集群配置

根据需求场景选择合适的实例与集群类型,配置出满足需求的 PostgreSQL 数据库集群。

根据需求场景选择合适的实例与集群类型,配置出满足需求的 PostgreSQL 数据库集群。

您可以定义不同类型的实例和集群,下面是 Pigsty 中常见的几种 PostgreSQL 实例/集群类型:


读写主库

我们从最简单的情况开始:由一个主库(Primary)组成的单实例集群:

pg-test:
  hosts:
    10.10.10.11: { pg_seq: 1, pg_role: primary }
  vars:
    pg_cluster: pg-test

这段配置言简意赅,仅由身份参数构成。

使用以下命令在节点 10.10.10.11 上创建一个主库实例:

bin/pgsql-add pg-test

Demo展示,开发测试,承载临时需求,进行无关紧要的计算分析任务时,使用单一数据库实例可能并没有太大问题。但这样的单机集群没有高可用,当出现硬件故障时,您需要使用 PITR 或其他恢复手段来确保集群的 RTO / RPO。为此,您可以考虑为集群添加若干个只读从库


只读从库

要添加一台只读从库(Replica)实例,您可以在 pg-test 中添加一个新节点,并将其 pg_role 设置为replica

pg-test:
  hosts:
    10.10.10.11: { pg_seq: 1, pg_role: primary }
    10.10.10.12: { pg_seq: 2, pg_role: replica }  # <--- 新添加的从库
  vars:
    pg_cluster: pg-test

如果整个集群不存在,您可以直接创建这个完整的集群。 如果集群主库已经初始化好了,那么您可以向现有集群添加一个从库:

bin/pgsql-add pg-test               # 一次性初始化整个集群
bin/pgsql-add pg-test 10.10.10.12   # 添加从库到现有的集群

当集群主库出现故障时,只读实例(Replica)可以在高可用系统的帮助下接管主库的工作。除此之外,只读实例还可以用于执行只读查询:许多业务的读请求要比写请求多很多,而大部分只读查询负载都可以由从库实例承担。


离线从库

离线实例(Offline)是专门用于服务慢查询、ETL、OLAP流量和交互式查询等的专用只读从库。慢查询/长事务对在线业务的性能与稳定性有不利影响,因此最好将它们与在线业务隔离开来。

要添加离线实例,请为其分配一个新实例,并将pg_role设置为offline

pg-test:
  hosts:
    10.10.10.11: { pg_seq: 1, pg_role: primary }
    10.10.10.12: { pg_seq: 2, pg_role: replica }
    10.10.10.13: { pg_seq: 3, pg_role: offline }  # <--- 新添加的离线从库
  vars:
    pg_cluster: pg-test

专用离线实例的工作方式与常见的从库实例类似,但它在 pg-test-replica 服务中用作备份服务器。 也就是说,只有当所有replica实例都宕机时,离线和主实例才会提供此项只读服务。

许多情况下,数据库资源有限,单独使用一台服务器作为离线实例是不经济的做法。作为折中,您可以选择一台现有的从库实例,打上 pg_offline_query 标记,将其标记为一台可以承载“离线查询”的实例。在这种情况下,这台只读从库会同时承担在线只读请求与离线类查询。您可以使用 pg_default_hba_rulespg_hba_rules 对离线实例进行额外的访问控制。


同步备库

当启用同步备库(Sync Standby)时,PostgreSQL 将选择一个从库作为同步备库,其他所有从库作为候选者。 主数据库会等待备库实例刷新到磁盘,然后才确认提交,备库实例始终拥有最新的数据,没有复制延迟,主从切换至同步备库不会有数据丢失。

PostgreSQL 默认使用异步流复制,这可能会有小的复制延迟(10KB / 10ms 数量级)。当主库失败时,可能会有一个小的数据丢失窗口(可以使用pg_rpo来控制),但对于大多数场景来说,这是可以接受的。

但在某些关键场景中(例如,金融交易),数据丢失是完全不可接受的,或者,读取复制延迟是不可接受的。在这种情况下,您可以使用同步提交来解决这个问题。 要启用同步备库模式,您可以简单地使用pg_conf中的crit.yml模板。

pg-test:
  hosts:
    10.10.10.11: { pg_seq: 1, pg_role: primary }
    10.10.10.12: { pg_seq: 2, pg_role: replica }
    10.10.10.13: { pg_seq: 3, pg_role: replica }
  vars:
    pg_cluster: pg-test
    pg_conf: crit.yml   # <--- 使用 crit 模板

