L'alta disponibilità (HA) si riferisce a sistemi e database progettati per funzionare ininterrottamente senza guasti per lunghi periodi. Per le aziende, il downtime del database può causare ingenti perdite finanziarie, riduzione della produttività e perdita della fiducia dei clienti. Garantire un downtime minimo e una disponibilità continua dei database richiede strategie adeguate di replicazione e failover.

I sistemi di replicazione del database e failover sono componenti critici nell'architettura di alta disponibilità. Mentre la replicazione si concentra sull'assicurare che esistano più copie dei dati, il failover garantisce transizioni senza interruzioni da un sistema primario fallito a un sistema di backup senza influire sulle operazioni aziendali.

Cos'è la Replicazione del Database?

La replicazione del database è il processo di duplicazione e distribuzione dei dati su più database o server per garantire la ridondanza e la disponibilità dei dati. La replicazione crea una copia del database primario su uno o più server secondari, chiamati repliche o slave. Se il server primario fallisce, una replica può immediatamente subentrare per mantenere la continuità aziendale.

La replicazione offre vari vantaggi, come:

• Miglioramento della tolleranza ai guasti grazie alla presenza di più copie dei dati.
• Bilanciamento del carico distribuendo le query di lettura sui server replica.
• Recupero da disastri mantenendo backup dei dati in tempo reale.

Tipi di Replicazione del Database

Esistono diversi tipi di replicazione del database, ciascuno adatto a casi d'uso diversi.

Replicazione Master-Slave
Nella replicazione master-slave, un unico database primario (master) gestisce tutte le operazioni di scrittura, e uno o più database secondari (slave) ricevono copie dei dati. Gli slave sono generalmente usati per query in sola lettura e rimangono sincronizzati con il master in tempo quasi reale.

Caso d'uso: Ideale per applicazioni in cui il database primario gestisce transazioni pesanti in scrittura, e i carichi pesanti in lettura possono essere scaricati sui database slave.

Replicazione Master-Master
La replicazione master-master coinvolge due o più database che accettano operazioni sia di lettura che di scrittura. Le modifiche apportate a un database master vengono propagate agli altri, garantendo la coerenza dei dati tra di essi.

Caso d'uso: La replicazione master-master è utile per applicazioni che richiedono alta disponibilità e distribuzione del carico per operazioni sia di lettura che di scrittura su più nodi.

Replicazione Multi-Master
Nella replicazione multi-master, più database master operano simultaneamente e possono accettare operazioni di scrittura in modo indipendente. I dati sono sincronizzati su tutti i database master, rendendo questo modello altamente disponibile e tollerante ai guasti.

Caso d'uso: La replicazione multi-master è più adatta per applicazioni su larga scala, distribuite geograficamente, che necessitano di coerenza dei dati tra più sedi.

Replicazione Sincrona: In questa modalità, i dati vengono scritti sia sul master che sulle repliche contemporaneamente. Questo garantisce la coerenza dei dati ma potrebbe introdurre latenza, poiché sia il sistema primario che quello secondario devono riconoscere la transazione prima che venga considerata completa.

Replicazione Asincrona: I dati vengono scritti prima sul master e poi propagati alle repliche. Questo approccio ha un impatto minore sulle prestazioni di scrittura, ma potrebbe causare lievi incoerenze in caso di guasto del master prima che tutte le modifiche vengano replicate.

Meccanismi di Failover del Database

Il failover è il processo attraverso il quale un sistema passa automaticamente o manualmente a un database o server di standby quando il sistema primario fallisce. I meccanismi di failover garantiscono che il database rimanga operativo anche se l'istanza primaria è inattiva.

Failover Automatico
Nel failover automatico, il sistema rileva i guasti nel database primario e passa automaticamente a un database secondario. Questo processo generalmente coinvolge il monitoraggio del "battito cardiaco" per rilevare l'indisponibilità in tempo reale.

Caso d'uso: Il failover automatico è essenziale per applicazioni mission-critical in cui il downtime deve essere ridotto al minimo e una ripresa immediata è necessaria.

Failover Manuale
Il failover manuale richiede l'intervento umano per passare dal database primario al database secondario. Questo approccio è spesso utilizzato in sistemi in cui il failover automatico potrebbe introdurre rischi o dove gli amministratori preferiscono analizzare la situazione prima di avviare il processo di failover.

Caso d'uso: Il failover manuale è adatto per applicazioni meno critiche dove un breve downtime è accettabile e gli amministratori vogliono avere il controllo completo del processo.

Vantaggi della Replicazione del Database e del Failover

Implementare la replicazione del database e i meccanismi di failover offre numerosi vantaggi per le aziende, tra cui:

• Maggiore disponibilità: Garantisce un downtime minimo e una disponibilità continua del servizio.
• Miglioramento del recupero da disastri: La ridondanza dei dati protegge dalla perdita di dati in caso di guasti del sistema.
• Bilanciamento del carico: Distribuisce il traffico tra più server, migliorando le prestazioni generali del database.
• Scalabilità: Consente di gestire l'aumento del traffico di lettura aggiungendo più repliche.
• Coerenza dei dati: Garantisce che i dati siano coerenti tra più sedi, fondamentale per applicazioni distribuite.

Casi d'Uso Comuni per la Replicazione del Database e il Failover

• Siti di e-commerce: Garantire che le transazioni dei clienti e i dati siano costantemente replicati e disponibili su più regioni.
• Istituti finanziari: Proteggere i dati transazionali sensibili con replicazione master-master e failover automatico per prevenire la perdita di informazioni critiche.
• Applicazioni SaaS: Fornire alta disponibilità e affidabilità per le applicazioni che servono utenti globali con data center distribuiti geograficamente.
• Sistemi sanitari: Garantire che i dati dei pazienti siano sempre disponibili implementando meccanismi di failover e replicazione robusti per evitare downtime.

Soluzioni Popolari di Replicazione del Database e Failover

Diverse basi di dati offrono funzionalità integrate di replicazione e failover o supportano strumenti di terze parti per facilitare questi processi. Di seguito sono riportate alcune soluzioni ampiamente utilizzate:

• Replicazione MySQL: MySQL supporta la replicazione master-slave e master-master fin dall'inizio.
• Replicazione Streaming PostgreSQL: PostgreSQL fornisce replicazione streaming, permettendo di replicare i dati in tempo reale da un nodo primario a uno o più nodi standby.
• SQL Server Always On Availability Groups: Always On Availability Groups in SQL Server offre funzionalità di replicazione e failover di livello aziendale.
• Oracle Data Guard: Oracle Data Guard fornisce meccanismi completi di replicazione e failover per i database Oracle.
• MongoDB Replica Sets: MongoDB utilizza replica set per implementare la replicazione asincrona.

Configurazione della Replicazione del Database: Guida Passo Passo

In questa sezione, forniremo una guida ad alto livello per configurare la replicazione per database popolari come MySQL e PostgreSQL.

Configurazione della Replicazione MySQL:

1. Installa MySQL su entrambi i server master e slave.
2. Abilita il log binario sul server master per registrare le modifiche.