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この夏に始めたい！
SQLデータベース超入門
日本仮想化技術株式会社
株式会社びぎねっと
宮原 徹（@tmiyahar）
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自己紹介
• 本名：宮原 徹
• 1972年1月 神奈川県生まれ
• 1994年3月 中央大学法学部法律学科卒業
• 1994年4月 日本オラクル株式会社入社
– PCサーバ向けRDBMS製品マーケティングに従事
– Linux版Oracle8の日本市場向け出荷に貢献
• 2000年3月 株式会社デジタルデザイン 東京支社長および株
式会社アクアリウムコンピューター 代表取締役社長に就任
– 2000年6月 （株）デジタルデザイン、ナスダック・ジャパン上場（4764）
• 2001年1月 株式会社びぎねっと 設立
• 2006年12月 日本仮想化技術株式会社 設立
• 2008年10月 IPA「日本OSS貢献者賞」受賞
• 2009年10月 日中韓OSSアワード 「特別貢献賞」受賞
2
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『OSS-DB標準教科書』
• 本資料はLPI-Japan標準教科書プロジェク
トが無償配布している『OSS-DB標準教科
書』と組み合わせて使用することを想定し
ています
– 印刷版は実費有償配布
– 最新版はGitHubで公開
3
https://oss-db.jp/ossdbtext
https://github.com/lpi-japan/ossdb-text
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本資料のアジェンダ
• データベースとは
• PostgreSQL
• SQLによるデータベースの操作 基礎編
• データ型
• 表の作成
• SQLによるデータベースの操作 応用編
• データベース定義の応用
• マルチユーザーでの利用
• パフォーマンスチューニング／バックアップと
回復
4
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データベースとは
5
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データベースの役割
• アプリケーションからデータ管理を分離
– 高度なデータ管理機能を提供
– アプリケーションはデータ処理に集中
• データ管理機能
– 汎用的なデータの入出力を実現
• データの加工も可能
– マルチユーザーサポート
– バックアップと回復
6
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Webアプリケーションサーバーの例
• Webアプリケーションが必要とするデータ
はデータベースが管理
• データを利用してHTML等を作成し、Web
ブラウザとやり取りを行う
DB
Web
APサーバー
Web
ブラウザ
HTTPS データ
アプリ
7
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リレーショナルデータベース
• 「集合理論」に基づくデータベース
• データの集合を「表」として表す
• 「表」と「表」の間をリレーション（関係）で結
び、新たな「仮想表」を作り出せる
• SQL（Structured Query Language）を使用し
てデータベースの操作を行うのが一般的
– 他にもデータベース操作言語は存在したが、
事実上の標準としてSQLが残った
8
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その他のデータベースの例
• ツリー型データベース
– ディレクトリなどに採用されている
– 最近ではLDAPなどで注目
– 情報の重複を排除しにくいのが難点
• オブジェクト型データベース
– データを永続オブジェクトとして格納
– オブジェクト指向言語との親和性が高い
– リレーショナル型と融合させたオブジェクト・リ
レーショナル型データベースもある
9
参考
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SQLの種類
SQLはその目的によって分類される
• DDL(Data Definition Language)
– データベースの定義を行うための文
• DML(Data Manupilition Language)
– データベースの操作を行うための文
• DCL(Data Control Language)
– データベースの管理を行うための文
10
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表（テーブル）
• 列
– データの種類を規定する
• 行
– 列定義に従ったデータ
• 集合
– 表は「列」に従った「行」の集合として取り扱う
– 「列」「行」ともに順序は保証されない
列B
列A
行
11
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RDBの基本関係演算
• 射影
– 取り出すデータ列を特定する関係演算
– SELECT項目リスト（後述）
• 選択
– 取り出すデータ行を特定する
関係演算
– WHERE句による絞り込み検索（後述）
• 結合
– 複数の表を関連付ける関係演算（後述）
12
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RDB表の検索例
ename
SATO
SUZUKI
KATO
OGAWA
ITO
SAITO
emp_id
1
2
3
4
5
6
dept_no
10
20
10
30
20
10
dname
SALES
DEVELOP
SUPPORT
dept_no
10
20
30
ename
SATO
KATO
SAITO
emp_id
1
3
6
dname
SALES
SALES
SALES
関係（結合）
dept_noが10の
データのみ選択
列emp_id,ename,dnameの射影
emp表 dept表
13
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Slide 14 text
PostgreSQLについて
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Slide 15 text
PostgreSQLの特徴
• オープンソースのデータベース
– オブジェクト・リレーショナルデータベース
• ANSI SQL標準に準拠
• 多機能
– 同時実行制御
