R-03-07.pdf

Rozdział 3. Bazy danych

Prawie wszystkie aplikacje wymagają przechowywania danych. Wymagania te mogą się zmieniać,

począwszy od zupełnie podstawowych jak przechowywanie niewielkiej liczby opcji startowych, aż

do olbrzymich i złożonych baz danych jak np. bazy przechowujące informacje o wykształceniu

wszystkich obywateli danego kraju. Równie ważne jest to, że wymagania stawiane pojemności

nośników danych także mogą się zmieniać, począwszy od potrzeby przechowania prostych plików

tekstowych o ustalonej długości aż do dużych obiektów binarnych.

Bardzo waży jest wybór rozwiązania odpowiedniego dla danego problemu. Nie ma przecież sensu

używanie skomplikowanego serwera bazy danych do przechowywania obrazu wyświetlanego jako

„tapeta” na ekranie monitora. Podobnie nie ma też sensu próba przechowywania w jednym pliku

tekstowym wszystkich danych potrzebnych w dużym domu maklerskim do śledzenia kursów

akcji.

Właściwy wybór zależy zarówno od objętości, jak i od rodzaju danych. Jeżeli dane zawierają dużą

liczbę „pojedynczych obiektów” (traktując słowo „obiekt” w jego ogólnym sensie), które muszą

być przechowane, to odpowiednim rozwiązaniem może być baza w postaci prostego lub

indeksowanego pliku tekstowego. Jeśli dane mają strukturę hierarchiczną, wówczas lepsza może

być struktura drzewiasta używana np. w serwerze LDDP (z serwerem LDAP spotkamy się w

dalszych częściach książki).

Jeżeli dane zawierają obiekty kilku różnych rodzajów, powiązanych przez swoje właściwości,

dobrym rozwiązaniem będzie prawdopodobnie relacyjna baza danych. Bazy tego typu są bardzo

elastyczne i umożliwiają przechowywanie większości struktur danych, łącznie ze strukturami

drzewiastymi, jeśli jest to konieczne.

Korzystając z systemu operacyjnego Linux, znajdujemy się w szczęśliwym położeniu, bowiem

dysponujemy wieloma sposobami zarządzania swoimi danymi i możemy wybrać rozwiązanie

spełniające nasze wymagania. W najprostszym przypadku możemy użyć prostych plików

tekstowych albo stosując niskopoziomowe API , albo wykorzystując ułatwiający dostęp do danych

interfejs gnome_config , jeśli aplikacja będzie aplikacją Gnome . Jeżeli nasze wymagania nie są

skomplikowane, a potrzebny jest szybki dostęp do danych, to możemy rozważyć użycie funkcji

ndbm . Umożliwiają one przechowywanie prawie dowolnych danych i zapewniają bardzo wydajny

dostęp za pomocą indeksów. Funkcje te zostały opisane w książce Beginning Linux Programming

wydanej przez wydawnictwo Wrox Press. Rozwiązania tego rodzaju nie są jednak właściwe przy

bardziej skomplikowanych potrzebach i nie będziemy się nimi dalej zajmować.

Na dalszych miejscach skali mamy do wyboru trzy główne bazy: mSQL , MySQL i PostgreSQL ,

które omówimy w dalszych częściach książki. Można także rozważać użycie bazy InterBase , która

formalnie jest produktem komercyjnym, ale w czasie pisania tej książki była dostępna dla systemu

Linux bezpłatnie łącznie z pełnym kodem źródłowym. Jeśli nasze wymagania są ostrzejsze, to

możemy rozważyć użycie jednej z zaadaptowanych dla systemu Linux komercyjnych baz danych,

takich jak DB2 , Sybase lub Oracle . Na szczęście niewielu użytkowników ma aż tak wygórowane

wymagania i większość z nich może zupełnie pomyślnie posługiwać się otwartym

oprogramowaniem w rodzaju MySQL lub PostgreSQL , które całkowicie spełnia ich potrzeby.

