#set text(size: 1.3em)
#show link: underline
#set page(footer: context {
  if counter(page).get().first() > 1 [
    #align(center)[
      #counter(page).display("1")
    ]
  ]
})


#show raw.where(block: false): box.with(
  fill: luma(240),
  inset: (x: 3pt, y: 0pt),
  outset: (y: 3pt),
  radius: 2pt,
)

#show raw.where(block: true): block.with(
  fill: luma(240),
  inset: 10pt,
  radius: 4pt,
)

// title

#align(center)[Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики]
\
\
\
#align(center)[Факультет инфокоммуникационных технологий]
#align(center)[Направление подготовки 11.03.02]
\
\
#align(center)[Практическая работа №1]
//#align(center)[Установка и первоначальная настройка субд postgresql.]
\
\
\
\ //#align(center)[Вариант 19]
\
\
\
\
\
\
\
#align(right)[Выполнил:]
#align(right)[Дощенников Никита Андреевич]
#align(right)[Группа: К3221]
#align(right)[Проверила:]
#align(right)[Татьяна Евгеньевна Войтюк]
\
\
#align(center)[Санкт-Петербург]
#align(center)[2025]

#pagebreak()

=== Цель работы:

Освоить базовые приёмы установки и настройки субд "postgresql", научиться использовать pgadmin для администрирования, развернуть учебную базу данных "demo" и ознакомиться с её структурой, а также закрепить навыки создания баз данных и схем на примере учебной бд "hr".
Изучение принципов проектирования и администрирования реляционных баз данных в среде postgresql с использованием графического интерфейса pgadmin и языка sql. Освоение создания, изменения и связи таблиц, настройки ограничений целостности, индексов и построения ER-диаграмм. Формирование практических навыков работы с объектами базы данных, добавления и проверки данных, а также документирования структуры базы данных.


=== Задачи, решаемые при выполнении работы.

- Установить и настроить субд postgresql и клиент pgadmin.
- Проверить правильность работы сервера с помощью выполнения тестового запроса.
- Развернуть учебную базу demo и убедиться в доступности её объектов.
- Ознакомиться со структурой базы demo и проанализировать основные сущности.
- Создать учебную базу данных двумя способами: через графический интерфейс и с помощью `CREATE DATABASE`.
- Создать в базе данных hr схемы для группировки объектов.
- Освоить создание таблиц в базе данных с использованием графического интерфейса pgadmin и sql запросов.
- Научиться задавать ключевые параметры таблиц: первичные ключи, автоинкрементные поля, значения по умолчанию и ограничения `NOT NULL`.
- Изучить применение команды `ALTER TABLE` для изменения структуры таблицы без потери данных.
- Создать связи между таблицами (внешние ключи) как через интерфейс pgadmin, так и с помощью sql кода.
- Научиться создавать индексы для оптимизации поиска и сортировки данных.
- Освоить построение и редактирование er диаграмм для визуализации структуры базы данных.
- Научиться добавлять, изменять и проверять данные в таблицах с помощью интерфейса pgadmin и dml запросов.
- Изучить назначение и реализацию ограничений целостности.
- Научиться очищать таблицы с помощью команды `TRUNCATE` и выполнять внешние sql скрипты для заполнения и модификации базы.
- Сформировать целостное представление о создании и сопровождении базы данных на примере модели hr.


=== Исходные данные.

- Сервер с установленными docker и контейнерами:
  - postgres:16 — сервер субд postgresql,
  - dpage/pgadmin4 — веб-интерфейс для администрирования.
- Учебная база данных demo.
- субд postgresql и графическая оболочка pgadmin.
- бд hr, содержащая схемы и объекты для работы.
- схема employeesDepartments, созданная на предыдущем этапе.
- sql-скрипты, предоставленные в методических материалах:
- набор заданий, предполагающих создание таблиц employees, departments, locations и других таблиц базы данных hr.
- примерные структуры таблиц и параметры столбцов.
- методические указания по выполнению лабораторных работ и пошаговые инструкции с примерами sql команд и интерфейсных действий.


=== Выполнение работы.

==== Часть 1.

===== Задание 1. Установка необходимого ПО.

Для выполнения работы была установлена субд postgresql и приложение pgadmin. Установка производилась в среде docker.