– 副問い合わせ
– 制約
– トリガー などなど
15
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Slide 16 text
PostgreSQLの情報源
• 日本PostgreSQLユーザ会（JPUG）
– https://www.postgresql.jp/
• ソースコードのダウンロード
– https://www.postgresql.org/ftp/source/
• マニュアル
– https://www.postgresql.jp/index.php/docupage
16
参考
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Slide 17 text
PostgreSQLのセットアップ
1. PostgreSQLのインストール
2. データベースクラスタの作成
3. PostgreSQLの起動
4. データベースの作成
5. データベースユーザーの作成
17
参考
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PostgreSQLの構造
データ
ベース
publicスキーマ namedスキーマ
ユーザー
データベース
データベースクラスタ
ユーザー ユーザー
表／オブジェクト 表／オブジェクト
18
参考
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Slide 19 text
PostgreSQLのインストール
• AlmaLinux 9.6にインストールする場合
1. リポジトリ登録用パッケージのインストール
– https://yum.postgresql.org/repopackages/#availablerepo
rpms
– $ sudo dnf install
https://download.postgresql.org/pub/repos/yum/reporp
ms/EL-9-x86_64/pgdg-redhat-repo-latest.noarch.rpm -y
2. ディストリビューションのPostgreSQLを無効化
– $ sudo dnf module disable postgresql -y
3. dnfコマンドでインストール
– $ sudo dnf install postgresql17-server -y
•19
参考
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Slide 20 text
データベースクラスタの初期化
• OSユーザーpostgresで実行
• postgresql-setup --initdbコマンドを使用
– [admin@host ~]$ sudo su - postgres
– [postgres@host ~]$ postgresql-setup --initdb
– /var/lib/pgsql/dataディレクトリにデータベースク
ラスターが作成される
20
参考
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Slide 21 text
初期化ユーザー
• 初期化ユーザーはPostgreSQLに対しての
管理者権限を持つ
• initdbを実行したOSユーザーの名前で初
期化ユーザーがPostgreSQLに登録される
– 一般的にはユーザーpostgres
• テンプレートデータベース(template0・
template1）はこのユーザーの所有となる
• その他の利用ユーザーの作成は初期化
ユーザーで行う
21
参考
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Slide 22 text
PostgreSQLの起動と停止
• systemctlコマンドでサービスを起動
– [postgres@host ~]$ systemctl start postgresql
• サービスの自動起動を設定
– [postgres@host ~]$ systemctl enable postgresql
22
参考
Slide 23
Slide 23 text
データベースの作成
• データベースクラスタ内にデータベースを
作成する
• createdbコマンド
– createdb [db_name]
– db_nameを省略すると、実行ユーザーの名前
のデータベースが作成される
– データベースの所有者は作成したユーザーと
なる
23
参考
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Slide 24 text
SQLによるデータベースの操作
基礎編
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Slide 25 text
DB利用の基本パターン
1. 表を作成する（CREATE TABLE）
2. データを挿入する(INSERT)
3. データを検索する(SELECT)
4. データを更新する(UPDATE)
5. データを削除する(DELETE)
25
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Slide 26 text
psqlツール
対話型SQL実行ツール
• データベースの一覧
– psql -l
• データベースへの接続
– psql [db_name [user]]
– db_nameを省略するとpsqlコマンドの実行ユー
ザー名と同じデータベースへ接続を行う
– userを省略すると、psqlコマンドを実行したOS
ユーザー名でデータベースへ接続を行う
26
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Slide 27 text
SQLの実行
• psqlにSQL文を入力することで、SQLを対
話的に実行
• 「；」セミコロンでSQL文の終了を指示
– ；がない場合、SQL文は複数行にまたがる
• \で始まるのはpsqlコマンド
– ；は不要
• psqlの履歴機能が利用可能
– カーソルキーの上下で履歴を呼び出し
27
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Slide 28 text
表の作成（CREATE TABLE）
• 列を定義し、表の作成を行う
CREATE TABLE table
(column datatype [NULL|NOT NULL]
[DEFAULT value]
| [UNIQUE]
| [PRIMARY KEY (column[,...])]
| [REFERNCES ref_table
(ref_column)]
[,...])
