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openGauss 主备架构及同步复制模式理论学习与验证测试

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现供职于某上市互联网公司担任DBA，荣获 Oracle & PG ACE称号，拥有 Oracle OCM、AWS、以及部分国产数据库等产品认证。喜欢技术分享，热爱交友，也热爱健身。2019年加入墨天轮，目前已发表了一百多篇原创文章，曾多次获评"月度墨力之星"。OceanBase、PG中国分会、IvorySQL等南京地区组织者，也是TeckTalk技术交流社区创始人。

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备注： 非常感谢在这研究本文相关内容中 openGauss 数据库官网 行尘(张旭博)老师在群里给予的知识点解答。

一、openGauss主备架构

openGauss 支持多种主备部署方案，每种方式都有其适合的场景，每种方案也都有一定的优劣势，要根据不同的业务场景和安全需求选择最适合的架构方案，openGauss主备架构主要支持如下几种方案：

1）单中心

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2）同城双中心

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3）两地三中心

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4）两地三中心流式容灾方案

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openGauss 自 1.0.0版本开始支持DN主备。DN 是指数据库节点（Database Node）的缩写。数据库节点是 OpenGauss 分布式架构的基本组成单元，每个数据库节点都是一个独立的数据库实例，负责处理客户端请求和执行数据库操作。

AZ，全称为 Availability Zone，是云计算领域中常见的概念，特别是在云服务提供商（如AWS、Azure、阿里云等）的架构中使用广泛。AZ 是云计算数据中心的物理隔离区域，每个 AZ 都是一个独立的、物理上隔离的数据中心，这些数据中心之间相互之间有高带宽、低延迟的连接。

在 openGauss 数据库的架构中，可以使用 AZ 来部署主备数据库实例，使其在不同的 AZ 中运行。这样，当某个 AZ 出现故障或不可用时，可以快速切换到其他 AZ 中的备用数据库实例，实现数据库的高可用性和容灾保护。使用 AZ 的架构可以大大提高系统的可靠性，确保服务的持续性和稳定性。

二、主备状态查看

可以使用 gs_om -t status --detail --all 命令来查看openGauss主备详细状态信息，如下所示：

 

[omm@opengauss-db1 ~]$ gs_om -t status --detail --all [ CMServer State ] node node_ip instance state ------------------------------------------------------------------------------- 1 opengauss-db1 10.110.3.155 1 /opt/gaussdb/install/cm/cm_server Primary 2 opengauss-db2 10.110.3.156 2 /opt/gaussdb/install/cm/cm_server Standby [ Cluster State ] cluster_state : Normal redistributing : No balanced : No current_az : AZ_ALL [ Datanode State ] node node_ip instance state ------------------------------------------------------------------------------------ 1 opengauss-db1 10.110.3.155 6001 /opt/gaussdb/install/data/dn P Standby Normal 2 opengauss-db2 10.110.3.156 6002 /opt/gaussdb/install/data/dn S Primary Normal 
 

 

image20230804161359575.png
 

我也是第一次注意到CMServer State和Cluster State的主备状态不是一一对应的，之前这套主备环境曾做过主备切换。于是就查询和向群里老师请教了解了下CMServer State 和 Datanode State 的相关含义。
 

CMServer和 Datanode分别有自己的主备， 两个都可以数量不一样， 比如 node1、node2、node3 安装CMServer，node2和node3 安装 DB。
 

1）CMServer State
 

CMServer是cm的服务端，负责收集CMA(Cluster Management Agent)【集群管理代理】上报的状态，并作为仲裁中心和全局配置中心，主备集群能否稳定运行以及在发生单点故障后，openGauss 备库能否正常切换为主库来保证集群的可用性，都与CMServer是否稳定有很紧密的关系。
 

CMServer状态可能是如下几种状态中的一种：
 

Normal（正常状态）： 集群管理服务器正常运行，能够管理和监控整个数据库集群的各个节点。
 

Degraded（降级状态）： 集群管理服务器可能出现了部分功能的问题或故障，导致其功能降低。
 

Fault（故障状态）： 集群管理服务器可能发生了严重的故障，导致无法正常管理和监控数据库集群。
 

Pending（待命状态）： 集群管理服务器正在进行状态切换，可能是从备用服务器切换为主服务器，或者从主服务器降级为备用服务器。
 

Unknown（未知状态）： 集群管理服务器的状态无法确定，可能是由于网络故障或通信问题导致状态不明确。
 

2）Datanode State
 

Datanode State（数据节点状态）是指数据库集群中每个数据节点的运行状态。数据节点是分布式数据库集群中的基本组成单元，负责存储数据和处理数据库操作。每个数据节点都可以是主节点或备节点，用于实现高可用性和容灾保护。
 

