KYMENLAAKSON AMMATTIKORKEAKOULU Tietotekniikan koulutusohjelma / Tietoverkkotekniikka. Relaatiotietokannat Linuxissa MySQL ja PostgreSQL

Transkriptio

1 KYMENLAAKSON AMMATTIKORKEAKOULU Tietotekniikan koulutusohjelma / Tietoverkkotekniikka Joni Tyviö ja Antti Peltonen Relaatiotietokannat Linuxissa MySQL ja PostgreSQL Seminaari 2014

2 TIIVISTELMÄ KYMENLAAKSON AMMATTIKORKEAKOULU Tietojenkäsittely TYVIÖ, JONI Kurssityö Työn ohjaaja Maaliskuu 2014 Avainsanat Relaatiotietokannat Linuxissa MySQL ja PostgreSQL 14 sivua Pahula Tomi MySQL, mysql, PostgreSQL, postgresql Tämän seminaarityön aiheena on MySQL- ja PostgreSQL-relaatiotietokantahallintajärjestelmät. Työn tavoitteena oli tutustuttaa tekijät kyseisten tietokantojen käyttöönoton ja käyttämisen lisäksi relaatiotietokantojen periaatteisiin. Työ toteutettiin keräämällä ensin tietoa kyseisistä ohjelmista, aina historiasta varsinaisiin ohjelmistojen ohjeisiin asti. Lisäksi ohjelmia testattiin käytännössä. Erityisesti MySQL aiheutti testaamisen aikana ongelmia, sillä useat Linux-jakelut ovat siirtyneet käyttämään MySQL:n sijaan MariaDB:tä. Käytännössä tämä ei vaikuta ylläpitäjän toimiin millään tavalla, sillä samoilla komennoilla pystytään hallinnoimaan sekä MySQL-tietokantoja kuin MariaDB-tietokantoja. Relaatiotietokantaohjelmien tunteminen on oleellista IT-alalla sillä monet ohjelmistot nojaavat juuri relaatiotietokantoihin. Relaatioiden ymmärtäminen ja SQL-kielen hallinta auttavat erityisesti järjestelmäsuunnittelussa, sillä tietomassoja käsitellään näiden työkalujen avulla.

3 SISÄLLYS TIIVISTELMÄ 1 JOHDANTO 4 2 RELAATIOTIETOKANTA 4 3 MYSQL-OHJELMA Historia MySQL ja MariaDB SQL-yhteensopivuus MySQL ja Linux-jakelut Asentaminen, asetukset ja käyttöönotto Fedora-käyttöjärjestelmässä MySQL-ohjelman käyttäminen MySQL ja SELinux 9 4 POSTGRESQL-OHJELMA Mikä se on? Historia Käyttö Asennus Tietokannan luonti Postgren aktivointi 12 LÄHTEET 14

4 4 1 JOHDANTO Seminaarityömme aiheena on MySQL ja PostgreSQL. Esittelemme tässä työssä näiden lisäksi kyseisiin sovelluksiin liittyvää termistöä ja käsitteitä. Työn ensimmäisessä kappaleessa lukijalle avataan relaatiotietokannan käsite, joka on ymmärrettävä edellä mainittuja sovelluksia käytettäessä. Relaatiotietokannat näkyvät jokapäiväisessä elämässämme, mutta niiden toiminta oikein käytettynä on näkymätöntä niihin perustuvien ohjelmien ja palveluiden käyttäjille. Relaatiotietokannat mahdollistavat muun muassa web-sisällönhallintajärjestelmät, lukuisat pankki- ja hakupalvelut Internetissä. Tietokannan hallinnoijan näkökulmasta tietojen käsittely olisi edelleen 1970-luvun tasolla ilman relaatiotietokantoja. 2 RELAATIOTIETOKANTA Tietokanta on järjestelty kokoelma tietoa. Tieto on yleensä järjestelty todellisuutta vastaavan mallin mukaisesti siten, että se tukee tiedonhakuun liittyviä prosesseja. Tietokantahallintajärjestelmä (Database Management System, DBMS) on sovellus, joka tarjoaa käyttäjän, ohjelmien ja varsinaisen tietokannan vuorovaikutuksen. Se mahdollistaa tietokantojen määrittelyn, luomisen, hakujen, päivitysten ja ylläpidon. Tunnetuimpia DBMS-sovelluksia ovat MySQL, MariaDB, SAP, Microsoft SQL Server, IBM DB2 ja PostgreSQL. Varsinainen tietokanta ei ole suoraan siirrettävissä eri DBMS-sovellusten välillä, mutta tiedonvälitys voidaan suorittaa käyttäen standardeja kuten SQL, ODBC tai JDBC. Relaatiotietokanta tarkoittaa relaatiomallin mukaisesti määriteltyä tietokantaa. Tässä työssä esitellyt MySQL- ja PostgreSQL-sovellukset tukevat relaatiotietokantojen määrittelyä. Relaatiotietokantahallintajärjestelmä on englanniksi Relational database management system (RDBMS) Relaatiotietokannat käyttävät pääsääntöisesti SQL-kieltä tiedon määrittelyyn ja kyselyihin. Relaatiotietokanta koostuu tauluista jotka sisältävät sarakkeita ja rivejä. Yksittäistä riviä kutsutaan tietueeksi. Sarakkeet määrittävät tietueen tietotyypin. Relaatiotietokannan erilaisia (tieto-)tyyppejä ovat numeerinen, merkkijono ja aikatyypit. Tyyppi rajaa sen, minkä tyyppistä tietoa kyseiseen kenttään kulloisessakin tietueessa voidaan tallentaa.