28
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Slide 29 text
行データの作成（INSERT）
• 表に行データを作成（挿入）する
INSERT INTO table[(column[,...])]
VALUES(value[,...])
– 列は明示的に指定した方がよい
– NULLを許されている列を指定しないでもよい
29
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Slide 30 text
データの検索（SELECT）
• 表から行データを検索する
SELECT [DISTINCT] select_list
FROM table[,...]
[WHERE search_condition]
[GROUP BY group_by_expression]
[HAVING search_condition]
[ORDER BY order_expression]
30
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SELECT項目リスト
• 検索したい列名をカンマ区切りで並べる
• *（アスタリスク）でFROM句で指定した表
の全ての列を指定できる
• FROM句で複数の表を指定した場合には
「表名.列名」と指定する
– FROM句で表名に対して別名を指定できる
• 表名 別名（表名の後に空白を入れて別名）
31
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Slide 32 text
WHERE句による絞り込み検索
• 集合として取り出すデータ行を絞り込む
• WHERE column operator expression
＞
＜
＞＝
＜＝
LIKE
BETWEEN
＝
＜＞
operator 演算内容
等しい
等しくない
～よりも大きい
～よりも小さい（未満）
～以上
～以下
部分一致
範囲指定
条件演算子一覧
32
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Slide 33 text
ORDER BY句によるソート
• リレーショナルデータベースでは取り出さ
れる行の順序は保証されていない → 明示
的に取り出し行の順序を指定する必要あり
• ORDER BY句によりソートを行う列を指定
• ORDER BY sort_column[,...] [DESC]
– DESC句により逆順ソートが行える
– 複数列が指定された場合、順番に優先して
ソートされる
33
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Slide 34 text
表の結合
• 結合キーによる表の結合
– 指定された結合キーにより複数の表のデータ
を結びつけて取り出す
• WHERE句による結合（シータ方式）
– FROM table1,table2
WHERE table1.key = table2.key
• JOIN句による結合（ANSI方式）
– FROM table1
JOIN table2 ON table1.key = table2.key
34
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Slide 35 text
データの更新（UPDATE）
• 表のデータを更新する
UPDATE table
SET column = expression[,...]
[WHERE conditions]
35
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Slide 36 text
データの削除（DELETE）
• 表のデータを削除する
DELETE FROM table
[WHERE conditions]
– 条件を指定しない場合、表の全ての行データ
を削除する
36
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Slide 37 text
データ型
37
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Slide 38 text
数値データ型
• integer/int
– バイト数：4バイト（32ビット）
– 値の範囲：-2147483648~ +2147483647
• decimal(p,s) ＃p=桁数・s=位取り
– バイト数：可変長
– 値の範囲：無制限
• numeric(p,s) ＃p=桁数・s=位取り
– バイト数：可変長
– 値の範囲：無制限
38
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Slide 39 text
文字列データ型・日付データ型
• 文字列
– char(n) 固定長文字列
– varchar(n) 制限付き可変長文字列
• nは日本語のようなマルチバイト文字の場合、文字数ではなく
バイト数で定義
– text 可変長文字列
• 日付
– date 日付
– time 時刻
– timestamp 日付と時刻
39
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Slide 40 text
表の作成
40
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Slide 41 text
表定義の確認
• psqlによる表の定義の確認方法
• \d
– 利用可能な表の一覧
• \d table
– tableの表定義確認
※\はフォントによりバックスラッシュで表示されることがあります
41
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Slide 42 text
表定義の修正（ALTER TABLE）
• 列の追加
ALTER TABLE table ADD COLUMN
column datatype
• 列の削除
ALTER TABLE table DROP COLUMN
column
• 表定義の修正はできるだけ行うべきでは
ない。表の再作成で対応すること。
42
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表の削除（DROP TABLE）
• 表の削除を行う