Datanode State状态可能是以下几种状态的一种：
 

Primary（主节点）： 数据节点被选举为主节点，负责处理客户端请求、执行事务以及维护数据的最新状态。
 

Standby（备节点）： 数据节点作为备节点，实时复制主节点的数据，并可以在主节点故障时接管服务，保障数据库的持续可用性。
 

Pending（待命状态）： 数据节点正在进行状态切换，可能是从备节点升级为主节点，或者从主节点降级为备节点。
 

Unknown（未知状态）： 数据节点的状态无法确定，可能是由于网络故障或通信问题导致状态不明确。
 

Offline（离线状态）： 数据节点不可用，可能是由于硬件故障、网络问题或其他原因导致节点无法正常运行。
 

三、复制模式
 

3.1 复制模式
 

openGauss 部署了主备环境后，可以通过在主库查询pg_stat_replication视图来获取当前复制模式的信息，记住是只能在主库查询到相关信息，在备库是查询不到的，如下所示：
 

 

-- openGauss 主库 [omm@opengauss-db2 ~]$ gsql -d postgres -p 26000 gsql ((openGauss 5.0.0 build a07d57c3) compiled at 2023-03-29 03:07:56 commit 0 last mr ) Non-SSL connection (SSL connection is recommended when requiring high-security) Type "help" for help. openGauss=# select pid,state,client_addr,sync_priority,sync_state from pg_stat_replication; pid | state | client_addr | sync_priority | sync_state -----------------+-----------+--------------+---------------+------------ 140128500840192 | Streaming | 10.110.3.155 | 1 | Quorum (1 row) 
 

 

image20230804163423858.png
 

 

-- openGauss 备库 [omm@opengauss-db1 ~]$ gsql -d postgres -p 26000 gsql ((openGauss 5.0.0 build a07d57c3) compiled at 2023-03-29 03:07:56 commit 0 last mr ) Non-SSL connection (SSL connection is recommended when requiring high-security) Type "help" for help. openGauss=# select pid,state,client_addr,sync_priority,sync_state from pg_stat_replication; pid | state | client_addr | sync_priority | sync_state -----+-------+-------------+---------------+------------ (0 rows) 
 

 

image20230804163534694.png
 

和PostGreSQL原生数据库不同，使用OM部署的openGuass主备环境默认采用Quorum这种复制模式，而PostGreSQL采用的是Async复制模式。
 

3.2 Quorum和Async差异
 

Quorum和Async是用于实现数据复制和高可用性的两种不同策略，它们在数据一致性、可用性和性能方面有所不同。
 

两者的差异主要体现在如下方面：
 

同步复制 (Quorum)
 

  • Quorum 同步复制要求主服务器在提交事务之前，必须等待至少一定数量的备份服务器确认已成功写入相同的数据。
  • 这种方式确保了较高的数据一致性，因为事务只有在多个服务器都写入成功后才会提交。
  • 如果其中一个备份服务器发生故障，主服务器可能会等待其他备份服务器的确认，从而导致一些性能损失。
  • 由于需要等待确认，因此 Quorum 同步复制可能会对性能产生一定的影响，尤其是在网络延迟较大的情况下。
 

异步复制 (Async)：
 

  • 异步复制允许主服务器提交事务后立即继续处理下一个事务，而不需要等待备份服务器的确认。
  • 这种方式可以提供较高的性能，因为主服务器不会被阻塞等待备份服务器的响应。
  • 由于备份服务器的确认并不是实时的，所以存在一定的数据风险。在主服务器发生故障时，可能会丢失尚未传输到备份服务器的数据。
  • 异步复制适用于那些对性能要求较高，但对数据一致性要求相对较低的场景。
 

总结：
 

  • Quorum 同步复制在数据一致性方面提供更高的保证，但可能会对性能产生影响。
  • Async异步复制提供了更好的性能，但在某些情况下可能会导致数据丢失。
 

另外还需要注意的是，要实现 Quorum 同步复制，在PostGreSQL数据库中通常需要配置复制槽、设置同步级别等才够满足要求。
 

3.3 复制模式切换
 

3.3.1 查询复制模式
 

在openGauss数据库中，复制模式sync_state值是受到synchronous_standby_names参数配置的影响，使用OM方式部署的主备环境，synchronous_standby_names 默认是为ANY，可以通过如下两种方式查询当前数据库环境synchronous_standby_names 的值。
 

1）方式一
 

 

-- 查看 postgresql.conf 配置文件 [omm@opengauss-db2 dn]$ cat /opt/gaussdb/install/data/dn/postgresql.conf|grep -i synchronous_standby_names synchronous_standby_names = 'ANY 1(dn_6001)' # standby servers that provide sync rep 
 

 

image20230804171220709.png
 

2）方式二
 

 

-- 主库数据库查询，备库是查询不到信息 -- 主库查询 [omm@opengauss-db2 ~]$ gsql -d postgres -p 26000 gsql ((openGauss 5.0.0 build a07d57c3) compiled at 2023-03-29 03:07:56 commit 0 last mr ) Non-SSL connection (SSL connection is recommended when requiring high-security) Type "help" for help. openGauss=# SELECT current_setting('synchronous_standby_names') AS synchronous_standby_names; synchronous_standby_names --------------------------- ANY 1(dn_6001) (1 row) -- 备库查询 [omm@opengauss-db1 ~]$ gsql -d postgres -p 26000 gsql ((openGauss 5.0.0 build a07d57c3) compiled at 2023-03-29 03:07:56 commit 0 last mr ) Non-SSL connection (SSL connection is recommended when requiring high-security) Type "help" for help. openGauss=# SELECT current_setting('synchronous_standby_names') AS synchronous_standby_names; synchronous_standby_names --------------------------- (1 row) 
 

 

image20230804171645309.png
 

 

image20230804171715529.png
 

synchronous_standby_names 值设置为 ‘ANY 1(dn_6001)’ any 意味着是潜在备库， 保证后面有 Any N 个是同步模式， 按照当前部署的一主一备这套主备环境，any 1 且只有一个备机， 表示就是同步备。
 

openGuass若通过OM安装生成，默认会设置 n / 2 个实例作为同步备。
 

3.3.2 切换复制模式
 

可以通过gs_guc命令进行复制模式的切换，gs_guc命令要在主库进行，无需重启主备数据库，若在备库执行，执行不会报错，但不会生效。synchronous_standby_names 设置为空，即将复制模式从Quorum 切换至Async模式。
 

gs_guc设置的命令为：gs_guc reload -D <datanode_dir> -c “synchronous_standby_names=’’”
 

实现操作如下：
 

 

-- openGauss 主库执行 [omm@opengauss-db2 ~]$ gsql -d postgres -p 26000 gsql ((openGauss 5.0.0 build a07d57c3) compiled at 2023-03-29 03:07:56 commit 0 last mr ) Non-SSL connection (SSL connection is recommended when requiring high-security) Type "help" for help. openGauss=# select pid,state,client_addr,sync_priority,sync_state from pg_stat_replication; pid | state | client_addr | sync_priority | sync_state -----------------+-----------+--------------+---------------+------------ 140128500840192 | Streaming | 10.110.3.155 | 1 | Quorum (1 row) openGauss=# \q [omm@opengauss-db2 ~]$ gs_guc reload -D /opt/gaussdb/install/data/dn -c "synchronous_standby_names=''" The gs_guc run with the following arguments: [gs_guc -D /opt/gaussdb/install/data/dn -c synchronous_standby_names='' reload ]. expected instance path: [/opt/gaussdb/install/data/dn/postgresql.conf] gs_guc reload: synchronous_standby_names='': [/opt/gaussdb/install/data/dn/postgresql.conf] server signaled Total instances: 1. Failed instances: 0. Success to perform gs_guc! [omm@opengauss-db2 ~]$ gsql -d postgres -p 26000 gsql ((openGauss 5.0.0 build a07d57c3) compiled at 2023-03-29 03:07:56 commit 0 last mr ) Non-SSL connection (SSL connection is recommended when requiring high-security) Type "help" for help. openGauss=# select pid,state,client_addr,sync_priority,sync_state from pg_stat_replication; pid | state | client_addr | sync_priority | sync_state -----------------+-----------+--------------+---------------+------------ 140128500840192 | Streaming | 10.110.3.155 | 0 | Async (1 row) 
 

