آشنایی با پایگاه داده Postgresql

مقدمه

در تکنولوژی ­های مدرن، یکپارچگی و امنیت داده ها به اولویت اصلی تبدیل شده است. به خصوص اگر در مورد پروژه های بزرگ صحبت کنیم که نیازمند نگهداری صدها یا هزاران بلوک اطلاعاتی در یک مکان امن هستند. بنابراین، انتخاب یک پایگاه داده مناسب برای پروژه بعدی شما چیز حاشیه ای نیست. این نیاز به دانستن همه گزینه ها، مزایا و معایب آنها و درک اینکه کدام یک برای شما مناسب است.

در چندین دهه گذشته، PostgreSQL پیشرو در میان گزینه ­های پایگاه داده رابطه ای منبع باز بوده است. این یک سیستم object-relational پیشرفته است که از زبان SQL استفاده می کند. Postgres به شما اجازه می دهد تا داده های بزرگ و پیچیده را با خیال راحت ذخیره کنید. این به توسعه دهندگان کمک می کند تا پیچیده ترین برنامه ها را بسازند، administrative tasks را اجرا کنند و محیط های یکپارچه ایجاد کنند.

ویژگی های دیتابیس Postgresql

• انواع داده: PostgreSQL از تمام انواع داده های مورد نیاز مانند اسناد، اصول اولیه، هندسه، ساختارها و غیره پشتیبانی می کند.
• یکپارچگی داده ها: Postgres یکپارچگی داده های شما را با معرفی محدودیت ها و تنظیم داده هایی که اضافه می کنید فراهم می کند. با PostgreSQL، می توانید سوابق نامعتبر یا بدون مالک را فراموش کنید.
• عملکرد: موازی سازی پرس و جوهای خوانده شده، روش های نمایه سازی قدرتمند، کنترل همزمانی چند نسخه. اینها تنها تعدادی از ویژگی های متعددی هستند که توسط PostgreSQL برای تقویت و بهینه سازی عملکرد آن پیاده سازی شده است.
• بازیابی بحران و قابلیت اطمینان: PostgreSQL مراقبت می کند تا بالاترین سطح اطمینان را برای داده های شما فراهم کند. با گزینه های replication آن، داده های شما کاملاً ایمن هستند. علاوه بر این، همیشه می توانید از با ارزش ترین اطلاعات نسخه پشتیبان تهیه کنید.
• توسعه پذیری: در این پایگاه داده، لازم نیست خود را به انواع خاصی از اسناد محدود کنید. پایگاه داده طیف گسترده ای از انواع داده را برای در اختیار شما ارائه می دهد.
• جستجوی متن: Postgresجستجوی متن کامل را برای سرعت بخشیدن به فرآیند یافتن فعال می‌کند و ترکیب‌های حساس به حروف بزرگ و بدون لهجه را ادغام می‌کند.
• پشتیبانی از داده های غیر رابطه ای: می توانید از انواع داده های بومی اسناد (JSON، XML، Hstore و Cstore) برای تبدیل PostgreSQL به یک پایگاه داده NoSQL استفاده کنید. محتوای این نوع داده ها را می توان ایندکس کرد که سرعت زیاد و یکپارچگی داده را ارائه می دهد. با استفاده از یک syntax ساده SQL به میتوانید به بهترین میان پایگاه داده­ای رابطه­ای و غیر رابطه­ای بپیوندید تا داده های غیر رابطه ای (اما نمایه شده) را با بهترین سرعت جستجو کنید.
• متن باز
• امنیت بالا
• سازگاری بالا با انواع سیستم عامل­ها
• سیستم اطلاعات جغرافیایی:در PostgreSQL، می‌توانید از یک افزونه به نام PostGIS استفاده کنید که یک توسعه‌دهنده پایگاه داده فضایی برای پایگاه‌های داده PostgreSQL است. پشتیبانی از اشیاء جغرافیایی را اضافه می کند که امکان اجرای پرس و جوهای مکان را در SQL فراهم می کند. بنابراین، می توانید از PostgreSQL در برنامه خود استفاده کنید که به اطلاعات جغرافیایی در قوانین تجاری آن نیاز دارد.

معماری

در این بخش با مفهوم رپلیکیشن و اینکه رپلیکیشن بر روی دیتابیس پستگرس چگونه کار می کند آشنا خواهیم شد:

در پستگرس رپلیکیشن را می توان به 3 روش اصلی زیر ارائه کرد:

1. مبتنی بر فایل یا دیسک

2. مبتنی بر WAL

3. مبتنی بر SQL

• آشنایی با مفهوم WAL

این پایگاه داده ابتدا تغییرات را در حافظه ثبت میکند تا بتواند تغییرات را سریع ضبط کند. دسترسی به حافظه بسیار سریع اما بی ثبات است به این معنی که اگر سرور crash شود تغییرات اخیر داده های ما پس از راه اندازی مجدد سرور ناپدید میشوند.