DROP TABLE table
– データは全て削除される
– 元には戻せない
43
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SQLによるデータベースの操作
応用編
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Slide 45 text
AND/OR演算子
• 複数の条件演算に対してAND/ORの論理演算を
行う
– 真（TRUE）となったデータのみ選択される
• AND演算子
– 両方の演算がTRUEの場合のみTRUE
– TRUE AND TRUE → TRUE
• OR演算
– どちらかの演算がTRUEならばTRUE
– TRUE OR FALSE → TRUE
– FALSE OR TRUE → TRUE
45
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LIKE演算子
• WHERE expression [NOT] LIKE pattern
• ワイルドカード演算子によるパターンマッチ
ングを行える
– % 0文字以上の全ての文字に一致
– _ 任意の1文字に一致
• 例）
– ○ ‘abc LIKE ‘abc’ 文字列が一致
– ○ ‘abc’ LIKE ‘a%’ aで始まる
– ○ ‘abc’ LIKE ‘_b_’ 3文字で2文字目がb
46
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BETWEEN演算子
• WHERE expression BETWEEN
expression AND expression
• 値の範囲にあるかを検査する
– 指定された値は含まれる（以上・以下）
• 例）
– 列salの値が200以上250以下のデータを選択
– WHERE sal BETWEEN 200 AND 300
47
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Slide 48 text
正規表現による検索
• WHERE expression ~ pattern
• 正規表現によるパターンマッチング
– ~（チルダ）演算子を使用する
– PostgreSQL独自の拡張仕様
• 例）
– 文字列で始まる ~ ‘^文字列’
– 文字列で終わる ~ ‘文字列$’
– 全ての文字列 ~ ‘.*’
48
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集約関数の利用
• GROUP BY句
– 指定した列の値が同じデータをまとめる
• HAVING句
– GROUP BY句で指定した列の値に対して選択条件を
与える
• 主な集約関数
– COUNT(column) データの行数を数える
– SUM(column) 列値の合計
– MAX(column) 列値の最大値
– MIN(column) 列値の最小値
– AVG(column) 列値の平均値
49
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副問い合わせ
• 問い合わせを行い、その結果を選択条件
として利用する
WHERE expression IN ( subquery )
– 副問い合わせの結果は1列を返す
– 返された列値と等しいものがあれば真
WHERE EXISTS ( subquery )
– 副問い合わせが行を返せば真
– 副問い合わせが行を返さなければ偽
50
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日時データの取り扱い
• 日付形式を確認・設定する
– SHOW DATESTYLE
– SET DATESTYLE TO ‘style’
– デフォルトはISO形式
• 現在の日付を確認する
– SELECT TIMESTAMP ‘NOW’
• 日時データを特定のタイムゾーンで扱う
– AT TIME ZONE ‘timezone’
51
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複雑な結合
• 通常の結合（等価結合・内部結合）
• 直積結合
– 全ての行の組み合わせを返す
• 外部結合
– 一致しない行も返す
• 自己結合
– 1つの表を2つの仮想表に見立てて結合を行う
52
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外部結合
• 一方の結合表に存在する行データと結
合されない行も返す
– 例）マスター表（外部キー参照表）との結合
• ANSI方式による結合を行う
1. SELECT select_list FROM table1 LFET
OUTER JOIN table2 ON ( join_condition )
2. SELECT select_list FROM table1 LFET
OUTER JOIN table2 USING ( join_col )
53
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自己結合
• 1つの表を2つの仮想表に見立てて、結合
を行う
• 同じ表に対して、別々の表別名を設定する
– FROM table t1, table t2 WHERE t1.col=t2.col
• 一方の表から検索される行データがきちん
と絞り込まれていないと、直積結合になっ
てしまうので注意
54
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Slide 55 text
LIMIT句による検索行数制限
• LIMIT句で出力行データ数を制限する
• sql_statement LIMIT n
– nは出力される行データ数
• OFFSET句で出力開始位置を変更する
• sql_statement OFFSET n
– nは出力を飛ばした行データ数
– n+1行目から出力
• 必ずORDER BY句で順序を指定すること
55
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データベース定義の応用
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主キー
• 表の各行を一意に識別できる1つ以上の
列
• 表の作成時に指定
PRIMARY KEY (column[,...])