Wybór bazy danych

Zanim przejdziemy do omawiania bardziej technicznych zagadnień, omówimy skrótowo trzy

najpopularniejsze otwarte rozwiązania wykorzystujące SQL i dostępne w systemie Linux.

Zastanowimy się także nad tym, które z nich będzie najlepiej spełniać nasze wymagania stawiane

bazie danych. Podczas pisania tej książki dostępne były kody źródłowe dla wszystkich trzech baz

danych, a MySQL i PostgreSQL były ponadto wolne od opłat licencyjnych. Możliwe, że w

przyszłości ograniczenia licencyjne zostaną złagodzone lub zaostrzone, albo też nowsze wersje

kodów źródłowych nie będą swobodnie rozpowszechniane, należy więc sprawdzić aktualny stan

licencji na stronach macierzystych tych produktów.

mSQL

David Hughes, pracownik naukowy Bond University w Australii, pracował nad oprogramowaniem

do zarządzania siecią o nazwie Minerva , które wymagało użycia bazy danych. Chciał on użyć

standardowego języka SQL , ale w owym czasie jedyną „wolną” bazą danych był Postgres , w

którym zastosowano własny język zapytań o nazwie PostQUEL . David napisał interfejs

programowy przetwarzający podstawowe zapytania SQL na PostQUEL i przekazujący je do

serwera Postgres . Nazwano go MiniSQL lub mSQL . Wkrótce okazało się, że użycie serwera

Postgres i tłumaczenie zapytań było bardziej skomplikowane, niż się tego spodziewano i Hughes

ulepszył mSQL w taki sposób, aby nie korzystać ze wspomagania serwera Postgres . Taki

samodzielnie działający mSQL jest obecnie również dostępny i można go znaleźć pod adresem

http://www.hughes.com/au/ .

MySQL

Baza MySQL powstała w podobny sposób jak mSQL . Firma TcX opracowywała aplikację

wykorzystującą WWW i bazę danych i stwierdziła, że najlepszym rozwiązaniem będzie użycie

SQL. Postanowiono wykorzystać API zbudowane na podstawie mSQL i tak powstał produkt o

nazwie MySQL . Po pewnym czasie API dla MySQL i mSQL zaczęły się różnicować w miarę

rozwoju MySQL , ale nadal podobieństwa są na tyle duże, że przenoszenie kodu z mSQL do

MySQL jest dosyć łatwe. MySQL można znaleźć pod adresem http://www.MySQL.com/ .

PostgreSQL

PostgreSQL wywodzi się z pakietu Ingres (bazy danych opracowanej na Uniwersytecie

Kalifornijskim w Berkeley). Podczas pisania książki Ingres był nadal dostępny w ofercie

handlowej firmy Computer Associates. W Berkeley, wkrótce po bazie Ingres , opracowano także

inną bazę o nazwie Postgres , która była wykorzystywana do eksperymentów z relacjami między

obiektami. Początkowo Postgres zupełnie nie korzystał z SQL , ale około roku 1995. Jolly Chen i

Andrew Yu dodali obsługę SQL i wydali nową wersję o nazwie Postgres95 .

Po koniec roku 1996. prace rozwojowe przejął zespół związany z ruchem wolnego

oprogramowania i produkt ponownie zmienił nazwę, tym razem na PostgreSQL , pod którą jest

aktywnie rozwijany do dzisiaj. Ponieważ PostgreSQL nie jest objęty żadnymi restrykcjami

komercyjnymi, zatem może być swobodnie rozpowszechniany. Dzięki temu jest dostępny w wielu

dystrybucjach Linuksa. Można go pobrać z sieci z adresu http://www.postgresql.org/ .

Jaki wybór będzie odpowiedni?

