基于PostgreSQL的时序数据库TimescaleDB

Posted 2021-11-08 PostgreSQLChina

作者：杭州美创科技有限公司

什么是时序数据库？顾名思义，用于处理按照时间变化顺序的数据的数据库即为时序数据库（time-series database），时序数据库专门优化处理带时间标签的数据，为什么会衍生时序数据库这一种新趋势呢？我们知道像PostgreSQL和mysql这种关系型数据库对于短期需求不大的情况下下还是可以满足的，但是一旦数据量增长，其性能不足以支持频繁的添加和读取需求。运用时间模型来构造的应用非常需要时序数据库的加持，包括未来大数据的趋势，时序数据库必然会成为一个新潮流。

今天的主角TimescaleDB在DB-Engines中排名的处于第5位，并一直处于上升的趋势，其中不乏PostgreSQL的占有率提高而导致其增长的一部分原因，因为本质上它是PostgreSQL的一个插件，除了其本身丰富强大的功能外，TimescaleDB完全支持SQL且拥有PostgreSQL的丰富生态。

TimescaleDB是目前市面上唯一一款开源的时间序列数据库，且完全支持SQL。官方称之为“Full SQL”，它像传统的关系数据库一样易于使用，并且可以按以前为NoSQL数据库保留的方式进行扩展。

它依赖于PostgreSQL，拥有坚如磐石的可靠性以及最大量级的开发人员、管理工具和生态系统。其包含以下特性和优点：

• 完整的SQL以及强大的分析功能，没有限制
• 以PostgreSQL扩展的方式安装，支持已有的PostgreSQL特性
• 拥有高基数的工作负载
• 基于时序优化
• 自动分片（自动按时间、空间分片(chunk)）
• 写入能力强大，每秒写入百万级的数据点
• 支持多个SERVER，多个CHUNK的并行查询
• 简化堆栈并将关系数据与时间序列数据一起存储
• 支持自动的按时间保留策略

对于TimescaleDB来说，在功能的丰富程度上战胜了排名更靠前的几位选手，但是对于性能上可能处于下风，因此TimescaleDB如何持续地发展下去、如何发展地更好，除了探寻在性能等综合素质方面的提升外，在PostgreSQL的肩膀上怎么样更好地适应现代化需求才是重中之重。

接下来介绍一下如何安装并使用TimescaleDB

一、前期准备：

操作系统环境：CentOS Linux release 7.4.1708(Core)
Cmake编译环境：需要3.4以上，本实验环境使用最新版本3.21.2
PostgreSQL软件：支持PostgreSQL 9.6.3 +，10.9 +或11.4 +，本实验环境使用12.2

二、安装或升级你的Cmake版本：

卸载原有的旧版本

# yum remove cmake -y

进入cmake的官网下载对应版本的软件包：https://cmake.org/download/

这里我们直接下载3.21.2版本的二进制软件包

# wget https://github.com/Kitware/CMake/releases/download/v3.21.2/cmake-3.21.2-linux-x86_64.tar.gz

解压软件包

# tar xzvf cmake-3.21.2-linux-x86_64.tar.gz

进入解压后的目录，将bin/目录下的cmake做软链接，当然也可以直接将cmake添加到环境变量中

# ln -s /root/cmake-3.21.2-linux-x86_64/bin/cmake /usr/bin/cmake

检查cmake是否可用

# cmake --version
cmake version 3.21.2
CMake suite maintained and supported by Kitware (kitware.com/cmake).

三、编译安装TimescaleDB软件：

从github中下载软件

https://github.com/timescale/timescaledb

解压软件包，进入解压目录，进行编译安装

如果在编译安装PostgreSQL软件的时候没有选择安装openssl，那么可以使用

/bootstrap -BUSE_OPENSSL=0进行安装，如果有选择安装openssl，就去掉参数选项，直接进行安装

# ./bootstrap && make && make install

四、配置PostgreSQL：

在postgresql.conf配置文件中修改

$ vim postgresql.conf
shared_preload_libraries = 'timescaledb'

重启数据库服务

创建一个时序数据库

$ psql
psql (12.2)
Type "help" for help.
postgres=# create database tsdb;
CREATE DATABASE
postgres=# \\c tsdb -
You are now connected to database "tsdb" as user "postgres".
tsdb=# create extension timescaledb ;

到此为止，就完成了TimescaleDB的安装步骤，可以看到得益于扩展形式的存在，安装变得非常简便，并且随着PostgreSQL软件的更新，整个基于PostgreSQL软件的TimescaleDB时序数据库也在同步更新。

五、如何使用TimescaleDB：

使用TimescaleDB库，其实就多了一步转换为超表的步骤，其它基本和操作普通的表一样

创建标准表

CREATE TABLE conditions (
  time        TIMESTAMPTZ       NOT NULL,
  location    TEXT              NOT NULL,
  temperature DOUBLE PRECISION  NULL,
  humidity    DOUBLE PRECISION  NULL
);

以时间字段作为分片字段，将标准表转换为超表

SELECT create_hypertable('conditions', 'time');

在超表中进行插入和查询操作

INSERT INTO conditions(time, location, temperature, humidity)
  VALUES (NOW(), 'office', 70.0, 50.0);
 
SELECT * FROM conditions ORDER BY time DESC LIMIT 100;