青少年编程与数学 02-007 PostgreSQL数据库应用 06课题、数据库操作

课题摘要:本课题介绍了PostgreSQL数据库的操作，包括数据库文件组成、系统数据库、创建和删除数据库以及数据库配置和信息查看。数据库文件组成涉及数据文件、事务日志文件、表空间文件、配置文件等。系统数据库如postgres、template1和template0，对PostgreSQL运行至关重要。创建数据库通过CREATE DATABASE语句实现，而删除数据库使用DROP DATABASE语句。数据库配置包括设置搜索路径、字符集、事务隔离级别等，可通过命令行或图形界面工具如pgAdmin进行。查看数据库信息可通过pgAdmin的浏览器面板、查询工具、统计信息视图和日志视图等多种方式。这些操作对数据库管理、监控和维护至关重要。

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一、数据库的文件组成

在PostgreSQL中，每个数据库的文件组成主要包括以下几种：

1. 数据文件：

   • 主数据文件：PostgreSQL中没有与SQL Server中.mdf对应的文件，但数据库的数据和对象存储在数据目录（通常是pgdata）中。这个目录包含了数据库的所有表、索引、视图、存储过程等对象的数据。

2. 事务日志文件（WAL）：

   • 日志文件：PostgreSQL使用WAL（Write-Ahead Logging）来记录所有修改数据的事务，以确保事务的持久性和数据库的崩溃恢复。这些日志文件存储在pg_xlog或pg_wal目录下。

3. 表空间文件：

   • 次要数据文件：PostgreSQL支持表空间（tablespaces），允许数据库管理员将数据库对象分配到不同的文件或磁盘上。这些文件类似于SQL Server中的次要数据文件（.ndf），用于分散数据存储以提高性能和管理数据的大小。

4. 配置文件：

   • postgresql.conf：PostgreSQL的主要配置文件，包含了数据库服务器的配置参数。
   • pg_hba.conf：客户端认证文件，用于控制客户端的认证方式和权限。
   • pg_ident.conf：用户映射文件，用于基于操作系统用户认证的映射。

5. 备份文件：

   • 包括物理备份和逻辑备份文件，用于数据恢复和灾难恢复。

6. 状态文件：

   • postmaster.pid：记录当前PostgreSQL服务进程的进程ID。
   • recovery.conf：在恢复模式下使用的配置文件。

7. 锁文件：

   • postmaster.lock：用于指示数据库服务器是否正在运行。

8. 临时文件：

   • PostgreSQL在执行某些操作时会创建临时文件，这些文件通常在会话结束时删除。

这些文件共同构成了PostgreSQL数据库的文件系统，确保了数据库的正常运行和数据的安全。数据库管理员需要定期备份这些文件，并确保它们的安全性和完整性。

二、系统数据库

PostgreSQL中的系统数据库主要是指那些由PostgreSQL自身创建和管理的数据库，它们用于存储系统级别的数据和元信息。以下是PostgreSQL中的一些主要系统数据库：

1. postgres：

   • 这是一个默认的系统数据库，通常用于存储模板数据。在PostgreSQL安装后，这个数据库已经存在，并且通常被用作其他新数据库的模板。

2. template1：

   • 这是一个特殊的数据库，用作创建新数据库时的模板。它是template0的一个拷贝，并且可以被修改以包含特定的设置或扩展。

3. template0：

   • 这是一个受保护的模板数据库，用于防止被意外修改。它包含了PostgreSQL安装后的标准系统catalog和初始设置。

这些系统数据库在PostgreSQL中扮演着重要的角色：

• postgres数据库通常用于日常操作和存储用户数据。
• template1和template0数据库用于创建新的用户数据库时作为模板使用，其中template1可以被修改以包含特定的设置或扩展，而template0则用于保持一个不可修改的标准模板。

系统数据库包含了PostgreSQL运行所需的所有系统表和元数据，它们对于数据库的正常运行至关重要。数据库管理员通常会利用这些系统数据库来创建新的用户数据库，或者在需要时对系统进行恢复和维护。

