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PostgreSQL

姚凌武
2014-12-05 / 0 评论 / 0 点赞 / 24 阅读 / 19506 字
加州大学伯克利分校计算机系开发的 POSTGRES,现在已经更名为PostgreSQL,版本 4.2为基础的对象关系型数据库管理系统(ORDBMS)。PostgreSQL支持大部分 SQL标准并且提供了许多其他现代特性:复杂查询、外键触发器、视图、事务完整性、MVCC。同样,PostgreSQL 可以用许多方法扩展,比如, 通过增加新的数据类型、函数、操作符、聚集函数、索引免费使用、修改、和分发 PostgreSQL,不管是私用、商用、还是学术研究使用。 主要特点 PostgreSQL 是一个自由的对象-关系数据库服务器(数据库管理系统),它在灵活的 BSD-风格许可证下发行。它提供了相对其他开放源代码数据库系统(比如 MySQL 和 Firebird),和专有系统(比如 Oracle、Sybase、IBM 的 DB2 和 Microsoft SQL Server)之外的另一种选择。 PostgreSQL 不寻常名字导致一些读者停下来尝试拼读它,特别是那些把SQL拼读为"sequel"的人。PostgreSQL 开发者把它拼读为 "post-gress-Q-L"。它也经常被简略念为 "postgres"。

优点

事实上, PostgreSQL 的特性覆盖了 SQL-2/SQL-92 和 SQL-3/SQL-99,首先,它包括了可以说是目前世界上最丰富的数据类型的支持,其中有些数据类型可以说连商业数据库都不具备, 比如 IP 类型和几何类型等;其次,PostgreSQL 是全功能的自由软件数据库,很长时间以来,PostgreSQL 是唯一支持事务子查询、多版本并行控制系统(MVCC)、数据完整性检查等特性的唯一的一种自由软件的数据库管理系统。 Inprise 的 InterBase 以及SAP等厂商将其原先专有软件开放为自由软件之后才打破了这个唯一。最后,PostgreSQL拥有一支非常活跃的开发队伍,而且在许多黑客的努力下,PostgreSQL 的质量日益提高。 从技术角度来讲,PostgreSQL 采用的是比较经典的C/S(client/server)结构,也就是一个客户端对应一个服务器端守护进程的模式,这个守护进程分析客户端来的查询请求,生成规划树,进行数据检索并最终把结果格式化输出后返回给客户端。为了便于客户端的程序的编写,由数据库服务器提供了统一的客户端 C 接口。而不同的客户端接口都是源自这个 C 接口,比如ODBCJDBCPythonPerlTclC/C++ESQL等, 同时也要指出的是,PostgreSQL 对接口的支持也是非常丰富的,几乎支持所有类型的数据库客户端接口。这一点也可以说是 PostgreSQL 一大优点。

缺点

从 Postgres 开始,PostgreSQL 就经受了多次变化。 首先,早期的 PostgreSQL 继承了几乎所有 Ingres, Postgres, Postgres95 的问题:过于学院味,因为首先它的目的是数据库研究,因此不论在稳定性, 性能还是使用方方面面,长期以来一直没有得到重视,直到 PostgreSQL 项目开始以后,情况才越来越好,PostgreSQL 已经完全可以胜任任何中上规模范围内的应用范围的业务。目前有报道的生产数据库的大小已经有 TB 级的数据量,已经逼近 32 位计算的极限。不过学院味也给 PostgreSQL 带来一个意想不到的好处:大概因为各大学的软硬件环境差异太大的缘故,它是目前支持平台最多的数据库管理系统的一种,所支持的平台多达十几种,包括不同的系统,不同的硬件体系。至今,它仍然保持着支持平台最多的数据库管理系统的称号。 其次,PostgreSQL 的确还欠缺一些比较高端的数据库管理系统需要的特性,比如数据库集群,更优良的管理工具和更加自动化的系统优化功能 等提高数据库性能的机制等。 版本历史

早期版本

被称为 PostgreSQL (发音为Post-gress-cue-ell)的对象-关系型数据库管理系统(有一段时间被称为 Postgres95)是从伯克利写的 POSTGRES 软件包发展而来的。经过十几年的发展, PostgreSQL 是世界上可以获得的最先进的开放源码的数据库系统, 它提供了多版本并发控制,支持几乎所有 SQL构件(包括子查询,事务和用户定 义类型和函数), 并且可以获得非常广阔范围的(开发)语言绑定 (包括 C,C++,Java,perl,tcl,和 python)。

