СУБД PostgreSQL. Особенности и архитектура Postgres

Система управления базами данных Postgres (она же PostgreSQL) является свободной объектно-реляционной СУБД. Наряду с MySQL, это хорошая альтернатива коммерческим СУБД, таким как Oracle Database или Microsoft SQL Server. Сегодня система управления базами данных PostgreSQL существует в реализациях для разных платформ, включая Linux, Win32, Mac OS X, Solaris/OpenSolaris, FreeBSD, QNX 4.25, QNX 6.

Считается, что большой вклад в развитие Postgres внесли российские разработчики. В настоящий момент крупнейшим вендором, который оказывает услуги по доработке и внедрении Postgres, является американская компания EnterpriseDB. Что касается Российской Федерации, то здесь по аналогичной модели работает компания «Постгрес профессиональный (Postgres Professional)», которая предоставляет услуги по поддержке, разработке, консалтингу, обучению.

Архитектура PostgreSQL

Одной из наиболее сильных сторон СУБД PostgreSQL является архитектура. Как и в случаях со многими коммерческими СУБД, PostgreSQL можно применять в среде клиент-сервер — это предоставляет множество преимуществ и пользователям, и разработчикам.

В основе PostgreSQL — серверный процесс базы данных, выполняемый на одном сервере. Также стоит сказать, что в Postgres пока не реализована технология высокой готовности, как это сделано в ряде других коммерческих систем управления базами данных уровня предприятия (они способны распределять нагрузку между некоторым количеством серверов, достигая дополнительной масштабируемости и повышенной устойчивости к внешним воздействиям).

Доступ из приложений к данным базы PostgreSQL производится с помощью специального процесса базы данных. То есть клиентские программы не могут получать самостоятельный доступ к данным даже в том случае, если они функционируют на том же ПК, на котором осуществляется серверный процесс.

Таким образом мы получаем разделение клиентов и сервера, что даёт возможность создавать распределённые системы. К примеру, мы можем отделить клиентов от сервера с помощью сети, разрабатывая клиентские приложения в среде, которая удобна для пользователя. Допустим, появляется возможность реализовать базу данных под UNIX, создав клиентские приложения, которые станут работать в ОС Microsoft Windows.

Давайте посмотрим на типичную модель распределенного приложения СУБД PostgreSQL:

Мы видим, что несколько клиентов подсоединены к серверу по сети. СУБД PostgreSQL ориентирована на протокол TCP/IP (локальная сеть либо Интернет), при этом каждый клиент соединён с главным серверным процессом БД (на схеме этот процесс называют Postmaster). Именно Postmaster создаёт новый серверный процесс специально в целях обслуживания запросов на доступ к данным определённого клиента.

Так как манипулирование с данными сосредотачивается на сервере, СУБД PostgreSQL не приходится контролировать многочисленных клиентов, которые получают доступ в совместно используемый серверный каталог. В результате база данных PostgreSQL способна поддерживать целостность данных даже в случае одновременного доступа большого числа пользователей.

Соединение с базой данных клиентских приложений осуществляется по специальному протоколу СУБД PostgreSQL. В принципе, никто не мешает инсталлировать на стороне клиента ПО, предоставляющее стандартный интерфейс, обеспечивающий работу с нужным приложением, допустим, по стандарту ODBC/JDBC. И это хорошо, ведь доступность ODBC-драйвера даёт возможность использовать СУБД PostgreSQL в качестве базы данных для множества уже существующих приложений, включая продукты Microsoft Office — Excel и Access.

Идём дальше. Клиент-серверная архитектура, реализованная в СУБД PostgreSQL, делает возможным разделение труда. То есть машина-сервер прекрасно подходит для хранения и управления доступом к огромным объёмам данных, то есть её можно использовать в качестве надёжного репозитория. При этом для клиентов возможна разработка сложных графических приложений. Также можно создать внешний онлайн-интерфейс, предоставляющий доступ к данным и возвращающий результат в виде web-страниц в стандартный web-браузер, не требуя при этом никакого дополнительного клиентского ПО.

Преимущества и особенности СУБД PostgreSQL

СУБД PostgreSQL использует для своих баз данных реляционную модель, поддерживая стандартный язык запросов SQL. При этом PostgreSQL предоставляет широкий спектр возможностей. Можно сказать, что Postgres обладает почти всеми возможностями, существующими в других базах данных (как коммерческих, так и Open Source), а также рядом дополнительных.

Сегодня СУБД PostgreSQL работает почти на всех UNIX-платформах, в том числе и на UNIX-подобных системах (FreeBSD и Linux). Вы сможете использовать эту базу данных и на Windows NT Server, и на Windows 2000 Server, и для разработки рабочих станций ME.

Рассмотрим краткий перечень преимуществ и функциональных возможностей СУБД PostgreSQL: 1. Надежность. Надёжность СУБД PostgreSQL проверена и доказана. Она обеспечивается соответствием принципам ACID (атомарность, изолированность, непротиворечивость, сохранность данных), многоверсионностью, наличием Write Ahead Logging (WAL) — общепринятого механизма протоколирования всех существующих транзакций. Сюда же стоит отнести и возможность восстановления базы данных Point in Time Recovery (PITR), репликацию, поддержку целостности данных на уровне схемы. 2. Производительность. В СУБД PostgreSQL она основана на применении индексов, наличии гибкой системы блокировок и интеллектуального планировщика запросов, использовании системы управления буферами памяти и кэширования. Не стоит забывать и про отличную масштабируемость при конкурентной работе. 3. Расширяемость. Для СУБД PostgreSQL это означает, что пользователь может настроить систему посредством определения новых функций, типов, языков, агрегатов, индексов и операторов. А объектная ориентированность СУБД PostgreSQL даёт возможность переносить логику приложения на уровень базы данных, а это, в свою очередь, заметно упрощает разработку клиентов, ведь вся бизнес-логика находится в БД. При этом функции в Postgres однозначно определяются названием, типами и числом аргументов. 4. Поддержка SQL. Её уже упоминали, однако кроме главных возможностей, которые присущи любой SQL-базе, PostgreSQL поддерживает схемы, подзапросы, внешние связки, правила, курсоры, наследование таблиц, триггеры и много чего ещё. 5. Поддержка многочисленных типов данных. СУБД PostgreSQL поддерживает численные (целые, денежные, с фиксированной/плавающей точкой), булевые, символьные, составные, сетевые типы данных, а также перечисление, типы «дата/время», геометрические примитивы, массивы, XML- и JSON-данные. Плюс можно создавать свои типы данных.

Конечно, это далеко не всё, но для общего понимания возможностей СУБД PostgreSQL вполне достаточно. Естественно, база данных заслуживает внимания, особенно если учесть, что она имеет открытый исходный код и распространяется свободно. Освоить эту СУБД вы cможете на курсе в OTUS.