Уровень 2.0

Клиентское подключение

В этом разделе рассмотрим, как происходит подключение к серверу баз данных – с локальной машины и по сети, через Unix-сокеты и TCP/IP.

Клиент-серверное взаимодействие

PostgreSQL как и СУБД Pangolin реализует классическую схему клиент-серверного взаимодействия. Когда сервер запускается, происходит следующее:

Сначала запускается головной процесс postmaster. Этот процесс запускает несколько дочерних процессов (процессы экземпляра), поддерживающих базы данных кластера в работоспособном состоянии, и открывает Unix-сокет и несколько сетевых портов, с помощью которых клиенты могут подключаться к серверу. Когда приходит клиент, головной процесс запускает отдельный серверный процесс для его обслуживания.

Процессы экземпляра обмениваются информацией между собой с помощью стандартных средств межпроцессного взаимодействия – IPC (Inter Process Communications). Это могут быть разделяемая память, очереди сообщений. Чтобы увидеть подробности, воспользуйтесь командами man 2 ipc и man ipcs.

Клиент и обслуживающий его серверный процесс взаимодействуют с помощью сетевого протокола прикладного уровня (Application Layer OSI). Этот протокол работает через TCP/IP для сетевых подключений или через Unix-сокеты для локальных. Протокол открытый и допускает различные реализации.

Наиболее простой способ — использовать штатную клиентскую библиотеку libpq с широким набором возможностей.

В любом случае клиент формирует запрос SQL и по сетевому протоколу отправляет его серверу, дожидаясь от него ответа.

Этапы взаимодействия клиента и сервера

Клиент инициирует соединение с сервером, используя специальный сетевой протокол PostgreSQL, основанный на сообщениях. Протокол поддерживает сетевые соединения TCP/IP и локальные Unix-сокеты.

В зависимости от настроек сервер может отклонить соединение либо продолжить его. Если настроена аутентификация, то сервер требует:

• идентификацию клиента — когда клиент сообщает, кто он такой;
• аутентификацию – подтверждение, что это именно он.

При успешной аутентификации дальнейшее обслуживание клиента осуществляет серверный процесс (backend).

Все взаимодействие клиента с экземпляром после успешной аутентификации происходит с серверным процессом, который будет обслуживать клиента в течение всей сессии. Как только сессия прерывается, этот серверный процесс автоматически завершается.

Параметры соединения

Типичное подключение через клиент psql:

[student@ServerName ~]$ psql

psql (15.5)
Type "help" for help.
student=> \conninfo
You are now connected to database  "student" as user "student" via socket in "/tmp" at port "5432".

Где:

• student — база данных, с которой производится соединение;
• student — пользователь, зарегистрированный в СУБД;
• /tmp — адрес или имя сервера, либо путь к Unix-сокету;
• 5432 — TCP-порт, по умолчанию 5432 в PostgreSQL. В СУБД Pangolin порт TCP по умолчанию — 5433 по соображениям безопасности.

Команда psql запускает интерактивную оболочку стандартного клиента PostgreSQL.

Встроенная команда (метакоманда в терминах psql) \conninfo информирует о том, как выполнено соединение. В данном случае — через Unix-сокет в каталоге /tmp.

Сокеты

Сетевые соединения производятся через сокеты:

• Unix-сокеты — файлы особого типа, работают только для локальных соединений;
• Internet-сокеты — привязаны к сетевым интерфейсам.

Посмотрим, какие сокеты открыты на сервере:

[student@ServerName ~]$ sudo -u postgres ss -ln | grep 5432

Где:

• ss (socket status) – утилита для просмотра информации о сокетах. Читайте о нем в man ss;
• -l – показывает только слушающие сокеты;
• -n – выводит адреса и порты в числовом формате.

u_str LISTEN 0               tcp LISTEN 0    tcp LISTEN 0
290                          290             290
/tmp/.s.PGSQL.5432 20416     0.0.0.0:5432    [::]:5432
*                            0 0.0.0.0:*     [::]:*

А что в выводе?

Значение полей в выводе:

Поле	Описание
u_str/tcp	тип сокета (Unix stream или TCP)
LISTEN	состояние сокета (ожидание подключений)
0	количество байт в очереди приема
290	максимальная длина очереди ожидания (backlog)
адрес сокета	путь к Unix-сокету (/tmp/.s.PGSQL.5432) или IP-порт
0 0.0.0.0:*	удаленный адрес (для слушающих всегда * – любой)

Исходя из этого, вот что мы видим:

1. Unix-сокет – /tmp/.s.PGSQL.5432. Он слушает локальные соединения через файл сокета. Число 20416 – это inode этого файла, по которому его можно идентифицировать в файловой системе.
2. TCP-сокет IPv4 – 0.0.0.0:5432. Прослушивает все сетевые интерфейсы (адрес 0.0.0.0 означает любой) на порту 5432.
3. TCP-сокет IPv6 – [::]:5432. Аналогичяно для протокола IPv6.

Unix-сокеты — один из способов межпроцессного взаимодействия IPC (в MS Windows не поддерживается). Сокеты — это файлы особого типа. Например:

[student@ServerName ~]$ sudo find /tmp -type s -iname '*sql*' -ls 2>/dev/null

   265667      0 srwxrwxrwx   1 postgres postgres        0 окт 18 13:24 /tmp/.s.PGSQL.5432

[student@ServerName ~]$ sudo lsof /tmp/.s.PGSQL.5432 2>/dev/null

COMMAND      PID     USER   FD   TYPE             DEVICE SIZE/OFF     NODE NAME
postgres 116380 postgres    7u  unix 0x0000000045d05bdc      0t0 1560935 /tmp/.s.PGSQL.5432 type=STREAM

В каталоге /tmp есть файл .s.PGSQL.5432 — Unix-сокет, что показывает команда find, которая нашла все Unix-сокеты в /tmp. В их имени есть подстрока sql с игнорированием регистра. Команда lsof подтвердила, что файл открыт процессом postgres. Читайте справку по командам man find и man lsof.