要在现有集群上启用同步备库,请配置集群并启用 synchronous_mode

$ pg edit-config pg-test    # 在管理员节点以管理员用户身份运行
+++
-synchronous_mode: false    # <--- 旧值
+synchronous_mode: true     # <--- 新值
 synchronous_mode_strict: false

应用这些更改?[y/N]: y

在这种情况下,PostgreSQL 配置项 synchronous_standby_names 由 Patroni 自动管理。 一台从库将被选拔为同步从库,它的 application_name 将被写入 PostgreSQL 主库配置文件中并应用生效。


法定人数提交

法定人数提交(Quorum Commit)提供了比同步备库更强大的控制能力:特别是当您有多个从库时,您可以设定提交成功的标准,实现更高/更低的一致性级别(以及可用性之间的权衡)。

如果想要最少两个从库来确认提交,可以通过 Patroni 配置集群,调整参数 synchronous_node_count 并应用生效

synchronous_mode: true          # 确保同步提交已经启用
synchronous_node_count: 2       # 指定“至少”有多少个从库提交成功,才算提交成功

如果你想要使用更多的同步从库,修改 synchronous_node_count 的取值即可。当集群的规模发生变化时,您应当确保这里的配置仍然是有效的,以避免服务不可用。

在这种情况下,PostgreSQL 配置项 synchronous_standby_names 由 Patroni 自动管理。

synchronous_standby_names = '2 ("pg-test-3","pg-test-2")'
示例:使用多个同步从库
$ pg edit-config pg-test
---
+synchronous_node_count: 2

Apply these changes? [y/N]: y

应用配置后,出现两个同步备库。

+ Cluster: pg-test (7080814403632534854) +---------+----+-----------+-----------------+
| Member    | Host        | Role         | State   | TL | Lag in MB | Tags            |
+-----------+-------------+--------------+---------+----+-----------+-----------------+
| pg-test-1 | 10.10.10.10 | Leader       | running |  1 |           | clonefrom: true |
| pg-test-2 | 10.10.10.11 | Sync Standby | running |  1 |         0 | clonefrom: true |
| pg-test-3 | 10.10.10.12 | Sync Standby | running |  1 |         0 | clonefrom: true |
+-----------+-------------+--------------+---------+----+-----------+-----------------+

另一种情景是,使用 任意n个 从库来确认提交。在这种情况下,配置的方式略有不同,例如,假设我们只需要任意一个从库确认提交:

synchronous_mode: quorum        # 使用法定人数提交
postgresql:
  parameters:                   # 修改 PostgreSQL 的配置参数 synchronous_standby_names ,使用 `ANY n ()` 语法
    synchronous_standby_names: 'ANY 1 (*)'  # 你可以指定具体的从库列表,或直接使用 * 通配所有从库。
示例:启用ANY法定人数提交
$ pg edit-config pg-test

+    synchronous_standby_names: 'ANY 1 (*)' # 在 ANY 模式下,需要使用此参数
- synchronous_node_count: 2  # 在 ANY 模式下, 不需要使用此参数

Apply these changes? [y/N]: y

应用后,配置生效,所有备库在 Patroni 中变为普通的 replica。但是在 pg_stat_replication 中可以看到 sync_state 会变为 quorum


备份集群

您可以克隆现有的集群,并创建一个备份集群(Standby Cluster),用于数据迁移、水平拆分、多区域部署,或灾难恢复。

在正常情况下,备份集群将追随上游集群并保持内容同步,您可以将备份集群提升,作为真正地独立集群。

备份集群的定义方式与正常集群的定义基本相同,除了在主库上额外定义了 pg_upstream 参数,备份集群的主库被称为 备份集群领导者 (Standby Leader)。

例如,下面定义了一个pg-test集群,以及其备份集群pg-test2,其配置清单可能如下所示:

# pg-test 是原始集群
pg-test:
  hosts:
    10.10.10.11: { pg_seq: 1, pg_role: primary }
  vars: { pg_cluster: pg-test }

# pg-test2 是 pg-test 的备份集群
pg-test2:
  hosts:
    10.10.10.12: { pg_seq: 1, pg_role: primary , pg_upstream: 10.10.10.11 } # <--- pg_upstream 在这里定义
    10.10.10.13: { pg_seq: 2, pg_role: replica }
  vars: { pg_cluster: pg-test2 }

pg-test2 集群的主节点 pg-test2-1 将是 pg-test 的下游从库,并在pg-test2集群中充当备份集群领导者(Standby Leader)。

