Post­gre­SQL: il sistema di gestione del database re­la­zio­na­le a oggetti

Se oltre ai caratteri al­fa­nu­me­ri­ci (lettere, numeri, caratteri speciali) occorre gestire anche tipi di dati complessi o contenuti mul­ti­me­dia­li, ci si rende conto che i classici sistemi di gestione del database re­la­zio­na­li cozzano contro i propri limiti. Tuttavia i database re­la­zio­na­li a oggetti o i sistemi di gestione del database che ampliano il modello tra­di­zio­na­le in­clu­den­do approcci orientati agli oggetti for­ni­sco­no la risposta adeguata a questo problema: il mapping re­la­zio­na­le a oggetti (object-re­la­tio­nal mapping in inglese) consente loro di uti­liz­za­re oggetti basati su linguaggi di pro­gram­ma­zio­ne orientati a oggetti anche nei sistemi re­la­zio­na­li. Una delle soluzioni più popolari e al contempo antiche in questo contesto è il database open source Post­gre­SQL, noto anche come Postgres.

Post­gre­SQL ha alle proprie spalle oltre 30 anni di sviluppo. Il sistema di gestione del database re­la­zio­na­le a oggetti (ORDBMS) ha le proprie radici nel progetto POSTGRES dell’Uni­ver­si­tà della Ca­li­for­nia a Berkeley. È stato avviato nel 1986 sotto la guida di Michael Sto­ne­bra­ker e spon­so­riz­za­to dalla Defence Advanced Research Project Agency (DARPA) e dalla National Science Foun­da­tion (NSF). Nel 1994 gli studenti Andrew Yu e Jolly Chen estesero il codice di base con un in­ter­pre­ter SQL e pub­bli­ca­ro­no questa nuova versione dal 30 al 50 percento più veloce con il nome di Postgres95 come soluzione open source (con una licenza propria che as­so­mi­glia alle licenze BSD e MIT). Due anni dopo l’ap­pli­ca­zio­ne per database, con la versione 6.0, ha preso il nome di Post­gre­SQL, uti­liz­za­to ancora oggi.

Il progetto POSTGRES ha svolto un prezioso lavoro pio­nie­ri­sti­co e ha svi­lup­pa­to numerosi concetti che sono stati in­tro­dot­ti suc­ces­si­va­men­te in altri sistemi di database (prin­ci­pal­men­te com­mer­cia­li). Pertanto Post­gre­SQL non si distingue solo come database conforme a SQL, ma anche at­tra­ver­so le seguenti moderne feature:

• Pos­si­bi­li­tà di domande complesse
• Chiavi esterne (foreign keys) per il col­le­ga­men­to di dati da due tabelle
• Trigger che vengono attivati au­to­ma­ti­ca­men­te in ingresso e con­trol­la­no, con­fer­ma­no, mo­di­fi­ca­no, eliminano o in al­ter­na­ti­va in­se­ri­sco­no i dati di ri­fe­ri­men­to
• Vi­sua­liz­za­zio­ni ag­gior­na­bi­li
• Concetto di tran­sa­zio­ne completo
• Mul­ti­ver­sion Con­cur­ren­cy Control (MVCC) per eseguire in modo ef­fi­cien­te l’accesso si­mul­ta­neo al database

Inoltre gli utenti possono mo­di­fi­ca­re ed estendere no­te­vol­men­te Post­gre­SQL grazie alla licenza gratuita, ag­giun­gen­do ad esempio nuovi tipi di dati, funzioni, operatori, metodi di in­di­ciz­za­zio­ne o linguaggi pro­ce­du­ra­li (linguaggi di pro­gram­ma­zio­ne per la scrittura di funzioni e trigger).

La fles­si­bi­li­tà di Post­gre­SQL non è solo evidente in termini di fun­zio­na­li­tà, espan­di­bi­li­tà e per­so­na­liz­za­zio­ne: il database offre buon gioco anche per l’in­stal­la­zio­ne di software e hardware. Ad esempio Postgres è incluso nella maggior parte delle di­stri­bu­zio­ni UNIX/Linux ed è stato fornito da Apple a partire da Mac OS X Lion (10.7) come database pre­de­fi­ni­to.

L’unico requisito è che sia in­stal­la­ta una versione gmake ag­gior­na­ta (3.80 o suc­ces­si­va), già inclusa nei file binari finiti. Grazie ad appositi pacchetti di in­stal­la­zio­ne si possono se­le­zio­na­re come piat­ta­for­ma per il sistema anche i sistemi operativi Windows. La potenza di calcolo e la capacità di ar­chi­via­zio­ne delle richieste dipendono solo dalle di­men­sio­ni del sistema di database pia­ni­fi­ca­to: il software open source in sé richiede a malapena 20 MB.

Il fatto che nella pratica si è più limitati dalle proprie capacità di ar­chi­via­zio­ne piuttosto che dai limiti di Post­gre­SQL si può fa­cil­men­te desumere dai seguenti dati chiave del database re­la­zio­na­le a oggetti:

Postgres si basa sul tipico modello client-server: il com­po­nen­te centrale del server con il nome “post­ma­ster” gestisce tutti i file di database e tutte le con­nes­sio­ni stabilite con il server di database per la co­mu­ni­ca­zio­ne (input e output). Gli utenti ne­ces­si­ta­no solo di un adeguato programma client per la con­nes­sio­ne, per cui il pacchetto software Post­gre­SQL con psql ha già integrato una soluzione nativa per il fun­zio­na­men­to tramite la riga di comando o il terminale.

