PostgreSQL: более пристальный взгляд на объектно-реляционную систему управления базами данных

Если помимо буквенно-цифрового содержимого (например, букв, цифр, специальных символов) необходимо управлять сложными типами данных или мультимедийным содержимым, классические реляционные системы управления базами данных быстро достигнут своего предела. Однако объектно-реляционные базы данных или системы управления базами данных, расширяющие традиционную модель с помощью объектно-ориентированных подходов, дают идеальный ответ на эту проблему: объектно-реляционное отображение позволяет хранить объекты в реляционных системах с помощью приложений, основанных на объектно-ориентированных языках программирования. Одним из самых популярных и старых решений в этом контексте является база данных с открытым исходным кодом PostgreSQL, также известная как Postgres.

История развития PostgreSQL насчитывает 30 лет. Истоки объектно-реляционной системы управления базами данных (ORDBMS) восходят к проекту POSTGRES Калифорнийского университета в Беркли. Он начался в 1986 году под руководством Майкла Стоунбрейкера и спонсировался, в частности, Агентством перспективных оборонных исследовательских проектов (DARPA) и Национальным научным фондом (NSF). В 1994 году студенты Эндрю Ю и Джолли Чен расширили базовый код, включив в него интерпретатор SQL. Эта новая и примерно на 30-50% более быстрая модификация была выпущена как решение с открытым исходным кодом под названием Postgres95 (по их собственной лицензии, которая аналогична лицензиям BDS и MIT). Два года спустя приложение базы данных с версией 6.0 получило название PostgreSQL, под которым оно известно и сегодня.

В рамках проекта POSTGRES была проделана ценная новаторская работа и разработаны многочисленные концепции, которые нашли свое применение в других (и в основном коммерческих) системах баз данных только намного позже. PostgreSQL является не только SQL-совместимой базой данных, но и предлагает следующие современные возможности:

• Возможность сложных запросов
• Внешние ключи для связывания данных в двух таблицах
• Триггеры, которые автоматически срабатывают при вводе данных и проверяют, подтверждают, изменяют, удаляют или выборочно используют справочные данные
• Обновляемые представления
• Комплексная концепция транзакций
• Многоверсионный контроль параллелизма (MVCC) для эффективного выполнения одновременного доступа к базе данных

Благодаря свободному лицензированию пользователи могут в значительной степени модифицировать и расширять PostgreSQL, добавляя, например, новые типы данных, функции, операторы, методы индексирования или процедурные языки (языки программирования для написания функций и триггеров).

Гибкость PostgreSQL проявляется не только в ее функциональности, расширяемости и адаптивности: база данных также предоставляет широкие возможности для настройки программного и аппаратного обеспечения. Postgres уже включен в большинство дистрибутивов UNIX/Linux, а начиная с Mac OS X Lion (10.7) компания Apple поставляет его в качестве стандартной базы данных. Единственным требованием является установка актуальной версии «gmake» (3.80 или выше) (уже включена в готовые бинарные файлы). Операционные системы Windows также могут быть выбраны в качестве платформы для системы благодаря соответствующим установочным пакетам. Необходимая вычислительная мощность и объем памяти зависят только от размера планируемой системы баз данных — само программное обеспечение с открытым исходным кодом требует всего около 20 МБ.

Приведенные ниже ключевые данные объектно-реляционной базы данных показывают, что на практике вы больше ограничены собственными возможностями хранения данных, чем ограничениями PostgreSQL:

Postgres основан на типичной модели клиент-сервер: Центральный компонент сервера, называемый «postmaster», управляет всеми файлами базы данных и всеми соединениями, которые устанавливаются для связи (ввода и вывода) с сервером базы данных. Пользователям требуется только подходящая клиентская программа для установления соединения, при этом в программный пакет PostgreSQL с psql уже встроено решение для работы через командную строку или терминал. В качестве альтернативы можно использовать различные приложения с графическим интерфейсом пользователя, такие как pgAdmin или phpPgAdmin, которые можно установить и использовать по желанию. При работе с интерактивными веб-сайтами веб-сервер обычно берет на себя роль клиента.

Как проверенная и чрезвычайно гибкая система управления базами данных, Postgres используется в многочисленных отраслях и сценариях. Объектно-реляционная база данных является первоклассной основой для безопасной работы самых разных приложений. Например, проект с открытым исходным кодом является идеальным решением для программного обеспечения онлайн-банкинга благодаря интегрированной концепции транзакций и поддержке MVCC (multi-version concurrency control: процедура для эффективного выполнения конкурирующего доступа). Программы анализа, такие как Matlab или R, также хорошо работают с базой данных, поэтому PostgreSQL часто используется в сочетании с этими программами. В сочетании с расширением PostGIS (которое предоставляет сотни функций для работы с геоданными), Postgres также впечатляет, когда речь идет о работе с пространственными и географическими данными.

