HAクラスタで PostgreSQLを高可用化 (後編) ~ レプリケーション編 ~

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1 HA クラスタで PostgreSQL レプリケーション構成の高可用化 2012/11/30 PostgreSQL Day 2012 NTT OSS センタ近藤光正松尾隆利 1

2 レプリケーションとは? 複数のサーバにデータベースを自動的に複製する機能 用途 1: 高可用 データ保護 現用系が故障しても データを失うことなく待機系が現用系の処理を引き継げるシステム全体としてデータベースサービスが停止するのを回避できる 用途 2: 負荷分散 参照 SQL 実行の負荷を複数のサーバに分散できる負荷が一箇所に集中しないので システム全体として性能向上できる 高可用 データ保護 クライアント 負荷分散 クライアント SQL 参照 SQL 参照 SQL DB サーバ DB サーバ 2

3 PG 本体機能のレプリケーション構成 シングルマスタ / マルチスレーブ構成 マスタは 更新 SQLと参照 SQLを実行可能 スレーブは 参照 SQLのみ実行可能 参照系処理のスケールアウトに利用可能 クライアント 更新 / 参照 SQL 参照 SQL マルチスレーブ 変更 シングルマスタ 3

4 PG 本体機能レプリケーション方式 ログシッピング方式 PG 用語でストリーミングレプリケーションと呼んでいます データベースの変更情報として WAL をマスタからスレーブにレコード単位で送信 送信された WAL をリカバリすることで スレーブはデータベースを複製 更新 SQL クライアント マスタ WAL スレーブ リカバリ WAL WAL 4

5 非同期レプリケーション 1/2 トランザクションは WALがマスタに書き込まれた時点で完了 スレーブへのWALの転送やリカバリは トランザクションの完了とは非同期的に実行 レプリケーションの性能オーバーヘッドは小さい トランザクションは レプリケーションの完了を待つ必要がないため 1. COMMIT クライアント マスタ 3. 成功 4. WAL の転送 スレーブ 6. リカバリ 2. WAL の同期書き込み 5. WAL の同期書き込み 5

6 非同期レプリケーション 2/2 フェイルオーバ時に COMMIT 済のデータを失う可能性がある COMMIT 成功時 そのトランザクションのWALがスレーブに届いている保証はないため 高可用 データ保護の用途には利用しにくい スレーブで参照 SQLを実行したとき 古いデータが見える可能性がある COMMIT 成功時 そのトランザクションのWALがリカバリされている保証はないため 1. COMMIT クライアント マスタ 3. 成功 4. WAL の転送 スレーブ 6. リカバリ 2. WAL の同期書き込み 5. WAL の同期書き込み 6

7 同期レプリケーション 1/2 バージョン 9.1 からレプリケーションのモードを非同期 同期から選択可能 トランザクションは WAL がマスタとスレーブの両方に書き込まれた時点で完了 WAL 書き込みを同期させている スレーブへの WAL 転送は同期的だが リカバリは非同期的に実行 1. COMMIT クライアント マスタ 6. 成功 3. WAL の転送 スレーブ 7. リカバリ 5. 応答 2. WAL の同期書き込み 4. WAL の同期書き込み 7

8 同期レプリケーション 2/2 同期レプリケーションの性能オーバーヘッド トランザクションは WAL の転送 スレーブによる WAL の同期書き込みを待たなければならない WriteBack 機能付きの RAID カードを推奨 両系間の N/W 性能やスレーブのディスク I/O 性能が低いとオーバーヘッドは増大 高頻度で fsync が走るため N/W よりディスク I/O の方が性能に影響しやすい 1. COMMIT クライアント マスタ 6. 成功 3. WAL の転送 スレーブ 7. リカバリ 5. 応答 2. WAL の同期書き込み 4. WAL の同期書き込み 8

9 同期レプリケーションのデータ保護レベル フェイルオーバ時に COMMIT 済のデータが失われることはない COMMIT 成功時 そのトランザクションのWALがマスタとスレーブ両方のディスクに存在することが保証されるため COMMIT 済のデータが失われるのは 両系のディスクが破壊されたという稀な場合のみ 高可用 データ保護の用途に利用しやすい スレーブで参照 SQL を実行したとき 古いデータが見える可能性がある 同期レプリケーション = COMMIT 済のデータがすぐにスレーブで参照できる ではないことに注意! 1. COMMIT クライアント マスタ 6. 成功 3. WAL の転送 スレーブ 7. リカバリ 5. 応答 2. WAL の同期書き込み 4. WAL の同期書き込み 9

