聊聊 PostgreSQL 數據庫的高可用架構
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Certificate：OCP、PCP
Skill：Oracle、Mysql、PostgreSQL
Platform：CSDN、墨天倫、公衆號（呆呆的私房菜）閱讀本文可以瞭解 PostgreSQL 數據庫高可用架構相關內容、包括高可用架構設計、國內主流高可用實現方案、分佈式架構等內容。
01 高可用概述
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高可用性（High Availability, HA）是指系統或服務能夠在面對硬件故障、軟件崩潰、網絡問題等各種故障情況時，仍然保持運行並提供服務的能力。其目標是最小化系統停機時間，確保服務的連續性和可靠性。
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高可用架構的核心準則是冗餘和容災恢復，其中容災恢復涉及如下兩個關鍵指標：
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RPO（Recovery Point Objective）：指業務系統所允許的在災難過程中最大數據丟失量，用來衡量容災系統的數據冗餘備份能力；
- RTO（Recovery Time Objective）：指信息系統從災難狀態恢復到可運行狀態所需要的時間，用來衡量容災系統的業務恢復能力。
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在實際業務系統中，高可用架構的設計是一項關鍵任務，它確保了系統的持續運行和數據的持久化，即使在面對硬件故障、軟件缺陷或系統升級等挑戰時也能保持服務不中斷。一個優秀的高可用架構設計需要綜合考慮業務需求、系統複雜性、預算限制和風險容忍度等多個方面。以下是設計高可用架構時應考慮的幾個關鍵點：
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業務需求分析：首先要深入理解業務的關鍵程度、服務水平協議（SLA）要求、數據一致性需求和故障恢復時間目標（RTO）。
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系統組件識別：識別系統中的所有關鍵組件，包括硬件、軟件、網絡資源和第三方服務，並評估它們對整個系統可用性的影響。
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冗餘設計：在關鍵組件中實施冗餘，如使用集羣、多副本數據存儲和多個服務實例，以確保單點故障不會導致整個系統宕機。
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故障轉移機制：設計和實施有效的故障轉移策略，如自動故障轉移、負載均衡和健康檢查，以確保系統能夠快速響應故障並恢復服務。
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測試和演練：定期進行故障模擬和恢復演練，驗證高可用架構的有效性，並根據測試結果不斷優化和調整。
02 高可用設計
- 高可用、負載均衡和複製特性矩陣如下：
03 其他 HA 方案
一、國內較流行的開源高可用組件（repmgr / patroni+etcd / pacemaker+corosync）：
- repmgr：
* 1. 優勢：不使用任何額外的端口進行通信，如果要執行切換，必須配置免密 ssh；在主服務器發生故障時可以執行自動故障轉移；對數據庫侵入小，維護起來和正常主備複製基本一致；通過 witness 見證服務器來解決腦裂問題；
* 2. 不足：不支持多次 failover；無法從 PostgreSQL 服務關閉的節點檢索另一個節點的狀態；不能在備機單個節點 down 時自動將其拉起。- patroni+etcd：
* 優勢：支持自動 failover 和按需 switchover；支持同步複製下備庫故障時自動降級爲異步複製；支持使用 watchdog 防止腦裂；支持自定義外部 callback 腳本；支持多種常見 DCS 存儲元數據，包括 etcd、zookeeper、consul 等；支持 reset api 和 haproxy 集成；
* 不足：與原本運維主備流複製環境差異較大，對數據庫的侵入性大；用戶需要處理 DCS 軟件的設置、管理和升級；需要爲組件通信打開多個端口（patroni 的 reset api 端口、dcs 最少 2 個端口）；需要安裝分佈式存儲。二、數據分片（citus / pgxl / greenplum / tbase）：
- citus 架構：PostgreSQL 的開源擴展，citus 以插件的方式擴展到 PostgreSQL 中，將 PostgreSQL 轉換成一個分佈式數據庫，在集羣的多個節點上分發數據和查詢，具有像分片、分佈式 SQL 引擎、複製表和分佈式表等特性。
- pgxl 架構：基於 PostgreSQL 源代碼的基礎上增加新功能實現的。
* 分層：PostgreSQL-XL 將 PostgreSQL 的 SQL 解析層的工作和數據存取層的工作分離到不同的兩種節點上，分別稱爲 Coordinator 節點和 Datanode 節點；
* 全局事務：爲了保證分佈模式下事務能夠正確執行，增加了一個 GTM 節點；
* 避免單點故障：爲所有節點配置對應的 slave 節點。
* 注意：pgxl 10 版本之後便不再提供更新了......- greenplum 架構：採用典型的 shared nothing 架構，是一個基於 PostgreSQL 的分佈式數據庫，採用大規模並行處理（MPP）架構，通過將數據均勻分佈到多個 Segment 節點上，並在這些節點上並行執行查詢，實現了高性能的數據分析。它通過 Master-Segment 結構、Interconnect 高速通信和分佈式事務管理，提供了一個高可用、可擴展的數據倉庫解決方案，適用於處理大規模數據集和複雜的商業智能查詢。
三、多服務器並行執行查詢（pgpool-Ⅱ / pl/proxy 工具）：
- pgpool-Ⅱ：一個在 PostgreSQL 服務器和 PostgreSQL 客戶端之間工作的中間件。
* 1. 優勢：支持連接池；支持讀寫分離功能；支持高可用切換，通過 watchdog 對其他節點檢查，若出現故障會將備用節點提升爲活動狀態，並接管虛擬 IP；支持負載均衡，允許在多個服務器間分配 select 查詢來減少每個 PostgreSQL 服務器的負載，從而提高系統的整體吞吐量；
* 2. 不足：配置較爲複雜，運維難度上升；無法支持所有 PostgreSQL 功能，例如不支持大對象功能；並行查詢存在性能問題，寫操作需要在所有節點上同步執行。本文由 Readfog 進行 AMP 轉碼，版權歸原作者所有。
來源：https://mp.weixin.qq.com/s/mSMlfnu870LBvq2lmlITDw