Windows 环境搭建 PostgreSQL 物理复制高可用架构数据库服务

PostgreSQL 高可用数据库的常见搭建方式主要有两种，逻辑复制和物理复制，上周已经写过了关于在Windows环境搭建PostgreSQL逻辑复制的教程，这周来记录一下 物理复制的搭建方法。

首先介绍一下逻辑复制和物理复制的一些基本区别：

• 物理复制要求多个实例之间大版本一致,并且操作系统平台一致，如主实例是 Windows环境下的 PostgreSQL15 则 从实例也必须是这个环境和版本，逻辑复制则没有要求。
• 物理复制是直接传递 WAL归档 文件，在从实例进行重放执行，可以理解为实时的 WAL归档恢复，所以延迟低，性能高。，
• 逻辑复制可以简单理解为解析了WAL归档文件中的信息，处理成为 标准的SQL语句，传递给存库进行执行，相对于直接传递WAL性能较低，延迟高。
• 物理复制不需要像逻辑复制一些去手动的建立数据库，数据表，因为物理复制是直接恢复WAL所以包含了DDL操作，逻辑复制则需要自己进行DDL操作。
• 逻辑复制更加灵活，可以自己指定需要复制的库，从实例，还可以建立其他库用于其他业务，而物理复制则是面向整个实例进行的，从实例和主实例100%一致最多只能进行只读操作。

关于 Windows 系统 PostgreSQL 的安装方法可以直接看之前的博客 Windows 系统 PostgreSQL 手工安装配置方法

如果追求高性能，高一致性的数据库复制备份方案建议采用物理复制的方式。

搭建物理复制模式的主从订阅首先要调整主实例的 postgresql.conf 文件
wal_level = replica
synchronous_commit = remote_apply

因为我们采用的 synchronous_commit = remote_apply 是同步复制的模式，该模式可以理解为同步复制，当客户端像主实例提交事务之后，需要等 synchronous_standby_names 总配置的节点全部完成 remote_apply 收到数据之后，主实例才会给备库返回事务成功提交的状态，创建好名为 s 的订阅创建之后，我们再次打开 主实例的 postgresql.conf 文件进行调整设置
synchronous_standby_names = 's'

当有多个从实例从主实例同步的时候synchronous_standby_names 还可以采用以下配置模式

• synchronous_standby_names='s1' 代表s1备机返回就可以提交。
• synchronous_standby_names='FIRST 2 (s1,s2,s3)' 代表s1，s2，s3三个备机中前两个s1和s2返回主实例就可以提交。
• synchronous_standby_names='ANY 2 (s1,s2,s3)' 代表s1，s2，s3三个备机中任意两个备机返回主实例就可以提交。
• synchronous_standby_names='ANY 2 (*)' 代表所有备机中任意两个备机返回主实例就可以提交。
• synchronous_standby_names='*' 代表匹配任意主机，也就是任意主机返回就可以提交。

这里有一点需要注意，这是 PostgreSQL 在同步复制时的一个已知问题，假设 一个主实例，一个备库 s1，采用同步模式，然后 synchronous_standby_names 配置为 synchronous_standby_names='s1',虽然从配置上来看似乎数据必须要提交到s1并且s1成功响应之后，主实例才会为客户端返回事务操作成功的响应，但是实际情况下，当备库挂掉的情况下，主实例在收到一个事务操作时，在等待 s1 备库的返回时因为 s1库已经挂掉了所以这个操作肯定会超时，当主备节点通信超时之后，主节点还是会像客户端返回事务成功提交的命令，客户端的操作还是会成功，同时因为每个事务操作都要经历这个超时的流程，所以客户端的所有事务操作都会相对很卡。

