디스크에 기록
- background writer: 버퍼를 미리 비워 백엔드의 대기를 줄임
- WAL writer: WAL 버퍼를 디스크로 flush
- autovacuum launcher/worker: 죽은 튜플 정리와 통계 갱신
- stats collector(15 이전) / 공유 메모리 통계(15 이후)
- archiver, logical replication launcher, walsender/walreceiver

2.2 메모리

파라미터	역할	기본값
`shared_buffers`	디스크 페이지 캐시. 보통 RAM의 25%	128MB
`work_mem`	정렬·해시 작업 하나당 메모리. 쿼리·노드마다 별도 할당	4MB
`maintenance_work_mem`	VACUUM, CREATE INDEX 등 유지보수 작업 메모리	64MB
`effective_cache_size`	플래너가 가정하는 OS 캐시 포함 총 캐시 크기(할당 아님)	4GB
`wal_buffers`	WAL 쓰기 버퍼	shared_buffers의 1/32

2.3 저장 구조와 WAL

논리 계층: 클러스터(인스턴스) > 데이터베이스 > 스키마 > 테이블/인덱스/뷰/함수.
하나의 클러스터에 여러 데이터베이스가 있지만, 한 접속은 한 데이터베이스에만 붙는다. 데이터베이스 간 조인은 dblink나 postgres_fdw가 필요하다.
테이블은 8KB 페이지(블록) 단위로 힙 파일에 저장된다. 큰 값은 TOAST로 압축·분리 저장한다.
WAL(Write-Ahead Log): 데이터 파일을 바꾸기 전에 변경 로그를 먼저 기록해 크래시 복구, 스트리밍 복제, PITR의 기반이 된다.

2.4 MVCC와 VACUUM

다중 버전 동시성 제어(MVCC): UPDATE·DELETE는 기존 행을 덮어쓰지 않고 새 버전을 만들며, 읽기는 쓰기를 막지 않고 쓰기도 읽기를 막지 않는다.
오래된 행 버전(dead tuple)은 VACUUM이 회수한다. autovacuum이 자동으로 돌지만, 대량 갱신 테이블은 임계값 튜닝이 필요하다.
트랜잭션 ID는 32비트라서 약 20억 트랜잭션마다 wraparound를 막기 위한 freeze VACUUM이 반드시 필요하다. autovacuum을 끄면 안 되는 이유다.
격리 수준: Read Committed(기본), Repeatable Read, Serializable(SSI, 진짜 직렬화 보장). Read Uncommitted는 Read Committed로 동작한다.

2.5 클러스터 구성: 단일 vs 다중

서버 한 대에 클러스터 하나를 두고 그 안에서 database와 schema로 나누는 것이 표준 구성이다. 다중 클러스터는 특정한 이유가 있을 때만 쓴다.

단일 클러스터가 기본인 이유:

클러스터마다 shared_buffers와 백그라운드 프로세스(checkpointer, autovacuum, WAL writer)가 따로 뜬다. 한 서버에 여러 개를 돌리면 메모리를 나눠 써야 하고 캐시가 공유되지 않는다.
포트, 설정 파일, 백업, 모니터링, 업그레이드 작업이 클러스터 수만큼 늘어난다.
격리는 대부분 database·schema 수준에서 해결된다. 역할 권한, RLS, 스키마 분리로 접근 통제가 가능하다.
더 강한 격리가 필요하면 같은 호스트에 클러스터를 여럿 두기보다 VM이나 컨테이너를 나누어 각각 클러스터 하나씩 두는 쪽을 택한다.

다중 클러스터를 쓰는 경우:

상황	이유	지속성
메이저 버전 업그레이드	16/main 옆에 17/main을 만들어 옮긴 뒤 옛 것을 삭제. `pg_upgradecluster`가 이 방식	일시적
개발·테스트 환경	한 서버에서 버전별 동작 확인, 실험용 인스턴스	개발 서버 한정
클러스터 수준 설정이 충돌	한쪽은 `wal_level = logical`과 큰 `work_mem`, 다른 쪽은 OLTP 튜닝처럼 `postgresql.conf`가 근본적으로 달라야 할 때	드묾
독립적인 재시작·장애 범위	한 서비스의 설정 변경이나 장애가 다른 서비스를 건드리면 안 될 때	호스팅·멀티테넌트
복구 시점이 달라야 할 때	PITR은 클러스터 단위라, 한 서비스만 특정 시점으로 되돌리려면 클러스터가 분리돼 있어야 함	설계 단계에서 결정
복제 토폴로지가 다를 때	물리 복제는 클러스터 전체를 복제하므로, 일부 데이터만 다른 곳으로 보내야 하면 분리하거나 논리 복제 사용	설계 단계에서 결정