• 主キーに指定された列は以下の制約を受
ける
– 一意である（重複した値を持たない）
– NULLではない（必ず値を持つ）
57
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外部キーと参照整合性制約
• ある列値が、必ず他の表の主キー・一意
キーに存在する＝関係が必ず成立する
• 他の表の主キー・一意キーに存在しない
列値は挿入できない
ename
SATO
SUZUKI
KATO
OGAWA
ITO
SAITO
emp_no
1
2
3
4
5
6
dept_no
10
20
10
30
20
10
emp表
dname
SALES
DEVELOP
SUPPORT
dept_no
10
20
30
dept表
外部キー参照
主キー
主キー 58
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Slide 59 text
主キー・外部キーを指定する
• 主キーに指定したい項目にPRIMARY
KEY句を付加する
– 例）(emp_id int primary key,ename ...
– 自動的にインデックスが作成される
• 外部キーを設定したい項目に
REFERENCES句を付加する
– 参照先の表は予め存在しなくてはならない
– 例） dept_no int references dept)
59
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Slide 60 text
主キー・外部キーの動作を確認
• 主キー制約
– 主キーに指定された項目は、列値が重複する
ことができない
• 外部キー制約（参照整合性制約）
– 外部キーに指定された項目は、参照先に存在
しない値を列値にすることができない
– 外部キーの参照先に指定された表は、参照が
存在している限りデータの削除、参照値の変
更ができない
60
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正規化
• データをリレーショナルデータベースで扱
いやすい構造にする作業
• 第1正規形（1NF）
– 列に含まれる情報は全て単一
• 第2正規形（2NF）
– 列は全て主キーに依存する
• 第3正規形（3NF）
– 列は全て主キーに完全に依存する
参考
61
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Slide 62 text
NULLについて
• 「未知」または「未定」と定義される
• 「ゼロ」、「空白」とは区別される
• NULLの取り扱い
– NOT NULL制約の列には挿入できない
– IS NULL、IS NOT NULLで判定を行う
– 各種関数では無視される
• 例）平均値算出時の除数に数えられない
62
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Slide 63 text
シーケンス（順序）
• 連番を生成する機能
CREATE SEQUENCE seq_name
[INCREMENT increment]
[MINVALUE minvalue]
[MAXVALUE maxvalue]
[START start]
[CYCLE]
63
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Slide 64 text
シーケンスの利用
• 次の値を返し、値を更新する
– nextval(‘sequence’)
• 現在の値を返す
– currval(‘sequence’)
• シーケンスの値を設定する
– setval(‘sequence’,value)
64
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Slide 65 text
シーケンスを主キーとして利用
• シーケンスを作成
• 主キーにDEFAULT句でシーケンスを指定
– column type primary key default
nextval(‘seq’)
• シーケンスを作成
• 表にデータを挿入
– 主キーに値を与えない
– 主キーの値をnextval(‘seq’)とする
65
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Slide 66 text
マルチユーザーでの利用
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Slide 67 text
マルチユーザーでの利用
• 1つのデータベースを複数のユーザーで共
用する際に考慮すべきポイント
• ユーザーに対するアクセス権の設定
– 読み取り専用にするなど
• トランザクションと読み取り一貫性を理解
する
• 更新競合の発生と回避
• 接続制限と認証
67
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接続制限と認証
• data/pg_hba.confファイルで設定する
• 接続元を指定
– local ：ローカル接続
– host ：ネットワーク経由接続
– hostssl ：ネットワーク経由接続（SSL使用）
• データベースを指定
• ユーザーを指定
• 発信元IPアドレス/ネットマスクを指定
68
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Slide 69 text
認証方法
• 各種認証方法が設定可能
– trust 認証なしに接続
– reject 接続拒否
– scram-sha-256 SCRAM認証
– md5 MD5パスワード認証
– password 平文パスワード
– ident IDENT認証
– その他マニュアルを参照
69
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ユーザー・パスワードの設定
