标签
PostgreSQL , 同步 , 半同步 , 流复制
背景
两节点HA架构，如何做到跨机房RPO=0(可靠性维度)？同时RTO可控(可用性维度)？
半同步是一个不错的选择。
1、当只挂掉一个节点时，可以保证RPO=0。如下：
主 -> 从（挂）
主（挂） -> 从
2、当一个节点挂掉后，在另一个节点恢复并开启同步模式前，如果在此期间（当前）主节点也挂掉，(虽然此时从库活了（但由于还未开启同步模式）)，则RPO>0。 如下：
主（挂） -> 从（OPEN，但是之前从挂过，并且还还未转换为同步模式）
与两个节点同时挂掉一样，RPO>0
3、如何保证RTO时间可控？
我们知道，在同步模式下，事务提交时需要等待sync STANDBY的WAL复制反馈，确保事务wal落多个副本再反馈客户端（从动作上来说，先持久化主，然后同步给sync从，并等待sync从的WAL 同步位点的反馈），当STANDBY挂掉时，等待是无限期的，所以两节点的同步复制，无法兼顾可用性(RTO)。那么怎么兼顾可用性呢？
可以对(pg_stat_activity)等待事件的状态进行监测，如果发现同步事务等待超过一定阈值（RTO阈值），则降级为异步模式。
降级不需要重启数据库。
3.1 改配置
3.2 reload (对已有连接和新建连接都会立即生效)。
3.3 cancel 等待信号(针对当前处于等待中的进程)。
4、降级后，什么情况下恢复为同步模式？（升级）
同样可以对(pg_stat_replication)状态进行监测，当sync standby处于streaming状态时，则可以转换为同步模式。
升级不需要重启数据库。
4.1 改配置
4.2 reload。立即生效 (对已有连接和新建连接都会立即生效)。
涉及技术点
1、事务提交参数
synchronous_commit
on, remote_apply, remote_write, local
2、同步配置参数
synchronous_standby_names
[FIRST] num_sync ( standby_name [, ...] )
ANY num_sync ( standby_name [, ...] )
standby_name [, ...]
ANY 3 (s1, s2, s3, s4)
FIRST 3 (s1, s2, s3, s4)
* 表示所有节点
3、活跃会话，查看事务提交时，等待事件状态
pg_stat_activity
等待事件
https://www.postgresql.org/docs/11/monitoring-stats.html#MONITORING-STATS-VIEWS
wait_event='SyncRep'
4、流状态，pg_stat_replication
sync_state='sync'
state
text
Current WAL sender state. Possible values are:
startup: This WAL sender is starting up.
catchup: This WAL sender's connected standby is catching up with the primary.
streaming: This WAL sender is streaming changes after its connected standby server has caught up with the primary.
backup: This WAL sender is sending a backup.
stopping: This WAL sender is stopping.
实践
环境
1、主
postgresql.conf
synchronous_commit = remote_write
wal_level = replica
max_wal_senders = 8
synchronous_standby_names = '*'
2、从
recovery.conf
restore_command = 'cp /data01/digoal/wal/%f %p'
primary_conninfo = 'host=localhost port=8001 user=postgres'
同步降级、升级 - 实践
关闭standby，模拟备库异常。看如何实现半同步。
模拟STANDBY恢复，看如何模拟升级为同步模式。
1、监测 pg_stat_activity，如果发现事务提交等待超过一定阈值（RTO保障），降级
select max(now()-query_start) from pg_stat_activity where wait_event='SyncRep';
2、查看以上结果等待时间（RTO保障）
当大于某个阈值时，开始降级。
注意NULL保护，NULL表示没有事务处于 SyncRep 等待状态。
3、降级步骤1，修改synchronous_commit参数。改成WAL本地持久化（异步流复制）。
alter system set synchronous_commit=local;
4、降级步骤2，生效参数，RELOAD
select pg_reload_conf();
5、降级步骤3，清空当前等待队列（处于SyncRep等待状态的进程在收到CANCEL信号后，从队列清空，并提示客户端，当前事务本地WAL已持久化，事务正常结束。）
select pg_cancel_backend(pid) from pg_stat_activity where wait_event='SyncRep';
6、收到清空信号的客户端返回正常（客户端可以看到事务正常提交）
postgres=# end;
WARNING: 01000: canceling wait for synchronous replication due to user request
DETAIL: The transaction has already committed locally, but might not have been replicated to the standby.
LOCATION: SyncRepWaitForLSN, syncrep.c:264
COMMIT
事务的redo信息已在本地WAL持久化，提交状态正常。
当前会话后续的请求会变成异步流复制模式（WAL本地持久化模式（synchronous_commit=local））。
如何升级？：
7、升级步骤1，监测standby状态，sync_state='sync'状态的standby进入streaming状态后，表示该standby与primary的wal已完全同步。
select * from pg_stat_replication where sync_state='sync' and state='streaming';
有结果返回，表示standby已经接收完primary的wal，可以进入同步模式。
8、升级步骤2，将事务提交模式改回同步模式( synchronous_commit=remote_write ，事务提交时，等sync standby接收到wal，并write。)
alter system set synchronous_commit=remote_write;
9、升级步骤3，生效参数，RELOAD (所有会话重置synchronous_commit=remote_write，包括已有连接，新建的连接)
select pg_reload_conf();
小结
1、在不修改PG内核的情况下，通过外部辅助监测和操纵（例如5秒监控间隔）)，实现了两节点的半同步模式，在双节点或单节点正常的情况下，保证RPO=0，同时RTO可控（例如最长wait_event='SyncRep'等待时间超过10秒）。
2、内核修改建议，
降级：可以在等待队列中加HOOK，wait_event='SyncRep'等待超时后降级为异步。
升级：在wal_sender代码中加hook，监测到standby恢复后，改回同步模式。
参考
《PostgreSQL 一主多从(多副本,强同步)简明手册 - 配置、压测、监控、切换、防脑裂、修复、0丢失 - 珍藏级》
https://www.postgresql.org/docs/11/monitoring-stats.html#MONITORING-STATS-VIEWS
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