Debian 계열의 pg_createcluster, pg_lsclusters 도구는 다중 클러스터 운영을 권장해서가 아니라, 메이저 업그레이드를 옆에 새 클러스터를 세워 안전하게 진행하기 위해 만들어진 것이다. 평소에는 pg_lsclusters에 한 줄만 있는 것이 정상이다.

이 서버(RAM 15GB, MariaDB와 공유)에는 클러스터 하나만 두고, 서비스 격리는 database로, 모듈 구분은 schema로 하는 구성을 권장한다. 다중 클러스터는 메이저 버전을 올릴 때 잠깐 생겼다가 사라지는 상태로만 본다.

3. 데이터 타입

분류	타입	비고
정수	`smallint`, `integer`, `bigint`	unsigned 없음
자동 증가	`GENERATED ALWAYS AS IDENTITY`, `serial`/`bigserial`	IDENTITY가 표준이고 권장
실수	`numeric(p,s)`, `real`, `double precision`	금액은 `numeric`
문자	`text`, `varchar(n)`, `char(n)`	`text`와 `varchar`는 성능 차이 없음
불리언	`boolean`	진짜 불리언, `TINYINT(1)` 아님
날짜/시간	`timestamp`, `timestamptz`, `date`, `time`, `interval`	대부분 `timestamptz` 권장
바이너리	`bytea`
UUID	`uuid`	16바이트 네이티브 저장. 18부터 `uuidv7()` 내장
JSON	`json`, `jsonb`	`jsonb`는 바이너리 저장·인덱싱 가능. 거의 항상 `jsonb`
배열	`integer[]`, `text[]` 등 모든 타입의 배열	GIN 인덱스 가능
범위	`int4range`, `tstzrange`, `daterange` 등	겹침 연산자 `&&`, 배타 제약과 결합
열거	`CREATE TYPE ... AS ENUM`
복합	`CREATE TYPE ... AS (...)`	행 타입
네트워크	`inet`, `cidr`, `macaddr`	서브넷 연산 지원
기하	`point`, `line`, `box`, `polygon`, `circle`	실무는 PostGIS 사용
전문 검색	`tsvector`, `tsquery`
기타	`xml`, `money`, `hstore`(확장), `vector`(pgvector 확장)

4. 인덱스

종류	용도
B-tree	기본. 등호·범위·정렬·`LIKE 'abc%'`
Hash	등호만. 10 이후 WAL 지원으로 안전
GIN	배열, `jsonb`, 전문 검색, `pg_trgm`. 다중 값 포함 검색
GiST	기하, 범위, 전문 검색, 최근접 검색(KNN). 확장 가능한 트리
SP-GiST	분할 공간 트리. 전화번호·IP 접두어 등
BRIN	블록 범위 요약. 시계열처럼 물리 순서와 상관있는 거대 테이블에 매우 작은 인덱스

부분 인덱스: CREATE INDEX ... WHERE status = 'active'
표현식 인덱스: CREATE INDEX ... ON t (lower(email))
커버링 인덱스: INCLUDE (col)로 인덱스 전용 스캔
동시 생성: CREATE INDEX CONCURRENTLY로 쓰기를 막지 않고 생성
다중 컬럼, 유니크, 배타(EXCLUDE) 제약

