Обучающее руководство по PostgreSQL

Обучающее руководство по PostgreSQL
Команда разработчиков PostgreSQL
Под редакцией
Thomas Lockhart
Авторское право на PostgreSQL принадлежит Postgres Global Development Group
Резюме
Postgres изначально разрабатывался в UC Berkeley Computer Science Department, цитадели многих объектно-реляционных концепций, теперь ставших доступными в некоторых коммерческих базах данных. Он обеспечивает поддержку языка SQL92/SQL3, целостность транзакций и расширяемость типов. PostgreSQL является всеобщим достоянием, потомком с открытыми исходными текстами этого оригинального кода Berkeley.
Глава 1. Введение
Оглавление
Что такое Postgres?
Краткая история Postgres
Об этой версии
Ресурсы
Терминология
Нотация
О Y2K
Авторские права и торговые марки
Этот документ является пользовательским руководством для систем управления базами данных PostgreSQL, изначально разработанной в калифорнийском университете Berkeley. PostgreSQL основан на Postgres версии 4.2. Проект Postgres ,возглавляемый профессором Michael Stonebraker, был субсидирован в рамках министерства обороны агентством по перспективным научным проектам (DARPA), Army Research Office (ARO), национальным научным фондом (NSF), и ESL, Inc.
Что такое Postgres?
Традиционные реляционные системы управления базами данных (DBMSs) поддерживают модель данных, состоящую из набора именованных отношений, содержащих атрибуты определенных типов. В настоящий момент, коммерческие системы включают такие возможные типы: числа с плавающей точкой, целые, строки символов, денежную единицу и даты. Обычно признаётся, что эта модель недостаточна для работы приложений с типами данных, которые появятся в будущем. Реляционная модель успешно замещает предыдущие модели, в частности, из-за её "спартанской простоты". Однако иногда, эта простота часто делает реализацию некоторых приложений очень сложной. Postgres предлагает значительную дополнительную мощность, объединяя следующие четыре дополнительные концепции с основными таким образом, что пользователи могут легко расширить систему:
классы
наследование
типы
функции
Прочие свойства обеспечивают дополнительную мощность и гибкость:
ограничения
триггеры
правила
целостность транзакций
Из-за этих свойств Postgres относят к категории баз данных, называемых объектно-реляционными. Обратите внимание, что они отличаются от так называемых объектно-ориентированных, которые, в общем, плохо подходят для традиционных языков реляционных баз данных. Но хотя Postgres и имеет некоторые объектно-ориентированные свойства, он остаётся в мире реляционных баз данных. Фактически, некоторые новые коммерческие базы данных включают свойства, открытые Postgres.
Краткая история Postgres
Объектно-реляционная система управления базами данных, теперь известная как PostgreSQL (и сокращённо называемая Postgres95) , происходит от пакета Postgres , написанного в Berkeley. После десятилетия разработки, PostgreSQL это наиболее прогрессивная база данных с открытыми исходными текстами, доступная везде, предлагает многовариантное управление параллелизмом, поддерживает почти все конструкции SQL (включая вложенную выборку, транзакции, и определяемые пользователем типы и функции), и имеет широкий ряд связей с языками (включая C, C++, Java, perl, tcl, и python).
Проект Berkeley Postgres
Реализация Postgres DBMS началась в 1986. Первоначальные концепции системы представлены в Задачи Postgres, а определение первоначальной модели данных показано в Модель данных Postgres. Проект правил системы для этого времени описывается в Проектирование системы правил Postgres. Логическое обоснование и архитектура администратора хранения описана в Система хранения Postgres.
Postgres за это время пережил несколько основных версий. Первая система "demoware" заработала в 1987 и была представлена в 1988 на ACM-SIGMOD конференции. Мы выпустили Версию 1, описываемую в Реализация Postgres, для нескольких внешних пользователей в июне 1989. В ответ на критику первого правила системы (Комментарий к системе правил Postgres), система правил была переконструирована (О правилах, процедурах, кэшировании и представлениях в системах баз данных) и Версия 2 увидела свет в июне 1990 с новой системой правил. Версия 3 появилась в 1991 и добавила поддержку для составного администратора хранения, улучшился исполнитель запросов, и была переписана система правил перезаписи. По большей части, после выпуска Postgres95 (смотри ниже) всё внимание было перенесено на портативность и надёжность.