Postgres95

在 1994 年, Andrew Yu 和 Jolly Chen 向 POSTGRES 中增加了 SQL 语言的解释器。并随后将 Postgres95 源代码发布到互联网上供大家使用, 成为一个开放源码的,原先伯克利 POSTGRES 代码的继承者。 Postgres95 所有源代码都是完全的 ANSI C , 而且代码量减少了 25%。并且有许多内部修改以利于提高性能和代码的维护性。 Postgres95 版本 1.0.x 在进行 Wisconsin Benchmark 测试时大概比 POSTGRES v4.2 快 30-50%。

目前版本

到了 1996 年, "Postgres95"改成新名字 PostgreSQL 用于反映最初的 POSTGRES 和最新的使用 SQL 的版本之间的关系。 同时版本号也 重新从 6.0 开始, 将版本号放回到最初的由 伯克利 POSTGRES 项目开始的顺序中。
Postgres95 版本的开发重点放在标明和理解现有的后端代码的问题上。 PostgreSQL 开发重点转到了 一些有争议的特性和功能上面,当然各个方面的工作同时都在进行。
目前,PostgresSQL的稳定版本到了9.3.1,具有非常丰富的特性和商业级数据库管理系统的质量。 软件改进 除了修正了一些错误,下面的是一些主要改进:

查询语言

原来的查询语言 PostQUEL 被 SQL 取代(在 server 端实现)。在 PostgreSQL 之前还不支持子查询)(但这个功能可以在 Postgres95 里面由用户定义的 SQL 函数实现)。重新实现了聚集。同时还增加了对 GROUP BY 查询子句的支持。 C 程序仍可以调用 libpq接口函数
新增加了利用 GNU Readline 进行交互 SQL 查询(psql)。 这个程序很大程度上取代了老的 monitor 程序。

前端库

增加了新的前端库, libpgtcl, 用以支持以 Tcl为基础的客户端。一个样本 shell, pgtclsh,提供了新的 Tcl 命令用于 Tcl 程序和 Postgres95 后端之间的交互。
彻底重写了大对象的接口。 保留了将大对象倒转(Inversion )作为存储大对象的唯一机制。 (去掉了倒转(Inversion )文件系统。)
去掉了记录级(instance-level )的规则系统。 但我们仍然可以通过重写规则使用规则。

特性教程

在发布的源码中增加了一个简短的常用 SQL 和 Postgres95 特有的 SQL 特性的教程。
用GNU make (取代了 BSD make)用于制作。 Postgres95 可以使用不加补丁的 GCC (修正了偶数字节数据( doubles )的对齐问题)。
软件项目
从那以后,POSTGRES 经历了几次主要的版本更新。 第一个"演示性"系统在 1987 年便可使用了, 并且在 1988 年的 ACM-SIGMOD 大会上展出。在 1989 年六月发布了版本 1给一些外部的用户使用。 为了回应用户对第一个规则系统的批评,作者重新设计了规则系统,并在1990年6月发布了使用新规则系统的版本 2。 版本 3 在1991年出现, 增加了多存储管理器的支持, 并且改进了查 询执行器, 重新编写了规则系统。 从那以后,随后的版本直到 Postgres95 发布前工作都集中在移植性和可靠性上。
POSTGRES 已经在许多研究或实际的应用中得到了应用。 这些应用包括: 一个财务数据分析系统,一个喷气引擎性能监控软件包,一个小行星跟踪数据库, 一个医疗信息数据库和一些地理信息系统。 POSTGRES 还被许多大学用于教学用途。 Illustra Information Technologies Illustra Information Technologies (并入 Informix) 拿到代码并使之商业化。在 1992 年 POSTGRES 成为 Sequoia 2000 科学计算计划的首要数据管理器。
到了 1993 年,外部用户的数量几乎翻番。随着用户的增加。 用于源代码维护的时间日益增加 占用了太多本应该用于数据库研究的时间, 为了减少支持的负担,伯克利的POSTGRES 项目在版本 4.2 时正式终止。
版本发布
2013年10月10日,PostgreSQL 正式发布9.3.1版本。
2012年09月10日,PostgreSQL 宣布 9.2 正式版发布了!该版本主要在性能方面有很大的提升,也包括一些新的 SQL 特性以及复制支持方面,主要内容包括:
允许查询直接从索引中获取数据,避免访问堆数据 (index-only scans)
允许查询计划器为指定参数值生成自定义的计划,甚至是用了 Prepared Statement
提升计划器通过内部索引扫描来使用嵌套循环
允许流复制从节点将数据转到其他从节点 (cascading replication)
允许pg_basebackup对待机的服务器进行基准备份
增加新工具pg_receivexlog用来收集[3] WAL 文件的改动
增加SP-GiST(Space-Partitioned GiST) 索引访问方法
支持range data types
增加JSON数据类型
为视图增加security_barrier选项
允许 libpq 连接字符串使用URI格式
支技HP-UX
为 libpq 增加single-row processing mode以更好的处理大结果集。

