PostgreSQL. Bruno Hideo Casillo

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1 PostgreSQL Bruno Hideo Casillo

2 Objetivos do Curso Arquitetura do PostgreSQL Configuração de ambiente Gerenciamento de banco de dados Autenticação de clientes Administração de segurança lógica e física Manutenção do banco de dados Write Ahead Log Monitorando o PostgreSQL Instalação e administração do software

3 Arquitetura do PostgreSQL

4 Introdução O servidor PostgreSQL pode manipular múltiplas conexões simultâneas de clientes.para cada conexão, um novo processo servidor é iniciado para tratar as requisições sem a interferência do processo postmaster original.

5 Introdução O processo postmaster está sempre rodando e esperando novas conexões de clientes, enquanto os processos clientes e seus processos servidores associados são finalizados após o encerramento da execução.

6 Conexões ao PostgreSQL

7 Arquitetura do PostgreSQL A biblioteca LIBPQ é responsável por tratar da comunicação entre o processo cliente e o postmaster. Ele passa adiante, ao processo postmaster dedicado, os comandos recebidos do processo cliente.

8 Arquitetura do PostgreSQL O lado servidor é composto por dois processos: o postmaster e o processo postgres dedicado. O postmaster é responsável por realizar a autenticação das novas conexões e iniciar um processo postgres dedicado a nova conexão. O processo postgres trata as queries e comandos enviados pelos clientes. Existe um processo postgres para cada cliente.

9 Configuração de Ambiente

10 Codificação O PostgreSQL é um servidor de banco de dados que suporta vários character set, permitindo uma internacionalização simples de aplicações. Num mesmo servidor é possível ter vários bancos de dados com diferentes character sets. O character set padrão é o SQL_ASCII

11 Definindo um character set Pode ser feito na configuração do initdb # initdb E LATIN1 Na criação do banco # createdb E LATIN1 banco1

12 Exemplos de character set SQL_ASCII UNICODE LATIN1 ISO_8859_5 EUC_JP EUC_CN

13 Variáveis de ambiente PGDATA mostra o diretório onde estão os dados PGUSER PGPASSWORD mantém o user e o password para facilitar a conexão com o banco PGHOST PGPORT PGOPTIONS

14 O arquivo postgresql.conf As configurações do servidor PostgreSQL estão definidas e armazenadas no arquivo $PGDATA/postgresql.conf

15 Opções AUTOCOMMIT AUTHENTICATION_TIMEOUT CLIENT ENCODING DATESTYLE DEADLOCK_TIMEOUT DEFAULT_TRANSACTION_ISOLATION FSYNC MAX_CONNECTIONS PASSWORD_ENCRYPTIONS

16 Opções SEARCH_PATH STATEMENT_TIMEOUT SHARED_BUFFERS SORT_MEM SSL SUPERUSER_RESERVED_CONNECTIONS TCPIP_SOCKET VACUUM_MEM

17 Gerenciamento do banco de dados

18 Iniciando um cluster PostgreSQL Antes de criar um banco de dados, os arquivos de sistemas devem ser configurados no diretório $PGDATA # initdb D /postgres Colocar o diretório /usr/local/pgsql/bin no path para que os scripts funcionem em qualquer diretório.

19 Iniciando o servidor PostgreSQL posmaster i S D /postgres pg_ctl start D /postgres

20 Criando um banco de dados Para criar um banco de dados utilizando template0, use: CREATE DATABASE dbname TEMPLATE template0; do ambiente SQL, ou createdb -T template0 dbname pelo shell.

