دیتابیس PostgreSQL چیست?

با توجه به این که امروزه تقریباً هر نرم افزار یا وبسایتی در بک اند خود به یک پایگاه داده سریع و پایدار نیاز دارد، PostgreSQL یکی از بهترین گزینه هایی است که کار را برای تیم توسعه دهنده راحت تر می کند.

با خواندن این مقاله متوجه می شوید که چرا شرکت های بزرگی مثل اپل، ناسا و اینستاگرام این پایگاه داده را ترجیح می دهند و چه دلایلی باعث شده اند که  PostgreSQL بعد Mysql جزو بهترین ها باشد:

• بهینه سازی mySQL

PostgreSQL چیست؟

در جامعه تکنولوژیک مدرن، یکپارچگی و امنیت داده ها به یکی از اولویت های اصلی تبدیل شده است و با توجه به این که پروژه های بزرگ هم نیاز به یک پایگاه داده امن برای نگهداری هزاران بلوک اطلاعاتی دارند، پس اینجاست که اهمیت DBMS مشخص می شود. چون یک سیستم مدیریت پایگاه داده در اطراف داده ها یک پوشش محافظ ایجاد می کند که داده ها در داخل آن زندگی کنند تا نحوه دسترسی و دستکاری آنها کنترل شود.

PostgreSQL یا به اختصار Postgres یک سیستم مدیریت پایگاه داده متن باز و مبتنی بر سرور-کلاینت است که برای بسیاری از اپلیکیشن های وب، موبایل و همچنین ابزارهای تحلیل استفاده می شود.

Postgres با پشتیبانی از کوئری های SQL و JSON و همچنین انواع داده های پیشرفته و ویژگی های بهینه سازی عملکرد در تلاش است که امکان سازگاری و توسعه پذیری را برای سیستم فراهم کند. ویژگی ها و توابعی که مختص SQL هستند مثل کلیدهای خارجی، ساب کوئری ها، تریگرها و … در  Postgres هم لحاظ شده اند و این کار نه تنها به تقویت زبان SQL کمک می کند بلکه وجود چند ویژگی دیگر برای مقیاس بندی و ذخیره سازی داده ها به ارتقا عملکرد این سیستم کمک می کند.

ویژگی های اصلی PostgreSQL

PostgreSQL چند ویژگی منحصربفرد و جذاب دارد که باعث شده است در بین پایگاه داده های دیگر به این درجه از محبوبیت برسد. پس بیایید با جزئیات بیشتری به این ویژگی ها نگاه کنیم:

قابلیت اطمینان بالا و سازگاری با استانداردها

این سیستم به معنای واقعی ACID را برای تمام تراکنش ها ارائه می دهد و پشتیبانی از ویژگی های مهمی مثل کلیدهای خارجی، join ها، view ها و تریگر ها در کنار انواع داده های SQL مثل INTEGER، VARCHAR، TIMESTAMP، BOOLEAN و آبجکت هاب باینری بزرگ مثل عکس، فیلم یا صدا باعث شده است که انقدر قابل اعتماد و سازگار باشد.

پروسه ذخیره ایمن داده ها و ارائه مجوز به کاربر برای بازیابی داده ها هنگام پردازش درخواست، توسط یک تیم مجرب پشتیبانی می شود که به طور دائم در حال رفع خطاها و بهبود عملکرد سیستم هستند. بهره مندی از ویژگ های هایی مثل WAL، PITR، کپی داده (Replication) master-slave و … باعث می شود که داده های شما به طور تصادفی خراب نشوند و پایداری خود را حفظ کنند.

پشتیبانی از کوئری رابطه ای و غیررابطه ای

Postgres تنها یک سیستم رابطه ای نیست بلکه از نوع object-relational است. یعنی به نوعی بین پایگاه داده رابطه ای و شی گرا قرار دارد و هم از کوئری رابطه ای و هم از کوئری غیررابطه ای پشتیبانی می کند. کوئری های رابطه ای از زبان SQL استفاده می کنند و در مقابل کوئری های غیررابطه ای بر اساس JSON هستند.

همچنین از ویژگی های مهم شی گرایی مثل اشیاء، کلاس ها و overloading تابع هم پشتیبانی می کند و همین ویژگی ها این امکان را به توسعه دهنده می دهد که انواع داده ها را ایجاد کنند و شرایط لازم برای حفظ یکپارچگی داده ها موقع کار با مدل های داده ای پیچیده را داشته باشند.

