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リレーショナルデータベースの構築方法

はじめに

本マニュアルでは、Ubuntu 20.04にてMySQLを用いてリレーショナルデータベースの構築を行い、インターネット上にAPIを公開するまでの流れを説明します。

前提知識

 以下ドキュメントを先にご覧ください。

ライブラリ

使用するライブラリは以下の通りです。

  • MySQL 8.0.31
  • Python3.8.10
  • Flask 2.2.2
  • Flask-Cors 3.0.10
  • mysql-connector-python 8.0.32
 

操作手順

MySQLの環境構築

ここでは MySQL をインストールし、初期設定を行います。
  1. Ubuntu 20.04のインスタンスを作成します。手順については「インスタンスの起動」をご参照ください。
    2. ※ セキュリティグループの設定にて、5000番ポートの受信を許可してください。
    ※ Floating IP を割り当ててください。
  2. 作成したインスタンスにコンソールでログインします。
  3. ファイアウォールの設定を行います。以下のコマンドにてファイアウォールを有効化し、5000番ポートの受信を許可します。
    4. $ sudo ufw enable
    $ sudo ufw allow 5000
    $ sudo ufw reload
  4. 以下コマンドを実行し、パッケージを最新の状態に更新します。
    5. $ sudo apt update
  5. MySQL のインストールを行います。
    6. $ sudo apt install mysql-server
  6. MySQL にログインします。
    7. $ sudo mysql

  7. ルートユーザーのパスワードを変更します。
    8. mysql> ALTER USER 'root'@'localhost' IDENTIFIED WITH mysql_native_password by 'パスワード';
  8. パスワードの変更が完了したら、一度 MySQL からログアウトします。
    9. mysql> quit
  9. インストール時点の MySQL にはセキュリティ上の問題点があります。それらを改善するため、以下コマンドを入力します。
    10. $ sudo mysql_secure_installation
  10. ルートユーザーのパスワードを要求されるので、6.で設定したパスワードを入力します。

  11. パスワードポリシーを設定するかどうかを質問されますので、「y」を入力します。

  12. ここでは STRONG を選択するため、「2」を入力します。

  13. パスワードを変更するかどうか質問されますが既に変更済みですので、ここでは「n」を入力します。

  14. 以降の質問には全て「y」を入力します。これにより MySQL のセキュリティ上の問題点を解決します。
  15. 以下のコマンドを実行し、再び MySQL にログインします。コマンド実行後、パスワードを聞かれますので、入力してください。
    16. $ sudo mysql -p
  16. 次のコマンドを実行し、手動操作用のユーザーを作成します。
    17. mysql> CREATE USER 'ユーザー名'@'localhost' IDENTIFIED BY 'パスワード';
  17. 手動操作用のユーザーに、CREATE・INSERT・SELECTの権限を付与します。
    18. mysql> GRANT CREATE, INSERT, SELECT ON *.* TO 'ユーザー名'@'localhost';
  18. flask 側から利用するためのユーザーを作成します。ユーザー名は任意ですが、ここでは「flask_user」とします。
    19. mysql> CREATE USER 'flask_user'@'localhost' IDENTIFIED BY 'パスワード';
    mysql> GRANT SELECT ON *.* TO 'flask_user'@'localhost';

    ※　17. 及び18.では本チュートリアルで使用する最低限の権限のみ付与しています。他の権限が必要な場合は追加で付与して下さい。

  19. 一度ログアウトします。
    20. mysql> quit
  20. 新たに作成したユーザーでログイン出来ることを確認します。
    21. $ mysql -u ユーザー名 -p

データベースの構築

 ここでは、簡易なデータベースを構築していきます。操作を始める前に、MySQL に前章15.で作成した手動操作用のユーザーでログインしてください。
  1. 以下のコマンドを実行し、データベースを作成します。名称は任意ですが、ここでは「testdb」として進めます。
    2. mysql> CREATE DATABASE testdb;
  2. データベースの作成を確認します。一覧に1.で作成したデータベースが含まれていれば問題ありません。
    3. mysql> SHOW databases;

