数据库介绍

数据库，其实是很复杂的，光讲数据库，就可以单独写一本书，记得大学里，计算机专业就有一门数据库的课程需要学。我在这里，只是简单介绍，让大家对数据库有个概念,有一个初步的入门。

针对初学者来讲，什么是数据库，怎样理解数据库呢，这里先举一个不一定完全恰当的例子：每个人家里都会有冰箱，冰箱是用来干什么的？冰箱是用来存放食物的地方。同样的，数据库是存放数据的地方，有了数据库后，在我们需要的时候，就可以查找和使用这些数据。你可能会问了：我的数据就存放在自己电脑的excel表里就可以了，为什么还要搞个数据库呢？这是因为数据库比excel有更多的优势，数据库可以存放大量的数据，可以是各种各样的数据，允许很多人同时使用里面的数据。再举个例子，Excel好比是一个移动硬盘，你使用了这个移动硬盘其他人就用不了了。数据库好比是网盘，很多人可以同时访问里面里的数据，而且网盘比移动硬盘能放更多的数据，更多的类型，Excel文件本身，也可以放到网盘里面。当然，数据库还有很多其他的优势，这里就不一一举例了。

数据库也有很多种类，不同的使用场景，就需要选用不一样的数据库，这里我们重点学习使用最广泛的关系型数据库，一般学习数据库，都是从关系型数据库开始。关系数据库是由多个表组成的。如果你用过Excel，就会知道Excel是一张一张的二维表。每个表都是由行和列组成的。同样的，关系数据库里存放的也是一张一张的表，只不过各个表之间是有联系的。所以，简单来说：

关系数据库=多张表+各表之间的关系。

那么，我们通过什么工具来操作数据库里的数据呢？这个工具就是SQL。

SQL是为操作数据库而开发的一种语言，它可以对数据库里的表进行操作，比如插入数据，修改数据，查找数据，更新数据等。举个例子来说，把数据库比如一碗米饭，里面放的米是数据。现在我们要吃碗里的米饭，怎么取出碗里的米饭呢？这时候我们拿一双筷子，用筷子操作碗里的米饭。这里的筷子就是SQL，用来操作数据库里的数据。

Linux下最常用的关系型数据库，就是PostgreSQL 和MySQL。

MySQL是目前最受欢迎的开源数据库，PostgreSQL则是我认为最先进的开源数据库。MySQL是C/C++混合开发，PostgreSQL则是完全的C语言开发。另外MySQL现在是让人生厌的Oracle控制的，尽管MySQL现在依然是开源免费的，可是在Oracle手里总是会让人担心。PostgreSQL则是诞生于加州伯克利，伯克利还是对计算机技术有过突出贡献的高校，PostgreSQL、FreeBSD都是非常有代表性的，这也是我再这里选择PostgreSQL进行介绍的原因。

其实作为初学者，学习PostgreSQL 或MySQL，并没有太大的差别，一个学好了，使用另一个也基本就会了。

安装PostgreSQL数据库

PostgreSQL 是一个开源的，多用途的关系型数据库管理系统。它有很多高级特性，可以允许你构建容错的环境或者复杂的应用。在这篇指南中，我们将会讲解如何在 Ubuntu 20.04 上安装 PostgreSQL 数据库服务器，并且探索 PostgreSQL 数据库管理的基础操作。

(1) 前提条件

想要安装软件包，以 root 或者其他有 sudo 权限的用户身份登录。

(2) 在 Ubuntu 上安装 PostgreSQL

在写这篇文章的时候，PostgreSQL 在 Ubuntu 官方软件源中的最新可用版本为 10.4。运行下面的命令，在 Ubuntu 上安装 PostgreSQL:

#sudo apt update
#sudo apt install postgresql postgresql-contrib

我们同时安装 PostgreSQL contrib 软件包，它可以提供 PostgreSQL 数据库系统的一些额外特性。一旦安装完成， PostgreSQL 服务将会自动启动，同时会自动创建一个用户组postgres，并且在这个用户组底下创建一个Linux用户postgres。我们可以使用psql工具来尝试连接 PostgreSQL 数据库，并且打印它的版本来验证安装是否成功：

#sudo -u postgres psql -c "SELECT version();"