21 opções -O especifica o usuário que será o proprietário do banco -E especifica o conjunto de caracteres de codificação -T especifica que o banco será utilizado como template

22 Deletando um banco de dados DROP DATABASE dbname do ambiente SQL, ou dropdb dbname do shell.

23 Banco de dados template É possível especificar qual banco será usado como template, caso não seja especificado, o banco template1 é utilizado Se adicionarmos objetos ao banco template1, os bancos criados posteriormente serão criados com estes objetos Existe um segundo banco de dados padrão chamado template0. Não são permitidos conexões neste banco e ele pode ser utilizado para criação de banco de dados zerados

24 Catálogo de Dados

25 Tabelas de Sistema O PostgreSQL utiliza intensamente o recurso de dicionário de dados, conhecida como catalog, para armazenar e controlar as atividades sobre o banco de dados As tabelas e views do dicionário de dados são prefixadas com pg_ e em sua maior parte, são acessíveis a todos os usuários.

26 Principais Tabelas de Sistema pg_attribute Armazena as informações sobre as colunas das tabelas Attrelid: oid da tabela que a coluna pertence Attname: nome da coluna Attypid: oid do tipo de dado da coluna Attnum: posição da coluna na tabela Attnotnull: valor true se a coluna for not null

27 Pg_class Armazena definições de tabelas, índices, views e seqüências Relname: nome do objeto Relnamespace: nome do schema onde se encontra o objeto Relowner: proprietário da tabela Relpages: numero de blocos ocupados no disco pela tabela Reltuples: numero de linhas da tabela Relhasindex: true se a tabela possui índices Relkind: tipo do objeto(r=tabela, i=indice, s= seqüência, v=view) Relnatts: numero de colunas na tabela Reltriggers: numero de triggers na tabela Relacl: array com permissões de acesso

28 Pg_constraint Armazena definições das restrições de tabelas e colunas Conname: nome da constraint Connamespace: nome do schema onde se encontra o objeto Contype: tipo da constraint Conrelid: oid da tabela que possui a constraint Confupdtype: ação da foreign key no UPDATE Confdeltype: ação da foreign key no DELETE Consrc: código fonte da constraint check

29 Pg_database Armazena as informações sobre todos os bancos de dados Datname: nome do banco de dados Encoding: código da codificação Datpath: determina o local alternativo de armazenamento do banco Datacl: lista de acesso ao banco

30 Pg_group Armazena as informações sobre os grupos de usuários Groname: nome do grupo Grosysid: código do grupo Grolist: array com os usuários que pertencem ao grupo

31 Pg_shadow Armazena as informações dos usuarios. Existe uma view chamada pg_user sem informações de senha Usename: nome do usuário Usesysid: código do usuário Usecreatedb: true se o usuário pode criar bancos Usesuper: true se super-usuario Passwd: senha do usuário

32 Autenticação de clientes

33 Pg_hba.conf A autenticação de clientes é configurada no arquivo pg_hba.conf. Este arquivo se localiza no diretorio $PG_DATA O formato geral do pg_hba.conf é um conjunto de registros, um por linha, com as regras de acesso. Linhas em branco ou iniciando com # são ignoradas O primeiro registro que casa com os dados da requisição é utilizado para a autenticação

34 Administração de Segurança Lógica

35 Gerenciando Schemas Um schema é um espaço onde podem ser criados objetos de banco de dados como tabelas, funções, etc. Com o uso de schemas é possível ter mais de uma tabela ou objeto com o mesmo nome Todos os bancos possuem um schema chamado public Existem muitas razões para utilizar schemas Possibilita que vários usuarios utilizem o mesmo banco sem interferência Facilita a organização lógica dos objetos no banco Aplicações podem ser colocadas em outros schemas sem problemas de colisão de nomes com outros objetos

36 Create schema nome [AUTHORIZATION usuário]; Onde nome é o nome do schema Onde usuário é o proprietário do schema Ex: create schema dbo; Create schema produção AUTHORIZATION postgres;

37 Gerenciando schemas Criando uma tabela dentro de um schema Create table dbo.cadastro(codigo integer); Para acessar um objeto dentro de um schema, o usuário necessita ter privilégios de acesso no schema e no objeto. Também é preciso mencionar o nome do schema antes do objeto Select * from dbo.cadastro;