Mamy więc trzy bazy danych przeznaczone do przeciętnych zastosowań, a każda z nich ma

dostępny kod źródłowy — co więc należy wybrać do naszego projektu? Odpowiedź brzmi jak

zawsze: zależy to od wielu czynników. Nie ma prostej odpowiedzi. W czasie pisania książki

najłatwiej było dokonać wyboru między mSQL i MySQL . Baza MySQL lepiej obsługuje standard

SQL i jej licencja jest nieco bardziej otwarta, a więc można ją faworyzować. Być może, podczas

czytania tych słów sytuacja się już zmieniła i baza mSQL odebrała pierwszeństwo MySQL ,

ponieważ obydwie były aktywnie rozwijane.

Wybór między MySQL (lub być może mSQL ) a PostgreSQL zależy już bardziej od naszych

potrzeb. Jeżeli potrzebna jest niewielka baza danych z szybko działającymi zapytaniami,

przeznaczona do zastosowań wewnątrz firmy lub użytku osobistego i nie jesteśmy zbyt mocno

zainteresowani używaniem transakcji (które wyjaśnimy później) lub bardzo zaawansowanymi

aspektami SQL, to najprawdopodobniej najlepszym wyborem będzie MySQL . W rzeczywistości

jest ona szeroko stosowana na wielu serwerach WWW , w których obsługa transakcji jest o wiele

mniej ważna niż szybkość pobierania danych. Wynika to stąd, że serwery WWW wymagają tylko

odczytu danych przekazywanych do klienta, zaś potrzeba modyfikacji danych występuje tam

bardzo rzadko.

Jeśli jednak chcemy rozpowszechniać naszą aplikację z bazą danych i jesteśmy zainteresowani

użyciem mechanizmów transakcyjnych, to PostgreeSQL będzie prawdopodobnie jedyną

możliwością wyboru. Aby dokonać wyboru między tymi krańcowo różniącymi się bazami, należy

samodzielnie przestudiować strony macierzyste obydwu produktów i ocenić je według swoich

potrzeb. Obydwie bazy są na pewno bardzo dobre.

PostgreSQL

W pozostałych częściach tego rozdziału i w następnych rozdziałach skoncentrujemy się na bazie

PostgreSQL z następujących powodów:

1. Jest ona dostępna na warunkach bardzo liberalnej licencji i można jej używać za darmo. Oto

krótki cytat z licencji ilustrujący jej główne założenie:

Permission to use, copy, modify, and distribute this software and its

documentation for any purpose, without fee, and without a written

agreement is hereby granted, provided that the above copyright notice and

this paragraph and the following two paragraphs appear in all copies.

(Pozostałe części zawierają standardowe zastrzeżenia).

2. Baza ta jest dołączana do wielu dystrybucji Linuksa, są więc duże szanse, że jeśli pracujemy

w tym systemie, to ona również została zainstalowana. Jeżeli tak nie jest, to można ją

zapewne znaleźć na płycie z dystrybucją w postaci gotowej do zainstalowania.

3. Baza PostgreSQL obsługuje transakcje, dzięki czemu możliwe jest dokonanie kilku

modyfikacji danych i podjęcie decyzji, czy wszystkie te modyfikacje zatwierdzić lub wycofać.

W wypadku pracy wielu użytkowników, którzy modyfikują dane, jest to bardzo ważne

zagadnienie. Nawet w aplikacji przeznaczonej dla pojedynczego użytkownika zastosowanie

transakcji może się okazać bardzo pożyteczne.

4. PostgreSQL lepiej wspomaga standard ANSI SQL niż inne bazy, zatem można posługiwać się

zapytaniami o bardziej zaawansowanej konstrukcji.