上面语句表示用postgres用户来调用psql工具，让psql来执行查看版本并打印出版本信息

输出：

version
---------------------------------------------------------------------------------------
PostgreSQL 14.9 (Ubuntu 14.9-0ubuntu0.22.04.1) on x86_64-pc-linux-gnu, compiled by gcc (Ubuntu 11.4.0-1ubuntu1~22.04) 11.4.0, 64-bit
(1 row)

可以看到，安装了 PostgreSQL 14.19的版本，表示安装是成功的，接下来，你可以开始使用它了。

创建PostgreSQL用户和数据库

在使用数据库之前，我们先要创建用户和数据库，当然，刚才提到，安装数据库的时候，已经默认创建了一个postgres的用户，我们可以现用这个用户，当前还可以创建其他用户，并且使用新创建的用户来访问数据库，也是可以的。另外解释一下，postgre是一个数据库软件服务，不过但它里面是可以创建和管理多个数据库的，每个数据库都可以独立赋予不用用户权限。

默认情况下，postgre只开放本地连接，就是本机的用户才能访问数据库，远程通过网络没有权限访问，如要远程访问，需要开放相关权限的设定，我们这里先讲解本地访问，至于远程访问，下个章节在专门介绍。为了以postgres用户身份登录 PostgreSQL 服务器，首先切换当前用户，变更帐号为 postgres。

sudo su - postgres

这时候，用户已经改变和postgres这个用户了，然后使用psql工具，进入postgreSQL的shell，

psql

这时候，进入了postgre的shell，不是Linux 系统的shell了，在postgre shell底下，只能执行postgre数据相关的命令。如果你再去执行一个Linux shell命令，是没有用的。

从这里开始，你可以与 PostgreSQL 数据库进行交互了。如果要退出 PostgreSQL Shell，返回Linux shell，可以输入\q退出：

\q

刚才上面是现切换到postgres用户，然后执行psq进入postgre shell, 不过也可以通过下面一条命令，直接进入到postgres 的shell：

sudo -u postgres psql

通常，postgres用户仅仅在本地被使用。

登录成功后，命令就会在postgres=# 下运行了,在这里就可以输入SQL命令来操作数据库了。只要进入了postgre数据库shell（postgres=#）之后，就可以使用SQL语句进行操作，但使用SQL语句时，一定不能漏掉末尾的分号，它代表语句结束，开始执行。

你可以输入 \q 以退出，输入 \? 获取帮助。

刚才说默认安装后，默认给系统添加了postgres用户， 其实另外还默认创建一个名为postgres的数据库和一个名为postgres的数据库用户。就是说，初次安装成功后，会自动添加一个名为postgres的系统用户，密码随机。并自动生成一个名为postgres的数据库，用户名为postgres，密码随机。

#我们先来修改postgres 的密码， 以下内容内容都是在 postgres=# (即postgre的shell下)下输入

ALTER USER postgres WITH PASSWORD '123456'; # 密码设置为123455，有分号才会执行命令

这里修改的是postgres数据库用户的密码，不是系统postgres用户的密码，这个要分清，不要混淆系统postgres和数据库postgres两个用户

\q #退出客户端

返回Linux系统shell后，我们可以给系统的postgres用户修改密码。

#exit //退出到标准用户下
#sudo //进入超级用户权限
#passwd postgres //修改系统postgres用户密码

这样，两个postgres用户的密码都修改了。

在下面的例子中，我们再来创建一个新的名称为john的角色，一个名称为johndb的数据库，并且授予数据库上的权限：

创建一个新的 PostgreSQL 角色，下面语句表示切换到postgres系统用户，并通过执行createuser创建一个postgres的用户john。

sudo su - postgres -c "createuser john"

创建一个新的 PostgreSQL 数据库：下面语句表示切换到postgres系统用户，并通过执行createdb创建一个postgres的数据库johndb。

sudo su - postgres -c "createdb johndb"

createuser 命令和createdb 命令都是PostGRE数据库的专有命令，用于创建用户和数据库。是需要再系统shell命令行下执行的，而不是在psql shell下执行。

想要授权用户操作数据库，则需要连接到 PostgreSQL shell:

sudo -u postgres psql

并且再postgresql shell下运行下面的 query:

grant all privileges on database johndb to john;