На сервере был установлен docker и запущены контейнеры: `postgres:16`, `dpage/pgadmin4`. На рис. 1 показан вывод команды `docker ps`, который показывает запущенные контейнеры `pgadmin` и `postgres`.

#align(center)[
  #figure(
    image("part1/assets/18.png"),
    caption: [Результат команды `docker ps`.],
    supplement: [Рис]
  )
]

Контейнеры были объединены в общую сеть docker, чтобы pgadmin мог напрямую подключаться к postgres. На рис. 2 показаны настройки сети `dbnet`.

#align(center)[
  #figure(
    image("part1/assets/19.png"),
    caption: [Настройки сети `dbnet`.],
    supplement: [Рис]
  )
]


pgadmin стал доступен по адресу #link("https://db.fymio.us")[db.fymio.us] 

На рис. 3 показан фрагмент `Caddyfile`, ответственный за #link("https://db.fymio.us")[db.fymio.us].

#align(center)[
  #figure(
    image("part1/assets/20.png"),
    caption: [Часть вывода команды `cat /etc/caddy/Caddyfile`.],
    supplement: [Рис]
  )
]

В pgadmin был зарегистрирован новый сервер. В настройках подключения были указаны следующие параметры. На рис. 4, 5 показаны соответствующие настройки. 

#align(center)[
  #figure(
    image("part1/assets/16.png"),
    caption: [Настройки General сервера Web PostgreSQL.],
    supplement: [Рис]
  )
]

#align(center)[
  #figure(
    image("part1/assets/17.png"),
    caption: [Настройки Connection сервера Web PostgreSQL.],
    supplement: [Рис]
  )
]

В "Object Explorer" слева я раскрыл узел "Databases" (Рис. 6):

#align(center)[
  #figure(
    image("part1/assets/1.png"),
    caption: [Object Explorer -> Databases.],
    supplement: [Рис]
  )
]

Затем я нажал ПКМ по базе "postgres" и выбрал инструмент "Query Tool" (Рис. 7):

#align(center)[
  #figure(
    image("part1/assets/2.png"),
    caption: [Открытие Query Tool.],
    supplement: [Рис]
  )
]

В открывшемся окне написал запрос проверки версии сервера `SELECT version();`. После этого нажал кнопку "Execute script" (Рис. 8).

#align(center)[
  #figure(
    image("part1/assets/3.png"),
    caption: [Выполнение скрипта проверки версии.],
    supplement: [Рис]
  )
]

В поле "Data Output" я увидел версию `PostgreSQL 16.10`.


===== Задание 2. Подключение учебной базы данных.

После выполнения следующих команд на сервере учебная база данных появилась в "Object Explorer".

```bash
wget https://edu.postgrespro.ru/demo-medium.zip
unzip demo-medium.zip
docker exec -i postgres psql -U postgres -d postgres < demo-medium-20170815.sql
```

После появления базы данных "demo", в "Query Tool" я выполнил следующий скрипт (Рис. 9):

```sql
SELECT * FROM bookings.aircrafts_data;
```

#align(center)[
  #figure(
    image("part1/assets/4.png"),
    caption: [Выполнение скрипта `SELECT * FROM bookings.aircrafts_data`.],
    supplement: [Рис]
  )
]


===== Задание 3. Ознакомление с учебной БД.

Я ознакомился с описанием БД на сайте #link("https://postgrespro.ru/education/demodb")[postgrespro.ru/education/demodb]

===== Задание 4. Создание учебной базы данных HR средствами pgAdmin.

Я нажал ПКМ на узле "Databases" и выбрал меню "Create" затем "Database..." (Рис. 10).

#align(center)[
  #figure(
    image("part1/assets/5.png"),
    caption: [Создание новой базы данных.],
    supplement: [Рис]
  )
]


Затем в октрывшемся окне я выставил следующие настройки (Рис. 10, 11).

#align(center)[
  #figure(
    image("part1/assets/6.png"),
    caption: [Настройки новой базы. Вкладка General.],
    supplement: [Рис]
  )
]

#align(center)[
  #figure(
    image("part1/assets/7.png"),
    caption: [Настройки новой базы. Вкладка Definition.],
    supplement: [Рис]
  )
]

Затем я сохранил настройки. В "Object Explorer" появилась созданная база (Рис. 12).