• ユーザー作成時にパスワード設定
CREATE USER user WITH PASSWORD ‘pass’
$ createuser –pwprompt user
• 既存ユーザーにパスワード設定
– ALTER USER user WITH PASSWORD
‘pass’
• パスワードはpg_shadowシステムカタログ
表に格納される
• パスワードが設定されていない場合、パス
ワード認証は常に失敗する
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アクセス権限
• 表などに対してアクセスできるのは作成者のみ
• 他のユーザーに対してアクセス権限を与える
GRANT {ALL
| SELECT
| INSERT
| DELETE
| UPDATE}
ON object TO {user|PUBLIC}
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Slide 72 text
トランザクション
• トランザクションの開始
BEGIN
• トランザクションのコミット（確定）
COMMIT
• トランザクションのロールバック（破棄）
ROLLBACK
• コミットせず終了するとロールバックされる
72
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Slide 73 text
読み取り一貫性
• ユーザーAが未確定なトランザクション内
で行った処理は、ユーザーBに対して影響
しない
ename
SATO
SUZUKI
OGAWA
ITO
SAITO
emp_id
1
2
4
5
6
dept_no
10
20
30
20
10
emp表
3 KATO 10 → 20
ユーザーA ユーザーB
○
10
AのSQL:UPDATE emp SET dept_no=20 WHERE emp_id=3
BのSQL:SELECT dept_no FROM emp WHERE emp_id=3
73
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Slide 74 text
更新の競合とロック機構
• マシンAが更新を行っている行データは
ロックされ、マシンBから更新できない
ename
SATO
SUZUKI
OGAWA
ITO
SAITO
emp_id
1
2
4
5
6
dept_no
10
20
30
20
10
emp表
3 KATO 10 → 20
ユーザーA
AのSQL:UPDATE emp SET dept_no=20 WHERE emp_id=3
ユーザーB
BのSQL:UPDATE emp SET dept_no=30 WHERE emp_id=3
○ ×
74
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Slide 75 text
パフォーマンスチューニング／
バックアップと回復
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Slide 76 text
インデックスの作成
• 予め指定された項目に関する列値の集合をイン
デックス化しておく
– 表データ全てにスキャンを行わないため、論理的・物
理的なアクセス量が削減される
• 主キーに指定した項目には自動的にインデック
スが作成される
– 主キーが検索キー（WHERE句で指定される）
• 頻繁に更新が発生する表ではインデックス更新
のためパフォーマンス低下を招く場合がある
76
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クラスタ化
• 物理的に分散している行データをインデッ
クス値に基づいて並び替える
– 物理ディスクアクセスを効率化できる
• clusterdbコマンド
– データベース動作中でも実行可能
– 必要に応じてパスワード入力
– clusterdb db_name 特定のデータベースのみ
– clusterdb -a 全てのデータベース
77
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Slide 78 text
SQL実行プランの分析
• EXPLAIN文により、SQLがどのように実行
されるのか実行プランを分析できる
– EXPLAIN SQL statement
78
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VACUUMの実行
• PostgreSQLでは実際にはUPDATEおよび
DELETEで古い行データを即座に削除しない
– UPDATE・DELETEで更新・削除された行データ
は内部的にマークがつけられて見えなくなる
– データの追加と削除を繰り返すことでデータの分
断化（フラグメント）が発生し、パフォーマンスが低
下する
• VACUUMコマンドで削除マークのついた行
データを実際に削除する
• 現在は自動VACUUMされるのであまり気に
しないでもいいかも
79
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バックアップと回復
バックアップ
• pg_dump db_name > dumpfile
• PostgreSQLが停止している状態であれば、
/usr/local/pgsql/data以下をコピーする方法
でもバックアップ可能
– 設定ファイルも同時にコピーされる
回復
• psql db_name < dumpfile
80
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今後への課題
• 解説していない機能の修得
– その他のSQL文
– その他のデータ型
– 一時テーブル、ビュー、ルール、トリガーなど
• フロントエンドツールの修得
– PHP、Javaなどの開発言語
– Webアプリケーションサーバー
• セキュリティとパフォーマンス（大規模DB）
81