PostgreSQL — что это за СУБД

В мире современных технологий, где данные играют ключевую роль во всех сферах деятельности, системы управления базами данных (СУБД) становятся незаменимой частью разработки программных проектов. Одной из наиболее мощных и гибких СУБД с открытым исходным кодом является PostgreSQL.

В данной статье мы погрузимся в мир PostgreSQL, рассмотрим его преимущества и недостатки, узнаем, как установить и настроить эту систему, а также освоим основные операции для работы с данными. Готовы погрузиться в увлекательный мир PostgreSQL и раскроить все его секреты? Тогда начнем!

Общие сведения

PostgreSQL — это современная система управления базами данных, которая является объектно-реляционной и имеет открытый исходный код. Она считается одной из наиболее развитых открытых СУБД в мире и представляет собой альтернативу коммерческим базам данных.

Исторически, эта СУБД была создана на основе старой программы POSTGRES University, которая была разработана университетом Беркли. Именно отсюда произошло название PostgreSQL. В настоящее время СУБД иногда называют просто «Постгрес». Существуют также сокращения PSQL и PgSQL, которые также относятся к этой СУБД.

Эта система управления базами данных предоставляет широкие возможности для гибкого управления данными в базах данных. С ее помощью можно создавать, изменять и удалять записи, а также выполнять транзакции, которые представляют собой набор последовательных запросов на специальном языке SQL.

Область применения

PostgreSQL служит для разнообразных целей, предоставляя мощные инструменты для управления базами данных:

1. Поиск нужной информации. Вы можете легко извлекать необходимую информацию из базы данных с помощью запросов, например, для отображения на веб-сайте или в интерфейсе приложения.
2. Гибкий доступ и организация данных. «Постгрес» обеспечивает удобный доступ к данным и эффективное их хранение.
3. Защита данных. PostgreSQL обеспечивает меры безопасности для защиты информации от утечек и потерь.
4. Контроль версий и одновременный доступ. PostgreSQL поддерживает управление версиями данных и обеспечивает возможность одновременного доступа к базе данных из разных источников, предотвращая конфликты.
5. Мониторинг состояния базы данных. Вы можете отслеживать состояние базы данных и ее производительность для обеспечения ее надежной работы.
6. Отправка транзакций. «Постгрес» позволяет отправлять последовательные запросы, собранные в подобие скрипта, что обеспечивает целостность данных.
7. Настройка и контроль доступа. Вы можете настраивать права доступа и группировать пользователей по уровням доступа, обеспечивая безопасность и контроль над данными.
8. Управление записями. Вы можете создавать, изменять и удалять записи в базах данных, а также обновлять версии данных и выполнять другие операции.

Краткая история разработки

В данном разделе мы кратко рассмотрим историю развития проекта Postgres. Если вас интересует быстрая установка и практика использования, вы можете перейти к следующей части.

История началась в 1985 году, когда реляционные базы данных и SQL ещё не были мировыми стандартами. Группа инженеров из Калифорнийского университета Беркли, под руководством профессора Майкла Стоунбрейкера, начала разработку реляционной СУБД с названием POSTGRES. Этот проект базировался на исследованиях и опыте, полученных Стоунбрейкером при работе над INGRES — одной из первых реляционных СУБД.

Команда выпустила ряд научных статей к 1988 году, описывающих язык запросов POSTQUEL, который использовался в POSTGRES. Название POSTGRES намекало на более современный и продвинутый язык запросов по сравнению с SQL. «Постгрес» также называли «постреляционной СУБД,» так как создавалась для преодоления ограничений, которые считались ограничениями SQL.

Первая версия POSTGRES была выпущена в 1989 году, но проект был закрыт в 1992 году после нескольких обновлений. К счастью, исходный код «Постгрес» был доступен по лицензии BSD. Выпускники университета Беркли, Эндрю Ю и Джоли Чен, продолжили разработку, заменив язык POSTQUEL на SQL, который уже стал мировым стандартом. Новая версия получила имя Postgres95 (по году создания), а затем была переименована в PostgreSQL. С тех пор было выпущено 28 версий СУБД.

В настоящее время проект поддерживается небольшой командой разработчиков. Управляющий комитет (Core Team) принимает ключевые решения о развитии и выпуске новых версий «Постгрес». Разработчики делятся на обычных (contributors) и основных (major contributors). Также существует небольшая группа разработчиков (commiters), которая имеет право вносить изменения в исходный код.