5. SQL 기능

CTE(WITH), 재귀 CTE, MATERIALIZED 힌트
윈도우 함수: row_number(), rank(), lag(), lead(), sum() OVER (...)
LATERAL 조인, DISTINCT ON, FILTER (WHERE ...) 집계
UPSERT: INSERT ... ON CONFLICT (...) DO UPDATE / DO NOTHING
MERGE(15 이상), 17부터 RETURNING 지원
RETURNING: INSERT/UPDATE/DELETE 결과 행을 바로 반환. 18부터 RETURNING OLD.col, NEW.col
생성 컬럼: GENERATED ALWAYS AS (expr) STORED, 18부터 VIRTUAL이 기본
선언적 파티셔닝: RANGE, LIST, HASH. 파티션 프루닝, 파티션별 인덱스, ATTACH/DETACH PARTITION CONCURRENTLY
트랜잭션 DDL: CREATE TABLE, ALTER TABLE도 롤백된다. 마이그레이션 실패 시 절반만 적용되는 일이 없다.
세이브포인트, 2단계 커밋(PREPARE TRANSACTION), 어드바이저리 락
LISTEN / NOTIFY: DB 내장 pub/sub
전문 검색: to_tsvector, to_tsquery, 사전·랭킹 내장. 한국어는 형태소 분석기가 없어 pg_trgm이나 외부 검색엔진과 병행
JSON: ->, ->>, @>, ?, jsonb_path_query(SQL/JSON path), 16부터 JSON_ARRAY·JSON_OBJECT 표준 생성자, 17부터 JSON_TABLE
행 수준 보안(RLS): CREATE POLICY로 사용자별 행 필터링
테이블 상속, 규칙(RULE), 트리거(행/문장, BEFORE/AFTER/INSTEAD OF), 이벤트 트리거
COPY: 대량 적재/추출. 17부터 ON_ERROR ignore
EXPLAIN (ANALYZE, BUFFERS)로 실행 계획과 실제 비용 확인

6. 확장성

CREATE EXTENSION으로 설치하는 확장 시스템. 타입·연산자·인덱스 방식·함수를 추가할 수 있다.
자주 쓰는 확장:
- pg_stat_statements: 쿼리별 실행 통계 (성능 분석 필수)
- pg_trgm: 트라이그램 유사도, LIKE '%abc%' 인덱싱
- pgcrypto: 해시·암호화 함수
- uuid-ossp: UUID 생성 (13부터 gen_random_uuid() 내장이라 거의 불필요)
- hstore: 키-값 타입
- citext: 대소문자 무시 텍스트
- postgres_fdw, mysql_fdw, file_fdw: 외부 데이터 래퍼. 다른 DB 테이블을 로컬 테이블처럼 조회
- PostGIS: 공간 데이터 (사실상 표준 GIS 엔진)
- pgvector: 벡터 유사도 검색 (임베딩·RAG)
- TimescaleDB: 시계열 하이퍼테이블
- pg_partman: 파티션 자동 관리
- pg_cron: DB 안에서 크론 작업
프로시저 언어: PL/pgSQL(기본), PL/Python, PL/Perl, PL/Tcl, 서드파티 PL/V8, PL/Rust
사용자 정의 타입, 연산자, 집계 함수, 인덱스 연산자 클래스

7. 복제와 고가용성

방식	설명
스트리밍 물리 복제	WAL을 그대로 전송해 바이트 단위 동일한 standby 유지. hot standby로 읽기 분산
동기 복제	`synchronous_standby_names`로 커밋 시 standby 기록 보장
논리 복제	`PUBLICATION` / `SUBSCRIPTION`. 테이블 단위, 다른 메이저 버전·다른 DB 간 복제, 16부터 standby에서도 발행 가능
PITR	베이스 백업 + WAL 아카이브로 특정 시점 복구
증분 백업	17부터 `pg_basebackup --incremental`, `pg_combinebackup`

자동 failover는 내장되지 않았다. Patroni(etcd/Consul 기반), repmgr, pg_auto_failover 같은 도구를 쓴다.
커넥션 풀·라우팅: PgBouncer, Pgpool-II, HAProxy
관리형: Amazon RDS/Aurora, Google Cloud SQL/AlloyDB, Azure Database, Supabase, Neon

8. 보안

역할(ROLE) 기반. 사용자와 그룹이 모두 역할이며, 상속과 멤버십으로 권한을 구성한다.
인증은 pg_hba.conf에서 접속 경로별로 지정: peer(OS 사용자 매핑), scram-sha-256(비밀번호, 권장), md5(구식), cert, ldap, gss, 18부터 oauth
객체 권한: 데이터베이스·스키마·테이블·컬럼 단위 GRANT. 기본 권한은 ALTER DEFAULT PRIVILEGES
행 수준 보안(RLS), 보안 정의자 함수(SECURITY DEFINER)
SSL/TLS 접속, 클라이언트 인증서, pgcrypto로 컬럼 암호화
15부터 public 스키마에 일반 사용자의 CREATE 권한이 기본적으로 없다.
감사: pgaudit 확장, log_statement, log_connections

