简述PostgreSQL的主从复制的机制？

数据库集群面试考题 0 75

参考回答

PostgreSQL的主从复制机制（Master-Slave Replication）是一种通过将主节点的数据复制到从节点来实现数据冗余和高可用性的方法。该机制使得一个PostgreSQL实例（主节点）可以通过复制将数据同步到一个或多个从节点，从而在主节点发生故障时，能够通过从节点保证数据的高可用性和持续性。

PostgreSQL的主从复制有两种常用的方式：流复制（Streaming Replication） 和 逻辑复制（Logical Replication）。流复制是最常用的主从复制方式，在本答案中，我们主要讲解流复制机制。

1. 流复制（Streaming Replication）

流复制是PostgreSQL的一种基于WAL（Write-Ahead Logging）日志的复制机制。主节点将WAL日志发送到从节点，从节点通过读取这些日志来同步数据。

1.1 主节点配置

主节点是数据更新的来源，它负责处理所有的写操作（INSERT、UPDATE、DELETE等）并将这些操作记录到WAL日志中。主节点的配置涉及到以下几方面：

开启WAL日志（Write-Ahead Logging）：
在PostgreSQL中，所有的数据库操作都会记录到WAL日志中，主节点需要将这些日志传输到从节点进行同步。要启用流复制，需要在主节点的postgresql.conf文件中进行以下设置：

wal_level = replica            # 设置为replica，开启流复制所需的WAL日志信息
max_wal_senders = 3            # 配置最大的WAL发送进程数量，根据需求设置
wal_keep_size = 16MB           # 保留足够的WAL日志文件，防止从节点追不上主节点
hot_standby = on               # 允许从节点在恢复期间进行查询

配置pg_hba.conf：
需要在主节点的pg_hba.conf文件中配置从节点连接的权限，允许从节点通过复制用户连接主节点：
```
host    replication     replicator     <slave_ip>/32       md5
```
其中，replicator是用于复制的角色，<slave_ip>是从节点的IP地址。

1.2 从节点配置

从节点负责接收主节点的WAL日志并进行数据同步。主从复制的配置步骤如下：

初始化从节点数据：
从节点的数据需要从主节点进行备份，通常使用pg_basebackup工具来创建主节点的备份，并将数据复制到从节点：
```
pg_basebackup -h <master_ip> -D /var/lib/postgresql/data -U replicator -P --wal-method=stream
```
配置postgresql.conf：
从节点的postgresql.conf文件需要启用hot_standby模式，使得从节点在恢复过程中可以进行只读查询：
```
hot_standby = on
```
配置recovery.conf：
从节点使用recovery.conf文件来定义连接到主节点的配置信息，并启动流复制：
```
standby_mode = on
primary_conninfo = 'host=<master_ip> port=5432 user=replicator password=your_password'
trigger_file = '/tmp/postgresql.trigger.5432'
```
该配置文件定义了从节点如何连接到主节点并开始数据同步。

1.3 流复制的工作原理

WAL日志记录：主节点执行任何数据操作时，会生成WAL日志，并将这些日志存储到磁盘中。WAL日志记录所有修改数据库状态的操作，以保证数据的一致性。
WAL发送进程：主节点上运行的WAL sender进程负责将生成的WAL日志实时地发送到从节点。每个从节点都会启动一个WAL receiver进程，用于接收主节点传送的WAL日志。
数据同步：从节点通过WAL receiver进程接收WAL日志，并将日志中的操作应用到自己的数据库中，保持与主节点的数据一致。
流式传输：从节点不断地读取主节点发送的WAL日志并执行这些日志中记录的事务。这样，从节点的数据库将与主节点的数据库保持同步。
延迟处理：由于网络和I/O操作的延迟，主从节点之间可能会存在一定的复制延迟。通常从节点会在主节点的WAL日志中读取数据，并通过恢复进程应用这些日志，以保证数据的一致性。

1.4 故障恢复

在主节点发生故障时，可以通过手动或自动故障转移将从节点提升为新的主节点。在recovery.conf文件中配置了trigger_file，在主节点不可用时，可以通过创建该触发文件来将从节点提升为新的主节点。

2. PostgreSQL主从复制的优缺点

优点：

高可用性：通过主从复制，能够在主节点故障时迅速切换到从节点，保证数据库服务不中断。
负载均衡：从节点可以用于读取查询，减轻主节点的负载，提高系统的吞吐量。
灾难恢复：从节点提供了数据备份的功能，在主节点出现故障时能够快速恢复。

缺点：

只读限制：在流复制中，从节点通常是只读的，不能进行写操作。
复制延迟：由于网络带宽、I/O等原因，主从节点之间可能会存在一定的复制延迟，特别是在高并发写操作的环境下。
故障转移需要手动干预：尽管可以设置自动故障转移，但在流复制的基本配置中，故障转移通常需要手动干预来提升从节点为主节点。

总结

PostgreSQL的主从复制机制通过流复制技术，利用WAL日志将主节点的数据同步到从节点，确保数据冗余和高可用性。它支持高可用性配置，可以通过自动或手动的故障转移保证服务不中断，适用于需要高可用性和容错性的生产环境。