Важно отметить, что среди основных разработчиков “Постгрес” есть и три программиста из России: Олег Бартунов, Фёдор Сигаев и Александр Коротков.

На момент написания данной статьи последней стабильной версией PostgreSQL была версия 15, а вторая бета-версия «Постгрес» 16 стала доступна с 29 июня 2023 года.

Принцип работы

PostgreSQL имеет выдающуюся архитектуру, что является одним из ее сильных преимуществ. Аналогично многим коммерческим СУБД, «Постгрес» может быть использована в клиент-серверной среде, что приносит множество преимуществ как пользователям, так и разработчикам.

В основе PostgreSQL лежит серверный процесс базы данных, который выполняется на одном сервере. Важно отметить, что “Постгрес” в настоящее время не поддерживает технологию высокой доступности, как это сделано в некоторых коммерческих системах управления базами данных предприятия, которые способны распределять нагрузку между несколькими серверами, обеспечивая дополнительную масштабируемость и устойчивость к внешним воздействиям.

Доступ к данным в базе «Постгрес» осуществляется через специальный процесс базы данных. Это означает, что клиентские программы не могут напрямую получать доступ к данным, даже если они работают на том же компьютере, где запущен серверный процесс.

Это разделение клиента и сервера позволяет создавать распределенные системы. Например, вы можете разместить клиентские приложения в среде, которая удобна для пользователей, отделив их от сервера через сеть. Это дает возможность создавать клиентские приложения под UNIX, работающие с базой данных PostgreSQL, и в то же время разрабатывать клиентские приложения для ОС Microsoft Windows.

Общая модель распределенного приложения СУБД «Постгрес» показывает, что несколько клиентов подключены к серверу по сети. PostgreSQL ориентирована на протокол TCP/IP, что позволяет каждому клиенту соединяться с главным серверным процессом базы данных (называемым Postmaster). Postmaster создает новый серверный процесс для обслуживания запросов каждого клиента.

Поскольку манипуляции с данными выполняются на сервере, PostgreSQL не нужно управлять множеством клиентов, имеющих доступ к общему серверному каталогу. Это позволяет “Постгрес” поддерживать целостность данных даже при одновременном доступе большого числа пользователей.

Соединение с базой данных клиентских приложений происходит по специальному протоколу СУБД «Постгрес». Можно также установить стандартные интерфейсы, такие как ODBC/JDBC, на стороне клиента, что облегчает использование PostgreSQL в существующих приложениях, включая продукты Microsoft Office, такие как Excel и Access.

Клиент-серверная архитектура “Постгрес” позволяет разделить функциональность между сервером и клиентами, позволяя серверу хранить и управлять данными, а клиентам разрабатывать сложные приложения, включая веб-интерфейсы для доступа к данным через веб-браузеры.

Преимущества и особенности

СУБД PostgreSQL представляет собой мощную систему управления базами данных, которая использует реляционную модель данных и поддерживает стандартный язык запросов SQL. Однако она также обладает рядом выдающихся особенностей и преимуществ.

Feature-Rich

“Постгрес” представляет собой СУБД с богатым функционалом, которая поддерживает как объектно-реляционную, так и реляционную модели данных. Это означает, что она обладает широким спектром возможностей и может конкурировать с другими СУБД, включая коммерческие.

Поддержка множества типов данных

PostgreSQL поддерживает разнообразные типы данных, включая стандартные, такие как числа, строки, булевы значения, а также более сложные, такие как денежные, геометрические, массивы, XML и JSON. Пользователи также могут создавать собственные типы данных.

Работа с большими объемами данных

В отличие от некоторых СУБД, которые имеют ограничения на размер базы данных и количество записей, PostgreSQL позволяет работать с большими объемами данных без ограничений.

Поддержка сложных запросов

“Постгрес” способна эффективно обрабатывать сложные запросы, включая операции чтения, записи и валидации данных одновременно. Это делает ее подходящей для разнообразных задач.

Многие языки программирования

PostgreSQL поддерживает различные языки программирования, включая:

• C;
• C++;
• Java;
• Python;
• PHP;
• Lua;
• Ruby и многие другие.

Это позволяет разработчикам создавать пользовательские функции и расширять функциональность СУБД.

Многоверсионное управление параллельным доступом (MVCC)

“Постгрес” использует MVCC для обеспечения одновременного доступа нескольких пользователей к БД без блокировок чтения или записи. Это повышает производительность и предотвращает конфликты данных.

