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。