只需确保备份集群的主节点上配置了pg_upstream参数,以便自动从原始上游拉取备份。

bin/pgsql-add pg-test     # 创建原始集群
bin/pgsql-add pg-test2    # 创建备份集群
示例:更改复制上游

如有必要(例如,上游发生主从切换/故障转移),您可以通过配置集群更改备份集群的复制上游。

要这样做,只需将standby_cluster.host更改为新的上游IP地址并应用。

$ pg edit-config pg-test2

 standby_cluster:
   create_replica_methods:
   - basebackup
-  host: 10.10.10.13     # <--- 旧的上游
+  host: 10.10.10.12     # <--- 新的上游
   port: 5432

 Apply these changes? [y/N]: y
示例:提升备份集群

你可以随时将备份集群提升为独立集群,这样该集群就可以独立承载写入请求,并与原集群分叉。

为此,你必须配置该集群并完全擦除standby_cluster部分,然后应用。

$ pg edit-config pg-test2
-standby_cluster:
-  create_replica_methods:
-  - basebackup
-  host: 10.10.10.11
-  port: 5432

Apply these changes? [y/N]: y
示例:级联复制

如果您在一台从库上指定了 pg_upstream,而不是主库。那么可以配置集群的 级联复制(Cascade Replication)

在配置级联复制时,您必须使用集群中某一个实例的IP地址作为参数的值,否则初始化会报错。该从库从特定的实例进行流复制,而不是主库。

这台充当 WAL 中继器的实例被称为 桥接实例(Bridge Instance)。使用桥接实例可以分担主库发送 WAL 的负担,当您有几十台从库时,使用桥接实例级联复制是一个不错的注意。

pg-test:
  hosts: # pg-test-1 ---> pg-test-2 ---> pg-test-3
    10.10.10.11: { pg_seq: 1, pg_role: primary }
    10.10.10.12: { pg_seq: 2, pg_role: replica } # <--- 桥接实例
    10.10.10.13: { pg_seq: 3, pg_role: replica, pg_upstream: 10.10.10.12 }
    # ^--- 从 pg-test-2 (桥接)复制,而不是从 pg-test-1 (主节点) 
  vars: { pg_cluster: pg-test }

延迟集群

延迟集群(Delayed Cluster)是一种特殊类型的备份集群,用于尽快恢复“意外删除”的数据。

例如,如果你希望有一个名为 pg-testdelay 的集群,其数据内容与一小时前的 pg-test 集群相同:

# pg-test 是原始集群
pg-test:
  hosts:
    10.10.10.11: { pg_seq: 1, pg_role: primary }
  vars: { pg_cluster: pg-test }

# pg-testdelay 是 pg-test 的延迟集群
pg-testdelay:
  hosts:
    10.10.10.12: { pg_seq: 1, pg_role: primary , pg_upstream: 10.10.10.11, pg_delay: 1d }
    10.10.10.13: { pg_seq: 2, pg_role: replica }
  vars: { pg_cluster: pg-test2 }

你还可以在现有的备份集群配置一个“复制延迟”。

$ pg edit-config pg-testdelay
 standby_cluster:
   create_replica_methods:
   - basebackup
   host: 10.10.10.11
   port: 5432
+  recovery_min_apply_delay: 1h    # <--- 在此处添加延迟时长,例如1小时

Apply these changes? [y/N]: y

当某些元组和表格被意外删除时,你可以通过修改此参数的方式,将此延迟集群推进到适当的时间点,并从中读取数据,快速修复原始集群。

延迟集群需要额外的资源,但比起 PITR 要快得多,并且对系统的影响也小得多,对于非常关键的集群,可以考虑搭建延迟集群。


Citus集群

Pigsty 原生支持 Citus。可以参考 files/pigsty/citus.ymlprod.yml 作为样例。

要定义一个 citus 集群,您需要指定以下参数:

此外,还需要额外的 hba 规则,允许从本地和其他数据节点进行 SSL 访问。如下所示:

all:
  children:
    pg-citus0: # citus 0号分片
      hosts: { 10.10.10.10: { pg_seq: 1, pg_role: primary } }
      vars: { pg_cluster: pg-citus0 , pg_group: 0 }
    pg-citus1: # citus 1号分片
      hosts: { 10.10.10.11: { pg_seq: 1, pg_role: primary } }
      vars: { pg_cluster: pg-citus1 , pg_group: 1 }
    pg-citus2: # citus 2号分片
      hosts: { 10.10.10.12: { pg_seq: 1, pg_role: primary } }
      vars: { pg_cluster: pg-citus2 , pg_group: 2 }
    pg-citus3: # citus 3号分片
      hosts:
        10.10.10.13: { pg_seq: 1, pg_role: primary }
        10.10.10.14: { pg_seq: 2, pg_role: replica }
      vars: { pg_cluster: pg-citus3 , pg_group: 3 }
  vars:                               # 所有 Citus 集群的全局参数
    pg_mode: citus                    # pgsql 集群模式需要设置为: citus
    pg_shard: pg-citus                # citus 水平分片名称: pg-citus
    patroni_citus_db: meta            # citus 数据库名称:meta
    pg_dbsu_password: DBUser.Postgres # 如果使用 dbsu ,那么需要为其配置一个密码
    pg_users: [ { name: dbuser_meta ,password: DBUser.Meta ,pgbouncer: true ,roles: [ dbrole_admin ] } ]
    pg_databases: [ { name: meta ,extensions: [ { name: citus }, { name: postgis }, { name: timescaledb } ] } ]
    pg_hba_rules:
      - { user: 'all' ,db: all  ,addr: 127.0.0.1/32 ,auth: ssl ,title: 'all user ssl access from localhost' }
      - { user: 'all' ,db: all  ,addr: intra        ,auth: ssl ,title: 'all user ssl access from intranet'  }

在协调者节点上,您可以创建分布式表和引用表,并从任何数据节点查询它们。从 11.2 开始,任何 Citus 数据库节点都可以扮演协调者的角色了。

SELECT create_distributed_table('pgbench_accounts', 'aid'); SELECT truncate_local_data_after_distributing_table($$public.pgbench_accounts$$);
SELECT create_reference_table('pgbench_branches')         ; SELECT truncate_local_data_after_distributing_table($$public.pgbench_branches$$);
SELECT create_reference_table('pgbench_history')          ; SELECT truncate_local_data_after_distributing_table($$public.pgbench_history$$);
SELECT create_reference_table('pgbench_tellers')          ; SELECT truncate_local_data_after_distributing_table($$public.pgbench_tellers$$);

大版本切换

Pigsty 从 PostgreSQL 10 开始提供支持,不过目前预打包的离线软件包中仅包含 12 - 16 版本。

Pigsty 对不同大版本的支持力度不同,如下表所示:

版本 说明 软件包支持程度
16 刚发布的新版本,支持重要扩展 Core, L1, L2
15 稳定的主版本,支持全部扩展(默认) Core, L1, L2, L3
14 旧的稳定主版本,支持 L1、L2 扩展 Core, L1
13 更旧的主版本,仅支持 L1 扩展 Core, L1
12 更旧的主版本,仅支持 L1 扩展 Core, L1
  • 内核: postgresql*,提供 12 - 16 支持
  • 1类扩展: wal2jsonpg_repackpasswordcheck_cracklib (在 PG 12 - 16 中提供)
  • 2类扩展: postgiscitustimescaledbpgvector (在 PG 15,16 中提供)
  • 3类扩展: 其他扩展 (目前只在 PG 15 提供)

除了 PG15 之外,其他大版本上可能会有一些扩展不可用,您可能需要更改 pg_extensionspg_libs 以满足您的需求。

如果您确实希望在较老的大版本上使用这些扩展,可以参考添加软件安装扩展的说明,手工从PGDG源下载并安装。

这里有一些不同大版本集群的配置样例:

pg-v12:
  hosts: { 10.10.10.12: { pg_seq: 1 ,pg_role: primary } }
  vars:
    pg_cluster: pg-v12
    pg_version: 12
    pg_libs: 'pg_stat_statements, auto_explain'
    pg_extensions: [ 'wal2json_12* pg_repack_12* passwordcheck_cracklib_12*' ]

pg-v13:
  hosts: { 10.10.10.13: { pg_seq: 1 ,pg_role: primary } }
  vars:
    pg_cluster: pg-v13
    pg_version: 13
    pg_libs: 'pg_stat_statements, auto_explain'
    pg_extensions: [ 'wal2json_13* pg_repack_13* passwordcheck_cracklib_13*' ]

pg-v14:
  hosts: { 10.10.10.14: { pg_seq: 1 ,pg_role: primary } }
  vars:
    pg_cluster: pg-v14
    pg_version: 14

pg-v15:
  hosts: { 10.10.10.15: { pg_seq: 1 ,pg_role: primary } }
  vars:
    pg_cluster: pg-v15
    pg_version: 15

pg-v16:
  hosts: { 10.10.10.16: { pg_seq: 1 ,pg_role: primary } }
  vars:
    pg_cluster: pg-v16
    pg_version: 16

Last modified 2024-03-01: update typo (bde5c36)