登录PostgreSQL数据库

添加新用户和新数据库以后，就要以新用户的名义登录数据库，这时在postgre shell下使用的是psql命令。

psql -U john -d johndb -h 127.0.0.1 -p 5432

上面命令的参数含义如下：-U指定用户，-d指定数据库，-h指定服务器，-p指定端口。

输入上面命令以后，系统会提示输入john 用户的密码。输入正确，就可以登录控制台了。

另外要说明一下，psql命令存在简写形式。如果当前Linux系统用户，同时也是PostgreSQL用户，则可以省略用户名（-U参数的部分）。举例来说，我的Linux系统用户名为james，且PostgreSQL数据库存在同名用户，则我以James身份登录Linux系统后，可以直接使用下面的命令登录数据库，且不需要密码。

psql johndb

此时，如果PostgreSQL内部还存在与当前系统用户同名的数据库，则连数据库名都可以省略。比如，假定存在一个叫做james的数据库，则直接键入psql就可以登录该数据库。

psql

(1) 控制台命令

除了前面已经用到的\q命令（退出）以外，postgre控制台还提供一系列其他命令。

\h：查看SQL命令的解释，比如\h select。
\?：查看psql命令列表。
\l：列出所有数据库。
\c [database_name]：连接数据库。
\d： 列出当前数据库的所有表格。
\d [table_name]：列出某一张表格的结构。
\du：列出所有用户。
\e：打开文本编辑器。
\conninfo：列出当前数据库和连接的信息。

比如\l来列出所有的数据库，可以看到：

这里面有我们创建的数据库johndb，也有默认安装时自动创建的数据库postgres。

(2) 启用远程访问 PostgreSQL 服务器

前面讲到，postgre 默认只支持本地访问，但实际应用中，很多系统都是分布是的，比如有一台机器当做 web服务器，提供web服务，另外一台机器专门当时数据库服务器，但web服务有很多信息需要记录到数据库里面，这是就需要远程对数据库进行访问和操作，所以接下里，我介绍一下如何开放数据的远程访问。

默认情况下，PostgreSQL 服务器仅仅监听本地网络接口：127.0.0.1。为了允许远程访问你的 PostgreSQL 服务器：

l 第一步：打开配置文件postgresql.conf并且在CONNECTIONS AND AUTHENTICATION一节添加listen_addresses = '*'。

sudo nano /etc/postgresql/12/main/postgresql.conf
#------------------------------------------------------------------------------
# CONNECTIONS AND AUTHENTICATION
#------------------------------------------------------------------------------

# - Connection Settings -
listen_addresses = '*' # what IP address(es) to listen on;

保存文件并且重启 PostgreSQL 服务：

sudo service postgresql restart

使用ss工具验证修改：

ss -nlt | grep 5432

输出显示 PostgreSQL 服务器正在监听所有的网络接口(0.0.0.0):

LISTEN 0 244 0.0.0.0:5432 0.0.0.0:* LISTEN 0 244 [::]:5432 [::]:*

l 下一步就是配置PostgreSQL 支持身份认证方式

PostgreSQL 客户端身份验证通常被定义在pg_hba.conf文件中，在initdb初始化数据目录时，它会安装一个默认的pg_hba.conf文件。pg_hba.conf默认路径/etc/postgresql/<pg_version>/main/pg_hba.conf

pg_hba.conf文件的常用格式是一组记录，每行一条。空白行将被忽略， #注释字符后面的任何文本也被忽略。记录不能跨行。

一条记录由若干用空格/或制表符分隔的域组成。如果域值用双引号包围，那么它可以包含空格。在数据库、用户或地址域中 引用一个关键字(例如，all或replication) 将使该词失去其特殊 含义，并且只是匹配一个有该名字的数据库、用户或主机。

下面是一些例子，显示不同的用户场景：

# TYPE   DATABASE   USER    ADDRESS      METHOD
# The user john can access all databases from all locations using md5 password
  host        all              john     0.0.0.0/0         md5
# The user john can access only the janedb from all locations using md5 password
  host        johndb      john     0.0.0.0/0         md5
# The user john can access all databases from a trusted location (192.168.1.134) without a password
  host        all              john   192.168.1.134  trust
# The user john can access all databases from a trusted location (192.168.1.134) without a password
  local       all              all                                ident