Postgres использовался для реализации многих различных исследований и производства приложений. Среди них: система анализа финансовых данных, пакет контроля за производительностью реактивных двигателей, база данных передвижения астероидов и несколько географических информационных систем. Postgres также использовался как учебное пособие в нескольких университетах. Наконец, Illustra Information Technologies (потом слилась с Informix) подобрала код и коммерциализовала его. Позже, в 1992 году, Postgres стал первичным администратором данных для Sequoia 2000, научного вычислительного проекта.
Размер сообщества внешних пользователей в течении 1993 года практически удвоился. Становилось всё больше и больше понятно, что сопровождение прототипа кода и поддержка заберут большое количество времени, которое должно было быть посвящено исследованию баз данных. Из-за этого напряжения сократилась поддержка на накладные расходы, и проект официально прекратился с версией 4.2.
Postgres95
В 1994 году, Andrew Yu и Jolly Chen добавили интерпретатор языка SQL в Postgres. Впоследствии, Postgres95 был запущен в паутину, найдя свой собственный путь в мир в качестве всеобщего достояния, как потомок с открытым исходным текстом, изначально бывшим Berkeley кодом Postgres .
Код Postgres95 был полностью на ANSI C и урезан в размере на 25%. Много внешних изменений улучшили производительность и обслуживаемость. Postgres95 v1.0.x запускался на 30-50% быстрее на Wisconsin Benchmark по сравнению с Postgres v4.2. Кроме исправленных багов, появились такие улучшения: ·Язык запросов Postquel был заменён на SQL (реализован в сервере). Подзапросы не поддерживались до PostgreSQL (смотри ниже), но они могли быть съимитированы в Postgres95 с помощью функций SQL, определённых пользователем. Сложные функции были реализованы заново. Также был добавлен пункт поддержки запросов GROUP BY. Для программ на C остался доступен интерфейс <>. ·В дополнении к программе мониторинга, появилась программа (psql) , которая позволяла выполнять интерактивные запросы SQL, используя GNU readline. ·Новая клиентская библиотека, libpgtcl, стала поддерживать клиентов основанных на Tcl. Пример на shell, pgtclsh, обеспечивал новые Tcl команды для связи tcl программ с Postgres95 сервером. ·Взаимодействие с большими объектами было основательно перестроено. От перестановки больших объектов остался только механизм хранения больших объектов. (Перестановочная файловая система была удалена.) ·Объектно-уровневое системное правило было удалено. Правила еще доступны как правила перезаписи. ·Вместе с исходным кодом стало распространяться краткое обучающее руководство по официальным возможностям SQL, работающим в Postgres95. ·Для сборки стал использоваться GNU make (вместо BSD make). Также, Postgres95 может быть скомпилирован с помощью непропатченного gcc (выравнивание данных типа double было исправлено).
PostgreSQL
В 1996 году, стало ясно, что название “Postgres95” не выдержало испытания временем. Мы выбрали новое имя, PostgreSQL, отражающее взаимосвязь между первоначальным Postgres и возможностями SQL в более новых версиях. В тоже время, мы установили нумерацию версий, начиная с 6.0, вернув нумерацию обратно к прежней последовательности изначально начатой проектом Postgres.
При разработке Postgres95 акцент делался на установление и понимание существующих проблем в коде сервера. В PostgreSQL акцент был сдвинут на прибавление свойств и возможностей, хотя работа продолжалась во всех областях.
Основные улучшения в PostgreSQL включают: ·Блокировка на уровне таблиц была заменена на многовариантное управление параллелизмом, который позволяет читающему продолжать чтение согласованных данных во время деятельности пишущего и разрешает горячее резервирование из pg_dump, и то же время база данных остаётся доступной для запросов. ·Были реализованы важные свойства сервера, включая вложенную выборку, значения по умолчанию, ограничители, и триггеры. ·Были добавлены дополнительные свойства языка SQL92, включая первичные ключи, объявление идентификаторов, преобразование литерального строкового типа, приведение типа, и ввод двоичных и шестнадцатеричных целых. ·Были улучшены встроенные типы, включая новые широкомасштабные типы даты/время и поддержка дополнительных геометрических типов. ·Скорость всего кода сервера была увеличена приблизительно на 20-40%, и время запуска сервера было уменьшено на 80%, начиная с выпуска v6.0.