三、创建数据库

在PostgreSQL中，创建数据库是一个简单的过程，通常使用CREATE DATABASE语句。以下是创建数据库的基本步骤：

使用psql命令行工具

1. 连接到PostgreSQL服务器。如果你还没有连接，可以使用以下命令：

   psql -U username -d postgres
   

   这里username是你的PostgreSQL用户名，postgres是默认的数据库名。

2. 创建一个新的数据库。使用以下SQL命令：

   CREATE DATABASE database_name;
   

   其中database_name是你想要创建的数据库名称。

3. 你也可以在创建数据库时指定模板和其他参数：

   CREATE DATABASE database_name WITH TEMPLATE template_name ENCODING 'UTF8' LC_COLLATE 'C' LC_CTYPE 'C';
   

   这里template_name是用于创建新数据库的模板数据库名称，默认为template1。

使用CREATE DATABASE的选项

• TEMPLATE：指定模板数据库，新数据库将复制这个模板的内容。
• ENCODING：设置数据库的字符编码，默认为UTF8。
• LC_COLLATE：设置数据库的校对（collation）规则，默认为系统环境的设置。
• LC_CTYPE：设置数据库的字符分类（character classification）规则，默认为系统环境的设置。

使用PostgreSQL的图形界面工具

如果你使用的是如pgAdmin这样的图形界面工具，创建数据库的步骤通常如下：

1. 打开pgAdmin并连接到你的PostgreSQL服务器。
2. 在对象浏览器中，找到你想要创建数据库的服务器节点。
3. 右键点击“Databases”并选择“Create” -> “Database”。
4. 在弹出的对话框中输入新数据库的名称，并可以选择其他选项，如模板、编码等。
5. 点击“Save”按钮完成数据库的创建。

创建数据库时，确保你有足够的权限。通常，你需要是数据库的超级用户或者具有创建数据库权限的用户。创建数据库是一个瞬间完成的操作，一旦执行，新数据库将立即可用。

四、数据库配置

新创建的数据库在PostgreSQL中继承了许多默认设置，这些设置来源于使用的模板数据库（通常是template1或template0）。但是，你可能需要根据应用需求对新数据库进行一些配置。以下是一些常见的配置步骤：

连接到新数据库

首先，你需要连接到新创建的数据库。使用psql命令行工具连接：

psql -U username -d new_database_name

其中username是你的PostgreSQL用户名，new_database_name是你新创建的数据库名称。

设置搜索路径

搜索路径（search_path）决定了PostgreSQL在查询中查找表和其他数据库对象时的模式（schema）顺序。你可以设置搜索路径，使得查询时不需要指定完整的模式名。

SET search_path TO public, pg_catalog;

修改字符集和校对规则

如果你需要修改数据库的字符集或校对规则，可以使用以下命令：

ALTER DATABASE new_database_name SET NAMES 'UTF8';

设置默认的事务隔离级别

你可以设置数据库的默认事务隔离级别：

ALTER DATABASE new_database_name SET default_transaction_isolation TO 'read committed';

启用或禁用标准协程

PostgreSQL允许你启用或禁用标准协程（concurrency control）：

ALTER DATABASE new_database_name SET default_transaction_read_only TO off;

设置WAL相关参数

如果你需要调整写前日志（WAL）的参数，可以在数据库级别进行设置：

ALTER DATABASE new_database_name SET wal_level TO 'replica';

配置角色和权限

你可以为新数据库创建角色（用户）并分配权限：

CREATE ROLE new_role WITH LOGIN PASSWORD 'password';
GRANT ALL PRIVILEGES ON DATABASE new_database_name TO new_role;

设置资源配额

对于需要资源配额的数据库，你可以设置角色可以使用的资源量：

ALTER ROLE new_role SET resource_pool TO 'primary';

配置其他参数

PostgreSQL提供了许多其他参数来控制数据库的行为，这些参数可以在postgresql.conf文件中设置，或者通过ALTER DATABASE命令设置。例如，你可以设置自动清理的参数：

ALTER DATABASE new_database_name SET autovacuum_vacuum_scale_factor TO 0.2;

