Software Design plusシリーズ［改訂新版］内部構造から学ぶPostgreSQL 設計・運用計画の鉄則

2018年9月14日紙版発売
2018年9月14日電子版発売

勝俣智成，佐伯昌樹，原田登志　著

A5判／320ページ

定価3,608円（本体3,280円＋税10%）

ISBN 978-4-297-10089-6

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この本の概要

長年，現場で培った設計・運用計画の鉄則！
本書はPostgreSQL 10をベースに解説しています。本書では「PostgreSQLを学習，もしくは利用したことがある人」「今後，本格的にPostgreSQLの運用管理や技術力の向上を図りたいと思っている人」を主な対象読者としています。PostgreSQLのコアな技術力を持つ専門家の視点から，システム構築や運用時に重要な要素を，PostgreSQLの内部構造と照らし合わせる形で解説します。内部構造を知っているからこそわかる運用ノウハウやチューニング方法が満載です。

こんな方におすすめ

本格的にPostgreSQLの運用管理を始めたい人
PostgreSQLの技術力向上を図りたい人

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サンプルPDFファイル（698KB）

Part 1　基本編
第1章　PostgreSQL“超”入門

1.1　呼び方
1.2　データベースとしての分類
1.3　歴史
- コラム　メジャーバージョンとマイナーバージョン
- 1.4　ライセンス
- 1.5　コミュニティ

第2章　アーキテクチャの基本

2.1　プロセス構成
- 2.1.1　マスタサーバプロセス
- 2.1.2　ライタプロセス
- 2.1.3　WALライタプロセス
- 2.1.4　チェックポインタプロセス
- 2.1.5　自動バキュームランチャと自動バキュームワーカプロセス
- 2.1.6　統計情報コレクタプロセス
- 2.1.7　バックエンドプロセス
- 2.1.8　パラレルワーカプロセス
2.2　メモリ管理
- 2.2.1　共有メモリ域
- 2.2.2　プロセスメモリ
2.3　ファイル
- 2.3.1　主なディレクトリ
- 2.3.2　主なファイル

第3章　各種設定ファイルと基本設定

3.1　設定ファイルの種類
3.2　postgresql.confファイル
- 3.2.1　設定項目の書式
- 3.2.2　設定の参照と変更
- 3.2.3　設定項目の反映タイミング
- 3.2.4　設定ファイルの分割と統合
- コラム　コマンドラインパラメータによる設定
- 3.2.5　ALTER SYSTEM文による変更
3.3　pg_hba.confファイル
- 3.3.1　記述形式
- 3.3.2　接続方式
- コラム　SSL接続
- 3.3.3　接続データベース
- コラム　ログイン権限
- 3.3.4　接続ユーザ
- コラム　特殊な名前のデータベースとユーザ
- 3.3.5　接続元のIPアドレス
- 3.3.6　認証方式
- コラム　pg_hba_file_rulesビュー
3.4　pg_ident.confファイル

第4章　処理／制御の基本

4.1　サーバプロセスの役割
- 4.1.1　マスタサーバプロセス
- 4.1.2　ライタプロセス
- 4.1.3　WALライタプロセス
- 4.1.4　チェックポインタ
- 4.1.5　自動バキュームランチャと自動バキュームワーカ
- 4.1.6　統計情報コレクタ
- 4.1.7　バックエンドプロセス
- コラム　バックグラウンドワーカプロセス
4.2　クライアントとサーバの接続／通信
4.3　問い合わせの実行
- 4.3.1　パーサ
- 4.3.2　リライタ
- 4.3.3　プランナ／オプティマイザ
- 4.3.4　エグゼキュータ
- 4.3.5　SQLの種別による動作
4.4　トランザクション
- 4.4.1　トランザクションの特性
- 4.4.2　トランザクションの制御
- 4.4.3　トランザクションの分離レベル
4.5　ロック
- コラム　勧告的ロック
4.6　同時実行制御