其最常用的方式如下：

①　trust - 只要满足pg_hba.conf定义的条件，一个角色就可以不使用密码就能连接服务器

②　password - 通过密码，一个角色可以连接服务器。密码可以被存储为 scram-sha-256, md5, 和 password(明文)。

③　ident - 仅仅支持 TCP/IP 连接。它通常通过一个可选的用户名映射表，获取客户端操作系统用户名。

④　peer - 和 ident 一样，仅仅支持本地连接。

重新加载配置：在更改pg_hba.conf文件后，需要重新加载PostgreSQL服务器的配置，才能使更改生效。

如果是在linux以服务的形式安装的，那么执行：

命令：

service postgresql reload

l 最后一步就是在你的防火墙上打开端口5432端口。

假设你正在使用UFW来管理你的防火墙，并且你想允许从172.21.73.0/24子网过来的访问，你应该运行下面的命令：

sudo ufw allow proto tcp from 172.21.73.0/24 to any port 5432

确保你的防火墙被配置好，并仅仅接受来自受信任 IP 范围的连接。

最后，就可以远程连接了：

找一台另外的Linux机器：

安装

#apt install postgresql-client-common postgresql-client-14

然后执行

#psql -U john -d johndb -h 172.21.73.165 -p 5432

连上后，就可以像本地一样访问了。

操作PostgreSQL数据库

在PostgreSQL里面可以建多个数据库，每个数据库中又可以建多个表，每个表里面可以存很多数据，在PostgreSQL shell，除了上面介绍的命令，还可以通过SQL语言来操作数据库，另外，在编程的时候，也可以在程序中用代码来访问数据库，以下是一些例子：

(1) 基本的数据库操作，就是使用一般的SQL语言。

# 创建新表
CREATE TABLE user_tbl(name VARCHAR(20), signup_date DATE);

# 插入数据
INSERT INTO user_tbl(name, signup_date) VALUES('张三', '2013-12-22');

# 选择记录
SELECT * FROM user_tbl;

# 更新数据
UPDATE user_tbl set name = '李四' WHERE name = '张三';

# 删除记录
DELETE FROM user_tbl WHERE name = '李四' ;

# 添加栏位
ALTER TABLE user_tbl ADD email VARCHAR(40);

# 更新结构
ALTER TABLE user_tbl ALTER COLUMN signup_date SET NOT NULL;

# 更名栏位
ALTER TABLE user_tbl RENAME COLUMN signup_date TO signup;

# 删除栏位
ALTER TABLE user_tbl DROP COLUMN email;

# 表格更名
ALTER TABLE user_tbl RENAME TO backup_tbl;

# 删除表格
DROP TABLE IF EXISTS backup_tbl;

(2) 通过编程访问数据库

现在我们可以理解支付宝的背后的运行原理了，用户把钱存放到支付宝数据库里，当用户查看支付宝余额的时候，后台使用SQL这个工具操作支付宝的数据库，把里面的数据查找出来，然后返回给用户，这样用户就可以看到存放到支付宝里的钱和每天的收益了。只不过，这个过程用户看不到，都是在支付宝后台来完成的，用户看到的只是最后的一个查询结果。

下一章介绍C语言编程时，我们会介绍如果通过C语言编程访问PostgreSQL数据库，如果你已经掌握Linux C的开发，也可以直接跳过去先学习一下。

小结

通过上面学习，相信大家对数据库有了基本的了解，对关系型数据库也有了基本的操作入门。不过除了关系型数据库，也还有其他种类的非关系型数据库，操作和使用上会有些差异，这里就不再介绍了。对数据客户有兴趣的同学，可以再深入去专门学习数据相关知识。如果你是从事嵌入式式开发的，可能不太会使用到数据库，但是如果你是要做web系统开发，企业各种信息系统开发，那就必须精通数据库相关知识。

可以去这个网站看看最流行数据库的排名：

DB-Engines Ranking - popularity ranking of database management systems

上图中relational表示关系型数据库，可以看到，前10名，有7种是关系型数据库。