Соответствие ACID

PostgreSQL строго соблюдает принципы ACID (Atomicity, Consistency, Isolation, Durability), обеспечивая надежность и целостность данных.

Возможность расширения

Разработчики могут создавать собственные типы данных, функции, операции и расширения для PostgreSQL, что позволяет адаптировать ее под конкретные требования проекта.

Производительность

PostgreSQL — это мощная и функциональная СУБД с открытым исходным кодом, способная эффективно обрабатывать сложные и объемные проекты. Её высокая производительность позволяет работать с огромными объемами данных и поддерживать сотни тысяч запросов в секунду. На официальном сайте PostgreSQL её называют «самой продвинутой бесплатной СУБД», и она по праву заслуживает эту репутацию.

Открытый исходный код

Еще одним преимуществом PostgreSQL является её открытость. Она распространяется по свободной лицензии, что означает, что кто угодно может просматривать её исходный код и вносить свои изменения. Этот проект разрабатывается сообществом энтузиастов, и она не принадлежит никакой конкретной организации или компании. Это дает свободу использовать “Постгрес” без ограничений.

Низкое количество багов и ошибок

PostgreSQL также славится минимальным количеством ошибок и высоким качеством отладки. Каждая новая версия проходит тщательное тестирование перед выпуском, что делает эту СУБД очень стабильной и надежной. Это отличает её от некоторых других бесплатных проектов, которые могут иметь много ошибок в новых версиях.

Кроссплатформенность

Кроссплатформенность PostgreSQL также является важным плюсом. Она может работать на различных операционных системах, включая Linux, Windows, BSD, macOS и Solaris. Кроме того, существует автономный веб-сервер PostgREST, который позволяет взаимодействовать с “Постгрес” с помощью REST API. Это делает её подходящей для развертывания в различных средах, включая облачные платформы.

Недостатки

Несмотря на все достоинства этой выдающейся СУБД, у неё также есть некоторые недостатки:

• Сложности при настройке. У PostgreSQL очень обширный набор возможностей. Очевидно, что такое разнообразие функций влечет за собой множество настроек, что может вызвать затруднения у новичков. Корректная настройка БД требует глубокого понимания архитектуры и параметров.
• Повышенное потребление ресурсов. В сравнении с некоторыми другими СУБД, PostgreSQL может потреблять больше ресурсов (включая оперативную память и процессорное время). Это особенно заметно при работе с большими объемами данных и выполнении сложных запросов.
• Отсутствие некоторых функций. По сравнению с определенными коммерческими аналогами “Постгрес” может немного уступать в функциональности.

Стоит отметить, что перечисленные недостатки в основном применимы к конкретным сценариям использования. В общем плане PostgreSQL остаётся одной из самых мощных и популярных открытых СУБД.

Начало работы с СУБД

Для установки PostgreSQL, вам потребуется загрузить программу-установщик с официального сайта “Постгрес”. Рекомендуется выбирать последнюю доступную версию установщика.

Процесс установки состоит из пяти основных шагов, и мы рассмотрим его на примере установки PostgreSQL на операционной системе Windows:

1. Запустите установку. После успешной загрузки файла установщика, просто дважды щелкните по нему, чтобы начать процесс установки.
2. Выберите компоненты для установки. В появившемся окне убедитесь, что выбраны основные компоненты, такие как PostgreSQL Server и Command Line Tools. Если вам не требуются дополнительные инструменты, такие как pgAdmin 4 и Stack Builder, их можно не устанавливать.
3. Выберите папку для хранения данных. На этом этапе, система может запросить дополнительные настройки, такие как хост, порт и пароль. Обычно можно использовать значения по умолчанию: Хост: localhost, Порт: 5432 . Если вы уже устанавливали “Постгрес” ранее и удалили его или обновили до новой версии, система может предложить использовать другой порт, например, 5433. Важно запомнить номер порта, так как он понадобится в дальнейшей работе.
4. Назначьте пароль. Во время установки система может запросить установку пароля. Обязательно укажите пароль и запомните его, так как он потребуется для подключения к серверу “Постгрес”.
5. Завершите установку. Перед завершением установки, программа предложит вам проверить настройки. Дождитесь окончания процесса установки и закройте программу.

Важно отметить, что установка “Постгрес” будет аналогичной для большинства операционных систем, за исключением Linux. Для Linux разработчики PostgreSQL рекомендуют устанавливать программу через командную строку, используя репозиторий и всеми известную команду типа “sudo apt-get install”.