#align(center)[
  #figure(
    image("part1/assets/8.png"),
    caption: [База `HR` в Object Explorer.],
    supplement: [Рис]
  )
]

После этого я удалил базу через ПКМ (Рис. 14).

#align(center)[
  #figure(
    image("part1/assets/9.png"),
    caption: [Удаление базы `HR`.],
    supplement: [Рис]
  )
]

===== Задание 5. Создание учебной базы данных HR средствами PL/pgSQL

Я открыл "Query Tool" базы данных `postgres`. И прописал следующий скрипт (Рис. 15).

```sql
CREATE DATABASE hr
  WITH ENCODING 'UTF8'
       LC_COLLATE 'C'
       LC_CTYPE 'C'
       TEMPLATE template0
       CONNECTION LIMIT 1;
```

#align(center)[
  #figure(
    image("part1/assets/10.png"),
    caption: [Создание базы `hr` при помощи скрипта.],
    supplement: [Рис]
  )
]

После этого в списке баз появилась созданная (Рис. 16).

#align(center)[
  #figure(
    image("part1/assets/11.png"),
    caption: [Новая база в Object Explorer.],
    supplement: [Рис]
  )
]


===== Задание 6. Создание схем.

Я развернул вкладку для создания схем. Рис. 17 показывает меню создание схем.

#align(center)[
  #figure(
    image("part1/assets/12.png"),
    caption: [Создание схемы.],
    supplement: [Рис]
  )
]

И создал схему "EmployeesDepartments". В "Object Explorer" видно что схема создана (Рис. 18).

#align(center)[
  #figure(
    image("part1/assets/13.png"),
    caption: [Новая схема появилась.],
    supplement: [Рис]
  )
]

Чтобы создать вторую схему, я открыл "Query Tool" к базе `hr`. И прописал следующие запросы (Рис. 19):

```cs
CREATE SCHEMA IF NOT EXISTS "countries"
AUTHORIZATION postgres;
```

#align(center)[
  #figure(
    image("part1/assets/14.png"),
    caption: [Исполнение скрипта по созданию схемы.],
    supplement: [Рис]
  )
]

В "Object Explorer" видна добавленная схема (Рис. 20):

#align(center)[
  #figure(
    image("part1/assets/15.png"),
    caption: [Появление новой схемы.],
    supplement: [Рис]
  )
]

==== Часть 2.

===== Задание 1. Создание таблицы в графической среде pgadmin.

Я раскрыл базу hr до узла tables и выбрал опцию create (Рис. 21):

#align(center)[
  #figure(
    image("part2/assets/1.png"),
    caption: [Меню создания новой таблицы.],
    supplement: [Рис]
  )
]

И создал таблицу `EMPLOYEES` (Рис. 22):

#align(center)[
  #figure(
    image("part2/assets/2.png"),
    caption: [Настройки таблицы EMPLOYEES.],
    supplement: [Рис]
  )
]

Затем я заполнил вкладку `columns` как показано на рисунке в условии (Рис. 23):

#align(center)[
  #figure(
    image("part2/assets/3.png"),
    caption: [Столбцы таблицы EMPLOYEES.],
    supplement: [Рис]
  )
]

Для поля `employee_id`, я выставил следующие параметры (Рис. 24):

#align(center)[
  #figure(
    image("part2/assets/4.png"),
    caption: [Настройки столбца `EMPLOYEE_ID` -> Constraints.],
    supplement: [Рис]
  )
]

Для столбца `hire_date` я поставил значение по умолчанию `current_date` (Рис. 25).

#align(center)[
  #figure(
    image("part2/assets/5.png"),
    caption: [Обновленное значение по умолчанию для столбца `HIRE_DATE`.],
    supplement: [Рис]
  )
]

После этого, я сохранил таблицу.

===== Задание 2. Создание таблицы в Query Editor.