9. 버전별 주요 변화

16 (2023-09, Ubuntu 24.04 기본)

논리 복제를 standby에서 발행 가능, 병렬 적용
pg_stat_io 뷰로 I/O 통계
SQL/JSON 표준 생성자·조건자(JSON_ARRAY, IS JSON)
FULL/RIGHT OUTER JOIN 병렬 해시 조인
pg_hba.conf에 정규식과 include 지원
libpq load_balance_hosts 접속 부하 분산
psql \bind

17 (2024-09)

VACUUM 메모리 구조 개선(TID store), 최대 20배 적은 메모리
증분 백업 pg_basebackup --incremental
JSON_TABLE, MERGE ... RETURNING, MERGE에 WHEN NOT MATCHED BY SOURCE
COPY ... ON_ERROR ignore, LOG_VERBOSITY
pg_createsubscriber: 물리 standby를 논리 구독자로 전환
논리 복제 슬롯이 업그레이드 후 유지
스트리밍 I/O(순차 스캔·ANALYZE 읽기 성능 향상)

18 (2025-09)

비동기 I/O 서브시스템(io_method = worker | io_uring)
B-tree 스킵 스캔(복합 인덱스 선두 컬럼 없이도 활용)
uuidv7() 내장, 가상 생성 컬럼(VIRTUAL) 기본
RETURNING OLD/NEW
시간적 제약(PRIMARY KEY ... WITHOUT OVERLAPS, PERIOD)
OAuth 2.0 인증, md5 인증 폐기 예고
데이터 체크섬 기본 활성화
pg_upgrade 후 통계 유지

10. MariaDB와 비교

항목	MariaDB 10.11	PostgreSQL 16
객체 계층	인스턴스 > database(=schema) > 테이블 (3단계)	클러스터 > database > schema > 테이블 (4단계)
database와 schema	같은 것의 두 이름. `CREATE DATABASE` = `CREATE SCHEMA`	다른 계층. database 안에 schema가 있음
조인 가능 범위	같은 인스턴스의 모든 database 간 (`db1.t JOIN db2.t`)	같은 database의 schema 간만. 다른 database는 `postgres_fdw`·`dblink` 필요
접속 단위	인스턴스 (`USE db`로 자유 전환)	database (`\c db`는 재접속, 스키마 전환은 `search_path`)
계정 범위	인스턴스 전역	클러스터 전역 (모든 database 공유)
스토리지 엔진	InnoDB, Aria, MyRocks 등 선택	단일 힙 엔진 (테이블 접근 방식 API로 확장 가능)
동시성	InnoDB MVCC + undo log	MVCC + VACUUM
DDL 트랜잭션	대부분 암묵 커밋	완전한 트랜잭션 DDL
자동 증가	`AUTO_INCREMENT`	`GENERATED ... AS IDENTITY`, 시퀀스
식별자 인용	백틱, 대소문자는 파일시스템 의존	큰따옴표, 인용 없으면 소문자로 접힘
문자열 비교	콜레이션에 따라 대소문자 무시(`_ci`)가 기본	대소문자 구분. `ILIKE`, `citext`, 비결정적 ICU 콜레이션 사용
UPSERT	`ON DUPLICATE KEY UPDATE`, `REPLACE`	`ON CONFLICT DO UPDATE`, `MERGE`
JSON	`JSON`(longtext 별칭) + 함수	`jsonb` 네이티브, 인덱싱, JSON path
배열·범위 타입	없음	있음
복제	바이너리 로그(statement/row), Galera	WAL 스트리밍, 논리 복제
확장	플러그인	`CREATE EXTENSION` 생태계 (PostGIS, pgvector 등)
파티셔닝	있음	선언적 파티셔닝, 외부 테이블 파티션
프로시저 언어	SQL/PSM	PL/pgSQL, PL/Python 등 다수
기본 포트	3306	5432
로컬 인증	`unix_socket`	`peer`
클라이언트	`mariadb`, `mysql`	`psql`
덤프	`mariadb-dump`, `mysqldump`	`pg_dump`, `pg_dumpall`
설정 파일	`/etc/mysql/mariadb.conf.d/*.cnf`	`/etc/postgresql/16/main/postgresql.conf`, `pg_hba.conf`
데이터 경로	`/var/lib/mysql`	`/var/lib/postgresql/16/main`
라이선스	GPLv2	PostgreSQL License