Part 2　設計／計画編
第5章　テーブル設計

5.1　データ型
- 5.1.1　文字型
- コラム　内部的に使用される文字型
- コラム　char型に対する文字列操作の注意点
- 5.1.2　数値データ型
- 5.1.3　日付／時刻データ型
- コラム　アンチパターン　文字型で日時を管理する
- 5.1.4　バイナリ列データ型
- コラム　JSON型とJSONB型
- コラム　型名のエイリアス
5.2　制約
- 5.2.1　主キー
- 5.2.2　一意性制約とNOT NULL制約
- 5.2.3　外部キー制約
- 5.2.4 検査制約
- コラム　検査制約の適用順序
5.3　PostgreSQL固有のテーブル設計
- 5.3.1　TOASTを意識したテーブル設計
- 5.3.2　結合を意識したテーブル設計
- コラム　遺伝的問い合わせ最適化
5.4　ビューの活用
- 5.4.1　ビュー
- 5.4.2　マテリアライズドビュー

第6章　物理設計

6.1　各種ファイルのレイアウトとアクセス
- 6.1.1　PostgreSQLのテーブルファイルの実態
- 6.1.2　テーブルファイル
- 6.1.3　インデックスファイル
- 6.1.4　テーブルファイルに対するアクセス
6.2　WALファイルとアーカイブファイル
- 6.2.1　WALファイル
- 6.2.2　アーカイブファイル
6.3　HOTとFILLFACTOR
- 6.3.1　HOT
- 6.3.2　FILLFACTOR
- コラム　FILLFACTORの確認方法
6.4　データ配置のポイント
- 6.4.1　base領域
- 6.4.2　WAL領域
- 6.4.3　アーカイブ領域
6.5　テーブル空間とテーブルパーティショニング
- 6.5.1　テーブルパーティショニングとの組み合わせ
- コラム　別のテーブル空間へのデータベースオブジェクトの一括移動
6.6　性能を踏まえたインデックス定義
- 6.6.1　インデックスの概念
- 6.6.2　更新に対するインデックスの影響
- 6.6.3　複数列インデックス使用時の注意
- 6.6.4　関数インデックスの利用
- 6.6.5　部分インデックスの利用
- コラム　インデックスの種類
6.7　文字エンコーディングとロケール
- 6.7.1　文字エンコーディング
- 6.7.2　ロケール

第7章　バックアップ計画

7.1　最初に行うこと
7.2　PostgreSQLのバックアップ方式
- 7.2.1　オフラインバックアップ
- 7.2.2　オンラインバックアップ
7.3　主なリカバリ要件／バックアップ要件
- 7.3.1　要件と方式の整理方法
7.4　各バックアップ方式の注意点
- 7.4.1　コールドバックアップの注意点
- 7.4.2　オンライン論理バックアップの注意点
- 7.4.3　オンライン物理バックアップの注意点

第8章　監視計画

8.1　監視とは
8.2　監視項目の選定
- 8.2.1　サーバに問題が起きていないか？を監視する
- 8.2.2　PostgreSQLに問題が起きていないか？を監視する
8.3　PostgreSQLログの設定
- 8.3.1　PostgreSQLログをどこに出力するか
- 8.3.2　PostgreSQLログをいつ出力するか
- 8.3.3　PostgreSQLログに何を出力するか
- 8.3.4　PostgreSQLログをどのように保持するか
8.4　異常時の判断基準

第9章　サーバ設定

9.1　CPUの設定
- 9.1.1　クライアント接続設定
- 9.1.2　ロックの設定
9.2　メモリの設定
- 9.2.1　OSのメモリ設定
- 9.2.2　PostgreSQLのメモリ設定
- 9.2.3　HugePage設定（PostgreSQL 9.4以降）
9.3　ディスクの設定
- 9.3.1　OSのディスク設定
- 9.3.2　PostgreSQLのディスク設定