10 同期レプリケーションの設定 スレーブごとにレプリケーションのモードを設定 同期レプリケーションを行うスレーブの名前をsynchronous_standby_namesに設定同期レプリケーションを実行できるスレーブは同時に1 台のみより先頭に設定されている名前のスレーブが優先的に同期レプリケーションを行う postgresql.conf synchronous_standby_names = tokyo, osaka 同期 マスタ 非同期 非同期同期の tokyo が故障したら自動的に同期に昇格その後 tokyo が復活したら自動的に非同期に降格 tokyo が同期になる スレーブ tokyo nagoya osaka recovery.conf primary_conninfo = application_name= tokyo 10

11 同期レプリケーションの監視 pg_stat_replicationビューからスレーブごとにレプリケーション情報を取得可能 ビューを確認できるのはマスタのみ スレーブではこのビューは常に空 =# SELECT * FROM pg_stat_replication; -[ RECORD 1 ] procpid usesysid 10 usename postgres スレーブがレプリケーション接続に使ったユーザの名前 application_name tokyo スレーブの名前 client_addr スレーブのIPアドレス client_hostname client_port スレーブのポート番号 backend_start :54: レプリケーションの開始時刻 state streaming レプリケーションの状態 startup: 接続中 catchup: スレーブ追いつき途中 streaming: スレーブ追いつき済 sent_location 0/406E7CC マスタがどこまでWALを送信したかの位置 write_location 0/406E7CC スレーブがどこまでWALを受信したかの位置 flush_location 0/406E7CC スレーブがどこまでWALを同期書き込みしたかの位置 replay_location 0/406E1B0 スレーブがどこまでWALをリカバリしたかの位置 sync_priority 1 同期レプリケーションの優先度 0: 非同期 1~?: 同期 ( 値が小さいほど優先度高 ) sync_state sync スレーブのレプリケーションモード async: 非同期 sync: 同期 potential: 非同期だが 同期に昇格するかも 11

12 トランザクション単位のデータ保護レベルの制御 トランザクションの種類によって データ保護レベルよりも速度を重視したい or 速度よりもデータ保護レベルを重視したい この要望に応えるのがsynchronous_commit SET 文を使って トランザクションごとにデータ保護レベルを設定可能 スレーブのモード 同期 非同期 synchronous_commit の設定値 マスタ トランザクションが WAL 書き込みを待つか? スレーブ on 待つディスク書き込みまで待つ remote_write 待つメモリ書き込みまで待つ local off on local off 待つ 待つ 待つ 12

13 レプリケーションを継続できないときの挙動 レプリケーションを継続できないのは マスタとスレーブの2 台構成で 以下の場合 マスタ or スレーブの故障時マスタ / スレーブ間のN/W 故障時 非同期レプリケーション マスタは 単独でトランザクションを処理スレーブ故障やネットワーク故障によってトランザクションが停止することはない スレーブ故障時 マスタ故障時 マスタスレーブ旧マスタ新マスタ レプリケーションできない レプリケーションできない 13

14 レプリケーションを継続できないときの挙動 レプリケーション故障の場合 マスタは スレーブからの届くことのないレプリケーション完了の応答を待ち続ける 故障から復旧するまでマスタのトランザクションが停止する!! replication_timeout の設定値を超えても停止します!! トランザクションを再開させるには? スレーブを故障から復旧させ 再びレプリケーションを開始 synchronous_standby_names から 故障した Slave を削除し pg_ctl reload データ保護を最優先するための措置 マスタ単独でのトランザクション処理を許すと そのトランザクションはマスタのディスクにしか記録されていないため マスタのディスク故障時にCOMMIT 済のデータが消えるトランザクションを停止することで マスタにだけ存在するようなCOMMIT 済データが発生するのを回避 故障時にトランザクションを停止させたくない場合 同期レプリケーションのスレーブを複数台用意 別のスレーブが 同期 に自動的に昇格し そのスレーブにレプリケーションできるとトランザクション再開 と合わせて使う RA が自動的に制御します 詳細は後半で紹介します! 14

15 カスケードレプリケーション スレーブから更に非同期レプリケーションが可能 WAL WAL WAL マスタスレーブスレーブスレーブ WAL 使いどころ DR 構成時の遠隔地でのレプリケーション マスタの負荷軽減 参照負荷分散のレプリケーション構成の更なるスケールアウト 通常だと 1 マスタ 10 スレーブ辺りが限界 ネットワーク I/O がネックになるため スレーブ カスケードレプリケーションを用いた HA 構成は RA が未対応 スレーブ 15