In al­ter­na­ti­va è possibile passare a varie ap­pli­ca­zio­ni con in­ter­fac­ce grafiche, come pgAdmin o php­P­gAd­min che si può in­stal­la­re e uti­liz­za­re op­zio­nal­men­te. Per i siti web in­te­rat­ti­vi il web server nor­mal­men­te assume il ruolo del client.

Come sistema di gestione di database col­lau­da­to ed estre­ma­men­te fles­si­bi­le, Postgres è uti­liz­za­to in numerosi settori e scenari. Il database re­la­zio­na­le a oggetti si distingue come base di prima classe per gestire in sicurezza una vasta gamma di ap­pli­ca­zio­ni. Ad esempio, il progetto open source è la soluzione perfetta per i software di Online Banking grazie al concetto di tran­sa­zio­ne integrata e al supporto di MVCC (Mul­ti­ver­sion Con­cur­ren­cy Control) per pre­sta­zio­ni ef­fi­cien­ti di accesso si­mul­ta­neo.

Anche i programmi di analisi come Matlab o R si ar­mo­niz­za­no con il database, motivo per cui Post­gre­SQL viene spesso uti­liz­za­to in com­bi­na­zio­ne con questi programmi. Grazie all’esten­sio­ne PostGIS, che fornisce centinaia di funzioni per lavorare con i dati geo­spa­zia­li, Postgres convince anche quando lavora con i dati geo­spa­zia­li e i dati geo­gra­fi­ci.

PosgreSQL è richiesto anche come soluzione per progetti web: il sistema re­la­zio­na­le a oggetti funziona con vari framework moderni come Django, Node.js o Ruby on Rails e supporta i classici linguaggi web come PHP. Inoltre, grazie al supporto per la replica sincrona e asincrona, i dati ar­chi­via­ti vengono fa­cil­men­te di­stri­bui­ti tra più server per garantire un’elevata af­fi­da­bi­li­tà e tempi di accesso minimi ai dati critici.

Se si desidera uti­liz­za­re Postgres per il proprio progetto, è possibile in­stal­la­re il sistema di gestione del database au­to­no­ma­men­te in pochi passaggi senza dover ottenere una licenza o simili. Nel portale per i download del sito ufficiale di Post­gre­SQL sono di­spo­ni­bi­li a questo scopo i file binari e i col­le­ga­men­ti ai re­po­si­to­ry dei pacchetti sorgente per BSD, Linux, macOS, Solaris e Windows, che si possono in­stal­la­re e uti­liz­za­re gra­tui­ta­men­te come parte della licenza open source. Per questa ope­ra­zio­ne non sono necessari diritti di root: per l’ese­cu­zio­ne sono suf­fi­cien­ti i diritti di am­mi­ni­stra­to­re. A titolo di esempio i suc­ces­si­vi due paragrafi vi mostrano come funziona l’in­stal­la­zio­ne di Post­gre­SQL su Linux (Ubuntu 17.10) e Windows.

Il re­po­si­to­ry apt di Postgres supporta uf­fi­cial­men­te le versioni LTS di Ubuntu (come da 14.04) e alcune altre, come Ubuntu 17.04. Inoltre i pacchetti di origine spesso fun­zio­na­no anche in altre versioni. Tuttavia il team di Post­gre­SQL rac­co­man­da di uti­liz­za­re la variante LTS più ag­gior­na­ta, in modo che gli utenti possano uti­liz­za­re al meglio il sistema di gestione del database a lungo termine. Poiché i pacchetti in Ubuntu sono già inclusi nel re­po­si­to­ry standard, possono essere fa­cil­men­te in­stal­la­ti con il gestore di pacchetti apt:

Con questo comando viene in­stal­la­to Post­gre­SQL e il software crea au­to­ma­ti­ca­men­te l’utente Linux con il nome “postgres” per l’accesso al database. Per motivi di sicurezza questo dovrebbe essere usato solo per lavorare con il database. Inoltre si consiglia come primo passo di fornire una password a questo profilo (non ci sono password pre­de­fi­ni­te). Per farlo basta sem­pli­ce­men­te inserire il seguente comando e ripetere due volte la password scelta:

Pa­ral­le­la­men­te all’utente “postgres” di Linux esiste anche l’utente del database con lo stesso nome, che è ne­ces­sa­rio per l’am­mi­ni­stra­zio­ne del database e dovrebbe essere anch’esso dotato di una password sicura. Per farlo basta scrivere il seguente comando (dove trovate “nuova password” dovete appunto inserire la vostra password):

Per ve­ri­fi­ca­re se l’in­stal­la­zio­ne abbia avuto successo, è ne­ces­sa­rio creare un database di test (qui chiamato testdb) con l’account Linux “postgres” e testarlo con il client terminal psql:

Dopo aver inserito la password pre­ce­den­te­men­te assegnata per l’account am­mi­ni­stra­to­re “postgres”, il client avvia la con­nes­sio­ne.