5 5 Tietotyyppien lisäksi sarake voidaan määritellä perusavaimeksi, viiteavaimeksi tai toissijaiseksi avaimeksi. Perusavain on sarake, jolla eri tietueet erotellaan toisistaan. Perusavain on yksiselitteinen ja se voi muodostua yhdestä tai useammasta sarakkeesta. Jokaisen tietueen perusavaimella on toisista eroava arvo ja sen on löydyttävä jokaisesta tietueesta, jolloin sen puuttumisesta aiheutuu virhetilanne. Viiteavain on sarake, jolla viitataan muiden taulujen perusavaimeen vastaavalla arvolla. Perus-viiteavain yhdistelmällä luodaan tietokannassa relaatio, jolla eri taulussa esiintyvät tiedot saadaan liitettyä yhteen. Taulukuvaus on merkintätapa, jolla kuvataan taulua ja sen sisältämiä sarakkeita. Syntaksi on muotoa taulunnimi (sarake-1, sarake-2,, sarake-n). Sarakkeista perusavaimet alleviivataan ja viiteavaimet kursivoidaan. Taulukuvauksen lisäksi relaatiotietokantoja voidaan suunnitella ja kuvata UML-kuvauskielen avulla. UML-kuvauskieli (Unified Modelling Language) on kehitetty systeemityön työkaluksi. Vaikka se sisältää kattavat määrittelyt ja viittaukset olio-ohjelmointikieliin, sitä voidaan käyttää myös relaatiotietokantojen suunnitteluun. Relaatiotietokantojen osalta luokkakaavioita käytettäessä kaaviossa attribuutit korvataan sarakkeiden nimillä ja metodit jätetään pois. 3 MYSQL-OHJELMA 3.1 Historia MySQL-ohjelman kehitti ruotsalainen MySQL AB -yritys, jonka perustajia olivat Dabid Axmark, Allan Larsson ja Michael Widenius. MySQL:n ensimmäinen versio julkaisiin 23 toukokuuta Alunperin MySQL luotiin henkilökohtaiseen käyttöön msql perusteisesta ISAM:sta, jota yrityksen perustajat pitivät liian hitaana ja skaalautumattomana. MySQL:ään kehitettiin uusi SQL-käyttöliittymä, mutta siihen jätettiin sama ohjelmointirajapinta kuin msql:ssä. Pitämällä ohjelmointirajapinnan yhtenevänä msqlsysteemin kanssa monet kehittäjät pystyivät käyttämään MySQL:ää kaupallisesti lisensoidun msql sijaan. Nykyisin MySQL:n omistaa Oracle. Oracle tekemien toimien seurauksena MySQL:n alkuperäiset kehittäjät ovat kehittäneet sen pohjalta MariaDB-ohjelman. Useat Linux-