38 Gerenciando schemas Para facilitar o acesso aos objetos sem a utilização do prefixo com o nome schema, podemos utilizar a variável SEARCH_PATH com uma lista de schemas A variável SEARCH_PATH pode ser configurada no arquivo postgresql.conf Quando um objeto é especificado sem qualificação, busca-se o objeto seguindo a ordem do search_path

39 Removendo um Schema Drop schema nome; Drop schema nome cascade;

40 Gerenciando usuarios e permissões Create user nome password senha ; Createuser [opções] {nome} -a pode criar novos usuarios -A não pode criar novos usuarios -d pode criar novos bancos -D Não pode criar novos bancos -P pede senha -E armazena a senha criptografada -e mostra os comandos sql gerados -q modo silencioso

41 Visualizando usuários Os usuarios do sistema são armazenados na tabela pg_shadow Existe uma view chamada pg_user que é visível para todos os usuários A tabela pg_shadow somente é visível para super-usuarios Select * from pg_user; Select * from pg_shadow;

42 Removendo usuários Dropuser nome (shell) Drop user nome (psql) A única restrição é que o usuário não pode ser removido se ele possuir algum banco de dados. Neste caso, o banco de dados deve ser removido primeiro

43 Grupos de Usuários Utilizamos grupos para simplificar a atribuição de direitos de acesso a bancos de dados e tabelas. Create group devel with user bruno, patrícia; Alter group devel add user mariana; Alter group devel drop user mariana; Drop group devel;

44 Visualizando grupos Select * from pg_group where groname= devel ;

45 Controle de Acesso Existem vários tipos de privilégios que podem ser concedidos aos usuarios Select Insert Update Delete References All privileges Etc

46 Grant select on emp to bruno; Grant select on emp to group devel; Grant select on emp to public; Existe um usuário especial chamado public que é utilizado quando queremos conceder um privilegio a todos os usuarios. Revoke select on emp to bruno;

47 Views para controle de acesso Não é possível conceder privilégios de SELECT ao nível de coluna de tabela. É possível contornar essa limitação através do uso de views para esconder determinadas colunas. O grant é concedido para a view e não para a tabela Create view empregados as select n_emp, nome_emp, cargo from emp; Grant select on empregados to public;

48 Administração de segurança lógica e física

49 Pg_hba.conf Um registro pode ter uma das 3 formas abaixo: local database user authentication-method [authentication-option] host database user IP-address IP-mask authentication-method [authenticationoption] hostssl database user IP-address IP-mask authentication-method [authenticationoption]

50 Backup Existem 2 maneiras de se realizar o backup de um servidor de banco de dados PostgreSQL: Utilizando o comando pg_dump Fazendo um backup de Filesystem

51 A operação de backup (via pg_dump) não bloqueia a operação normal do banco e é internamente consistente, isto é, enquanto um banco de dados sofre backup, as atualizações não serão incluídas no arquivo resultante. O backup pode reduzir bastante a performance do sistema Pode demorar dependendo do tamanho do banco

52 Pg_dump A idéia por traz do pg_dump é gerar um arquivo com todos os comandos SQL necessários para recriar o estado atual do banco de dados. O pg_dump é uma aplicação cliente do postgresql, o que permite a execução de backups em servidores remotos

53 Pg_dump [opções] [dbname] -a somente dados -s somente estrutura -b inclui blobs -c inclui comandos de remoção, antes de criá-los -C coloca no inicio um comando para criar o banco de dados -d gera no formato INSERT -f envia a saída pra um arquivo -o envia também OIDs -O cria os objetos com no owner -t envia somente a tabela especificada -x não envia comandos grant -F formato de saída

54 Backup simples Pg_dump f backup1.dump curso Backup somente dos schemas, sem dados Pg_dump s f backup2.dump curso Backup no formato insert Pg_dump d c f backup3.dump curso Backup no formato binário Pg_dump Ft f backup5.dump curso Backup no formato binário comprimido e somente dados Pg_dump a Fc f backup6.dump curso