Первоначальная настройка

PostgreSQL предоставляет терминал, в котором можно выполнять SQL-запросы для работы с данными. Однако использовать только терминал для работы с базами данных “Постгрес” может быть не слишком удобно. Поэтому разработчики создали дополнительные приложения с пользовательскими интерфейсами, которые облегчают визуализацию и управление данными в PostgreSQL.

Один из таких интерфейсов — pgAdmin, который можно установить с “Постгрес” . PgAdmin предоставляет дашборды, на которых отображается информация о базе данных в реальном времени, такая как сессии и транзакции. При запуске pgAdmin, вам потребуется ввести пароль, который был установлен при установке PostgreSQL.

Для начала работы с “Постгрес” в pgAdmin, необходимо создать БД, что можно сделать с помощью команды CREATE DATABASE. После этого вы можете выполнять SQL-запросы в окне SQL, нажав соответствующую кнопку на верхней панели.

Также существует альтернативный вариант — использовать приложение DBeaver. DBeaver более быстрое по сравнению с pgAdmin и позволяет работать не только с “Постгрес”, но и с другими СУБД, такими как MySQL, Oracle, SQL Server и NoSQL. Это бесплатное приложение, которое регулярно обновляется и поддерживается.

Чтобы установить DBeaver версии 21.2.0, вы можете выполнить следующие шаги:

1. Скачайте программу-установщик с официального сайта DBeaver.
2. Запустите программу-установщик после завершения загрузки, выберите язык и нажмите «OK».
3. Выберите вариант установки для всех пользователей (all users).
4. Выберите все компоненты программы для установки и нажмите «Далее».
5. Выберите папку для установки программы.
6. Создайте ярлык на рабочем столе, если необходимо, выбрав опцию «Create Desktop Shortcut».
7. Завершите установку, нажав «Готово».

После установки DBeaver, вы можете запустить его с помощью ярлыка на рабочем столе или через меню «Пуск». При первом запуске, программа предложит вам создать тестовую базу данных для знакомства с ее функциональностью.

Для подключения к PostgreSQL через DBeaver, выберите сервер на левой панели и введите пароль, когда система запросит его.

Минимальный набор необходимых команд

В “Постгрес” для создания новых элементов и выполнения различных операций используются специальные команды. Например:

Для создания элементов:

• CREATE USER — создать нового пользователя PostgreSQL.
• CREATE LANGUAGE — создать новый язык программирования, который можно использовать в базе данных.
• CREATE SEQUENCE — создать последовательность (генератор) в БД.
• CREATE OPERATOR — создать новый оператор SQL в базе данных.
• CREATE FUNCTION — создать пользовательскую функцию SQL в базе данных.
• CREATE TYPE — создать новый пользовательский тип данных SQL.
• CREATE TABLE — создать новую таблицу в базе данных.
• CREATE INDEX — создать индекс для столбца в таблице.
• CREATE TRIGGER — создать триггер, который реагирует на события в БД.

Основные команды для работы с записями в таблицах баз данных:

• UPDATE — обновить данные в существующих записях таблицы.
• DELETE — удалить записи из таблицы.
• SELECT — выбрать записи из таблицы.

Для удаления элементов из БД используются команды DROP, например:

• DROP DATABASE — удалить базу данных целиком.
• DROP USER — удалить пользователя PostgreSQL.
• DROP SEQUENCE — удалить генератор последовательности.
• DROP INDEX — удалить индекс из таблицы.
• DROP TRIGGER — удалить триггер.
• DROP TABLE — удалить таблицу.

Для предоставления или отзыва прав доступа пользователю к БД или отдельным объектам в базе данных используются команды GRANT и REVOKE соответственно.

Заключение

В заключение, PostgreSQL представляет собой мощную и гибкую систему управления базами данных с открытым исходным кодом. Она обладает широким спектром возможностей и предоставляет высокую производительность, что делает ее идеальным выбором для крупных и сложных проектов. Благодаря активному и преданному сообществу разработчиков, PostgreSQL постоянно обновляется и совершенствуется, обеспечивая стабильность и надежность в работе.

Однако следует помнить, что PostgreSQL может потреблять больше ресурсов по сравнению с некоторыми другими системами управления БД, и его настройка может потребовать глубокого понимания архитектуры. Несмотря на некоторые недостатки, PostgreSQL остается одним из самых мощных и популярных открытых СУБД, готовым удовлетворить потребности самых требовательных проектов в области данных.