PostgreSQL アーキテクチャの概要

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PostgreSQL は、クライアント/サーバー型のリレーショナル データベース管理システム (RDMS) です。 PostgreSQL は、Azure Cosmos DB for PostgreSQL オプションの Citus 拡張機能など、さまざまな拡張機能をサポートしています。 拡張機能がデータベースに読み込まれた後は、他の組み込み関数と同じように機能します。

PostgreSQL には、pgsql と呼ばれる独自のクエリ言語もあります。 さらに、PostgreSQL は Ruby on Rails のような手続き型言語もサポートしています。

クライアント/サーバー アーキテクチャ

PostgreSQL はクライアント/サーバー アーキテクチャに基づいています。 サーバーは、データを格納し、管理し、クライアント プログラムにデータを返します。 クライアント プログラムは、pgSQL、または PL/pgSQL のような PostgreSQL がサポートする手続き言語のいずれかを使ってデータを要求します。

PostgreSQL セッションは 3 つの部分で構成されています。

• ポストマスター
• クライアント アプリケーション
• サーバー

ポストマスター

ポストマスターは PostgreSQL サーバーを管理するデーモン プロセスです。 ポストマスター デーモンは、サーバーの初期化、サーバーのシャットダウン、接続要求の処理、その他のバックグラウンド処理の実行を含め、さまざまなサーバー プロセス間の通信を管理します。 Azure Database for PostgreSQL 内のファイル システムにも、ポストマスター プロセスにもアクセスすることはできません。

クライアント アプリケーション

クライアントは、Azure Database for PostgreSQL サーバー上のデータベースに対してクエリを実行し、対話します。 クエリを実行するには、Azure Data Studio、DBeaver、pgAdmin、psql などのクライアント ツールが必要です。 クライアント ツールについては、次のモジュールで学習します。

サーバー プロセス

クラスター - 1 つの PostgreSQL サーバーで複数のユーザー データベースをホストできます。 PostgreSQL はこのデータベースのコレクションを "クラスター" と呼びます。 各データベースは互いに独立しており、ユーザーとアプリケーションは 1 つのデータベースを操作します。 ユーザーはクラスターまたはサーバーのレベルで作成されます。

これらのデータベースのデータは、PGDATA というクラスターのデータ ディレクトリに格納されます。 PGDATA データ ディレクトリには、実行中の PostgreSQL バージョンを含むファイル、テーブルスペースへのリンクを含む pg_tblspc、先書きログ ファイルを含む pg_xlog が含まれています。

ユーザーが作成するデータベースに加えて、3 つのシステム データベースがあります。

• postgres - 既定のデータベースです。 ユーザーは、サーバーを作成したら、postgres データベースに接続します。
• azure_maintenance - サービス プロセスを管理するデータベースです。 ユーザーはこのデータベースに直接アクセスできません。
• azure_sys - クエリ ストア データベースです。 azure_sys データベースまたはそのスキーマは変更しないでください。 azure_sys の何かを変更すると、クエリ ストアや他のパフォーマンス機能が正しく機能しなくなります。

スキーマ - スキーマとは、データベース オブジェクトの名前付きグループです。 オブジェクト数が多い大規模なデータベースでは、オブジェクトをスキーマに整理することが有効です。 たとえば、販売関連オブジェクトのスキーマと顧客関連オブジェクトのスキーマを作成すると、正しいオブジェクトを簡単に見つけることができます。

サーバー パラメーター - PostgreSQL にはいくつかの構成ファイルがあります。これらによって、データベース エンジンの動作方法が決まります。 PostgreSQL の主な構成ファイルは postgresql.conf という名前です。

Azure Database for PostgreSQL は、これらの構成ファイルをサーバー パラメーターに置き換えています。これにアクセスするには、Azure portal または Azure CLI を使います。

Azure portal でサーバー パラメーターを表示または修正するには:

1. お使いの Azure Database for PostgreSQL サーバーに移動します。
2. 左側のメニューにある [設定] の下の [サーバー パラメーター] を選びます。
3. 検索バーを使ってパラメーターの一覧をフィルター処理するか、必要なページ番号を選びます。

ストレージ - Azure Database for PostgreSQL は、ユーザーに代わってデータ ストレージを管理します。これはサーバー レベルでプロビジョニングされます。 Burstable、General Purpose、または Memory Optimized のいずれのコンピューティング レベルを選んでも、32 GB から 16 TB のストレージを使用できます。 より多くのストレージをプロビジョニングするには、Azure Database for PostgreSQL サーバーに移動し、[概要] セクションから [構成] を選びます。 [コンピューティングとストレージ] セクションが表示されます。 [ストレージ] の下の [ストレージ サイズ (GB)] で、スライダーを使って、プロビジョニングするストレージの量を選びます。

プロビジョニングするストレージの量は、Azure Database for PostgreSQL サーバーで使用できる I/O 容量を定義するものです。 ご自身の I/O 使用量を監視するには、Azure Portal または Azure CLI コマンドを使用します。 監視すべき関連メトリックは、容量の上限、ストレージの割合、ストレージの使用量、および IO の割合です。

テーブルスペース - PostgreSQL のオンプレミス実装の場合、pg_tblspc サブディレクトリを使って PGDATA というメイン ストレージ領域にリンクされたテーブルスペースを作成できます。 Azure Database for PostgreSQL はテーブルスペースをサポートしません。すべてのテーブルはメイン ストレージ領域に作成されます。

システム カタログ - PostgreSQL には、データベース オブジェクトに関する情報を格納するシステム テーブルとビューが多数あります。 たとえば、pg_database はサーバー上のすべてのデータベースを返し、pg_class はテーブルに関する統計情報を格納します。

拡張機能 - PostgreSQL は、データベース エンジンのコア機能を拡張するさまざまな拡張機能をサポートしています。 これらの拡張機能は PostgreSQL Extensions Network (PGXN) というリポジトリ上で使用できます。

PostgreSQL 拡張機能を使うには、データベースにインストールする必要があります。 拡張機能をインストールするには、psql ツールから CREATE EXTENSION コマンドを実行して、データベースに拡張機能を読み込みます。 次に例を示します。

SELECT create_extension('postgis');

Azure Database for PostgreSQL でサポートされている拡張機能を確認するには、次のクエリを実行します。

SELECT * FROM pg_available_extensions;

すべての Azure Database for PostgreSQL サーバーには、pg_stat_statements 拡張機能が含まれています。 この拡張機能があらかじめインストールされているのは、SQL ステートメントの実行統計情報を追跡する機能を提供するためです。 サーバー パラメーター pg_stat_statements.track を使うと、この拡張機能によってカウントされるステートメントを定義できます。 オプションは次のとおりです。

• Top - クライアントから直接発行されたすべてのステートメントを追跡します (既定値)。
• None - どのステートメントも追跡しません。
• All - 入れ子になったステートメント、関数から呼び出されたステートメントを含むすべてのステートメントを追跡します。

クエリ オプティマイザー - PostgreSQL はコストベースのクエリ最適化手法を使います。 このパーサーはクエリ構文を確認し、クエリを複数の部分に分割します。 パーサーは解析ツリーを作成し、クエリをリライターに渡します。そこで、クエリに規則が適用されます。 プランナーは、クエリが実行される前に、クエリを実行するための最適な方法を見つけ出します。

バックエンド プロセス - PostgreSQL プロセスのトランザクション単位のモデルです。 新しいユーザーが接続すると、PostgreSQL はユーザーを認証し、接続を処理するバックエンド サーバー プロセスを作成します。 クライアントは、クエリを送信するときと、クエリ結果を受け取るときにのみ、サーバー プロセスと対話します。