Instalacja i uruchamianie

Nie mamy zamiaru rozwodzić się tutaj szeroko o instalacji bazy PostgreSQL , ponieważ baza ta

została prawdopodobnie już zainstalowana lub jest dostępna w danej dystrybucji Linuksa. Jeżeli

tak nie jest, to należy pobrać ją ze strony o adresie http://www.postgresql.org i zainstalować we

własnym zakresie. Dostępne są zarówno wersja źródłowa, jak i pakiety binarne. Polecamy

instalację pakietów binarnych, ponieważ jest to łatwiejsze i szybsze niż samodzielna kompilacja.

Po pierwszym uruchomieniu serwera PostgreSQL pojawia się tylko jedna baza danych o nazwie

template1 i z tą bazą należy się połączyć. Domyślnie dostęp do serwera ma tylko jeden

użytkownik o nazwie postgres , mający uprawnienia administratora bazy danych (jest on

tworzony podczas instalacji pakietu).

Po zainstalowaniu PostgreSQL należy się upewnić, czy proces serwera bazy działa i czy serwer

został zainicjowany. Aby zainicjować bazę, należy zalogować się jako root i utworzyć katalog

/usr/local/pgsql/data . Właścicielem tego katalogu powinien być użytkownik postgres :

# chown postgres /usr/local/pgsl/data

Następnie należy zmienić tożsamość na użytkownika postgres :

# su - postgres

i zainicjować PostgreSQL w następujący sposób:

# /usr/local/pgsql/bin/initdb -D /usr/local/pgsql/data

Teraz należy sprawdzić, czy działa proces postmaster (taką nazwę nosi proces serwera bazy

PostgreSQL ):

# ps axw

Jeśli proces postmaster został uruchomiony, wówczas w zależności od wyboru instalacji

możemy zobaczyć komunikat zbliżony do poniższego:

474 p1 S 0:00 /usr/local/pgsql/bin/postmaster -D/usr/local/pgsql/data

Jeżeli proces postmaster nie działa, to należy go uruchomić za pomocą polecenia:

# /usr/local/pgsql/bin/postmaster -D /usr/local/pgsql/data

Oczywiście, jeżeli zmienna $PATH zawiera katalog /usr/local/pgsql/bin lub jego

równoważnik, to nie trzeba używać pełnej ścieżki w poleceniu i wystarczy tylko napisać:

# postmaster -D /usr/local/pgsql/data

Warto więc zmodyfikować zmienną $PATH , aby zaoszczędzić czas w przyszłości.

Zazwyczaj dystrybucja jest przygotowywana w taki sposób, że przy pierwszym uruchomieniu

serwera wywoływane jest automatycznie polecenie initdb inicjujące bazę PostgreSQL . Można

sprawdzić, czy w pliku konfiguracyjnym systemu po instalacji PostgreSQL automatycznie jest

wywoływany demon serwera PostgreSQL .

W niektórych starszych dystrybucjach (np. w Red Hat 6.0) funkcja initdb nie była wywoływana

automatycznie i nie była tworzona pusta wzorcowa baza danych. Ręczna inicjacja bazy jest

opisana na macierzystej stronie WWW firmy Red Hat oraz w książce Professional Linux

Deployment wydanej przez Wrox.

Po upewnieniu się, że proces postmaster działa, możemy połączyć się z serwerem. Łączenie

polega na połączeniu się z bazą danych. Podobnie jak w innych „prawdziwych” bazach, jeden

proces serwera PostgreSQL może obsługiwać wiele różnych baz.

W pakiecie PostgreSQL istnieje wygodne narzędzie o nazwie psql wspomagające dostęp do bazy

danych z wiersza poleceń. Wykorzystamy je do eksperymentów z bazą, zanim użyjemy do tego

celu języka programowania.

Aby sprawdzić, czy serwer działa poprawnie, najpierw trzeba stać się administratorem bazy

danych. W tym celu, po zalogowaniu jako root , należy użyć polecenia:

# su - postgres

Teraz możemy połączyć się z serwerem:

$ psql template1

Przy odrobinie szczęścia powinniśmy otrzymać sekwencję komunikatów podobną do poniższej:

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: