La haute disponibilité (HA) fait référence aux systèmes et bases de données conçus pour fonctionner de manière continue sans défaillance pendant de longues périodes. Pour les entreprises, une panne de base de données peut entraîner d'importantes pertes financières, une réduction de la productivité et une perte de confiance des clients. Assurer un temps d'arrêt minimal et une disponibilité continue des bases de données nécessite des stratégies de réplication et de basculement appropriées.

Les systèmes de réplication de bases de données et de basculement sont des composants essentiels dans l'architecture de haute disponibilité. Alors que la réplication se concentre sur le fait de garantir que plusieurs copies de vos données existent, le basculement assure une transition transparente d'un système principal en échec vers un système de sauvegarde sans perturber les opérations commerciales.

Qu'est-ce que la réplication de base de données ?

La réplication de base de données est le processus de duplication et de distribution des données à travers plusieurs bases de données ou serveurs afin d'assurer la redondance et la disponibilité des données. La réplication crée une copie de la base de données principale sur un ou plusieurs serveurs secondaires, appelés répliques ou esclaves. Si le serveur principal échoue, une réplique peut immédiatement prendre le relais pour maintenir la continuité des activités.

La réplication offre plusieurs avantages, tels que :

• Amélioration de la tolérance aux pannes grâce à la présence de multiples copies des données.
• Répartition de la charge en distribuant les requêtes de lecture sur les serveurs de répliques.
• Récupération après sinistre en maintenant des sauvegardes des données en temps réel.

Types de réplication de bases de données

Il existe plusieurs types de réplication de bases de données, chacun adapté à différents cas d'utilisation.

Réplication Maître-Esclave
Dans la réplication maître-esclave, une seule base de données principale (maître) gère toutes les opérations d'écriture, et une ou plusieurs bases de données secondaires (esclaves) reçoivent des copies des données. Les esclaves sont généralement utilisés pour les requêtes en lecture seule, et elles restent synchronisées avec le maître en temps quasi réel.

Cas d'utilisation : Idéal pour les applications où la base de données principale gère des transactions lourdes en écriture, et où les charges lourdes en lecture peuvent être déchargées sur les bases de données esclaves.

Réplication Maître-Maître
Dans la réplication maître-maître, deux bases de données ou plus acceptent à la fois les opérations de lecture et d'écriture. Les modifications apportées à une base de données maître sont propagées à l'autre, garantissant la cohérence des données entre elles.

Cas d'utilisation : La réplication maître-maître est utile pour les applications nécessitant une haute disponibilité et une distribution de la charge pour les opérations de lecture et d'écriture sur plusieurs nœuds.

Réplication Multi-Maître
Dans la réplication multi-maître, plusieurs bases de données principales fonctionnent simultanément et peuvent accepter des opérations d'écriture de manière indépendante. Les données sont synchronisées entre toutes les bases de données maîtres, ce qui rend ce modèle hautement disponible et tolérant aux pannes.

Cas d'utilisation : La réplication multi-maître est idéale pour les applications à grande échelle, géographiquement distribuées, qui nécessitent une cohérence des données entre plusieurs emplacements.

Réplication synchrone : Dans ce mode, les données sont écrites à la fois sur le maître et sur les répliques en même temps. Cela garantit la cohérence des données, mais peut introduire une latence puisque le système principal et secondaire doivent reconnaître la transaction avant qu'elle ne soit considérée comme terminée.

Réplication asynchrone : Les données sont d'abord écrites sur le maître, puis propagées vers les répliques. Cette approche a un impact moindre sur les performances d'écriture, mais peut entraîner de légères incohérences en cas de défaillance du maître avant que toutes les modifications soient répliquées.

Mécanismes de basculement de base de données

Le basculement est le processus par lequel un système passe automatiquement ou manuellement à une base de données ou un serveur de secours lorsque le système principal échoue. Les mécanismes de basculement garantissent que la base de données reste opérationnelle même si l'instance principale est en panne.

Basculement automatique
Dans le basculement automatique, le système détecte les défaillances de la base de données principale et bascule automatiquement vers une base de données secondaire. Ce processus implique généralement une surveillance des "battements de cœur" pour détecter l'indisponibilité en temps réel.

Cas d'utilisation : Le basculement automatique est essentiel pour les applications critiques où le temps d'arrêt doit être minimisé et où une récupération immédiate est requise.

Basculement manuel
Le basculement manuel nécessite une intervention humaine pour passer de la base de données principale à la base de données secondaire. Cette approche est souvent utilisée dans les systèmes où le basculement automatique pourrait introduire des risques, ou lorsque les administrateurs préfèrent analyser la situation avant d'initier le processus de basculement.

Cas d'utilisation : Le basculement manuel est adapté aux applications moins critiques où un court arrêt est acceptable et où les administrateurs veulent un contrôle total sur le processus.

Avantages de la réplication de base de données et du basculement

La mise en œuvre de la réplication de base de données et des mécanismes de basculement offre de nombreux avantages pour les entreprises, notamment :

• Augmentation de la disponibilité : Assure un temps d'arrêt minimal et une disponibilité continue du service.
• Amélioration de la récupération après sinistre : La redondance des données protège contre la perte de données en cas de défaillance du système.
• Répartition de la charge : Répartit le trafic entre plusieurs serveurs, améliorant ainsi les performances globales de la base de données.
• Scalabilité : Permet de gérer une augmentation du trafic de lecture en ajoutant plus de répliques.
• Cohérence des données : Garantit que les données sont cohérentes à travers plusieurs emplacements, ce qui est essentiel pour les applications distribuées.

Cas d'utilisation courants de la réplication de base de données et du basculement

• Sites de commerce électronique : Garantir que les transactions clients et les données soient constamment répliquées et disponibles à travers les régions.
• Institutions financières : Protéger les données transactionnelles sensibles avec la réplication maître-maître et le basculement automatique pour éviter la perte d'informations critiques.
• Applications SaaS : Fournir une haute disponibilité et une fiabilité pour les applications servant des utilisateurs mondiaux avec des centres de données distribués géographiquement.
• Systèmes de santé : Garantir que les données des patients soient toujours disponibles en mettant en œuvre des mécanismes robustes de basculement et de réplication pour éviter les arrêts.

Solutions populaires de réplication de base de données et de basculement

Différentes bases de données proposent des fonctionnalités intégrées de réplication et de basculement ou supportent des outils tiers pour faciliter ces processus. Voici quelques solutions couramment utilisées :

• Réplication MySQL : MySQL prend en charge la réplication maître-esclave et maître-maître dès le départ.
• Réplication de diffusion PostgreSQL : PostgreSQL fournit la réplication en temps réel permettant de diffuser les données du nœud principal vers un ou plusieurs nœuds de secours.
• SQL Server Always On Availability Groups : Always On Availability Groups dans SQL Server offre des fonctionnalités de réplication et de basculement de niveau entreprise.
• Oracle Data Guard : Oracle Data Guard offre des mécanismes de réplication et de basculement complets pour les bases de données Oracle.
• MongoDB Replica Sets : MongoDB utilise des ensembles de répliques pour mettre en œuvre la réplication asynchrone.

Configuration de la réplication de base de données : Guide étape par étape

Dans cette section, nous fournirons un guide de haut niveau pour configurer la réplication pour des bases de données populaires comme MySQL et PostgreSQL.

Configuration de la réplication MySQL :

1. Installez MySQL sur le serveur maître et les serveurs esclaves.
2. Activez la journalisation binaire sur le serveur maître pour enregistrer les modifications.