Ubuntu PostgreSQL高可用方案

Ubuntu环境下PostgreSQL高可用方案设计与实现

PostgreSQL作为企业级开源数据库，其高可用性是保障业务连续性的核心需求。在Ubuntu系统中，可通过原生流复制构建基础高可用架构，并结合集群管理工具（如Patroni、repmgr）实现自动化故障转移，或通过VIP+中间件（如Keepalived+HAProxy）提升访问可靠性。以下是具体方案的详细设计：

一、基础架构：原生流复制（Master-Slave Replication）

原生流复制是PostgreSQL内置的高可用解决方案，通过WAL（Write-Ahead Logging）日志实现主从数据同步，适用于读多写少的场景。

1. 主节点配置

• 安装PostgreSQL：在Ubuntu上通过官方仓库安装指定版本（如15.x）：

  sudo apt update &
      &
       sudo apt install postgresql postgresql-contrib -y
  

• 修改postgresql.conf：调整WAL和复制参数，启用热备：

  wal_level = replica                # WAL级别设为replica（支持复制）
  max_wal_senders = 10               # 允许最多10个复制连接
  wal_keep_size = 128MB              # 保留WAL日志大小（避免被删除）
  hot_standby = on                   # 允许从库进入热备模式
  listen_addresses = '*'             # 监听所有IP（便于从库连接）
  

• 修改pg_hba.conf：允许从库IP连接复制：

  host    replication     all             从库IP/32         md5
  

• 创建复制用户：在主库中创建专用于复制的用户（如repl）：

  CREATE ROLE repl WITH REPLICATION LOGIN PASSWORD '强密码';
      
  

• 重启服务：使配置生效：

  sudo systemctl restart postgresql
  

2. 从节点配置

• 停止服务并清空数据目录：

  sudo systemctl stop postgresql
  sudo rm -rf /var/lib/postgresql/15/main/*
  

• 使用pg_basebackup拉取主库数据：自动同步主库数据并生成standby信号文件：

  sudo -u postgres pg_basebackup -h 主库IP -U repl -D /var/lib/postgresql/15/main -P -R
  

• 启动从库：从库会自动进入热备模式，读取主库WAL日志同步数据：

  sudo systemctl start postgresql
  

3. 验证同步状态

• 主库查看复制进程：

  SELECT * FROM pg_stat_replication;
      
  

• 从库确认恢复状态：

  SELECT pg_is_in_recovery();
    -- 返回true表示从库处于恢复模式（正常）
  

二、进阶方案：集群管理工具（Patroni + Etcd）

原生流复制需手动处理故障转移，而Patroni是基于Python的集群管理工具，结合Etcd（分布式键值存储）可实现自动故障检测与主从切换，适用于生产环境。

1. 环境准备

• 所有节点安装依赖和Patroni：

  sudo apt install python3-pip etcd -y
  sudo pip3 install patroni[etcd]
  

• 配置Etcd集群（至少3节点），确保节点间通信正常。

2. 配置Patroni

• 在主节点创建/etc/patroni.yml（示例）：

  scope: postgres_cluster
  namespace: /db/
  name: pg01  # 节点名称（需唯一）
  restapi:
    listen: 0.0.0.0:8008
    connect_address: 主库IP:8008
  etcd:
    hosts:
      - etcd1IP:2379
      - etcd2IP:2379
      - etcd3IP:2379
  bootstrap:
    dcs:
      ttl: 30
      loop_wait: 10
      retry_timeout: 10
      maximum_lag_on_failover: 1048576
      postgresql:
        use_pg_rewind: true
        use_slots: true
        parameters:
          wal_level: replica
          max_wal_senders: 10
          wal_keep_size: 128
          hot_standby: on
    initdb:
      - encoding: UTF8
      - locale: en_US.UTF-8
    pg_hba:
      - host replication repl 从库IP/32 md5
      - host all all 0.0.0.0/0 md5
  postgresql:
    listen: 0.0.0.0:5432
    connect_address: 主库IP:5432
    data_dir: /var/lib/postgresql/15/main
    pg_hba:  # 同bootstrap.pg_hba
    authentication:
      replication:
        username: repl
        password: 强密码
      superuser:
        username: postgres
        password: 强密码
  

• 启动Patroni服务：

  sudo patroni /etc/patroni.yml
  

3. 验证集群状态

• 访问Patroni REST API查看集群状态：

  curl http://主库IP:8008/patroni
  

  返回结果中role字段显示主节点（master），其他节点为replica。

4. 故障转移测试

• 手动停止主库Patroni服务：

  sudo systemctl stop patroni
  

• 观察Etcd中的集群状态，Patroni会自动选举新的主节点（通常为优先级最高的从节点）。

三、高可用访问：VIP + Keepalived + HAProxy

为解决单点故障问题，可通过VIP（虚拟IP）将流量导向可用节点，结合Keepalived实现VIP漂移，HAProxy实现读写分离。

1. Keepalived配置（主备节点）

• 安装Keepalived：

  sudo apt install keepalived -y
  

• 主节点配置/etc/keepalived/keepalived.conf：

  vrrp_instance VI_1 {
  
    state MASTER
    interface eth0  # 网卡名称（通过ip a查看）
    virtual_router_id 51  # 虚拟路由ID（集群内唯一）
    priority 100  # 优先级（主节点高于备节点）
    advert_int 1
    authentication {
  
      auth_type PASS
      auth_pass 1234
    }
  
    virtual_ipaddress {
  
      10.24.57.101  # VIP地址
    }
  
  }
      
  

• 备节点配置（修改state为BACKUP，priority为90）。

2. HAProxy配置（负载均衡）

• 安装HAProxy：

  sudo apt install haproxy -y
  

• 配置/etc/haproxy/haproxy.cfg：

  frontend postgres_frontend
    bind *:5432
    mode tcp
    default_backend postgres_backend
  
  backend postgres_backend
    mode tcp
    balance roundrobin
    option pgsql-check user=postgres  # 健康检查（需PostgreSQL允许）
    server pg01 主库IP:5432 check inter 2000 rise 2 fall 3
    server pg02 从库IP:5432 check inter 2000 rise 2 fall 3 backup  # 从库设为backup
  

3. 启动服务

• 启动Keepalived和HAProxy：

  sudo systemctl start keepalived &
      &
       sudo systemctl start haproxy
  

• 通过VIP（10.24.57.101）访问PostgreSQL，HAProxy会自动将写请求导向主节点，读请求分发到从节点。

四、监控与维护

高可用系统的稳定性依赖于持续的监控，建议使用以下工具：

• pg_stat_activity：监控数据库连接和查询状态。
• pg_stat_replication：查看主从复制延迟。
• Prometheus + Grafana：可视化集群状态（如Patroni节点健康、HAProxy负载）。
• 日志分析：收集PostgreSQL、Patroni、Keepalived日志，及时发现故障隐患。

以上方案覆盖了Ubuntu环境下PostgreSQL从基础到进阶的高可用需求，可根据业务规模（如数据量、并发量）和容灾要求（如RTO、RPO）选择合适的架构。例如，中小规模业务可采用原生流复制+Keepalived，大规模分布式业务则推荐Patroni+Etcd+HAProxy组合。

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