55 Pg_dumpall Para realizar o backup de todos os bancos num único comando Não é possível realizar backups de BLOBs O usuário deve ter privilégios suficientes em todos os bancos

56 Restaurando um dump Texto Psql dbname < arquivo.dump Binário Pg_restore [opções] [arquivo-bkp] -a somente os dados -s somente estrutura -d nome do banco de dados -c executa os comandos de remoção -C faz que o CREATE DATABASE seja executado -v verbose

57 Pg_restore Restauração simples Pg_restore d dbname backup.dump Restauração com os comandos de remoção e a opção verbose Pg_restore v d dbname backup.dump Restauração somente com a recriação dos objetos de banco de dados Pg_restore s d dbname backup.dump

58 Backup de Grandes Bancos de Dados Dado que o PostgreSQL pode ter tabelas maiores que o máximo do tamanho de arquivos do sistema operacional, pode ser complicado para gerar um backup que o tamanho de saída seja maior que o admitido pelo S.O. Uma solução para contornar esse problema é utilizar o recurso de pipe do Linux e unix para esta situação Pg_dump dbname gzip > filename.gz Gunzip c filename.gz psql dbname

59 Backup de filesystem Não pode ser feito online Cópia literal do banco de dados Tar czv psql.bjp.tar.gz data Tar xzf psql.bkp.tar.gz

60 Manutenção de banco de dados

61 Manutenção Existem algumas tarefas que devem ser executadas regularmente para que o servidor PostgreSQL funcione eficazmente. Uma dessas tarefas, é a rotina de backup e a outra tarefa é o vacuum do banco de dados.

62 Vacuum O vacuum deve ser executado por 3 razões: Liberar espaço em disco utilizado por linhas que foram apagadas Atualizar as estatísticas utilizadas pelo otimizador Para evitar o transaction ID wraparound

63 Vacuum A freqüência do vacuum dependerá das características e necessidades de cada banco de dados. O vacuum pode ser executado em paralelo com a operação normal do banco de dados

64 Vacuum vacuumdb [Opção] [dbname] Opções: -a faz o vacuum em todos os bancos -d especifica o banco de dados -t especifica tabela e coluna -f faz um vacuum full -z atualiza as estatísticas do otimizador -e mostra os comandos sendo executados -v gera informações mais detalhadas

65 Liberando espaço em disco O postgresql não remove imediatamente as linhas removidas por um comando delete.este espaço pode ser liberado pelo comando vacuum para ser utilizado por novas linhas A operação de um vacuum libera espaço dentro de um banco de dados, mas não para o sistema operacional Para liberar o espaço para o sistema operacional, é necessário utilizar o opção FULL

66 Atualização das estatísticas O otimizador de queries do PostgreSQL utiliza estatísticas de distribuição de dados em tabelas e índices para construir planos de execução adequados Estas estatísticas podem ser colhidas através do comando analyse ou através da opção analyse do vacuum

67 Prevenindo Falhas nos IDs de Transação O mecanismo de transação do PostgreSQL, utiliza a comparação do ID da transação(xid) para estabelecer a consistência entre as transações Ex: Uma linha com XID de inserção maior que o XID da transação corrente deve estar no futuro e não deve ser visível pela transação.

68 Prevenindo Falhas nos IDs de Transação Dado que os IDs tem um tamanho de 32 bits, um servidor que rode por um período longo( mais de 4 bilhões de transações) sofrerão de transaction ID wraparound. Ou seja o XID volta para zero e todas as transações que estavam no passado parecerão estar no futuro(ficando invisível) A solução para este problema é realizar um vacuum no mínimo a cada bilhão de transações

69 Verificando os IDs de transação A tabela pg_database armazena informações estatísticas sobre a rotina de vacuum. A coluna datfrozenxid é atualizada ao final desta rotina. É possível sabermos quantas transações já foram realizadas após o ultimo vacuum utilizando a função AGE Select datname, datfrozenxid, AGE(datfrozenxid) from pg_database; Um banco de dados com AGE em 1 bilhão acabou de sofrer um vacuum.

