特性分析 | PostgreSQL Primary/Standby 主备流复制机制 postgresql

本文首发于 2015-11-21 20:02:26

引言 PostgreSQL 在 9.0 之后引入了主备流复制机制，通过流复制，备库不断的从主库同步相应的数据，并在备库 apply 每个 WAL record，这里的流复制每次传输单位是 WAL 日志的 record 。而 PostgreSQL 9.0 之前提供的方法是主库写完一个 WAL 日志文件后，才把 WAL 日志文件传送到备库，这样的方式导致主备延迟特别大。同时，PostgreSQL 9.0 之后提供了 Hot Standby，备库在应用 WAL record 的同时也能够提供只读服务，大大提升了用户体验。
主备总体结构 PostgreSQL 主备流复制的核心部分由 walsender，walreceiver 和 startup 三个进程组成。
【特性分析 | PostgreSQL Primary/Standby 主备流复制机制】walsender 进程是用来发送 WAL 日志记录的，执行顺序如下：

PostgresMain()->exec_replication_command()->StartReplication()->WalSndLoop()->XLogSendPhysical()

walreceiver 进程是用来接收 WAL 日志记录的，执行顺序如下：

sigusr1_handler()->StartWalReceiver()->AuxiliaryProcessMain()->WalReceiverMain()->walrcv_receive()

startup 进程是用来 apply 日志的，执行顺序如下：

PostmasterMain()->StartupDataBase()->AuxiliaryProcessMain()->StartupProcessMain()->StartupXLOG()

特性分析 | PostgreSQL Primary/Standby 主备流复制机制

文章图片

walsender 和 walreceiver 进程流复制过程 walsender 和 walreceiver 交互主要分为以下几个步骤：

walreceiver 启动后通过 recovery.conf 文件中的 primary_conninfo 参数信息连向主库，主库通过连接参数 replication=true 启动 walsender 进程；
walreceiver 执行 identify_system 命令，获取主库 systemid/timeline/xlogpos 等信息，执行 TIMELINE_HISTORY 命令拉取 history 文件；
执行 wal_startstreaming 开始启动流复制，通过 walrcv_receive 获取 WAL 日志，期间也会回应主库发过来的心跳信息(接收位点、flush 位点、apply 位点)，向主库发送 feedback 信息(最老的事务 id)，避免 vacuum 删掉备库正在使用的记录；
执行 walrcv_endstreaming 结束流复制，等待 startup 进程更新 receiveStart 和 receiveStartTLI，一旦更新，进入步骤2。

文章图片

walreceiver和startup进程 startup 进程进入 standby 模式和 apply 日志主要过程：

读取 pg_control 文件，找到 redo 位点；读取 recovery.conf，如果配置 standby_mode=on 则进入 standby 模式。
如果是 Hot Standby 需要初始化 clog、subtrans、事务环境等。初始化 redo 资源管理器，比如 Heap、Heap2、Database、XLOG 等。
读取 WAL record，如果 record 不存在需要调用 XLogPageRead->WaitForWALToBecomeAvailable->RequestXLogStreaming 唤醒 walreceiver从walsender 获取 WAL record。
对读取的 WAL record 进行 redo，通过 record->xl_rmid 信息，调用相应的 redo 资源管理器进行 redo 操作。比如 heap_redo 的 XLOG_HEAP_INSERT 操作，就是通过 record 的信息在 buffer page 中增加一个 record：

MemSet((char *) htup, 0, sizeof(HeapTupleHeaderData)); /* PG73FORMAT: get bitmap [+ padding] [+ oid] + data */ memcpy((char *) htup + offsetof(HeapTupleHeaderData, t_bits), (char *) xlrec + SizeOfHeapInsert + SizeOfHeapHeader, newlen); newlen += offsetof(HeapTupleHeaderData, t_bits); htup->t_infomask2 = xlhdr.t_infomask2; htup->t_infomask = xlhdr.t_infomask; htup->t_hoff = xlhdr.t_hoff; HeapTupleHeaderSetXmin(htup, record->xl_xid); HeapTupleHeaderSetCmin(htup, FirstCommandId); htup->t_ctid = xlrec->target.tid; offnum = PageAddItem(page, (Item) htup, newlen, offnum, true, true); if (offnum == InvalidOffsetNumber) elog(PANIC, "heap_insert_redo: failed to add tuple"); freespace = PageGetHeapFreeSpace(page); /* needed to update FSM below */ PageSetLSN(page, lsn); if (xlrec->flags & XLOG_HEAP_ALL_VISIBLE_CLEARED) PageClearAllVisible(page); MarkBufferDirty(buffer);

还有部分 redo 操作(vacuum 产生的 record)需要检查在 Hot Standby模式下的查询冲突，比如某些 tuples 需要 remove，而存在正在执行的query 可能读到这些 tuples，这样就会破坏事务隔离级别。通过函数 ResolveRecoveryConflictWithSnapshot 检测冲突，如果发生冲突，那么就把这个 query 所在的进程 kill 掉。

检查一致性，如果一致了，Hot Standby 模式可以接受用户只读查询；更新共享内存中 XLogCtlData 的 apply 位点和时间线；如果恢复到时间点，时间线或者事务id需要检查是否恢复到当前目标；
回到步骤3，读取next WAL record 。

文章图片

本文转自： http://mysql.taobao.org/month...

欢迎关注我的微信公众号【数据库内核】：分享主流开源数据库和存储引擎相关技术。

文章图片

标题	网址
GitHub	https://dbkernel.github.io
知乎	https://www.zhihu.com/people/...
思否（SegmentFault）	https://segmentfault.com/u/db...
掘金	https://juejin.im/user/5e9d3e...
开源中国（oschina）	https://my.oschina.net/dbkernel
博客园（cnblogs）	https://www.cnblogs.com/dbkernel