6 6 jakelut ja merkittävät toimijat (Wikipedia ja Google ml.) ovat sittemmin siirtyneet käyttämään MariaDB:tä MySQL:n sijasta. Siirtymistä on helpottanut erityisesti se, että MariaDB:n rajapinnat vastaavat MySQL:ää. Näin ollen komennot ja tietokantapalvelimen käskyt eivät eroa näiden välillä. 3.2 MySQL ja MariaDB Niissä käyttöjärjestelmissä missä MySQL on korvattu MariaDB:llä, latautuu MySQL:ää asennettaessa mysql-server paketin sijaan mariadb-server paketti. MariaDB eroaa vastaavasta MySQL versiosta hyvin vähän (lähinnä suorituskyvyn osalta) ja sen hallinnassa käytetään samoja komentoja kuin MySQL:ää käytettäessä. Tässä seminaarityössä eroavat komennot on kirjoitettu allekkain, joista jälkimmäinen liittyy MariaDB:n. 3.3 SQL-yhteensopivuus MySQL ei ole täysin yhteensopiva SQL-standardin kanssa joidenkin ohjelman ilmentymien osalta. Tämä ilmenee muun muassa viiteavaimien käytössä, mikäli MySQL:ssä käytetään InnoDB:n sijasta jotain muuta tietokantamoottoria. 3.4 MySQL ja Linux-jakelut MySQL voidaan asentaa Linux-järjestelmään kääntämällä lähdekoodista, lataamalla binääripaketit tai asentamalla jakelun käyttämällä pakettienhallintaohjelmalla. Joissain jakeluissa käyttäjän on mahdollista valita LAMP-asennus jakelun asennuksen yhteydessä, jolloin järjestelmään asennetaan Linux-järjestelmän lisäksi Apache-palvelin ja PHP-kirjastot MySQL-tietokantaohjelman lisäksi. Oletusarvoisesti MySQL-tietokantaohjelmaa käytetään päätteeltä. MySQL:ää varten on kehitetty kuitenkin erityinen selainpohjainen phpmyadmin-käyttöliittymä, joka sisältää graafisia työkaluja tietokantojen ja taulujen hallinnointiin. 3.5 Asentaminen, asetukset ja käyttöönotto Fedora-käyttöjärjestelmässä Paketin asennus ja root-salasanan asettaminen Seuraavaksi esitellään MySQL:n asentaminen Fedora-jakeluun. Asentaminen tässä tapauksessa tapahtuu päätteeltä.

7 7 Ensin tarkistetaan, löytyykö mysql-server -paketti jo järjestelmästä: rpm -q mysql-server rpm -q mariadb-server Mikäli pakettia ei löytynyt asennettuna, suoritetaan asennuskomento käyttäen YUMpakettienhallintaa (asentaa käytännössä mariadb-server-paketin): yum install mysql-server Kun MySQL (tai MariaDB) on asennettu, käynnistä mysqld prosessi: service mysqld start Käynnistetään ohjelma nimeltä mysql_secure_installation ja syötetään ohjelman kysymät tiedot. Ohjelma kysyy alussa root-käyttäjän salasanaa. Tämä ei ole sama root-käyttäjätunnus kuin käyttöjärjestelmässä vaan MySQL-ohjelmiston sisäinen root-käyttäjätunnus. Mikäli asennusvaiheessa ei ole kysytty root-käyttäjän salasanaa, painetaan rivinvaihtonäppäintä kysyttäessä vanhaa salasanaa. Ohjelman aikana syötetään uusi root-käyttäjän salasana, estetään root-käyttäjän pääsy muualta kuin paikalliselta koneelta ja poistetaan testitunnukset ja -tietokannat Kirjautuminen MySQL:ään Kirjautuminen sisään tapahtuu kirjoittamalla seuraava komento: mysql -u root -p Esimerkissä kirjautuminen tapahtuu root-käyttäjätunnuksella (parametri -u) ja pyydetään syöttämään salasana kirjautumisen yhteydessä (parametri -p). Mikäli näitä parametreja ei anneta, palauttaa ohjelma virheilmoituksen. 3.6 MySQL-ohjelman käyttäminen Yleisiä huomioita komentojen syöttämisestä Kun MySQL (MariaDB) käytetään komentoriviltä, täytyy muistaa komentojen syntaksi. Kokonaiset komennot päätetään puolipilkkuun (;) ja ohjelman sisäisen komennot syötetään pääsääntöisesti isoilla kirjaimilla luettavuuden helpottamiseksi. Komentori-

