PostgreSQL 流复制

1 简介

流复制是指通过 主节点（Primary） 持续发送 WAL 记录，备节点（Standby） 持续接收 WAL 记录并 回放（replay） 的方式来达到实时备份主节点的一种机制。

流复制中最主要的几个进程及其作用如下：

• postgres: 主节点上的后端进程，负责处理客户端连接，一个后端进程对应一个客户端。
• walsender: 主节点上负责发送 WAL 记录的进程。
• walreceiver: 备节点上负责接收 WAL 记录的进程，一个 walreceiver 对应主节点上一个 walsender。
• startup: 备节点上负责启动 walreceiver 和 回放 WAL 记录的进程。

PostgreSQL 流复制支持 一主多备，但为了便于理解，后续的内容我们均以 一主一备 为例。

2 启动过程

下图展示了主备之间的启动过程，也就是从请求连接到进入稳定的流复制阶段：

1. 主节点和备节点分别启动。

2. 备节点 startup 进程启动。

3. 备节点 walreceiver 进程启动。

4. 备节点 walreceiver 进程向主节点发送连接请求，如果主节点未运行，备节点会周期性的重试。

5. 主节点收到连接请求后启动一个 walsender 来处理连接。

6. 备节点发送自己数据库的 最新 LSN（latest LSN） 给主节点，该阶段在通信领域也叫做 握手（handshaking）。

7. 如果备节点的最新 LSN 小于主节点的最新 LSN，那么主节点会把备节点上没有的这些 WAL 记录发送给备节点，备节点接收 WAL 记录并回放，直到和主节点一致，该阶段也叫做 追赶（catch-up）。

8. 主备节点数据达到一致后则进入稳定的 流复制（streaming） 阶段。

3 复制过程

下图展示了在进入稳定流复制阶段之后，主备节点之间的通信过程：

1. 主节点 postgres 进程提交事务并刷盘了一些 WAL 记录到段文件。

2. 主节点 walsender 进程马上把新写入的 WAL 记录发送给备节点 walreceiver 进程。

3. 主节点 postgres 进程锁定事务提交过程并等待备节点 响应（ACK）。

4. 备节点 walreceiver 把接收到的 WAL 记录通过系统调用 write() 函数进行写入，并返回一个 ACK 给主节点。

5. 备节点 walreceiver 通过系统调用 fsync() 把 WAL 记录刷盘，然后再返回一个 ACK 给主节点。

6. 备节点 startup 把新刷盘的 WAL 记录进行回放。

7. 主节点 postgres 进程结束等待并释放事务提交锁定，然后返回成功给客户端。这里的释放时机会根据数据库参数 synchronous_commit 的配置不同而不同，当配置为 on 时则在第 5 步时释放，当配置为 remote_write 时则在第 4 步就释放，当配置为 remote_apply 时则在 第 6 步完成后才释放。

没有 WAL 记录发送时备节点也会定期向主节点发送 ACK 报告自己的状态信息，这个称为 心跳检测（heart-beats），每次发送 ACK 包括如下信息：

• 备节点最新刷盘（flushed）的 LSN。
• 备节点最新写入（written）的 LSN。
• 备节点最新回放（replayed）的 LSN。
• 本次 ACK 的时间戳。

4 参考资料

[Streaming Replication] : https://www.interdb.jp/pg/pgsql11/index.html