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

［表紙］［改訂新版］内部構造から学ぶPostgreSQL 設計・運用計画の鉄則

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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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書籍の概要

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

本書のサンプル

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目次

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

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