Терминология
В последующем тексте, термин сайтозначает хост машину, на которой установлен Postgres. Т.к. возможно установить более одной базы данных Postgres на один хост, то этот термин более точно указывает на любой отдельный набор установленных исполняемых файлов и баз данных Postgres.
Суперпользователь Postgres - это имя пользователя postgres, которому принадлежат исполняемые и файлы баз данных Postgres. Для суперпользователя, все механизмы защиты пропускаются и доступны любые произвольные данные.К тому же, суперпользователю Postgres позволено запускать некоторые программы поддержки, которые, в основном, недоступны для всех пользователей. Заметим, что суперпользователь Postgres - это не суперпользователь Unix (на который будем ссылаться как на root). Суперпользователь должен иметь не нулевой идентификатор пользователя (UID) по причинам безопасности.
Администратор базы данных или DBA - это человек, который отвечает за установку механизмов Postgres в соответствии с политикой безопасности сайта. DBA может добавлять новых пользователей по методике, описанной ниже и поддерживать набор шаблонов баз данных для использования с createdb.
postmaster - это процесс, который работает как расчётная палата для запросов к системе Postgres. Клиентские приложения подключаются к postmaster, который отслеживает любые системные ошибки и взаимодействие с процессами сервера. postmaster может принимать некоторые аргументы из командной строки для настройки своего поведения. Однако, указывать аргументы необходимо только если ты намереваешься запускаться на нескольких сайтах или не на сайте по умолчанию.
Сервер Postgres (т.е. исполняемая программа postgres) может быть запущена прямо из пользовательского shell суперпользователем Postgres (с именем базы данных в качестве аргумента). Однако, из-за этого не принимается во внимание разделяемый буферный пул и блокировка таблиц, связанных с postmaster/сайтом, поэтому это не рекомендуется на многопользовательском cайте.
Нотация
“...” или /usr/local/pgsql/ в начале имени файла используются для представления пути к домашнему каталогу суперпользователя Postgres.
В командном синтаксисе, скобки (“[” и “]”) показывают, что выражение или ключевое слово необязательны. Всё в фигурных скобках (“{” и “}”) и содержащие вертикальные штрихи (“|”) показывают, что ты можешь выбрать из них что-то одно.
В примерах, круглые скобки (“(” и “)”) используются для группировки логических выражений. “|” - это логический оператор OR.
В примерах показано выполнение команд из различных бюджетов и программ. Команды, выполняемые из бюджета root предваряются “>”. Команды, выполняемые из бюджета суперпользователя Postgres предваряются “%”, в то время как команды выполняемые из бюджета непревелигерованных пользователей предваряются “$”. Команды SQL предваряются “=>” или не имеют приглашения, в зависимости от смысла.
Глава 2. SQL
Оглавление
Реляционная модель данных
Формальное описание реляционной модели данных
Операции в реляционной модели данных
Язык SQL
Эта глава изначально появилась как часть диссертации Stefan Simkovicss (Simkovics, 1998).
SQL стал наиболее популярным реляционным языком запросов. Название “SQL” это абривиатура Язык структурированных запросов. В 1974 году Donald Chamberlin и другие в IBM Research разработали язык SEQUEL (Язык английских структурированных запросов). Этот язык был впервые реализован в прототипе IBM названном SEQUEL-XRM в 1974-75 годах. В 1976-77 годах зародилась пересмотренная версия SEQUEL называемая SEQUEL/2 и впоследствии название было изменено на SQL.
В 1977 году был разработан новый прототип, названный System R. System R реализовывал большое подмножество SEQUEL/2 (сейчас SQL) и в течении проекта SQL было сделано много изменений. System R была установлена на многих пользовательских сайтах, как на внутренних сайтах IBM так и на некоторых выбранных клиентских сайтах. Благодаря успеху и приёму System R на этих пользовательских сайтах IBM начала разрабатывать коммерческие продукты, которые реализовывали язык SQL, основанный на технологии System R.
Через несколько лет IBM и еще несколько других продавцов анонсировали такие SQL продукты как SQL/DS(IBM), DB2 (IBM), ORACLE (Oracle Corp.), DG/SQL (Data General Corp.), и SYBASE (Sybase Inc.).