Part 3　運用編
第10章　高可用化と負荷分散

10.1　サーバの役割と呼び名
10.2　ストリーミングレプリケーション
- 10.2.1　ストリーミングレプリケーションの仕組み
- コラム　pg_resetwalコマンド
- 10.2.2　可能なレプリケーション構成
- 10.2.3　レプリケーションの状況確認
- 10.2.4　レプリケーションの管理
- 10.2.5　設定手順の整理
- コラム　循環するレプリケーション
10.3　PostgreSQLで構成できる3つのスタンバイ
- 10.3.1　それぞれのメリットとデメリット
- 10.3.2　コールドスタンバイ
- 10.3.3　ウォームスタンバイ
- 10.3.4　ホットスタンバイ
10.4　ホットスタンバイ
- 10.4.1　ホットスタンバイで実行可能なクエリ
- 10.4.2　ホットスタンバイの弱点
10.5　ストリーミングレプリケーションの運用
- 10.5.1　フェイルオーバ時の処理
- 10.5.2　プライマリ／スタンバイの監視
- 10.5.3　プライマリ／スタンバイの再組み込み時の注意点
- 10.5.4　コンフリクトの緩和策
10.6　論理レプリケーション
- 10.6.1　論理レプリケーションの仕組み
- 10.6.2　可能なレプリケーション構成
- 10.6.3　レプリケーションの状況確認
- 10.6.4　レプリケーションの管理
- 10.6.5　設定手順の整理

第11章　オンライン物理バックアップ

11.1　オンライン物理バックアップの仕組み
- 11.1.1　pg_start_backup関数の処理
- 11.1.2　pg_stop_backup関数の処理
- 11.1.3　backup_labelとバックアップ履歴ファイルの内容
- コラム　並行したバックアップ取得の制御
- 11.1.4　WALのアーカイブの流れ
11.2　PITRの仕組み
- 11.2.1　WALレコード適用までの流れ
- 11.2.2　pg_controlファイル
- 11.2.3　recovery.confファイル
- コラム　タイムラインとリカバリ
11.3　バックアップ／リカバリの運用手順
- 11.3.1　バックアップ手順
- 11.3.2　リカバリ手順

第12章　死活監視と正常動作の監視

12.1　死活監視
- 12.1.1　サーバの死活監視
- 12.1.2　PostgreSQLの死活監視（プロセスの確認）
- コラム　プロセス確認の落とし穴
- 12.1.3　PostgreSQLの死活監視（SQLの実行確認）
12.2　正常動作の監視
- 12.2.1　サーバの正常動作の監視
- 12.2.2　PostgreSQLの正常動作の監視

第13章　テーブルメンテナンス

13.1　テーブルメンテナンスが必要な状況
13.2　バキュームの内部処理
- 13.2.1　不要領域の再利用
- 13.2.2　トランザクションID（XID）周回問題の回避
13.3　自動バキュームによるメンテナンス
13.4　VACUUM FULLによるメンテナンス
- 13.4.1　VACUUMが機能しないケース（例）
- 13.4.2　VACUUM FULL実行時の注意点

第14章　インデックスメンテナンス

14.1　インデックスメンテナンスが必要な状況
- 14.1.1　インデックスファイルの肥大化
- 14.1.2　インデックスファイルの断片化
- 14.1.3　クラスタ性の欠落
14.2　【予防策】インデックスファイルの肥大化
14.3　【改善策】インデックスファイルの断片化
14.4　【改善策】クラスタ性の欠落
- 14.4.1　CLUSTER実行時に適用されるインデックス
- 14.4.2　CLUSTER実行時の注意点
14.5　インデックスオンリースキャンの利用
- 14.5.1　インデックスオンリースキャンの利用上の注意