Я открыл query tool для hr и вписал туда следующий скрипт (Рис. 26):

```sql
CREATE TABLE "EmployeesDepartments"."DEPARTMENTS" (
    DEPARTMENT_ID integer GENERATED ALWAYS AS IDENTITY (INCREMENT 1 START 1) PRIMARY KEY NOT NULL,
    DEPARTMENT_NAME character varying(30)[] NOT NULL,
    MANAGER_ID bigint NULL,
    LOCATION_ID integer NULL
);
```

#align(center)[
  #figure(
    image("part2/assets/6.png"),
    caption: [Исполнение скрипта по созданию таблицы.],
    supplement: [Рис]
  )
]

Таблица появилась в object explorer (Рис. 27):

#align(center)[
  #figure(
    image("part2/assets/7.png"),
    caption: [Новая таблица в Object Explorer.],
    supplement: [Рис]
  )
]

Затем я создал еще одну таблицу скриптом (Рис. 28):

```sql
CREATE TABLE "EmployeesDepartments"."LOCATIONS"
    (LOCATION_ID smallint GENERATED ALWAYS AS IDENTITY NOT NULL,
     STREET_ADDRESS character varying(40),
     POSTAL_CODE character varying(12),
     CITY character varying(30),
     COUNTRY_ID CHAR(2)
    );
```

#align(center)[
  #figure(
    image("part2/assets/9.png"),
    caption: [Исполнение скрипта по созданию таблицы.],
    supplement: [Рис]
  )
]

Как можно видеть, таблица была создана (Рис. 29):

#align(center)[
  #figure(
    image("part2/assets/10.png"),
    caption: [Новая таблица в Object Explorer.],
    supplement: [Рис]
  )
]

===== Задание 3. Изменение таблицы.

В query tool я ввел следующее (Рис. 30):

```sql
ALTER TABLE "EmployeesDepartments"."LOCATIONS"
ADD STATE_PROVINCE character varying(25) NULL;
```

#align(center)[
  #figure(
    image("part2/assets/11.png"),
    caption: [Исполнение скрипта в query tool.],
    supplement: [Рис]
  )
]


Изменил столбец CITY следующим кодом (Рис. 31):

```sql
ALTER TABLE "EmployeesDepartments"."LOCATIONS"
ADD CONSTRAINT "PK_LokationId" PRIMARY KEY (LOCATION_ID);
```

#align(center)[
  #figure(
    image("part2/assets/12.png"),
    caption: [Исполнение скрипта query tool.],
    supplement: [Рис]
  )
]

Таблица locations (Рис. 32):

#align(center)[
  #figure(
    image("part2/assets/13.png"),
    caption: [Таблица locations.],
    supplement: [Рис]
  )
]


Затем я прописал текст скрипта `script1_create.sql` (Рис. 33, 34):

#align(center)[
  #figure(
    image("part2/assets/14.png"),
    caption: [Скрипт `script1_create.sql` в query tool.],
    supplement: [Рис]
  )
]

#align(center)[
  #figure(
    image("part2/assets/15.png"),
    caption: [Новые таблицы в Object Explorer.],
    supplement: [Рис]
  )
]

===== Задание 4. Создание отношения графическим интерфейсом pgadmin.

Я нажал ПКМ по таблице EmployeesDepartments.LOCATIONS и выбрал меню создания внешнего ключа (Рис. 35):

#align(center)[
  #figure(
    image("part2/assets/16.png"),
    caption: [Меню создания внешнего ключа.],
    supplement: [Рис]
  )
]

Затем я ввел задание название отношения (Рис. 36):

#align(center)[
  #figure(
    image("part2/assets/17.png"),
    caption: [Настройки создания Foreign Key.],
    supplement: [Рис]
  )
]

После, я добавил столбец кнопкой add (Рис. 37):

#align(center)[
  #figure(
    image("part2/assets/18.png"),
    caption: [Настройки создания Foreign Key.],
    supplement: [Рис]
  )
]

Вкладка sql (Рис. 38):

#align(center)[
  #figure(
    image("part2/assets/19.png"),
    caption: [SQL код создания Foreign Key.],
    supplement: [Рис]
  )
]

Ограничения locations (Рис. 39):

#align(center)[
  #figure(
    image("part2/assets/20.png"),
    caption: [Ограничения LOCATIONS.],
    supplement: [Рис]
  )
]

Затем я создал отношение с помощью ddl оператора alter table (Рис. 40):

```sql
ALTER TABLE "Countries"."COUNTRIES"
ADD CONSTRAINT "COUNTR_REG_ID_FK1" FOREIGN KEY ("REGION_ID")
REFERENCES "Countries"."REGIONS" ("REGION_ID");
```

#align(center)[
  #figure(
    image("part1/assets/21.png"),
    caption: [Выполнение скрипта в query tool.],
    supplement: [Рис]
  )
]


===== Задание 5. Создания индекса с помощью графического интерфейса pgadmin.