PostgreSQL также востребован в качестве решения для веб-проектов: Объектно-реляционная система работает с различными современными фреймворками, такими как Django, Node.js или Ruby on Rails, и поддерживает классические веб-языки, такие как PHP. Поддержка синхронной и асинхронной репликации также позволяет легко распределять хранимые данные по нескольким серверам для обеспечения высокой отказоустойчивости и минимального времени доступа к критически важным данным.

Если вы хотите использовать Postgres для своего проекта, вы можете установить систему управления базами данных самостоятельно в несколько шагов без необходимости приобретения лицензии или чего-то подобного. Портал загрузки официального сайта PostgreSQL предлагает бинарные файлы и ссылки на репозитории исходных пакетов для BSD, Linux, macOS, Solaris и Windows, которые можно установить и использовать бесплатно по лицензии с открытым исходным кодом. Root-права для этого не требуются: для выполнения достаточно простых прав администратора. В следующих двух разделах показано, как следует устанавливать PostgreSQL на Linux (Ubuntu 17.10) и Windows.

APT-репозиторий Postgres официально поддерживает LTS-версию Ubuntu (начиная с 14.04 и далее), а также другие, такие как Ubuntu 17.04. Исходные пакеты часто работают и с другими версиями. Однако команда PostgreSQL рекомендует использовать наиболее актуальный вариант LTS, чтобы гарантировать пользователям максимальную долгосрочную отдачу от системы управления базами данных. Поскольку пакеты уже включены в стандартный репозиторий Ubuntu, вы можете легко установить их с помощью менеджера пакетов APT.

PostgreSQL устанавливается с помощью этой команды. Программа автоматически создает пользователя Linux с именем «postgres» для доступа к базе данных. В целях безопасности его следует использовать только для работы с базой данных. Также рекомендуется на первом этапе назначить пароль для этого профиля (поскольку по умолчанию он не введен). Для этого достаточно ввести следующую команду, а затем дважды ввести выбранный вами пароль:

Помимо пользователя «postgres» Linux, существует также пользователь базы данных с тем же именем, который необходим для администрирования базы данных и также должен быть защищен надежным паролем. Это можно сделать, введя следующие команды терминала («new-password» является обозначением желаемого пароля и должен быть заменен соответствующим образом):

Чтобы проверить успешность установки, необходимо создать базу данных (здесь: testdb) с учетной записью «postgres» Linux и управлять ею с помощью терминального клиента psql:

В терминале вы можете увидеть вот такой вывод клиентской оболочки psql, с которой можно работать с любыми командами SQL:

Установка Postgres на компьютерах под управлением Windows проста благодаря интерактивной программе установки, сертифицированной EnterpriseDB. Бесплатный помощник по установке производителя программного обеспечения, который предлагает дополнительные инструменты, а также коммерческую поддержку PostgreSQL, доступен для загрузки с собственного сайта компании. Просто выберите нужную версию системы управления базами данных и целевую платформу, а затем нажмите на кнопку «DOWNLOAD NOW».

Загруженную программу установки можно запустить двойным щелчком мыши. Прежде всего, он устанавливает компилятор Visual C++ от Microsoft, если он еще не установлен в системе. Выберите местоположение PostgreSQL, после чего у вас есть возможность исключить установку отдельных компонентов инсталляционного пакета. В любом случае, сервер PostgreSQL и инструменты командной строки являются обязательными — графический клиент pgAdmin и Stack Builder (для простой загрузки и установки расширений) не являются обязательными, но значительно облегчают работу с системой управления базами данных.

Если место хранения данных также было указано, пароль для профиля администратора базы данных «Postgres» еще не назначен. Вы можете оставить настройки порта и локализации по умолчанию в таком виде, прежде чем окончательно запустить установку на последнем шаге.

После успешной установки соединение с сервером PostgreSQL можно установить в несколько шагов через пользовательский интерфейс pgAdmin (если он установлен). Для этого щелкните правой кнопкой мыши на настроенной версии Postgres в списке серверов, а затем нажмите «Подключить сервер».

После ввода ранее назначенного пароля для учетной записи администратора «Postgres» клиент инициирует подключение.