PostgreSQL技术大讲堂 - 第43讲：流复制原理

PostgreSQL从小白到专家，是从入门逐渐能力提升的一个系列教程，内容包括对PG基础的认知、包括安装使用、包括角色权限、包括维护管理、、等内容，希望对热爱PG、学习PG的同学们有帮助，欢迎持续关注CUUG PG技术大讲堂。

第43讲：流复制原理

PostgreSQL第43讲：1月27日(周六)19:30直播

内容1：流式复制的启动方式

内容2：如何在主服务器和备用服务器之间传输数据

内容3：主服务器如何管理多个备用服务器

内容4：主服务器如何检测备用服务器的故障

流复制启动流程

开始流复制

1、主库启动walsender进程

2、备库启动startup与walreceiver进程

3、发出连接请求

4、握手成功

5、追赶没有同步的数据

6、开始正常流复制

如何开始流复制

开始流复制

walsender进程保持如下可能状态：

start-up –从启动walsender到握手结束。

catch-up – 在追赶阶段。

streaming –流媒体复制正在工作。

backup –为备份工具(如pg_basebackup utility)发送整个数据库集群的文件时。 pg_stat_replication视图显示所有正在运行的walsender的状态。示例如下：

testdb=# SELECT application_name,state FROM pg_stat_replication; 

 application_name | state

------------------+----------- 

standby1 | streaming 

 standby2 | streaming 

pg_basebackup | backup

预防归档日志缺失

预防归档日志缺失 

如果备用服务器在长时间处于停止状态后重新启动，会发生什么情况?

在9.3或更早版本中，如果备用服务器所需的主服务器的WAL段已被回收，则备用服务器无法赶上主服务器。对于这个问题没有可靠的解决方案，只能对配置参数wal_keep_segments设置一个较大的值，以减少发生这种情况的可能性。这是权宜之计。

在9.4版或更高版本中，可以使用复制插槽来防止此问题。复制槽是一种扩展WAL数据发送灵活性的功能，主要用于逻辑复制，这也为解决这个问题提供了解决方案-包含pg_xlog(或pg_WAL，如果版本10或更高版本)下未发送数据的WAL段文件可以通过暂停回收过程而保留在复制槽中。

如何进行流式复制

如何进行流复制 

流复制同步有两个方面：日志传送和数据库同步

日志传送是其中主要的同步方式，因为流复制是基于它的——主服务器在写入WAL数据时会将WAL数据发送到连接的备用服务器。

数据块传输是同步复制时需要用到的另外一种方式—主服务器与每个多个备用服务器通信以同步其数据库群集。

备库可配置只读访问/不可访问

假设备用服务器处于同步复制模式，hot standby配置为只读访问，配置如下：

synchronous_standby_names = 'standby1'

hot_standby = on

wal_level = archive

主备如何进行通讯

1、主库写WAL信息到WAL段文件。

2、主库进程将WAL数据发送给备库。

3、主库继续等待备库的ACK响应。

4、备库的将接收到的WAL数据写入备库的WAL缓冲区，并将ACK响应返回给主库。

5、备库将WAL数据写到WAL段，向主库返回另一个ACK响应。

6、备库重放已写入WAL段的WAL数据，向主库返回另一个ACK响应

7、主库在收到最后ACK响应时释放锁，然后提交完成。

备库ACK响应

每个ACK响应通知主服务器备用服务器的内部信息。它包含以下四项：

已写入wal缓存的最新WAL数据的LSN位置。

已刷新最新WAL数据的LSN位置。

启动过程重放最新WAL数据的LSN位置。

发送此响应的时间戳。查看备库写入、刷新、应用wal日志的状态

testdb=# SELECT application_name AS host, write_lsn AS write_LSN, flush_lsn AS flush_LSN, replay_lsn AS replay_LSN FROM pg_stat_replication;?? 

host | write_lsn | flush_lsn | replay_lsn 

 ----------+-----------+-----------+------------ 

standby1 | 0/5000280 | 0/5000280 | 0/5000280 

standby2 | 0/5000280 | 0/5000280 | 0/5000280

(2 rows)

心跳的间隔设置为参数wal_receiver_status_interval，默认为10秒。

复制故障排除

如何排除故障

同步备用服务器发生故障并且不再能够返回ACK响应，主服务器仍将继续永远等待响应。因此，无法提交正在运行的事务，也无法启动后续查询处理。

流式复制不支持通过超时自动还原到异步模式(降级)的功能。 

两种解决办法：

使用多个备用服务器来提高系统可用性

通过手动执行从同步模式切换到异步模式

(1) 将参数synchronous_standby_names设置为空字符串。

(2) 使用reload选项执行pg_ctl命令。

postgres> pg_ctl -D $PGDATA reload

上述过程不影响连接的客户端。主服务器继续事务处理，同时保留客户端和相应后端进程之间的所有会话。

多备库优先级状态

多备库优先级状态

通过发出以下查询，可以显示备用服务器的优先级和状态：

testdb=# SELECT application_name AS host, sync_priority, sync_state FROM pg_stat_replication; 

host | sync_priority | sync_state

----------+---------------+------------ 

standby1 | 1 | sync 

standby2 | 2 | potential

Sync是所有工作备用服务器(异步服务器除外)中优先级最高的同步备用服务器的状态。

Potential是所有工作备用服务器(异步服务器除外)中优先级第二或更低的备用同步备用服务器的状态。如果处于同步(sync状态)的备库失败，它将替换为潜在待机中优先级最高的待机。

Async是异步备用服务器的状态，此状态是固定的。主服务器以与潜在备用服务器相同的方式处理异步备用服务器，只是它们的同步状态永远不是“sync”或“potential”。

管理多备库

主库与多备库通讯方式

备库优先级转换

管理多备库

备库故障检测

备库进程故障检测

当检测到walsender和walreceiver之间的连接断开时，主服务器立即确定备用服务器或walreceiver进程有故障。当底层网络函数由于未能写入或读取walreceiver的socket接口而返回错误时，主函数也会立即确定其故障。

备库硬件和网络的故障检测

如果walreceiver在为参数wal_sender_timeout(默认60秒)设置的时间内未返回任何内容，则主服务器将确定备用服务器存在故障。与上述故障相反，即使备用服务器无法再通过某些故障(例如，备用服务器的硬件故障、网络故障等)发送任何响应，也需要一定时间(最长为wal_sender_timeout 秒)来确认主服务器上的备用服务器已死亡。(在确定故障之前的这段时间主服务器停止所有事务处理。)