16 カスケード構成の注意 Master が故障し フェイルオーバした際に カスケード先のレプリケーションも切断される WAL WAL 原因 Promote したスレーブ 1 の TimeLineID が上がるため 対策 マスタスレーブ 1 スレーブ 2 TimeLineID が揃っていないとレプリケーションはできない 故障後はスレーブ 1 から手動でベースバックアップを取得し 再組込みする必要あり 16

17 まとめ バージョン 9.1 からレプリケーションのモードを 非同期 と 同期 から選択可能 WAL の同期を保証し 参照可能データの同期は保証しない レプリケーションのモードはスレーブ単位 トランザクション単位で設定可能 [9.1~] synchronous_commit = local が追加 [9.2~] synchronous_commit = remote_write が追加 レプリケーションの様子は pg_stat_replication で確認できる 同期レプリケーションはデータ保護を最優先し レプリケーションを継続できないときはトランザクションを停止させる 高可用構成の場合は と組み合わせて使用することを推奨 17

18 を用いた レプリケーション構成の高可用化 NTT OSS センタ松尾隆利 18

19 レプリケーション対応機能開発経緯 ~ 2009 年 PG-REX というプロジェクトが存在 PostgreSQL 独自パッチで同期レプリケーションを実装 Heartbeat で HA クラスタ化 2010 年 PostgreSQL9.0 + で開発 同期レプリケーション実現の独自パッチと HA クラスタ化用独自パッチあり 2011 年 制御スクリプト (pgsql RA) をコミュニティへ投稿するもリジェクト PostgreSQL9.1 + で開発 ( 社外からも応援あり ) RA ほぼ作り直し コミュニティ絶賛!(tremendous job!!) 2012 年 4 月 13 日コミュニティのリポジトリにマージ! 5 月 16 日 resource-agents としてリリース のコンポーネント名 19

20 HA クラスタの今までの構成 ~Active/Standby 構成 ~ PostgreSQL のデータは共有ディスク上に配置し 2 台のサーバ間で共有 通常は Active サーバでサービスを提供し Active サーバ故障時は Standby サーバが Active となりサービスを提供 ( フェイルオーバ ) Active Standby フェイルオーバ Active マウント DB データ 故障発生 故障 DB データ マウント 共有ディスク 共有ディスク 20

21 レプリケーション構成 ~Master/Slave 構成 ~ PostgreSQL のデータはローカルディスク上に配置し PostgreSQL のストリーミングレプリケーション機能を用いて共有 通常は Master サーバでサービスを提供し Master サーバ故障時は Slave サーバが Master に昇格しサービスを継続 Master Slave レプリケーション DBデータ DBデータ 故障発生 故障 DB データ フェイルオーバ DB データ Master ローカルディスク ローカルディスク ローカルディスク ローカルディスク 21

22 Active/Standby vs Master/Slave Active/Standby Master/Slave ハードウェア費用 共有ディスク ( 相当のもの ) 必須 運用のしやすさデータは 1 箇所のみ 2 箇所のデータの整合性を考慮 データの安全性サービス継続性 DB 性能負荷分散実績 最新データは 共有ディスク上のみ フェイルオーバ時にリカバリに時間を要する レプリケーションの オーバヘッドなし 構成上不可能 最新データは 2 箇所に分散 Slave 故障がサービスに影響 ( 同期レプリケーション使用時 ) 共有ディスク構成をとれない 高速ストレージを活用可 ReadOnly クエリを Slave で処理可能 これから それぞれ一長一短 サービスの要件に応じて選択すること 22

23 レプリケーション構成の HA クラスタ化 3 大機能 1 フェイルオーバ Master 故障発生 フェイルオーバ Master 故障 Master DB データ 同期レプリケーション DB データ Slave Slave 故障発生 Master 古 DB データ 非同期レプリケーション DB データ 2 同期 非同期の切替 3 データの状態管理 故障 DB データ 古 DB データ 23

24 基本構成 サービス提供用 LAN 負荷分散しないならば削除可 仮想 IP1 (vip-master) Read/Write PostgreSQL (Master) レプリケーション用 LAN 仮想 IP2 (vip-rep) Read Only 仮想 IP3 (vip-slave) PostgreSQL (Slave) 制御 制御 pgsql RA 用 LAN pgsql RA STONITH 用 LAN 次ページからは省略サーバ #1 サーバ #2 ローカルディスク ローカルディスク 24