پشتیبانی از زبان های برنامه نویسی متنوع

PL/PGSQL زبانی است که توسط PostgreSQL توسعه داده شده است و به عنوان یک زبان رویه ای دارای ویژگی های مدرن و متنوعی است. این زبان از داده JSON پشتیبانی می کند که بسیار سبک وزن است و انعطاف پذیری را تضمین می کند. همچنین، پشتیبانی این سیستم از زبان ها و پروتکل های برنامه نویسی مهمی مثل Perl، JavaScript (Node.js)، Ruby، Python، .Net، TCL، C/C++، Java، ODBC و Go باعث شده است که توسعه دهندگان در این زمینه با محدودیت زیادی روبرو نباشند. با استفاده از این زبان ها و ویژگی شی گرایی می توانید توابع، داده ها و تریگرهای موردنیاز خود را به راحتی تعریف کنید.

متن باز بودن

یکی از مهم ترین مزیت های این سیستم، رایگان و متن باز بودن آن است. با توجه به این که بیش تر از ۲۰ سال است که از طرف جامعه برنامه نویسان حمایت شده است، به سطح بالایی از یکپارچگی رسیده است. متن باز بودن PostgreSQL این امکان را به شما می دهد که بدون هیچ هزینه اضافی، نه تنها از آن استفاده کنید و بلکه در صورت نیاز تغییرات و اصلاحات لازم را نیز در سورس کد آن انجام دهید.

همین متن باز بودن باعث می شود که این سیستم بسیار توسعه پذیر باشد و تعریف داده ها و توابع متنوع بسیار سریع تر و ساده تر پیش برود.

عملکرد عالی

با استفاده از Postgres به راحتی می توانید بدون نیاز به تکنیک قفل موقع نوشتن /خواندن، عملیات نوشتن را به صورت همزمان انجام دهید. پشتیبانی از اتصالات همزمان و جلوگیری از خرابی داده ها از ویژگی ها مهم PostgreSQL است که با استفاده از MVCC انجام می شود و از این طریق، هر تراکنش بدون تاثیر روی تراکنش دیگر و همزمان با آن اتفاق می افتد.

همچنین، ایندکس هایی که در این سیستم به کار می روند برای بالا بردن سرعت پردازش کوئری هایی است که با داده های زیادی سروکار دارند. در واقع، با ایندکس بدون نیاز به بررسی تک تک ردیف ها و بلوک ها می توان به طور مستقیم به یک ردیف خاص دسترسی پیدا کرد.

حتی ویژگی ایندکس عبارت یا expression index این امکان را به توسعه دهنده می دهد که به جای مقدار یک ستون، روی نتیجه یک عبارت یا تابع کار کند. علاوه بر این، پشتیبانی از ایندکس جزئی، موازی سازی کوئری های خواندن، کامپایل JIT عبارت ها، و تراکنش های تودرتو باعث شده است که PostgreSQL  به عملکرد و کارایی بالایی دست پیدا کند.

بازیابی داده ها از منابع خارجی

یکی دیگر از ویژگی های قابل توجه Postgres امکان بازیابی داده ها از منبع خارجی است. این منبع می تواند یک فایل سیستم، پایگاه داده رابطه ای، یا حتی یک وب سرویس باشد. علاوه بر این، این سیستم از Datawrapper های خارجی هم پشتیبانی می کند و این ویژگی باعث می شود پایگاه داده با استفاده از SQL معمولی به پایگاه داده ها یا استریم های خارجی متصل شود.

پشتیبانی schema

استفاده از چند پایگاه داده با ریسک هایی همراه است که یکی از آنها مشابه بودن اسم متغیرها یا آبجکت ها است. خوشبختانه PostgreSQL با پشتیبانی از schema مشکل را حل می کند. schemaها در Postgres شبیه namespace ها در توسعه نرم افزار هستند و این امکان را فراهم می کنند که بدون هیچ گونه خطایی از دو آبجکت یا متغیر با اسم های یکسان استفاده کنید.

امنیت بالا

یکی از حوزه های دیگر که این سیستم مدیریت پایگاه داده در آن برتری دارد، امنیت است. روش های احراز هویت متنوع مثل GSSAPI، SSPI، LDAP، SCRAM-SHA-256، Certificate و … مربوط به Postgres هستند که می توان به صورت تکی یا ترکیبی از آنها استفاده کرد. همچنین، با استفاده از گزینه های دسترسی می توان نقش های مختلفی را به هر کاربر اختصاص داد و این دسترسی به قدری می تواند ریز باشد که مثلا به ستون یا ردیف های خاصی دسترسی داشته باشند.