70 Write Ahead Log

71 Write Ahead Log O mecanismo padrão de log de transação é conhecido como write ahead log (WAL) O WAL faz que uma transação somente seja escrita nos arquivos de banco de dados depois que ela foi escrita nos arquivos de log localizados em dispositivos de armazenamento permanente Desta forma, não é preciso sincronizar a área de cache em memória do banco de dados com o disco todas as vezes que uma transação é efetivada Caso haja um crash de banco de dados, é possível recuperar as transações registradas.

72 Monitorando o PostgreSQL

73 Monitorando o tamanho dos bancos Para saber o tamanho de um banco no sistema de arquivos podemos utilizar o seguinte mecanismo: Banco=# select datname, oid from pg_database; O oid mostra o valor do subdiretório onde o banco se encontra.

74 Monitorando o tamanho das tabelas Select relfilenode, relpages from pg_class where relname = tablename O resultado obtido é em paginas do banco de dados. O valor padrão de um página é de 8k. É necessário executar um vacuum analyse para ter as informações atualizadas Ex: select relfilenode, relpages from pg_class where relname= emp ;

75 Estatísticas de Uso do Banco O PostgreSQL possui views que organizam informações estatísticas de utilização de banco, de sessões e de tabelas do banco: Pg_stat_activity Mostra uma linha para cada processo servidor com as informações do banco de dados, usuário, texto da query, etc Pg_stat_database Uma linha por banco de dados com as informações do numero de conexões ativas, total de blocos lidos em memória, etc

76 Monitoração do Log do Banco Para gerar um arquivo de log, é necessário especificá-lo no momento de iniciar o processo postmaster Pg_ctl start l $PGDATA/postgresql.log

77 Instalação e administração do software

78 Instalação - Requisitos Software de instalação Gnu make (versão ) #gmake version ISO/ANSI C compiler (gcc versão 2.95) #gcc --version Gnu zip (gzip) Gnu tar Opcionais(Readline, OpenSSL, Tcl/TK, Ant/JDK)

79 Instalação dos Fontes Adicionar o usuário postgres para ser o administrador do PostgreSQL #adduser postgres #passwd postgres Descompactar o software #tar xzvf postgresql tar.gz (o local default para a instalação é o diretório /usr/local/pgsql )

80 Instalação dos Fontes Antes de compilar o código fonte deve ser executado o script configure, que checa as dependências de software necessárias para a instalação do PostgreSQL #./configure Depois de finalizada a execução do configure, é feita a compilação do PostgreSQL através do comando gmake: #gmake (O tempo de compilação depende do seu computador, e pode demorar de 10 minutos até mais de 1 hora)

81 Instalação dos Fontes Depois de tudo compilado, podemos fazer o teste de regressão, que não é necessário, mas é recomendável, pois ele faz uma verificação se o PostgreSQL irá funcionar corretamente após a compilação. #gmake check Após o teste de regressão é hora de fazer a instalação dos binários com o seguinte comando. #gmake install (O PostgreSQL estará instalado no local /usr/local/pgsql)

82 Instalação #./configure #gmake #su #gmake install #adduser postgres #mkdir /usr/local/pgsql/data #chown postgres /usr/local/pgsql/data #su - postgres #/usr/local/pgsql/bin/initdb -D /usr/local/pgsql/data #/usr/local/pgsql/bin/postmaster -D /usr/local/pgsql/data #/usr/local/pgsql/bin/createdb test #/usr/local/pgsql/bin/psql test

83 Instalação Windows NTFS A partir da versao 8.0 ( nativo ) Qualquer sistema de arquivos Através de um emulador de Unix (Cygwin)

84 Bruno Hideo Casillo

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