10.1 계층 대응

MariaDB에서 database와 schema는 동의어라서 3단계 구조이고, PostgreSQL은 “database"라는 단어를 한 단계 위에 써서 4단계 구조다. 그래서 같은 단어가 서로 다른 계층을 가리킨다.

계층	MariaDB 용어	PostgreSQL 용어	경계의 성격
서버 프로세스	인스턴스 (mysqld, datadir 하나)	클러스터 (postmaster, 데이터 디렉터리 하나)	프로세스·포트·계정·설정·WAL의 경계
접속 단위	(없음)	database	접속이 붙는 단위. 다른 database는 일반 조인 불가
이름 공간	database = schema	schema	한 접속 안에서 넘나들며 조인 가능
테이블	테이블	테이블

MariaDB 인스턴스                      PostgreSQL 클러스터
├─ shop   (database=schema)           ├─ shopdb (database)
│  ├─ orders                          │  ├─ public.orders   ─┐ 조인 가능
│  └─ customers                       │  └─ crm.customers   ─┘
└─ crm    (database=schema)           └─ analyticsdb (database)
   └─ leads                              └─ public.events   ← shopdb에서 조인 불가
   ↑ shop.orders JOIN crm.leads 가능

대응 관계 요약:

MariaDB 인스턴스 = PostgreSQL 클러스터
MariaDB database(=schema) = PostgreSQL schema
PostgreSQL database = MariaDB에 없는 격리 계층
조인의 벽: MariaDB는 인스턴스, PostgreSQL은 database (같은 클러스터여도 database가 다르면 불가)

이전 구성 방식에 따른 영향:

MariaDB에서 서비스마다 database를 나누고 서로 조인하던 구성은 PostgreSQL에서 database 하나 + schema 여러 개로 옮겨야 같은 방식으로 동작한다. database 여러 개로 나누면 조인이 막힌다.
pgloader도 기본적으로 MariaDB database 하나를 PostgreSQL schema 하나로 옮긴다.
완전히 격리할 대상(다른 팀, 다른 고객)은 database로, 같은 서비스 안의 모듈 구분은 schema로 나누는 것이 일반적이다.

MariaDB 명령	PostgreSQL 대응
`SHOW DATABASES` / `SHOW SCHEMAS`	`\dn` (schema 목록). `\l`은 database 목록이라 의미가 다름
`USE shop`	`SET search_path TO shop` (schema 전환, 접속 유지)
다른 인스턴스 접속	`\c otherdb` (같은 클러스터의 다른 database로 재접속)
`CREATE DATABASE shop`	`CREATE SCHEMA shop` (기존 database 안에)

11. 적합한 경우와 주의할 경우

적합

복잡한 쿼리, 분석, 리포팅 (윈도우 함수·CTE·플래너 성능)
반정형 데이터를 관계형과 함께 다룰 때 (jsonb)
공간 데이터 (PostGIS), 벡터 검색 (pgvector), 시계열 (TimescaleDB)
엄격한 데이터 무결성과 트랜잭션 DDL이 필요한 마이그레이션 중심 개발
표준 SQL 준수가 중요한 경우

주의

접속당 프로세스 모델이라 수천 개 짧은 접속에는 반드시 커넥션 풀러가 필요하다.
대량 UPDATE 테이블은 VACUUM과 테이블 팽창(bloat)을 관리해야 한다.
메이저 버전 업그레이드는 pg_upgrade 또는 논리 복제로 해야 하며, 데이터 디렉터리를 그대로 새 버전에서 열 수 없다.
count(*)가 MyISAM처럼 즉시 반환되지 않는다(MVCC 특성상 스캔 필요).
한국어 형태소 기반 전문 검색은 내장되어 있지 않다.