معماری پایگاه داده PostgreSQL

سرور مرکزی (postmaster)، تمام فایل های پایگاه داده و اتصالات ایجاد شده برای ارتباط با سرور پایگاه داده را مدیریت می کند. کاربران هم برای اتصال به آن به یک برنامه کلاینت مناسب نیاز دارند.

این سرور ساختار بسیار ساده ای دارد و از حافظه مشترک، فرآیندهای پس زمینه و فهرست ساختار داده تشکیل شده است.

ابتدا درخواست توسط مشتری به سرور ارسال می شود. سپس سرور PostgreSQL با استفاده از بافرهای مشترک و فرآیندهای پس زمینه، داده را پردازش می کند. بعد فایل فیزیکی این سرور در فهرست ساختار داده ذخیره می شود. شاید این توضیح کمی براتان گنگ باشد ولی نگران نباشید در ادامه با بررسی تک تک اجزا این گنگی از بین می رود.

حافظه مشترک

این حافظه مسئول ذخیره سازی گزارش تراکنش ها و پایگاه داده است که خودش دارای عناصری مثل بافرهای مشترک، بافرهای WAL، حافظه کاری و حافظه کاری تعمیر و نگهداری است. بیایید به وظیفه هر یک از این عناصر هم بپردازیم:

بافرهای مشترک

بافر مشترک مسئول به حداقل رساندن ورودی و خروجی دیسک سرور است. وقتی بلوک هایی که بیشتر از همه استفاده می شود، در این بافر قرار بگیرند، دسترسی به داده ها سریع تر انجام می شود. اگر ۲۵ درصد از کل حافظه را برای بافر اختصاص دهیم، دیگر فضا برای دسترسی کافی است و زمانی که چند کاربر درخواست دسترسی می دهند، احتمال درگیری آنها برای دستیابی به داده موردنظر به حداقل می رسد.

بافرهای WAL

این بافرها تغییرات دیتابیس را به صورت موقت ذخیره می کنند. فایل WAL شامل محتویاتی است که این بافر در یک زمان از پیش تعیین شده نوشته است. فایل و بافر WAL برای بازیابی اطلاعات در حین بک آپ گیری و بازیابی بسیار مهم هستند.

حافظه کاری

این فضای حافظه برای عملیات bitmap، مرتب سازی، پیوندهای ادغامی و هش استفاده می شود تا داده ها را در فایل های موقت بنویسد.

حافظه کاری تعمیر و نگهداری

این بخش از حافظه برای عملیاتی مثل ANALYZE، VACUUM، ALTER TABLE و CREATE INDEX که مربوط به پایگاه داده هستند، استفاده می شود.

فرآیندهای پس زمینه

هر فرآیند پس زمینه، یکپارچه است و عملیات منحصربفردی برای مدیریت سرور انجام می دهد. در ادامه به چند فرآیند پس زمینه مهم اشاره می کنیم:

Background Writer – آپدیت گزارشات و اطلاعات

WAL Writer – نوشتن داده های WAL موجود در بافر بر روی حافظه دائمی و پاک کردن آنها از بافر به صورت دوره ای

Archiver – کپی کردن فایل های WAL log در یک دایرکتوری مشخص (البته در صورت فعال بودن)

Logger/Logging Collector – نوشتن بافر WAL در فایل WAL

فهرست ساختار داده

PostgreSQL دارای چند پایگاه داده است که باهم یک کلاستر پایگاه داده را تشکیل می دهند. وقتی مقداردهی اولیه انجام می شود، پایگاه داده های template0، template1 و Postgres ایجاد می شود. پایگاه داده های جدید از طریق دیتابیس های قالب ایجاد می شوند. محتوای دو دیتابیس template0 و template1 موقع مقداردهی اولیه یکسان است ولی کاربر برای ایجاد آبجکت های موردنیاز خود فقط می تواند از template1 استفاده کند. پس پایگاه داده کاربر با شبیه سازی پایگاه داده template1 ایجاد می شود. داده های موردنیاز برای کلاستر در دایرکتوری داده کلاستر ذخیره می شود که به آن PGDATA گفته می شود.