Настройки сервера для сокетов

Параметры, определяющие, какие сокеты открывает сервер, задаются в конфигурации. Посмотреть их можно с помощью самого исполняемого файла postgres:

[postgres@ServerName ~]$ postgres -C listen_addresses 2> /dev/null

*

[postgres@ServerName ~]$ postgres -C port 2> /dev/null

5432

[postgres@ServerName ~]$ postgres -C unix_socket_directories 2> /dev/null

/tmp

Разбор команд:

• postgres – обращение к исполняемому файлу;
• -C – выводит параметры конфигурации сервера;
• listen_addresses/-h – сетевые интерфейсы для Internet-сокетов (* – все интерфейсы, по умолчанию прослушивается только loopback интерфейс localhost);
• port/-p – TCP-порт, который прослушивает сервер (5432);
• unix_socket_directories/-k – каталог файловой системы, где будет размещен Unix-сокет (/tmp).

Информация о сервере

При старте экземпляра в каталоге PGDATA создается файл postmaster.pid. Ранее головной процесс экземпляра назывался postmaster, поэтому файл унаследовал это имя. Он содержит служебную информацию о работающем процессе:

[student@ServerName ~]$ sudo -u postgres cat $PGDATA/postmaster.pid

819
/pgdata/06/data
1726069733
5432
/tmp
*
786435      0
ready

Содержимое файла от первой строки к последней:

• PID головного процесса;
• Каталог данных кластера;
• Время старта кластера (в секундах с эпохи Unix);
• Порт, прослушиваемый сервером;
• Каталог Unix-сокета;
• Прослушиваемые интерфейсы;
• Идентификатор разделяемой памяти;
• Статус сервера.

Получение информации о сеансе

В открытом сеансе можно получить данные о нем и о сервере с помощью специальных функций:

[postgres@ServerName ~]$ psql -qtU postgres -d student

postgres@student=# SELECT user; -- Имя пользователя в сеансе

postgres

postgres@student=# SELECT current_catalog; -- Имя базы данных, к которой подключились

student

postgres@student=# SELECT inet_server_port (); -- Порт TCP (NULL для Unix-сокета)

postgres@student=# \c - - localhost

postgres@student=# SELECT inet_server_port (); -- Подключение через Internet-сокет

5432

postgres@student=# SELECT inet_server_addr (); -- Адрес сервера IPv6 ::1

postgres@student=# \c - - 127.0.0.1

postgres@student=# SELECT inet_server_addr (); -- Адрес сервера IPv4

127.0.0.1

Метакоманда \c выполняет переключение с новыми параметрами (в примере – смена адреса сервера).

Библиотека libpq

Большинство клиентов (включая psql) скомпилировано с библиотекой libpq для работы с СУБД Pangolin:

[postgres@ServerName ~]$ ldd `which psql`

          linux-vdso.so.1 (0x00007ffdc5d57000)
          libpq.so.5 => /usr/pangolin/lib/libpq.so.5
(0x00007f6792efa000)
...

Что тут видно?

Разбор использованных команд:

• which psql – показывает полный путь к исполняемому файлу psql;
• обратные кавычки – подставляют результат выполнения команды как аргумент для ldd;
• ldd – утилита для вывода зависимостей от динамических библиотек (подробнее можно прочитать в справке man ldd).

В примере видно, что для работы psql необходима библиотека libpq.so.5, которая реализует протокол взаимодействия с сервером.

libpq предоставляет API для подключения клиента к серверу и реализует разбор параметров строк подключения. Параметры задаются в виде пар ключ-значение, либо в виде URI.

Основные параметры подключения:

• host — задает имя узла или путь к Unix-сокету для подключения;
• hostaddr — имя узла для подключения без разрешения имен (resolve);
• port — TCP-порт для подключения;
• dbname — имя БД для подключения;
• user — устанавливает имя пользователя, подключающегося к базе данных;
• password — пароль.

Подведем итоги

• Клиент инициирует соединение с сервером, формирует запросы, а сервер их обрабатывает и отвечает клиенту;
• Соединение происходит через Unix-сокет или Internet-сокет. В зависимости от настроек может требоваться аутентификация;
• Для соединения необходимы адрес сервера, порт, имя базы данных и имя пользователя;
• Прослушиваемые сервером сокеты настраиваются и ограничивают круг клиентов, которые могут подключиться.

Самопроверка

Вопрос 1

Какие параметры нужно указать при подключении к серверу? Не рассматриваем случай, когда некоторые утилиты могут брать значения по умолчанию. Если параметры не заданы явно, укажите, что является параметрами подключения в общем случае.

Название базы данных

Имя кластера

Имя роли

Порт

Расположение PGDATA кластера

Версия сервера

Адрес хоста

Вопрос 2

Что означает значение параметра listen_addresses = 0.0.0.0 ?

Включает прослушивание всех сетевых интерфейсов только с адресами IPv4Включает прослушивание всех сетевых интерфейсов с адресами IPv4 и IPv6Разрешает соединения с IPv4 адресов сети 0.0.0.0/8Разрешает соединения с IPv6 адресов сети 0.0.0.0/8Разрешает подключения через Unix-сокеты

Вопрос 3

Какую информацию о сервере можно получить из файла PGDATA/postmaster.pid?

PID постмастера

Время запуска сервера

Расположение логов

Порт TCP

Порт UDP

Текущая роль сервера (primary/standby)

Вопрос 4

Какой метакомандой psql можно получить информацию о текущем подключении?

\conninfo\с\info\dconn\session