Высокая доступность (HA) относится к системам и базам данных, предназначенным для работы без сбоев в течение продолжительных периодов времени. Для бизнеса простой базы данных может привести к значительным финансовым потерям, снижению продуктивности и потере доверия со стороны клиентов. Обеспечение минимального времени простоя и постоянной доступности баз данных требует правильных стратегий репликации и аварийного переключения.

Репликация баз данных и системы аварийного переключения являются важными компонентами архитектуры высокой доступности. В то время как репликация фокусируется на обеспечении наличия нескольких копий ваших данных, аварийное переключение гарантирует бесшовный переход от основной системы к резервной системе без воздействия на бизнес-операции.

Что такое репликация баз данных?

Репликация баз данных — это процесс дублирования и распространения данных между несколькими базами данных или серверами с целью обеспечения избыточности и доступности данных. Репликация создает копию основной базы данных на одном или нескольких вторичных серверах, которые называются репликами или рабами. Если основной сервер выходит из строя, реплика может сразу взять на себя работу для обеспечения непрерывности бизнеса.

Репликация предоставляет несколько преимуществ, таких как:

• Повышенная отказоустойчивость за счет наличия нескольких копий данных.
• Балансировка нагрузки за счет распределения запросов на чтение между репликами.
• Восстановление после катастрофы с помощью поддержания резервных копий данных в реальном времени.

Типы репликации баз данных

Существует несколько типов репликации баз данных, каждый из которых подходит для разных случаев использования.

Репликация Master-Slave
В репликации master-slave одна основная база данных (master) обрабатывает все операции записи, а одна или несколько вторичных баз данных (slave) получают копии данных. Реплики обычно используются только для запросов на чтение, и они синхронизируются с мастером почти в реальном времени.

Применение: Идеально для приложений, где основная база данных обрабатывает операции записи с высокой нагрузкой, а запросы на чтение могут быть перераспределены на базы данных-реплики.

Репликация Master-Master
Репликация master-master включает два или более серверов, которые принимают как операции чтения, так и записи. Изменения, сделанные в одной из баз данных master, передаются на другие, что обеспечивает согласованность данных между ними.

Применение: Репликация master-master полезна для приложений, которые требуют высокой доступности и распределения нагрузки для операций чтения и записи на нескольких узлах.

Репликация Multi-Master
В репликации multi-master несколько основных баз данных работают одновременно и могут независимо принимать операции записи. Данные синхронизируются между всеми основными базами данных, что делает эту модель высокодоступной и отказоустойчивой.

Применение: Репликация multi-master наиболее подходит для крупных географически распределенных приложений, которым нужна согласованность данных на нескольких локациях.

Синхронная репликация: В этом режиме данные записываются одновременно как в основную, так и в реплики базы данных. Это гарантирует согласованность данных, но может привести к задержкам, так как как основная, так и вторичные системы должны подтвердить транзакцию, прежде чем она будет считаться завершенной.
Асинхронная репликация: Данные сначала записываются в основную базу данных и затем распространяются на реплики. Этот подход менее влияет на производительность записи, но может привести к незначительным несоответствиям в случае сбоя основной базы данных до того, как все изменения будут реплицированы.

Механизмы аварийного переключения баз данных

Аварийное переключение — это процесс, при котором система автоматически или вручную переключается на резервную базу данных или сервер в случае сбоя основной системы. Механизмы аварийного переключения обеспечивают работу базы данных, даже если основной экземпляр выходит из строя.

Автоматическое аварийное переключение
В автоматическом аварийном переключении система обнаруживает сбои в основной базе данных и автоматически переключается на вторичную базу данных. Этот процесс обычно включает мониторинг "пульса" для обнаружения недоступности в реальном времени.

Применение: Автоматическое аварийное переключение необходимо для критически важных приложений, где необходимо минимизировать время простоя и требуется немедленное восстановление.

Ручное аварийное переключение
Ручное аварийное переключение требует вмешательства человека для переключения с основной базы данных на вторичную. Этот подход часто используется в системах, где автоматическое переключение может вызвать риски, или где администраторы предпочитают сначала проанализировать ситуацию, прежде чем начать процесс аварийного переключения.

Применение: Ручное аварийное переключение подходит для менее критичных приложений, где короткий простой приемлем, а администраторы хотят полного контроля над процессом.

Преимущества репликации и аварийного переключения баз данных

Внедрение механизмов репликации и аварийного переключения баз данных предлагает множество преимуществ для бизнеса, включая:

• Повышение доступности: Обеспечивает минимальный простой и постоянную доступность сервиса.
• Улучшение восстановления после катастроф: Избыточность данных защищает от потери данных в случае сбоя системы.
• Балансировка нагрузки: Распределяет трафик между несколькими серверами, улучшая общую производительность базы данных.
• Масштабируемость: Обеспечивает возможность обрабатывать растущий трафик чтения, добавляя больше реплик.
• Согласованность данных: Обеспечивает согласованность данных на разных локациях, что критично для распределенных приложений.

Общие случаи использования репликации и аварийного переключения баз данных

• Интернет-магазины: Обеспечивает, чтобы транзакции клиентов и данные всегда были реплицированы и доступны в разных регионах.
• Финансовые учреждения: Защищает чувствительные транзакционные данные с помощью репликации master-master и автоматического аварийного переключения для предотвращения потери критической информации.
• SaaS-приложения: Обеспечивает высокую доступность и надежность для приложений, обслуживающих пользователей по всему миру с географически распределенными центрами обработки данных.
• Медицинские системы: Обеспечивает постоянную доступность данных пациентов путем реализации надежных механизмов аварийного переключения и репликации, чтобы избежать простоя.

Популярные решения для репликации и аварийного переключения баз данных

Разные базы данных имеют встроенные функции репликации и аварийного переключения или поддерживают сторонние инструменты для упрощения этих процессов. Ниже приведены некоторые широко используемые решения:

• Репликация MySQL
  MySQL поддерживает репликацию master-slave и master-master "из коробки". Механизм репликации MySQL легко настроить и он широко используется для масштабирования операций с высокой нагрузкой на чтение и повышения доступности.

• Преимущества: Экономичность, гибкие режимы репликации и широкое распространение.

• Недостатки: Репликация master-slave в MySQL может отставать, что приводит к проблемам с окончательной согласованностью в некоторых сценариях.

• Потоковая репликация PostgreSQL
  PostgreSQL поддерживает потоковую репликацию, позволяя реплицировать данные в реальном времени с основного узла на один или несколько резервных узлов. Основной узел передает изменения данных по мере их появления, обеспечивая минимальные задержки.

• Преимущества: Высокая производительность репликации, поддержка автоматического аварийного переключения через Patroni и надежная поддержка сообщества.

• Недостатки: Требует больше настроек по сравнению с MySQL для настройки высокой доступности.