PostgreSQL برای چه حوزه هایی مناسب است؟

اگر نیاز به کوئری های و رابطه های پیچیده دارید که باید مرتباً بروز شوند و پروسه نگهداری و حفظ آنها مقرون به صرفه باشد، PostgreSQL گزینه مناسبی برای شماست. این سیستم نه تنها رایگان است بلکه Cross-Platform هم است و پلتفرم های ویندوز، لینوکس و Mac os از این سیستم پشتیبانی می کنند.

در حوزه تجزیه و تحلیل داده ها هم Postgres عملکرد خوبی دارد و عبارات منظم زیادی را به عنوان مبنایی برای کار تحلیلی ارائه می دهد.

از رایج ترین کاربردهای این سیستم پایگاه داده در دنیای مدرن می توان به موارد زیر اشاره کرد:

داده های جغرافیایی

افزونه PostGIS Geospatial نقش مهمی در این حوزه دارد و به خاطر پشتیبانی از آبجکت های جغرافیایی می تواند به عنوان یک منبع ذخیره سازی داده های مبتنی بر لوکیشن برای سیستم ها اطلاعات جغرافیایی و سرویس های مبتنی برا مکان استفاده شود.

صنعت مالی

این سیستم یکی از گزینه های ایده آل برای صنایع مالی است و به خاطر سازگاری کامل با ACID برای OLTP (پردازش تراکنش آنلاین) هم مناسب است چون پایگاه داده های مربوط به این حوزه ها باید به طور مکرر نوشته شوند، خوانده شوند و آپدیت شود و در کل به پردازش سریعی نیاز دارند. همچنین، قابلیت ادغام این سیستم با نرم افزارهای محاسبات ریاضی مثل Matlab و R، یکی از مشخصه های مهمی است که در این حوزه ها کاربرد دارند.

داده های علمی

اگر در یک حوزه علمی فعالیت می کنید برای تحلیل و نتیجه گیری های درست با حجم ترابایتی از داده ها سر و کار خواهید داشت که هندل کردن آنها به یک ابزار قدرتمند نیاز دارد. PostgreSQL یک ابزار فوق العاده است و با استفاده از موتور قدرتمند SQL خود به شما کمک می کند که حجم زیادی از داده ها را به راحتی مدیریت کنید.

ساخت و تولید

بسیاری از استارت آپ ها و شرکت های بزرگ از PostgreSQL به عنوان راه حل اصلی ذخیره سازی داده های مربوط به محصولات، اپلیکیشن ها و سرویس های خود استفاده کنند. عملکرد زنجیره تامین با استفاده از این DBMS به عنوان پشتیبان ذخیره سازی قابل بهینه سازی است. در نتیجه، این امکان را به شرکت ها می دهد تا هزینه عملیات لازم برای کسب و کار خود را کاهش دهند.

آیا PostgreSQL برای میزبانی از وبسایت مناسب است و چگونه کار می کند؟

وبسایت ها اغلب با صدها یا هزاران درخواست در ثانیه سر و کار دارند. توسعه دهندگانی که به دنبال یک راه حل مقرون به صرفه و مقیاس پذیر هستند با PostgreSQL می توانند یک نفس راحت می کشند. این DBMS می تواند سایت ها و اپلیکیشن های داینامیک را به عنوان بخشی از یک جایگزین قوی برای پشته LAMP یعنی پشته LAPP (Linux، Apache، PostgreSQL، PHP، Python و Perl) اجرا کند.

به این صورت که، میزبانی وب توسط مجموعه فناوری هایی به نام پشته وب پشتیبانی می شود. این فناوری ها حداقل شامل یک سیستم عامل، وب سرور، زبان برنامه نویسی و پایگاه داده هستند. این ۴ فناوری در کنار هم کار می کنند تا وبسایت شما عملکرد خوبی از خود نشان دهد. PostgreSQL جایگزین بسیار قدرتمندی برای بخش پایگاه داده وبسایت است.

محصولات نرم افزار مربوط به این ۴ حوزه با هم ترکیب می شوند تا یک معماری کاربردی ایجاد کند و از وبسایت شما میزبانی کند. LAMP محبوب ترین پشته ای است که مخفف Linux ، Apache، MySQL و PHP، Python یا Perl است. اگر در این پشته به جای MySQL از PostgreSQL استفاده کنیم، پشته LAPP به وجود می آید.

شما به راحتی می توانید از پشته LAPP برای تقویت عملکرد وبسایت داینامیک یا وب اپلیکیشن خود استفاده کنید.