مفهوم WAL یک رکورد از تمامی مقادیر و متغیرات پایگاه داده است، به طوری که ما میتوانیم تمامی تغییراتی که در حافظه به وجود آمده است اما به خاطر خرابی سرور هنوز به دایرکتوری اصلی داده ها نوشته نشده است را دوباره بازیابی کنیم.

• آشنایی با مفهوم Replication

در صورت خرابی یا ری استارت شدن سرور به کار می آید اما یک محدودیت بزرگ هم دارد. زمانی که دیسکی خراب شود و یا یک امر غیرقابل بازگشت دیگری پیش بیاید WAL نمی تواند به ما کمک کند. فرض کنید که تمام دیتای ما بر روی یک سرور است و به خاطر خرابی برای دیسک ممکن است از بین برود، بنابراین ما به چیزی نیاز داریم که ما را در مقابل خرابی های این چنینی مقاوم کند. اینجا است کهreplication به کمک می آید. در اینجا PostgreSQL از یک رویکرد زیرکانه استفاده میکند، و از WAL به عنوان یک ابزار استفاده کرده و آن را برای بقیه سرورها میفرستد، حالا ما یک رپلیکیشن کامل از دیتابیس خود بر روی یک سرور دیگر داریم.

مدل های رپلیکیشن

• Asynchronous replication

این نوع رپلیکیشن تضمینی در رابطه با اینکه اطلاعات به رپلیکیشن های مختلف ارسال شده یا نه، ندارد.
دیتا زمانی که بر روی WAL سرور اصلی نوشته شد، نوشته شده در نظر گرفته میشود. فرستنده WAL تمام دیتای WAL را بر روی رپلیکیشن های متصل شده پیاده میکند اما این اتفاق به صورت asynchronous و بعد از اینکه WAL نوشته شد می افتد.

رپلیکیشن به صورت async معروف ترین نوع برای انجامinsert ها است. کلاینت ها فقط بایستی منتظر سرور اصلی برای نوشتن WAL باشند.

از آنجایی که تضمینی وجود ندارد که داده ها پس از نوشتن به صورت موفقیت آمیز به رپلیکیشن منتقل شوند، این حالت ممکن است منجر به ناسازگاری موقت داده ها بین سرور اصلی و سرور رپلیکیشن شود.
تا زمانی که WAL مربوطه به رپلیکیشن نپیوندد و به دیتابیس آن اعمال نشود، مشتریانی که از این رپلیکیشن ها میخوانند، اطلاعات جدید را در کوئری خود نخواهند دید.

از دست دادن داده در این نوع رپلیکیشن اگر که سرور اصلی قبل از رسیدن WAL به سرور رپلیکیشن دچار خرابی شود یک احتمال به شمار میرود. هرچند که اگر سرور اصلی دچار کرش شود و دوباره شروع به کار کند، سرور رپلیکیشن از جایی که داده ها به خاطر خرابی متوقف شده بود دوباره ادامه به کار میدهد.

• Synchronous write replication

این نوع رپلیکیشن تضمین میکند که تمامی مقادیر مشخص شده برای رپلیکیشن، داده ی خود را قبل از اینکه سرور اصلی به مشتری اعلام موفقیت کند بر روی WAL مینویسند.

عملکرد write در این نوع رپلیکیشن حرکت کندتری نسبت بهasynchronous دارد.

از دست دادن دیتا در این حالت هنوز امکان پذیر است هرچند که نسبت به اجرای async کم تر شده است، در اکثر موارد synchronous هر دو سرور هم اصلی و هم رپلیکیشن دچار کرش میشوند.

• Synchronous apply replication

نه تنها تضمین میکند که WAL برای همه رپلیکیشن ها به صورت مشخص نوشته شده است بلکه تمام بخش های WAL در پایگاه داده اعمال میشوند.

از آنجایی که مشتری باید منتظر بماند تا کلیه عملیات نوشتن در سرور اصلی و رپلیکیشن انجام شود، این حالت کندترین نوع ممکن است.

تضمین میکند که هر رپلیکیشن مشخص شده به طور کامل با سرور اصلی سازگار باشد و عملیات write تاز مانی که در پایگاه داده اعمال نشود موفقیت آمیز تلقی نخواهد شد.

در مورد از دست دادن دیتا، این نوع از رپلیکیشن حتی تضمین بهتری نسبت به 2 مورد قبلی است.