 

image20230804172802999.png
 

若希望从Async重新切换至Quorum模式，可通过如下操作执行：
 

gs_guc reload -D <datanode_dir> -c “synchronous_standby_names=‘ANY X(dn_600XXX)’”
 

实验操作如下：
 

 

-- openGauss 主库执行 [omm@opengauss-db2 ~]$ gsql -d postgres -p 26000 gsql ((openGauss 5.0.0 build a07d57c3) compiled at 2023-03-29 03:07:56 commit 0 last mr ) Non-SSL connection (SSL connection is recommended when requiring high-security) Type "help" for help. openGauss=# select pid,state,client_addr,sync_priority,sync_state from pg_stat_replication; pid | state | client_addr | sync_priority | sync_state -----------------+-----------+--------------+---------------+------------ 140128500840192 | Streaming | 10.110.3.155 | 0 | Async (1 row) openGauss=# \q [omm@opengauss-db2 ~]$ gs_guc reload -D /opt/gaussdb/install/data/dn -c "synchronous_standby_names='ANY 1(dn_6001)'" The gs_guc run with the following arguments: [gs_guc -D /opt/gaussdb/install/data/dn -c synchronous_standby_names='ANY 1(dn_6001)' reload ]. expected instance path: [/opt/gaussdb/install/data/dn/postgresql.conf] gs_guc reload: synchronous_standby_names='ANY 1(dn_6001)': [/opt/gaussdb/install/data/dn/postgresql.conf] server signaled Total instances: 1. Failed instances: 0. Success to perform gs_guc! [omm@opengauss-db2 ~]$ gsql -d postgres -p 26000 gsql ((openGauss 5.0.0 build a07d57c3) compiled at 2023-03-29 03:07:56 commit 0 last mr ) Non-SSL connection (SSL connection is recommended when requiring high-security) Type "help" for help. openGauss=# select pid,state,client_addr,sync_priority,sync_state from pg_stat_replication; pid | state | client_addr | sync_priority | sync_state -----------------+-----------+--------------+---------------+------------ 140128500840192 | Streaming | 10.110.3.155 | 1 | Quorum (1 row) 
 

 

image20230804173533364.png
 

四、恢复模式
 

pg_is_in_recovery是postGreSQL的一个内置函数，openGauss继承了postGreSQL,也含有这个函数，pg_is_in_recovery函数用来判断当前数据库实例是否处于恢复模式。
 

恢复模式是指数据库正在应用 WAL（Write-Ahead Log）日志以将备份的数据与主数据库同步。这通常发生在实施数据库恢复、故障切换或主备切换的过程中。在恢复模式下，数据库实例不能执行写操作，只能执行只读操作。
 

pg_is_in_recovery()函数返回一个布尔值，如果返回 true，则表示数据库当前处于恢复模式；如果返回 false，则表示数据库处于正常运行模式。
 

可以通过如下方式查询主备库的恢复模式。
 

 

-- 主库 [omm@opengauss-db2 ~]$ gsql -d postgres -p 26000 gsql ((openGauss 5.0.0 build a07d57c3) compiled at 2023-03-29 03:07:56 commit 0 last mr ) Non-SSL connection (SSL connection is recommended when requiring high-security) Type "help" for help. openGauss=# select pg_is_in_recovery(); pg_is_in_recovery ------------------- f (1 row) 
 

 

image20230804174210873.png
 

 

[omm@opengauss-db1 ~]$ gsql -d postgres -p 26000 gsql ((openGauss 5.0.0 build a07d57c3) compiled at 2023-03-29 03:07:56 commit 0 last mr ) Non-SSL connection (SSL connection is recommended when requiring high-security) Type "help" for help. openGauss=# select pg_is_in_recovery(); pg_is_in_recovery ------------------- t (1 row) 
 

 

image20230804174405504.png

                
      


    


    

      




    

      
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