همچنین، جا دارد به این نکته هم اشاره کنیم که اگر برای تقویت عملکرد و سرعت صفحات وبسایت خود تصمیم گرفته اید از یک سرور مجازی استفاده کنید و پشته LAPP را برای سایت خود در نظر گرفته اید، باید مطمئن باشید که سرور مجازی شما از PostgreSQL پشتیبانی می کند.

• میزبانی هاست و سرور مجازی

PostgreSQL برای چه پروژه هایی مناسب است؟

Postgres به عنوان یک سیستم مدیریت پایگاه داده پایدار و انعطاف پذیر در سناریوهای مختلفی استفاده می شود. object-relational بودن آن باعث می شود عملکرد ایمن آن در طیف گسترده ای از اپلیکیشن ها کارساز باشد. به عنوان مثال، بهره مندی از ویژگی تراکنش یکپارچه و پشتیبانی از MVCC ( کنترل همزمان چند نسخه) باعث می شود که PostgreSQL یک راه حل عالی برای نرم افزار بانکداری آنلاین باشد.

این DBMS با فریمورک های مناسب پروژه های وب مثل Django، Node.js یا Ruby on Rails کار می کند و از زبان های محبوبی مثل PHP پشتیبانی می کند. علاوه بر این، پشتیبانی از کپی داده به صورت همزمان و ناهمزمان باعث می شود که توزیع داده های ذخیره شده در چند سرور، کار راحتی باشد و انعطاف پذیری بالا و دسترسی سریع به داده های مهم را برای وبسایت فراهم کند.

نحوه شروع استفاده از PostgreSQL

در کل، دو راه برای دسترسی به PostgreSQL وجود دارد:

• اولی اینکه یک پلن هاستینگ تهیه کنید که از پایگاه داده Postgres پشتیبانی می کند.
• دومی اینکه نرم افزار PostgreSQL روی دسکتاپ یا سرور مجازی خود دانلود و نصب کنید.

با توجه به این که PostgreSQL با تمام سیستم عامل های اصلی سازگار است، بنابراین محدودیتی در این زمینه ندارید و برای دانلود آن کافی است به سایت رسمی PostgreSQL مراجعه کنید.

بعد از نصب، برنامه هایی وجود دارند که می توانید برای مدیریت و تعامل با این DBMS استفاده کنید.

اگر دسترسی روت دارید، می توانید از ابزار خط فرمان psql استفاده کنید. با استفاده از این ابزار، پاسخ های دریافتی از سرور به شکل متن به شما ارائه می شوند. در کل، psql بهترین و در عین حال پیچیده ترین راه برای مدیریت پایگاه داده Postgres است.

اگر پیچیدگی این روش برای شما ترسناک است، می توانید از pgAdmin یا یک برنامه مشابه استفاده کنید. این برنامه ها روی سیستم قابل نصب هستند و این امکان را به شما می دهند که برای تعامل با پایگاه داده از یک رابط گرافیکی استفاده کنید.

phpPgAdmin یکی دیگر از ابزارهای مدیریتی است که مخصوصاً در حوزه میزبانی وب محبوبیت زیادی دارد و به شما امکان می دهد که از طریق یک تب مرورگر، دیتابیس خود را مدیریت کنید. phpMyAdmin و phpPgAdmin طراحی مشابهی دارند چون phpPgAdmin بر اساس phpMyAdmin پیاده سازی شده است.

اکثر فریمورک های وب مدرن مثل PHP، Hibernate، NodeJS و Django این امکان را به شما می دهند که با پایگاه داده Postgres ارتباط برقرار کرده و با داده ها و آبجکت های آن تعامل داشته باشید.

جمع بندی

PostgreSQL طی چندین سال با به‌روزرسانی‌ها و توسعه‌های مختلف به یک سیستم پایگاه داده شیء-رابطه‌ای تبدیل شده و به دلیل دارا بودن ویژگی‌ها و قابلیت‌های قدرتمند به سازگاری و پایداری چشمگیری دست یافته است. به طور کلی، توانایی این سیستم در مدیریت کوئری‌های پیچیده و داده‌های حجیم، آن را به گزینه‌ای عالی برای پردازش تراکنش‌های مالی، تحلیل داده‌های علمی، و همچنین وبسایت‌های کسب و کارهای بزرگ و پرترافیک تبدیل کرده است.

از همراهی شما تا پایان این مقاله سپاسگزاریم. امیدواریم مطالعه این مقاله برایتان مفید بوده باشد.