  3. 作成したデータベースを選択し、操作可能な状態にします。
    4. mysql> USE testdb;
  4. ID と名前のみをデータとして保持するシンプルなテーブルを作成します。名称は任意ですが、ここでは「users」として進めます。
    5. mysql> CREATE TABLE users (id INT AUTO_INCREMENT PRIMARY KEY, name TEXT);
  5. テーブルの作成を確認します。
    6. mysql> SHOW tables;

  6. テストのため、データを一件追加します。
    7. mysql> INSERT INTO users(name) VALUES('sample_user1’);
  7. データの追加を確認します。
    8. mysql> SELECT * FROM users;

APIの作成と公開

ここでは、作成したデータベースをインターネット上から利用できるように、flask を利用して REST API を公開します。
※ セキュリティ上、データベースは公開せず、APIを介して操作するようにしてください。
 
  1. もし MySQL にログイン状態であればログアウトし、venv のインストールを行います。
    2. $ sudo apt install python3-venv

    ※　venv は python の仮想環境を作成するためのライブラリです。これにより、システムの python に影響を与えずに環境構築を進めることができ、失敗時の復旧が容易になります。

  2. 作業用のフォルダを作成し、移動します。
    3. $ mkdir work
    $ cd work
  3. venv によって仮想環境を作成し、仮想環境をアクティブにします。
    4. $ python3 -m venv venv
    $ source venv/bin/activate

  4. 仮想環境内に必要なライブラリをインストールします。
    5. $ pip install flask flask_cors mysql_connector_python
  5. 以下のプログラムを作成します。下記URLからダウンロードすることもできます。 'password' の箇所に MySQL にて flask_user に設定したパスワードを入力してください。
    6. $ wget https://www.mec.docomo.ne.jp/assets/advanced-tutorial/main.py
    from flask import Flask, request, jsonify
    from flask_cors import CORS
    import mysql.connector
     
    app = Flask(__name__)
    CORS(app)
     
    # MySQLの接続情報を入力します
    connection = mysql.connector.connect(
        host = 'localhost',
        port = 3306,
        user = 'flask_user',
        password = 'password',# ここにパスワードを入力してください
        database = 'testdb',
    )
     
    # ルートで待ち受けします
    @app.route('/', methods=['GET'])
    def select_all():
        connection.ping(reconnect=True)
        cursor = connection.cursor()
        cursor.execute('SELECT * FROM users')# ここにリクエストの内容を入力してください
        response = cursor.fetchall()
        results = []
        for item in response:
            id = item[0]
            name = item[1]
            results.append(dict(index=id, name=name))
    # 結果をjsonにして返します
        return jsonify(results=results)
     
    if __name__ == "__main__":
        app.run(host="0.0.0.0") # flaskアプリを起動します
  6. 以下のコマンドを実行し、バックグラウンドで flask を実行します。起動後、エンターキーを一度押下すると制御が戻ります。
    7. $ nohup python3 main.py &
  7. まずはローカルで動作を確認します。以下コマンドを実行し、下図のような応答が得られれば成功です。
    8. $ curl http://localhost:5000

  8. 次に外部からのアクセス確認を行います。まず、当該仮想マシンに割り当てた Floating IP を確認します。

  9. Compute D 外の PC からブラウザ等を使用し「http://<8.で確認したIPアドレス>:5000」にアクセスします。以下のように応答が表示されれば成功です。

  10. 以下コマンドを実行し、バックグラウンドで実行中のプロセスを確認します。COMMAND 欄を確認し、python で実行したプロセスのプロセス番号（PID）を確認します。
    11. $ ps u

  11. API のバックグラウンド実行を終了したい場合、以下コマンドを実行します。
    12. $ kill -KILL <10.で確認したプロセス番号>
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