8 8 villä ohjelman syöttämät taulut näytetään ASCII-muodossa, joka on havainnollisempi menetelmä taulujen tietojen näyttämiseen Tietokannan luominen ja käyttäjän lisääminen Kirjaudu sisään kohdassa näytetyllä tavalla. Ensimmäisellä kerralla kirjautuessa on syytä tarkastaa jo olemassa olevat tietokannat ja niille luodut käyttäjätunnukset. SHOW DATABASES; Mikäli tietokantoja ei ole aiemmin lisätty ja aiemmin on ajettu mysql_secure_installation -ohjelma, tulos näyttää suurin piirtein tältä: information_schema mysql performance_schema information_schema pitää sisällään tiedot kaikista tietokannoista, joita MySQL-palvelin ylläpitää. performance_schema pitää taas sisällään tietoja ajonaikaisesta toiminnasta ja tarjoaa tapoja tutkia tietokannan suorituskykyä sekä toimintaa. mysql-tietokanta pitää lopuksi yllä tietoja muun muassa käyttäjätunnuksista ja kerää tietoa tietokantojen käytöstä. Tarkistetaan lisäksi olemassa olevat käyttäjät: SELECT host, user, password FROM mysql.user; Select-käskyllä haetaan tiedot tietyn nimisestä sarakkeesta ja From-käskyllä tietyn nimisestä tietokannan taulusta. Esimerkissä taulu haetaan mysql-nimisestä tietokannasta ja user-nimisestä taulusta. Erotinmerkkinä toimii piste (.). Tulosteessa näytetään host, user ja password sarakkeet. Host-sarake sisältää tiedot kaikista niistä isäntä-koneista, joista on kirjauduttu sisään. User-sarake sisältää käyttäjätunnusten nimet ja password-sarake salasanat. Salasanat esitetään kryptatussa muodossa. Tietokanta luodaan komennolla CREATE DATABASE ja valitaan käyttöön komennolla USE. Esimerkiksi: CREATE DATABASE linux; USE linux

9 9 Huomaathan, että valittaessa tietokantaa ei loppuun kirjoiteta puolipistettä. Kirjautuminen suoraan haluttuun tietokantaan tapahtuu seuraavasti: mysql -u root -p linux Luodaan lopuksi paikallinen käyttäjä, jolla on täydet käyttäjäoikeudet linux-tietokantaan. CREATE USER IDENTIFIED BY 'salasana'; Pelkkä käyttäjätunnuksen luominen ei riitä vaan käyttäjälle tulisi antaa käyttöoikeuksia. Seuraavassa annetaan kaikki käyttöoikeudet linux-tietokantaan: GRANT ALL PRIVILEGES ON linux.* TO WITH GRANT OPTION; Annoimme siis käytännössä kaikki käyttöoikeudet linux-tietokantaan paikalliselle pingviini-nimiselle käyttäjälle. Lisäksi käyttäjälle annettiin oikeudet antaa samoja oikeuksia muille käyttäjille samalla oikeustasolla (globaali, tietokanta, taulu, sarake) linux-tietokannassa. 3.7 MySQL ja SELinux Oletuksena, mikäli SELinux on käytössä ja asetettuna enforced-tilaan, MySQL ajetaan rajattuna. Rajatut prosessit ajetaan erillään toisista prosesseista omissa domaineissa. Riippuen SELinuxin asetuksista hyökkääjän saadessa prosessi hallintaan tältä on estetty pääsy muiden rajattujen prosessien resursseihin estäen näin suurten vahinkojen syntymisen. SELinuxissa rajatut prosessit kuuluvat enforced-tilaan. Domainien lisäksi SELinux määrittelee tyypit, jotka sisältävät käytännössä resursseja eli tiedostoja ja portteja. Seuraavassa esimerkissä varmistetaan SELinuxin tila, selvitetään mysqld-prosessin domain ja luodaan sääntö, jolla annetaan mysqld-prosessille oikeus käyttää porttia 3307 tcp-protokollaa käyttäen Domainin selvittäminen SELinuxissa Varmistetaan SELinuxin enforced-tila:

10 10 getenforce Mikäli SELinux on enforced-tilassa, tulostuu näytölle: Enforced Käynnistetään MySQL-prosessi root-käyttäjänä, mikäli näin ei ole (service mysqld status): systemctl start mysqld.service systemctl start mariadb.service Ajetaan seuraava komento nähdäksemme mysqld-prosessi (myös MariaDB tapauksessa): ps -ez grep mysqld Jälkimmäisen mysqld-merkinnän kolmannesta tietueesta näemme prosessin domainin. Tuloste voi olla esimerkiksi: unconfined_u:system_r:mysqld_t:s pts/1 00:00:00 mysqld Tulosteesta nähdään, että mysqld prosessi ajetaan mysqld_t domainissa Semanage-ohjelma Pelkkä MySQL-prosessin domainin selvittäminen ei riitä, sillä ilman asianmukaisten asetusten tekemistä SELinux estää domainissa toimivien prosessien pääsyn resursseihin. SELinuxin asetuksia hallinnoidaan semanage-nimisellä ohjelmalla. Semanageohjelma asentuu policycoreutils-python paketin mukana, joka on asennettava erikseen. Seuraavassa on esitetty esimerkki, jolla annetaan portti 3307 MySQL-prosessin käyttöön. semanage port -a -t mysqld_port_t -p tcp 3307 Komennolla lisätään (parametri -a) tyyppi (parametri -t mysqld_port_t) käyttämään porttia 3307 käyttäen TCP-protokollaa (parametri -p tcp). Seuraavan kerran kun MySQL yrittää käyttää kyseistä porttia, SELinux tunnistaa kyseisen tyypin ja antaa luvan sen käyttämiseen luodun säännön mukaisesti. MySQL:lle määritellyt kaikki portit voidaan selvittää seuraavalla komennolla: semanage port -l grep mysql

