Alta disponibilidad (HA) se refiere a sistemas y bases de datos diseñados para operar de manera continua sin fallos durante períodos prolongados. Para las empresas, el tiempo de inactividad de las bases de datos puede resultar en pérdidas financieras significativas, reducción de la productividad y pérdida de la confianza de los clientes. Garantizar un tiempo de inactividad mínimo y la disponibilidad continua de las bases de datos requiere estrategias adecuadas de replicación y conmutación por error.

Los sistemas de replicación de bases de datos y conmutación por error son componentes críticos en la arquitectura de alta disponibilidad. Mientras que la replicación se enfoca en garantizar que existan múltiples copias de los datos, la conmutación por error asegura transiciones sin interrupciones de un sistema primario fallido a un sistema de respaldo sin afectar las operaciones comerciales.

¿Qué es la replicación de bases de datos?

La replicación de bases de datos es el proceso de duplicar y distribuir los datos a través de múltiples bases de datos o servidores para garantizar la redundancia y disponibilidad de los datos. La replicación crea una copia de la base de datos principal en uno o más servidores secundarios, denominados réplicas o esclavos. Si el servidor principal falla, una réplica puede tomar el control de inmediato para mantener la continuidad del negocio.

La replicación proporciona varios beneficios, tales como:

• Mejor tolerancia a fallos al tener múltiples copias de los datos.
• Balanceo de carga al distribuir las consultas de lectura entre los servidores réplicas.
• Recuperación ante desastres al mantener copias de seguridad de datos en tiempo real.

Tipos de replicación de bases de datos

Existen varios tipos de replicación de bases de datos, cada uno adecuado para diferentes casos de uso.

Replicación Master-Slave
En la replicación master-slave, una única base de datos primaria (master) maneja todas las operaciones de escritura, y una o más bases de datos secundarias (slaves) reciben copias de los datos. Las réplicas generalmente se usan para consultas solo de lectura y permanecen sincronizadas con el master casi en tiempo real.

Caso de uso: Ideal para aplicaciones donde la base de datos principal maneja transacciones con alta carga de escritura, y las cargas de trabajo con alta carga de lectura se pueden descargar a las bases de datos esclavas.

Replicación Master-Master
La replicación master-master involucra dos o más bases de datos que aceptan tanto operaciones de lectura como de escritura. Los cambios realizados en una base de datos master se propagan a la otra, asegurando la consistencia de los datos entre ellas.

Caso de uso: La replicación master-master es útil para aplicaciones que requieren alta disponibilidad y distribución de carga tanto para operaciones de lectura como de escritura a través de múltiples nodos.

Replicación Multi-Master
En la replicación multi-master, múltiples bases de datos principales operan simultáneamente y pueden aceptar operaciones de escritura de forma independiente. Los datos se sincronizan entre todas las bases de datos principales, lo que hace que este modelo sea altamente disponible y tolerante a fallos.

Caso de uso: La replicación multi-master es más adecuada para aplicaciones a gran escala y geográficamente distribuidas que necesitan consistencia de datos en múltiples ubicaciones.

Replicación sincrónica: En este modo, los datos se escriben tanto en el master como en las réplicas al mismo tiempo. Esto asegura la consistencia de los datos, pero puede introducir latencia, ya que tanto los sistemas primarios como los secundarios deben reconocer la transacción antes de que se considere completa.
Replicación asincrónica: Los datos se escriben primero en el master y luego se propagan a las réplicas. Este enfoque tiene menos impacto en el rendimiento de las escrituras, pero puede llevar a ligeras inconsistencias en caso de un fallo del master antes de que todos los cambios sean replicados.

Mecanismos de conmutación por error en bases de datos

La conmutación por error es el proceso mediante el cual un sistema cambia automáticamente o manualmente a una base de datos o servidor de reserva cuando el sistema primario falla. Los mecanismos de conmutación por error aseguran que la base de datos siga operativa incluso si la instancia primaria está caída.

Conmutación por error automática
En la conmutación por error automática, el sistema detecta fallos en la base de datos primaria y cambia automáticamente a una base de datos secundaria. Este proceso generalmente involucra monitoreo de latidos del corazón para detectar la no disponibilidad en tiempo real.

Caso de uso: La conmutación por error automática es esencial para aplicaciones críticas donde el tiempo de inactividad debe ser minimizado y se requiere una recuperación inmediata.

Conmutación por error manual
La conmutación por error manual requiere intervención humana para cambiar de la base de datos primaria a la secundaria. Este enfoque se utiliza con frecuencia en sistemas donde la conmutación automática por error podría introducir riesgos o donde los administradores prefieren analizar la situación antes de iniciar el proceso de conmutación.

Caso de uso: La conmutación por error manual es adecuada para aplicaciones menos críticas donde un corto tiempo de inactividad es aceptable y los administradores desean tener control total sobre el proceso.

Beneficios de la replicación y conmutación por error de bases de datos

Implementar mecanismos de replicación y conmutación por error de bases de datos ofrece numerosos beneficios para las empresas, tales como:

• Mayor disponibilidad: Garantiza un tiempo de inactividad mínimo y disponibilidad continua del servicio.
• Mejora de la recuperación ante desastres: La redundancia de datos protege contra la pérdida de datos en caso de fallos del sistema.
• Balanceo de carga: Distribuye el tráfico entre múltiples servidores, mejorando el rendimiento general de la base de datos.
• Escalabilidad: Proporciona la capacidad de manejar el tráfico creciente de lectura añadiendo más réplicas.
• Consistencia de los datos: Asegura que los datos sean consistentes entre múltiples ubicaciones, lo cual es crítico para aplicaciones distribuidas.

Casos comunes de uso para la replicación y conmutación por error de bases de datos

• Sitios web de comercio electrónico: Garantiza que las transacciones de los clientes y los datos estén replicados y disponibles de manera consistente a través de diferentes regiones.
• Instituciones financieras: Protege los datos transaccionales sensibles con replicación multi-master y conmutación por error automática para evitar la pérdida de información crítica.
• Aplicaciones SaaS: Proporciona alta disponibilidad y fiabilidad para aplicaciones que sirven a usuarios globales con centros de datos distribuidos geográficamente.
• Sistemas de salud: Asegura que los datos de los pacientes siempre estén disponibles implementando mecanismos sólidos de conmutación por error y replicación para evitar tiempos de inactividad.

Soluciones populares de replicación y conmutación por error de bases de datos

Las diferentes bases de datos vienen con características de replicación y conmutación por error integradas o admiten herramientas de terceros para facilitar estos procesos. A continuación, se presentan algunas soluciones ampliamente utilizadas:

• Replicación MySQL
  MySQL admite replicación master-slave y master-master de manera predeterminada. El mecanismo de replicación de MySQL es fácil de configurar y se usa ampliamente para escalar cargas de trabajo con alta lectura y mejorar la disponibilidad.

• Beneficios: Solución rentable, modos de replicación flexibles y amplia adopción.

• Desventajas: La replicación master-slave en MySQL puede experimentar retrasos, lo que lleva a problemas de consistencia eventual en algunos escenarios.

• Replicación por transmisión de PostgreSQL
  PostgreSQL proporciona replicación por transmisión, lo que permite replicar datos en tiempo real desde un nodo primario a uno o más nodos de reserva. El nodo primario transmite los cambios de datos a medida que ocurren, garantizando un retraso mínimo.

• Beneficios: Replicación de alto rendimiento, soporte para conmutación por error automática a través de Patroni y robusto soporte comunitario.

• Desventajas: Requiere más configuración en comparación con MySQL para configuraciones de alta disponibilidad.