PostgreSQL在Ubuntu上的高可用性方案

PostgreSQL在Ubuntu上的高可用性方案

PostgreSQL在Ubuntu上的高可用性（High Availability, HA）方案旨在通过冗余、自动故障转移和数据同步机制，确保数据库服务的连续性和可靠性。以下是几种主流方案，涵盖从基础到高级的实现方式：

1. 主从复制（Streaming Replication）

主从复制是PostgreSQL原生支持的基础高可用方案，通过**流式传输预写式日志（WAL）**实现主库与从库的数据同步。

• 核心配置步骤：
  • 主库设置：修改postgresql.conf，启用WAL日志（wal_level = replica）、允许复制连接（max_wal_senders = 10）、设置WAL保留大小（wal_keep_size = 128MB）；修改pg_hba.conf，允许从库IP通过复制用户连接（host replication all <standby_ip>/32 md5）；重启服务使配置生效。
  • 从库设置：停止PostgreSQL服务，清空数据目录；使用pg_basebackup工具从主库拉取数据（pg_basebackup -h <master_ip> -D /var/lib/postgresql/<version>/main -U postgres -P -R），-R参数会自动创建standby.signal文件和primary_conninfo配置。
  • 验证同步：在主库执行SELECT * FROM pg_stat_replication;查看从库连接状态，在从库执行SELECT pg_is_in_recovery();（返回true表示从库状态正常）。
• 优缺点：
  • 优点：配置简单、实时同步（默认异步，可调整为同步）、从库可处理只读请求（提升读性能）；
  • 缺点：异步模式下主库故障可能导致数据丢失，需手动处理故障转移。

2. repmgr工具增强复制管理

repmgr是EDB公司开源的PostgreSQL复制管理工具，简化了主从复制的部署、监控和故障转移流程。

• 核心功能：
  • 自动克隆主库数据到从库（repmgr standby clone）；
  • 监控主从复制状态（repmgr cluster show）；
  • 支持自动故障转移（通过repmgrd守护进程检测主库状态，自动提升从库为新主库）；
  • 支持手动切换（repmgr standby promote）。
• 配置步骤：
  • 在主从节点安装repmgr（sudo apt install repmgr）；
  • 主库创建复制用户（CREATE ROLE repl WITH REPLICATION LOGIN PASSWORD 'replpass';），并配置pg_hba.conf允许复制连接；
  • 从库配置repmgr.conf（指定节点ID、名称、连接信息），执行repmgr standby clone克隆数据，启动repmgrd守护进程。
• 优缺点：
  • 优点：配置简单、支持Auto Failover、对数据库侵入小、提供丰富的监控命令；
  • 缺点：无法检测备用库恢复配置错误，不支持多主复制。

3. Patroni + etcd自动故障转移

Patroni是基于Python的高可用解决方案，通过分布式一致性存储（如etcd、Consul）实现自动故障转移，避免脑裂问题。

• 架构特点：
  • 每个PostgreSQL节点运行一个Patroni实例，监控节点状态；
  • 使用etcd作为“大脑”，存储集群配置和节点状态；
  • 支持自动故障转移（主库故障时，Patroni会选择一个健康的从库提升为新主库）；
  • 支持手动切换（patronictl failover）、节点恢复（patronictl reinit）。
• 配置步骤：
  • 在所有节点安装etcd（集群模式，至少3节点）和Patroni；
  • 配置Patroni的patroni.yml文件（指定etcd地址、PostgreSQL数据目录、复制用户信息）；
  • 启动Patroni服务（sudo patroni /etc/patroni.yml），通过patronictl list查看集群状态。
• 优缺点：
  • 优点：自动故障转移、无单点故障、支持动态配置、与Linux看门狗集成防止脑裂；
  • 缺点：架构复杂、需要维护etcd等组件、资源消耗较高。

4. Keepalived + VIP虚拟IP

Keepalived通过**VRRP（虚拟路由冗余协议）**实现虚拟IP（VIP）的漂移，为PostgreSQL提供高可用访问入口。

• 工作原理：
  • 主节点持有VIP，处理客户端请求；
  • 通过健康检查（如检查PostgreSQL端口、进程状态）监控主节点状态；
  • 主节点故障时，VIP自动漂移到备用节点，备用节点接管服务。
• 配置步骤：
  • 在主备节点安装Keepalived（sudo apt install keepalived）；
  • 配置keepalived.conf文件（指定VIP、优先级、健康检查脚本）；
  • 启动Keepalived服务（sudo systemctl start keepalived），通过ip addr命令验证VIP绑定。
• 优缺点：
  • 优点：实现简单、快速故障转移（秒级）、对外提供固定IP；
  • 缺点：无法解决数据一致性问题（需配合主从复制使用），仅适用于读写分离场景。

5. 集群解决方案（Patroni + etcd + PgBouncer）

对于需要高可用+负载均衡的场景，可以组合使用Patroni、etcd和PgBouncer：

• PgBouncer的作用：作为连接池管理工具，减少数据库连接开销，提升性能；
• 架构优势：Patroni保证数据库高可用，PgBouncer实现客户端连接的负载均衡和复用；
• 配置要点：
  • 在Patroni集群前端部署PgBouncer，配置PgBouncer连接Patroni的REST API获取集群状态；
  • 通过PgBouncer的pool_mode参数（如session、transaction）调整连接池模式，适应不同业务需求。

以上方案可根据业务需求（如数据一致性要求、运维复杂度、预算）选择：

• 基础高可用：主从复制+repmgr；
• 企业级高可用：Patroni+etcd+VIP；
• 高并发场景：Patroni+etcd+PgBouncer组合。