11 11 Listataan portit (parametrilla -l) ja putkitetaan syöte grep-ohjelmalle. Grep tulostaa rivit, joilla mainitaan mysql. Tuloste tässä tapauksessa voisi olla seuraavanlainen: mysqld_port_t tcp 3307, 1186, 3306, mysqlmanagerd_port_t tcp POSTGRESQL-OHJELMA 4.1 Mikä se on? Avoimen lähdekoodin olio-relaatiotietokantahallintajärjestelmä. Tukee suurelta osin SQL standardia. Taulukot liittyvät toisiinsa ja perinnöllisyys eri tiedoista on olio periaatteella. 4.2 Historia POSTGRES Pohjautuu Californian yliopiston POSTGRES projektiin. Michael Stonebaker oli projektin vetäjä. Sai rahoituksen toimintaan DARPA, ARO, NSF ja ESL, Inc:lta. Ensimmäinen demo versio oli käyttökelpoinen Se julkaistiin vain muutamalle ulkopuoliselle käyttäjälle kesäkuussa Kritiikin takia sääntöjärjestelmää muutettiin, joka johti versioon 2. Tämä julkaistiin vuonna Vuonna 1991 ilmestyi versio 3, jossa oli tuki monille tiedonvarastointiohjelmille, paranneltu kyselyn suorittaja ja uudelleen kirjoitettu sääntöjärjestelmä. Koska kysyntä ylläpitää ja parantaa POSTGRES projektia kasvoi liian suureksi, projekti lopetettiin vuonna 1993 versioon Postgres95 Vuonna 1994 Andrew Yu ja Jolly Chen lisäsivät SQL tulkin POSTGRES:iin ja nimesivät projektin Postgres95:ksi. Se julkaistiin verkkoon avoimeksi.

12 PostgreSQL 4.3 Käyttö Vuonna 1996 projekti Postgres95:n nimi vaihdettiin PostgresSQL:ään. 4.4 Asennus Toimii kaikissa käytetyimmissä käyttöjärjestelmissä, kuten Linux, Unix, Windows. 1./configure 2 gmake 3 su 4 gmake install 5 adduser postgres 6 mkdir /usr/local/pgsql/data 7 chown postgres /usr/local/pgsql/data 8 su - postgres 9 /usr/local/pgsql/bin/initdb -D /usr/local/pgsql/data 10 /usr/local/pgsql/bin/postgres -D /usr/local/pgsql/data >logfile 2>&1 & 11 /usr/local/pgsql/bin/createdb test 12 /usr/local/pgsql/bin/psql test 4.5 Tietokannan luonti createdb mydb dropdb mydb 4.6 Postgren aktivointi psql mydb psql (9.3.4) Type "help" for help. mydb=> mydb=# (super user) Luodaan seuraavaksi taulukko: CREATE TABLE kaupungit ( nimi varchar(60),

13 13 sijainti point ); käytössä monia SQL-tyyppejä syötetään taulukkoon arvot INSERT INTO kaupungit ('Kotka', '(koordinaatti, koordinaatti)'); INSERT INTO kaupungit (name, sijainti) VALUES ('Kotka', '(koordinaatti, koordinaatti)');

14 14 LÄHTEET MySQL 5.5 Reference Manual centoshelp.org SELinux Common Commands & Troubleshooting Smyth, J SELinux and MySQL Red Hat Engineering Content Services Red Hat Enterprise Linux 6 Security-Enhanced Linux User Guide Edition 5. US/Red_Hat_Enterprise_Linux/6/pdf/Security- Enhanced_Linux/Red_Hat_Enterprise_Linux-6-Security-Enhanced_Linux-en-US.pdf PostgreSQL Documentation