В таблице EmployeesDepartments.LOCATIONS, я выбрал раздел меню для создания индекса:

#align(center)[#image("part2/assets/22.png")]

Я в диалоге создания индекса я передал следующие параметры:

#align(center)[#image("part2/assets/23.png")]

#align(center)[#image("part2/assets/24.png")]

#align(center)[#image("part2/assets/25.png")]

sql:

#align(center)[#image("part2/assets/26.png")]

===== Задание 6. Построение диаграмм базы данных.

Для создания диаграммы я нажал ПКМ на узел базы данных и выбрал параметр "ERD For Database":

#align(center)[#image("part2/assets/27.png")]

Затем я скорректировал вид своей диаграммы в соответствии с условием:
#align(center)[#image("part2/assets/28.png")]

Я экспортировал снимок диаграммы, нажав на соответствующую кнопку. Результат:

#align(center)[#image("part2/assets/29.png")]

Сохранил проект диаграммы:

#align(center)[#image("part2/assets/30.png")]

===== Задание 7. Добавление данных в таблицу.

Я раскрыл меню для генерирования скрипта по вставке данных в таблицу Countries.CURRENCIES:

#align(center)[#image("part2/assets/31.png")]

Затем я добавил следующий код в скрипт:

```sql
INSERT INTO "Countries"."CURRENCIES"("COMMENTS", "CURRENCY_NAME", "CURRENCY_CODE")
VALUES('EuroZone', 'Euro', 'EUR');
```

#align(center)[#image("part2/assets/32.png")]

После запуска скрипта проверил при помощи:

```sql
select * from "Countries"."CURRENCIES";
```

#align(center)[#image("part2/assets/33.png")]

В столбце EMPLOYEE_ID я заменил identity с always на by default.

#align(center)[#image("part2/assets/34.png")]

Затем при помощи графического интерфейса pgadmin, я добавил запись в таблицу "EmployeesDepartments"."EMPLOYEES":

#align(center)[#image("part2/assets/35.png")]

#align(center)[#image("part2/assets/36.png")]

Затем я добавил строку и сохранил данные:

#align(center)[#image("part2/assets/37.png")]
#align(center)[#image("part2/assets/38.png")]
#align(center)[#image("part2/assets/39.png")]

Затем, в query tool я ввел следующий код:

```sql
INSERT INTO "EmployeesDepartments"."EMPLOYEES"("FIRST_NAME", "LAST_NAME", "EMAIL", "PHONE_NUMBER", "JOB_ID", "SALARY", "COMMISSION_PCT", "MANAGER_ID", "DEPARTMENT_ID")
VALUES(2, 'Steven', 'King', 'SKING', '515.123.4567', 'AD_PRES', 24000, null, null, 90);
```

#align(center)[#image("part2/assets/40.png")]

Проверим:

```sql
SELECT * FROM "EmployeesDepartments"."EMPLOYEES";
```

#align(center)[#image("part2/assets/41.png")]


===== Задание 8. Ограничения для столбцов.

Я добавил ограничения к таблицам "Countries"."SPOKEN_LANGUAGES" и "EmployeesDepartments"."EMPLOYEES" при помощи следующего кода:

```sql
ALTER TABLE "Countries"."SPOKEN_LANGUAGES"
ADD CONSTRAINT "CTRY_NUM_FK1" FOREIGN KEY ("COUNTRY_ID")
REFERENCES "Countries"."COUNTRIES" ("COUNTRY_ID");
```

#align(center)[#image("part2/assets/42.png")]
#align(center)[#image("part2/assets/43.png")]

и

```sql
ALTER TABLE "EmployeesDepartments"."EMPLOYEES"
ADD CONSTRAINT "EMP_SALARY_MIN"
CHECK ("SALARY" > 0);
```

#align(center)[#image("part2/assets/44.png")]
#align(center)[#image("part2/assets/45.png")]

Затем я добавил еще одно ограничение для таблицы JOB_HISTORY. Для этого в свойствах таблицы в разделе constraints добавил check c условием, что "END_DATE" > "START_DATE":