函数

通过函数,可以在数据库服务器端执行指令程序。尽管这样的指令程序可以使用基本的SQL语句写成,但是由于其缺乏流程控制等功能,所以在PostgreSQL中引入了使用其它程序语言编写函数的能力,包括:
  • 一个内置的名为PL/pgSQL的过程语言,类似于Oracle的PL/SQL
  • 包括PL/Perl,plPHP,PL/Python,PL/Ruby,PL/sh,PL/Tcl与PL/Scheme在内的脚本语言;
  • 编译语言:CC++,或Java(通过PL/Java)。
  • R统计语言(PL/R)。
以上部分的语言,甚至可以在触发器内执行。PostgreSQL支持行返回函数:它们的输出是一系列行类型数据的集合,可以在查询中当作表来使用。函数也可以被定义成以创建者或者调用者的身份运行。在某些场合,或者其他的数据库产品中,函数也会被称为“存储过程”,但技术上这两者并未有太大分别。

索引

在PostgreSQL中,用户可以自定义索引方法,或使用内置的B-tree哈希表GiST索引。PosrgreSQL的索引功能同时也具有以下功能:
  • 反向索引检索:无须额外的索引就能实现类似ORDER BYfieldDESC的操作。
  • 表达式索引:可以建立基于表达式值而非数值或列的索引。
  • 部分索引:仅索引表的部分,可以通过在CREATE INDEX语句口添加WHERE从句以创建更小的索引。
  • 位图索引扫描:从8.1版开始支持此功能。该功能将读取多个索引,生成表示它们之间符合查询标准的多元组交集的位图。这样解决了混合索引的问题。在一个具有20列的表中,理论上能创建20! 个索引,在实际应用中已不现实。使用位图索引扫描后,在每次查询时,它将能把约束条件中所涉及列各自的索引进行任意的排列组合。

触发器

触发器是由SQL语句查询所触发的事件。如:一个INSERT语句可能触发一个检查数据完整性的触发器。触发器通常由INSERT或UPDATE语句触发。
在PostgreSQL中,可在数据表上设置触发器,但无法在视图中设置(对视图的UPDATE或者INSERT操作可以使用规则(RULE)定义)。多个触发器可依据字母顺序依次执行。此外,除了使用内嵌的PL/PgSQL语言之外,触发器的函数也可以用PL/Perl,PL/Python等语言编写。

并发控制

PostgreSQL使用多版本并发控制(MVCC,Multiversion concurrency control)系统进行并发控制,该系统向每个用户提供了一个数据库的“快照”,用户在事务内所作的每个修改,对于其他的用户都不可见,直到该事务成功提交。这从很大程度上减少了对读取锁的依赖,同时保证了数据库高效地符合ACID原则。

规则

规则(RULE)允许一个查询能被重写,通常被用作实现可更新的视图。

数据类型

PostgreSQL内置丰富的数据类型,包括:
此外,用户可以创建自定义数据类型,通常通过PostgreSQL的GiST机制,它们也能被很好得索引,比如PostGIS地理信息系统的数据类型。

定义对象

用户可以为数据库内几乎所有的对象定义新的类型,包括:
  • 索引
  • 操作符(可重载现有操作符。)
  • 数据域
  • 数据类型转换
  • 会话(编码转换)

继承

数据表的结构及属性可从一个“父”表中继承,数据将在两者间共享。对子表中数据的插入或者删除也将在父表中体现,同样,对父表作出的修改,比如添加列等操作也会导致子表产生相应改动。该功能尚未完全实现,实际上,表的约束尚不能继承。比如,在一张外联参考了父表id字段的表中,插入一条具有子表中某条记录id数据的记录会导致失败,因为PostgreSQL在对父表的外键约束检查中不会检查子表的内容。

扩展

  • 地理数据对象:PostGISGPL
  • 全文检索:通过Tsearch2或OpenFTS, 将在8.3版本中内嵌Tsearch2。GPL
  • 多种异步主/从复制方案,包括Slony-I(BSD授权),Mammoth Replicator
  • XML/XSLT支持contrib软件包中的XPath扩展GPL

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