PostgreSQL修炼之道之高可用性方案设计(十六)
20 高可用性方案设计(一)
在一个生产系统中,通常都需要用高可用方案来保证系统的不间断运行。本章将详细介绍如何实现PostgreSQL数据库的高可用方案。
20.1 高可用架构基础
通常数据库的高可用方案都是让多个数据库服务器协同工作,比如,当一台服务器失效时,另一台服务器可以顶替上去工作,这样就可以不中断对外服务或只中断很短的时间;或者让几台数据库同时提供服务,用户可以访问任意一台数据库,当其中一台出现问题时,访问其他数据库即可。但与为静态页面提供服务的Web服务器不一样的是,数据库中记录了数据,要想在多台数据库中切换,需要进行数据同步,所以数据同步是数据库高可用方案的基础。
20.1.1 各种高可用架构介绍
从解决数据同步问题的方式来看,高可用方案可以分为以下几种。
- 共享磁盘的失效切换或磁盘的底层复制方案:使用共享存储,如SAN存储,一台机器失败后,把SAN存储输出的磁盘挂到另一台机器上,然后把磁盘上的文件系统挂起来后完成切换。
- WAL日志同步或流复制同步的方案:PostgreSQL自身提供了这种方案,通过这个机制,可以搭建主从数据库,当主数据库失败时,把从数据库提升为主库,继续对外提供服务。
- 基于触发器的同步方案:使用触发器记录数据变化,然后同步到另一台数据库上。
- 基于语句复制的中间件:用户不直接连接到底层数据库,而是连接到一个中间件,中间件把数据库的变更发送到底层多台数据库上,从而完成数据的同步。
- 基于改造PostgreSQL源码的方案:修改PostgreSQL源码来截取数据的变更,然后同步到另一台数据库上。
目前随着PostgreSQL自身复制功能的增强,越来越多的技术方案开始基于PostgreSQL自身的复制方案进行设计,改造PostgreSQL源码的开源软件技术方案已越来越不活跃了,如pgcluster软件已发布的最新版本1.3还是在PostgreSQL8.0之上改造的,pgcluster-II目前还没有开源出来。所以本书不再介绍“基于改造PostgreSQL源码的高可用方案”。至于其他方案在后面都会介绍。
20.1.2 服务的可靠性设计
主备方式的高可用方案是通过主备之间的数据同步来实现的,数据同步有异步和同步两种方式。同步方式的优点是在故障切换过程中,数据完全不丢失,但缺点也很明显,主要问题有:
- 影响性能,这是很明显的,一个事务的数据必须写到备库中才能返回。
- 当主备库之间的网络中断时,要不让同步退化为异步,要不就让主库挂起。当然还有一种方案是让一个主库带两个备库,只要有一个备库是正常的,主库就不需要挂起。这个方案的缺点是增加了成本。
如果系统可以容忍故障切换时丢失少量的数据,可以使用数据异步同步的方式。该方案需要避免备库落后主库太多,防止故障切换时丢失太多的数据。
要保证服务中断的时间尽量地少,还需要灵敏的故障检测。但故障检测太灵敏时,误触发的概率也会增加,所以需要选择一个合适的故障检测时间。这个故障检测时间通常在秒级别以上。想要做到秒级别以下是比较困难的。
20.1.3 数据可靠性设计
系统中最重要的资源就是数据,如何保证数据不丢失,是数据库系统中需要重点考虑的事情。导致数据丢失的原因有很多,如硬件故障或损坏、软件Bug、.人为失误等,所以通常要备份数据,除非这个数据库不重要,丢失了也没有关系。
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