KunlunBase读写分离方案

KunlunBase 数据库集群在数据库内部支持读写分离,并且对应用透明,用户应用程序不需要做任何修改就可以使用数据库的读写分离功能,从而提高整个系统性能及投资回报率。

一、产品架构

KunlunBase 的整体架构主要由计算层和存储层构成,计算层负责 SQL 响应、解释、执行等,存储层负责数据的存储管理,存储层的数据采用多副本存储机制,备机(从副本)通过强同步技术保持数据与主节点一致性。

备机的存储节点的硬件配置与主节点一致,在一般的生产使用过程中,备机节点的主要目的是作为主机出现故障后的替换节点,不接受应用程序的直接数据处理请求,因此,在非故障切换的情况下,备机的存储节点资源利用率相对较低。

KunlunBase 的读写分离方案是通过路由只读操作到备节点,从而可以减少计算节点的资源竞争,降低主节点负载。

KunlunBase读写分离方案_第1张图片

二、实现原理

KunlunBase 的读写分离在计算层的远程查询优化器内实现的,当用户的SQL同时满足如下条件:

  1. 当前SQL类型为select;
  2. SQL中不包含用户自定义函数(即create function语句创建的函数),除非当前事务为只读事务;
  3. 如果不在事务中(autocommit=on),则允许读写分离;如果语句在显示事务中,则要满足:

    • 如果在只读事务中,则允许读写分离;
    • 如果在读写事务中,则该事务尚未更新过任何数据;

远程查询优化器就会将相应的SQL 执行计划下发到从备机的节点上执行

KunlunServer 会根据以下规则选择发送select语句到目标存储集群的哪个备机节点:

  • 根据节点权重值选择 (ro_weight)
  • 根据网络延迟(ping)
  • 根据主从副本的数据一致性延迟(latency)

三、配置实施

场景说明:某 OLTP 业务系统有大量的查询操作,在业务高峰期数据库响应速度变慢,导致了业务的性能问题。经检查发现存储节点主节点的存储节点的 IO 资源利用到达瓶颈,但备机节点的 IO 资源利用率低。

以上场景可以通过读写分离方案解决系统性能问题,不需要修改应用, 不需要增加硬件配置,通过读写分离的实施,可以解决性能问题。

实施步骤:

第一步:设置参数,启用读写分离。(根据情况选一种级别)

设置 enable_replica_read = on (on 开启读写, off 关闭)。

用户级别开启:(用户登录后生效)

alter user abc set
enable_replica_read = true;

Session 级别开启:(当前 session 生效)

set enable_replica_read=on;

数据库级别开启:(对该计算节点的所有session有效)

在 pg_hba.conf 文件中设置

enable_replica_read=on;

第二步:登录数据库,配置读写分离策略。

设置如下参数,启动读写分离策略:

  • replica_read_ping_threshold,计算节点到备节点的ping延迟阈值,0表示不关心;
  • replica_read_latency_threshold,主备同步延迟的阈值,0表示不关系;
  • replica_read_order,选择备机优先级:0,按权重;1、按ping延迟;2、按主备同步延迟;
  • replica_read_fallback,备机选择的回退策略(如果备机不能访问);
  • replica_read_fallback=0,直接报错,replica_read_fallback=1,任意选择一个备机进行访问,replica_read_fallback=2,选择主机进行访问。

KunlunBase读写分离方案_第2张图片

第三步:检查&设置权重(可选)。

在演示的环境中 ,数据集群由两个 shard 组成(shard1 , shard2) ,shard1 的shard_id=1, shard1 包含3个副本(id 为1,2, 3,id为1的是主节点,id为2和3的是备机。

通过配置, 可以设置只读操作的首先备机

设置 Shard1 的 node3 主机的作为首先备机(因为node2节点位于不同机房,延迟太高):

update pg_shard_node set ro_weight=2 where
port=6006;
Select * from pg_shard_node ;

KunlunBase读写分离方案_第3张图片

Shard1 的 node3 的权重最高(ro_weight=2)

第四步:执行查询,验证读写分离(可选)。

KunlunBase读写分离方案_第4张图片

通过设置log_min_messages to ‘debug1’ 可以将 SQL 语句的执行信息输出到日志中, 以方便检查 SQL 下发的目标存储节点(生产系统不要设置,否则影响性能)。

查看计算节点的日志,确认读写分离。
KunlunBase读写分离方案_第5张图片

SQL 只读语句(select ti.id from t1) 被下发到 shard1,节点3上(该副本权重最高), 而update 语句(update t1 set id=3) 是在主节点 shard1 节点1上执行。

结论

以上过程验证了该用户的读写操作分离实现。只读语句将被路由到从备机节点,降低了主节点的IO资源利用率,系统整体性能获得提升。

END

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