25 基本動作 1 : Master のフェイルオーバ vip-master vip-master vip-slave vip-master vip-slave PostgreSQL 1 故障 (Master) vip-rep PostgreSQL (Slave) PostgreSQL 故障 2 停止 (Master) vip-rep vip-rep PostgreSQL 5 (Slave) (Master) pgsql RA pgsql RA pgsql RA pgsql RA サーバ #1 サーバ #2 サーバ #1 #1 サーバ #2 #2 古 4 1 #1 の PostgreSQL の故障を検知 2 #1 の PostgreSQL を停止 3 仮想 IP(vip-master, vip-rep, vip-slave) を停止 4 #1 のデータが古いことを記録 5 #2 の PostgreSQL を Master に昇格 (promote) 6 #2 で仮想 IP(vip-master, vip-rep, vip-slave) を起動 25

26 基本動作 2 : 同期 非同期の切替 2 3 検知 vip-master vip-slave vip-slave vip-master 5 vip-slave PostgreSQL (Master) vip-rep 同期 PostgreSQL 1 故障 (Slave) PostgreSQL (Master) vip-rep 7 非同期 同期 PostgreSQL 故障 4 停止 (Slave) pgsql RA pgsql RA pgsql RA pgsql RA サーバ #1 サーバ #2 サーバ #1 サーバ #2 6 古 1 Slave の故障発生 2 Master のトランザクション停止 ~ レプリケーションのタイムアウト待ち ~ 3 #1 でレプリケーション切断を検知 SELECT * from pg_stat_replication 4 #2 の PostgreSQL を停止 5 #2 の仮想 IP(vip-slave) を #1 に付け替え 6 #2 のデータが古いことを記録 7 #1 の PostgreSQL を非同期設定に変更 トランザクション再開 26

27 ここまでが基本動作次はフェイルオーバ後の復旧 27

28 TimelineID PostgreSQL が Slave から Master へ昇格した際インクリメントされる数値 TimelineID が異なるとレプリケーション接続ができない フェイルオーバ時 Master レプリケーション Slave フェイルオーバ Slave Master 故障 異なる TimelineID をそろえるには新 Master のデータを旧 Master へコピーする必要あり 28

29 運用 1: フェイルオーバ後の復旧 PostgreSQL 1 故障復旧 (Master) vip-rep vip-master vip-slave PostgreSQL (Slave) (Master) vip-slave PostgreSQL 4 (Slave) 6 5 同期レプリケーション vip-rep vip-master vip-slave PostgreSQL (Master) pgsql RA pgsql pgsql RA RA 3 フラグ クリアロック削除 サーバ #1 #1 サーバ #2 #2 サーバ #1 pgsql RA pgsql RA サーバ #2 古 2 データ同期 新 1 故障の復旧 2 #1 のデータを #2 と同期 TimelineID がそろう 3 #1 のロックファイル削除と 上の故障フラグをクリア ( 手動 ) 4 #1 の PostgreSQL を Slave で起動 5 レプリケーション開始 非同期で接続 同期設定に切替 6 #2 の仮想 IP(vip-slave) を #1 に付け替え 29

30 次は起動方法 30

31 PostgreSQL と の状態遷移 Master を直接起動可能 recovery.conf なしで起動 STOP recovery.conf ありで起動 停止 Slave pg_ctl promote Master 停止 STOP start Slave promote Master stop demote PostgreSQL の Master は必ず Slave を経由して起動される Master 起動時も TimelineID がインクリメントされる 31

32 運用 2 : 起動 vip-slave vip-master 3 仮想 IP 起動 vip-slave vip-master 6 vip-slave PostgreSQL 停止 (Master) vip-rep 停止 PostgreSQL 停止 (Master) vip-rep PostgreSQL (Slave) 停止 2 起動 pgsql RA pgsql RA pgsql RA 5 起動 サーバ #1 サーバ #2 1 新 古 サーバ #1 サーバ #2 新 4 データ同期 古 1 データが新しい方のサーバーを選択 2 選択したサーバの を起動 Slave で起動 Master に遷移 TimelineID がずれる 3 仮想 IP が #1 で起動 ( 手動 ) 4 #2 のデータを #1 と同期 TimelineID がそろう 5 起動 レプリケーション開始 6 #1 の仮想 IP(vip-slave) を #2 に付け替え ( 手動 ) 32

33 高可用化まとめ 3 大機能 Masterのフェイルオーバ レプリケーションの同期 非同期の切替 データの状態管理 運用時の注意 TimelineID がずれているとレプリケーションできないため注意 難しくてよくわからない場合は Slave 起動前に Master データのコピーが必要 と覚えておけば OK 単純に TimelineID を合わせるためには WAL アーカイブのみをコピーすれば可能だが フェイルオーバするとサーバ間のデータの整合性が崩れる可能性があり これを避けるためにも全データのコピーを推奨 33