请注意，某些参数只能在postgresql.conf文件中设置，并且需要数据库管理员权限。更改这些参数可能需要重启数据库服务器才能生效。

使用图形界面工具

如果你使用的是如pgAdmin这样的图形界面工具，你可以在连接到新数据库后，通过图形界面进行配置，例如设置角色权限、调整数据库参数等。

请记住，更改数据库配置可能会影响到数据库的性能和行为，因此在生产环境中进行更改之前应该进行充分的测试。

五、删除数据库

在pgAdmin中使用SQL语句删除数据库的步骤如下：

1. 打开pgAdmin：

   • 启动pgAdmin应用程序并连接到你的PostgreSQL服务器。

2. 浏览到数据库：

   • 在pgAdmin的浏览器面板中，找到你想要删除的数据库。通常，数据库会列在“数据库”节点下。

3. 打开查询工具：

   • 双击数据库名称，打开一个新的查询标签页，或者右键点击数据库名称，选择“Query Tool”（查询工具）。

4. 编写SQL语句：

   • 在查询工具的编辑器中，输入删除数据库的SQL语句：

     DROP DATABASE database_name;
     

     将database_name替换为你实际想要删除的数据库名称。

5. 执行SQL语句：

   • 执行SQL语句。你可以通过点击工具栏上的“执行”按钮（通常是一个红色的三角形图标）来执行SQL语句，或者使用快捷键Ctrl + .（在Windows/Linux上）或Cmd + .（在macOS上）。

6. 确认删除：

   • 如果系统提示确认，确认你想要删除数据库。删除操作将立即执行，数据库及其所有内容将被永久删除。

7. 关闭查询工具：

   • 删除操作完成后，你可以关闭查询工具，或者继续在同一个查询工具中执行其他SQL语句。

注意事项

• 确保你有足够的权限来删除数据库。通常，你需要是数据库的所有者或超级用户。
• 删除数据库前，请确保已经备份了所有重要数据，因为删除操作是不可逆的。
• 如果数据库正在被使用，你可能需要先断开所有连接，或者使用FORCE选项（如果PostgreSQL版本支持）。

请谨慎操作，因为删除数据库将导致所有数据永久丢失。

六、查看数据库信息

在pgAdmin中查看数据库信息可以通过多种方式，以下是一些常用的方法：

1. 使用浏览器面板

1. 打开pgAdmin：

   • 启动pgAdmin应用程序并连接到你的PostgreSQL服务器。

2. 浏览数据库列表：

   • 在左侧的浏览器面板中，找到“Databases”（数据库）节点。展开该节点，你将看到所有可用的数据库列表。

3. 查看数据库属性：

   • 单击你想要查看的数据库名称，数据库的属性和基本信息将显示在主面板的“Properties”（属性）标签页中。

2. 使用查询工具

1. 打开查询工具：

   • 在浏览器面板中，右键点击你想要查看信息的数据库，选择“Query Tool”（查询工具）打开一个新的查询标签页。

2. 执行SQL查询：

   • 在查询工具中，你可以执行SQL查询来获取数据库的详细信息。例如，你可以查询数据库的大小：

     SELECT pg_size_pretty(pg_database_size('database_name'));
     

     将database_name替换为你的数据库名称。

3. 查看查询结果：

   • 执行上述查询后，结果将在查询工具的底部面板中显示。

3. 查看数据库统计信息

1. 打开统计信息视图：

   • 在浏览器面板中，展开你想要查看的数据库节点，然后展开“Statistics”（统计信息）节点。这里包含了数据库的各种统计信息，如表的行数、索引的使用情况等。

2. 查看详细信息：

   • 单击“Statistics”节点下的子节点，如“Table Statistics”（表统计信息）或“Index Statistics”（索引统计信息），可以查看具体的统计数据。

4. 查看数据库日志

1. 打开日志视图：

   • 在浏览器面板中，展开你想要查看的数据库节点，然后展开“Logs”（日志）节点。这里可以查看数据库的日志文件。

2. 查看日志内容：

   • 双击日志文件，可以在主面板中查看日志的详细内容。

5. 使用“Tools”菜单

1. 备份数据库：

   • 在浏览器面板中，右键点击数据库，选择“Tools”（工具）> “Backup”（备份）。这将创建数据库的备份，同时你也可以在备份过程中查看数据库的结构和内容。

2. 还原数据库：

   • 类似地，你可以通过“Tools” > “Restore”（还原）来还原数据库，这同样可以让你查看数据库的结构和内容。

通过这些方法，你可以在pgAdmin中查看数据库的详细信息，包括属性、统计信息、日志等。这些信息对于数据库的监控、维护和故障排除非常有用。