Part 4　チューニング編
第15章　実行計画の取得／解析

15.1　最適な実行計画が選ばれない
- 15.1.1　PostgreSQLが原因となる場合
- 15.1.2　PostgreSQL以外が原因となる場合
15.2　実行計画の取得方法
- 15.2.1　EXPLAIN文
- 15.2.2　ANALYZE文
- 15.2.3　統計情報取得のためのパラメータ設定
- コラム　システムカタログ「pg_statistic」
- 15.2.4　実行計画を自動収集する拡張モジュール「auto_explain」
15.3　実行計画の構造
- 15.3.1　スキャン系ノード
- 15.3.2　複数のデータを結合するノード
- 15.3.3　データを加工するノード
- 15.3.4　その他のノード
15.4　実行計画の見方
- 15.4.1　処理コストの見積もり
- 15.4.2　処理コスト見積もりのパラメータ
15.5　処理コスト見積もりの例
- 15.5.1　シンプルなシーケンシャルスキャンの場合
- 15.5.2　条件付きシーケンシャルスキャンの場合
- 15.5.3　ソート処理の場合
- 15.5.4　インデックススキャンの場合
- 15.5.5　見積もりと実行結果の差

第16章　パフォーマンスチューニング

16.1　事象分析
- 16.1.1　PostgreSQLログの取得
- 16.1.2　テーブル統計情報の取得
- 16.1.3　クエリ統計情報の取得
- 16.1.4　システムリソース情報の取得
16.2　事象分析の流れ
16.3　スケールアップ
- 16.3.1　【事例1】SSDに置き換えが有効なケース
- 16.3.2　【事例2】メモリ容量の拡張が有効なケース
16.4　パラメータチューニング
- 16.4.1　【事例3】work_memのチューニング
- 16.4.2　【事例4】チェックポイント間隔のチューニング
- 16.4.3　【事例5】統計情報のチューニング
- 16.4.4　【事例6】パラレルスキャン
16.5　クエリチューニング
- 16.5.1　【事例7】ユーザ定義関数のチューニング
- 16.5.2　【事例8】インデックスの追加
- 16.5.3　【事例9】テーブルデータのクラスタ化

Appendix　PostgreSQLのバージョンアップ

A.1　PostgreSQLのバージョンアップポリシー
A.2　バージョンアップの種類
- A.2.1　マイナーバージョンアップ
- A.2.2　メジャーバージョンアップ
A.3　マイナーバージョンアップの手順
A.4　ローリングアップデート
A.5　メジャーバージョンアップの手順
- A.5.1　ダンプ／リストアによるデータ移行方式
- A.5.2　pg_upgradeコマンドによるデータ移行方式
- A.5.3　拡張機能を使った場合の注意点

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著者プロフィール

勝俣智成（かつまたともなり）

1978年生。NTTテクノクロス株式会社勤務。大学時代はCGの研究をしていましたが，入社とともに畑違いの全文検索／データベースの世界へ。この頃にPostgreSQLと出会い，10年以上の付き合い。今では社内支援や社外講師，コミュニティ活動などを行っています。無類のお酒，カレー好き。

佐伯昌樹（さえきまさき）

1981年生。NTTテクノクロス株式会社勤務。PostgreSQLに関わってから8年。現在はIoTやクラウドなど，システムの基盤開発に携わっています。バージョンアップのたびに着実に進化するPostgreSQLの機能をシステムに取り込んでいくのも楽しみの1つです。

原田登志（はらだとし）

NTTテクノクロス株式会社勤務。PostgreSQLは7.4のころからの腐れ縁。日々，PostgreSQLの無駄な使い方を考えています。猫とラーメンと原チャリとSFも大好き。「PostgreSQL ラーメン」でググってください。
Twitter：@nuko_yokohama

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目次

Part 1 基本編 第1章 PostgreSQL“超”入門

第2章 アーキテクチャの基本

第3章 各種設定ファイルと基本設定

第4章 処理／制御の基本

Part 2 設計／計画編 第5章 テーブル設計

第6章 物理設計

第7章 バックアップ計画

第8章 監視計画

第9章 サーバ設定

Part 3 運用編 第10章 高可用化と負荷分散

第11章 オンライン物理バックアップ

第12章 死活監視と正常動作の監視

第13章 テーブルメンテナンス

第14章 インデックスメンテナンス

Part 4 チューニング編 第15章 実行計画の取得／解析

第16章 パフォーマンスチューニング

Appendix PostgreSQLのバージョンアップ