34 デモ 34

35 デモ環境 サービス提供用 LAN 仮想 IP1 (vip-master) PostgreSQL (mspostgresql) <Master> レプリケーション用 LAN 仮想 IP2 (vip-rep) 仮想 IP3 (vip-slave) PostgreSQL (mspostgresql) <Slave> 用 LAN ホスト名 : pm01 ホスト名 : pm02 ローカルディスク ローカルディスク 35

36 状態表示例 (crm_mon Af 実行時 ) Online: [ pm01 pm02 ] vip-slave (ocf::heartbeat:ipaddr2): Started pm02 Resource Group: master-group vip-master (ocf::heartbeat:ipaddr2): Started pm01 vip-rep (ocf::heartbeat:ipaddr2): Started pm01 Master/Slave Set: mspostgresql Masters: [ pm01 ] Slaves: [ pm02 ] Clone Set: clnpingd Started: [ pm01 pm02 ] Node Attributes: * Node pm01: + default_ping_set : master-pgsql:0 : pgsql-data-status : LATEST + pgsql-status : PRI + pgsql-master-baseline : B0 + pm02-eth1 : up + pm02-eth2 : up * Node pm02: + default_ping_set : master-pgsql:1 : pgsql-data-status : STREAMING SYNC + pgsql-status : HS:sync + pm01-eth1 : up + pm01-eth2 : up Migration summary: * Node pm01: * Node pm02: 仮想 IP の状態 PostgreSQL の Master/Slave の状態 pm01 ノードの PostgreSQL とデータの状態 promote 直前の xlog の位置 pm02 ノードの PostgreSQL とデータの状態 36

37 状態表示省略後 ( 今回のデモ用表示 ) vip-slave (ocf::heartbeat:ipaddr2): Started pm02 Resource Group: master-group vip-master (ocf::heartbeat:ipaddr2): Started pm01 vip-rep (ocf::heartbeat:ipaddr2): Started pm01 Master/Slave Set: mspostgresql Masters: [ pm01 ] Slaves: [ pm02 ] * Node pm01: + pgsql-data-status : LATEST + pgsql-status : PRI * Node pm02: + pgsql-data-status : STREAMING SYNC + pgsql-status : HS:sync * Node pm01: * Node pm02: 仮想 IP の状態 PostgreSQL の Master/Slave の状態 pm01 ノードの PostgreSQL とデータの状態 pm02 ノードの PostgreSQL とデータの状態 故障状態が表示される 37

38 デモ Slave の故障 pm02 の PostgreSQL のプロセスを kill # killall -9 postgres 非同期設定に切替 vip-slave vip-master PostgreSQL (Master) vip-rep vip-slave 故障 PostgreSQL ( 停止 ) vip-slave の移動 Started pm02 Started pm01 故障検知 PM01 PM02 データ状態の ( 表示上わからない ) 記録 STREAMING SYNC DISCONNECTED 38

39 デモ Slave の復旧 pm02 のフェイルカウントクリア # crm resource cleanup mspostgresql pm02 vip-slave vip-master vip-slave vip-slave の移動 Started pm01 Started pm02 同期設定に切替 PostgreSQL (Master) PM01 vip-rep PostgreSQL (Slave) PM02 データ状態の記録 DISCONNECTED STREAMING SYNC Slave 起動 HS:sync 39

40 デモ Master の故障 pm01 の PostgreSQL のプロセスを kill # killall -9 postgres 故障検知 vip-rep の移動 Started pm01 Started pm02 故障 vip-master PostgreSQL ( 停止 ) vip-rep vip-rep vip-master vip-slave PostgreSQL (Master) vip-master の移動 Started pm01 Started pm02 Master に昇格 データ状態の記録 LATEST DISCONNECTED PM01 PM02 40

41 PostgreSQL 制御スクリプト (pgsql RA) の最近の動き resource-agent (11/23 リリース ) での変更内容 1.1.x の仕様変更に追従 1.0.x との互換は保持 recovery.conf の archive_cleanup_command や recovery_end_command を設定可能に promote 時に PostgreSQL を promote するのではなく recovery.conf を削除して再起動させることで Master 化可能に Timeline ID のインクリメント防止可能に ただし experimental 機能 その他細かなバグ修正 41

42 動作環境 以上推奨 resource-agents 以上必須 Linux-HA Japan リポジトリパッケージ 以上に同梱 (2012 年 7 月リリース ) PostgreSQL 9.1 以上 9.0 では動きません 42

43 参考 ソースコード (GitHub 上のRA 直リンク ) URL : ドキュメントおよび設定例 (GitHub の Wiki) ダウンロード インストール PG-REX(PostgreSQL + ) 利用マニュアル 43

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