#align(center)[#image("part2/assets/46.png")]
#align(center)[#image("part2/assets/47.png")]

Я включил это ограничение выключив соответствующую опцию:

#align(center)[#image("part2/assets/48.png")]
#align(center)[#image("part2/assets/49.png")]

Также я проверил работоспособность ограничения:

```sql
INSERT INTO "EmployeesDepartments"."JOB_HISTORY"
("EMPLOYEE_ID", "START_DATE", "END_DATE", "JOB_ID", "DEPARTMENT_ID")
VALUES(200, '06-17-1993', '09-17-1987', 'AD_ASST', 90);
```

#align(center)[#image("part2/assets/50.png")]

и

```sql
INSERT INTO "EmployeesDepartments"."JOB_HISTORY"
("EMPLOYEE_ID", "START_DATE", "END_DATE", "JOB_ID", "DEPARTMENT_ID")
VALUES(200, '06-17-1981', '06-17-1993', 'AD_ASST', 90);
```

#align(center)[#image("part2/assets/51.png")]

===== Задание 9. Очистка таблиц и завершение создания БД HR.

Я произвел очистку таблицы EMPLOYEES с помощью DDL команды `TRUNCATE`:

```sql
TRUNCATE "EmployeesDepartments"."EMPLOYEES";
```

#align(center)[#image("part2/assets/52.png")]

Также я очистил JOB_HISTORY и CURRENCIES:

```sql
TRUNCATE "EmployeesDepartments"."JOB_HISTORY";
```

#align(center)[#image("part2/assets/53.png")]

и

```sql
TRUNCATE "Countries"."CURRENCIES";
```

#align(center)[#image("part2/assets/54.png")]

После очистки я выполнил код из файла `script2_alter.sql`:

#align(center)[#image("part2/assets/55.png")]

И для добавления данных, я выполнил скрипт `script3_insert.sql`:

#align(center)[#image("part2/assets/56.png")]

Результат:

#align(center)[#image("part2/assets/57.png")]

=== Выводы.

В ходе выполнения практической работы я подробно изучил процесс установки и первоначальной настройки системы управления базами данных postgresql, а также освоил работу с графическим интерфейсом pgadmin. При помощи контейнерной среды docker я развернул сервер postgresql и клиентское приложение pgadmin, обеспечив их взаимодействие через общую сеть и корректное подключение по заданным параметрам.

В процессе работы я научился:

- создавать и удалять базы данных как через интерфейс pgadmin, так и с помощью sql-команд `CREATE DATABASE` и `DROP DATABASE`;
- использовать параметры локализации (`LC_COLLATE`, `LC_CTYPE`) и шаблоны (`TEMPLATE template0`) при создании баз данных;
- создавать схемы для логического объединения объектов базы данных и разграничения их по смысловым группам;
- разрабатывать таблицы с использованием как графического интерфейса, так и SQL-скриптов, задавая типы данных, значения по умолчанию, первичные ключи, автоинкрементные поля и ограничения `NOT NULL`;
- изменять структуру таблиц с помощью команды `ALTER TABLE`, добавлять новые столбцы, первичные и внешние ключи, а также ограничения целостности и проверки (`CHECK`);
- создавать связи между таблицами и обеспечивать целостность данных за счёт использования внешних ключей (`FOREIGN KEY`);
- добавлять индексы для ускорения поиска и сортировки данных;
- использовать команды dml (`INSERT`, `SELECT`, `UPDATE`, `DELETE`) для добавления, изменения и проверки данных в таблицах;
- очищать таблицы при помощи команды `TRUNCATE` и выполнять внешние sql-скрипты для массового изменения и заполнения данных;
- визуализировать структуру базы данных при помощи er-диаграмм, редактировать и экспортировать их.

Кроме того, в процессе работы я разобрался с типовыми ошибками, возникающими при создании баз данных с различными локалями и при несогласованности ключей, и научился устранять их корректной настройкой параметров и порядка выполнения операций.

В результате выполнения лабораторной работы я сформировал целостное представление о процессе проектирования, создания и сопровождения реляционных баз данных в postgresql, закрепил навыки администрирования, построения структуры данных, задания связей и ограничений, а также использования инструментов визуального моделирования. Полученные знания и навыки позволяют уверенно работать с субд postgresql и применять её как для учебных, так и для практических проектов.