比如每个 insert 都会经过主实例和备库的这个通信超时过程，所以每个 insert 动作都变成了大约30秒次才能完成，就会导致应用程序很卡。这时候就相当于主实例在以（很卡的）独立模式运行，这个情况在备库重新上线之后就会恢复正常（如果备库短期之内无法恢复，可以调整主实例的 synchronous_standby_names设置 移除对于s1备库的事务等待验证，变为单库运行模式重启实例之后也就不会卡了），但是要注意当主实例脱离备库独立运行时，如果这个时候主实例发生灾难比如硬盘坏掉，则就会产生数据丢失。所以建议至少有2个从实例来提升保障级别。

然后还需要调整主实例的 pg_hba.conf，添加 replication 模式的连接白名单配置。
host replication all 0.0.0.0/0 scram-sha-256

调整配置文件之后记得重启主实例。

主实例重启之后，我们还需要连接到主实例创建复制槽，默认情况下WAL归档文件是循环滚动清理，这就会导致一个问题如果我们的从实例挂机之后离线的时间较长，就有可能因为主实例的WAL文件已经循环滚动删除了，这种情况下就算从实例修复好之后重新上线，因为主实例的部分WAL归档文件已经清理了，也无法再追赶上我们主实例的数据进度，从实例会直接报错。因为有这种场景的存在所以 PostgreSQL 里面出现了一个复制槽的概念，主实例可以创建多个复制槽，一个复制槽绑定给一个从实例使用，复制槽的好处在于会确保从实例获取到WAL文件之后才会进行清理，不会有前面说的滚动循环自动清理的问题。

复制槽的维护都在主实例进行：创建，查询，删除的语句如下
创建复制槽
SELECT * FROM pg_create_physical_replication_slot('slot1');

查询全部的复制槽
SELECT slot_name, slot_type, active FROM pg_replication_slots; slot_name | slot_type | active

删除复制槽
SELECT * FROM pg_drop_replication_slot('slot1')

至此主实例的配置就都完成了，接下来就是准备我们的从实例，可以直接停止主实例的运行，然后把PostgreSQL文件夹和Data整体打包压缩复制一份到新的服务器上启动起来作为从实例。
我这里选择直接把云服务器上的 PostgreSQL 打包压缩然后复制到本地解压，作为从实例


在本地解压之后，做为 从实例 需要做如下的调整，postgresql.conf
primary_conninfo = 'host=x.x.x.x port=5432 user=postgres password=xxxxxx application_name=s'
primary_slot_name = 'slot1'

primary_conninfo 主要内容就是我们主实例的连接字符串信息然后加一个 application_name ，application_name 和我们前面在主实例上配置的 synchronous_standby_names 关联，前面我们配置了主实例的所有事务操作都需要同步等待 名字为 s 的备库执行完成
primary_slot_name 则是复制槽的名称我们前面创建了一个 slot1 的复制槽，给我们的这个从实例使用。

这里需要注意一点，在配置的时候如果有多个从实例，则一个从实例对应一个复制槽，绑定一个 application_name。
然后在 data 目录下新建一个空文件
standby.signal

这个文件的其实一个信号标记，标识我们当前的实例时一个只读实例，不可以用于数据插入。
然后启动备库就可以了，正常情况会看到如下界面

这时候我们可以尝试去主实例创建一个数据库做一些操作，然后连接从实例，就会发现两边都是互相同步的。

如果要解除从实例和主实例的关联，操作如下：
从主实例的 postgresql.conf 找到 synchronous_standby_names 删除 s 节点的配置
#synchronous_standby_names='s'
如果只有一个从节点的，则直接添加 # 对 synchronous_standby_names 进行注释即可
调整之后重启主实例。

然后打开从实例的 postgresql.conf，注释
#primary_conninfo
#primary_slot_name
配置节点的信息，然后删除 data 目录下的 standby.signal 文件，重新启动从实例即可。

至此 Windows 环境搭建 PostgreSQL 物理复制高可用架构数据库服务 就讲解完了，有任何不明白的，可以在文章下面评论或者私信我，欢迎大家积极的讨论交流，有兴趣的朋友可以关注我目前在维护的一个 .NET 基础框架项目，项目地址如下
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