Patroni如何解决PostgreSQL集群中的逻辑复制插槽故障切换问题

在PostgreSQL中使用逻辑复制时，逻辑复制插槽的故障切换一直是难点。这种功能的缺乏破坏了逻辑复制的使用，并成为最大的威慑因素之一。其利害关系和影响如此之大，以至于许多组织不得不放弃围绕逻辑复制的计划，这影响了许多迁移到PostgreSQL的计划。看到许多人不得不选择专有/特定于供应商的解决方案，这让人感到痛苦。

在Percona，我们过去曾写过这方面的文章：缺少的部分：逻辑复制插槽的故障切换.在那篇文章中，我们讨论了解决此问题的一种可能方法，但没有可靠的机制将插槽信息复制到物理备份并对其进行维护。

简而言之：复制插槽将始终保持在主节点上。如果有一个switchover/failover升级了其中一个备用节点，那么新的主节点将不知道前一个主节点维护的复制插槽。这会中断下游系统的逻辑复制，或者如果创建了一个新插槽，则使用起来就不安全。

好消息是，Patenti开发人员和维护人员从2.1.0版开始解决了这个问题，并提供了一个有效的解决方案，没有任何侵入性的方法/扩展。对我来说，这是一部值得Patroni社区热烈鼓掌的作品，这也是这篇博文的意图，也是为了确保更多的人知道这一点。

如何设置

Percona repository提供现成的Patroni包。但你可以从任何渠道自由使用Patroni。

基本配置

如果您对此感到兴奋并想尝试，以下步骤可能会有所帮助。

整个讨论都是关于逻辑复制的。因此，最低要求是将wal_level 设置为“logical”。如果现有的用户配置将wal_level 设置为“replica”，并且如果您想使用此功能，您可以只编辑Patroni配置。

但是，此更改需要重新启动PostgreSQL：

最后一列状态栏 Pending restart
里面都是 *
号，表示配置已经修改，需要重启生效。

您可以使用Patroni的switchover
功能重新启动节点，使更改生效，因为降级的节点需要重新启动。

如果还有剩余的节点，可以稍后重新启动。

创建逻辑槽

现在我们可以为PostgreSQL添加一个永久的逻辑复制槽，该槽将由Patroni维护。

编辑Patroni配置：

可以按如下方式添加槽：

“slots：”部分定义了永久复制槽。这些槽将在switchover/failover切换期间保留。pgoutput
是PostgreSQL逻辑复制的解码插件。

一旦应用了更改，将在主节点上创建逻辑复制槽。可以通过查询来验证：

以下是一个示例输出：

同样的复制槽也将在备节点上创建。Patroni 在内部将复制槽信息从主节点复制到所有符合条件的备节点。

我们可以在备节点的pg_replication_slot上使用相同的查询，并查看类似信息

下面是一个示例，显示了同一复制槽在备节点端的反馈：

通过在创建订阅端时显式指定插槽名称，订阅端可以使用此插槽。

或者，可以修改现有订阅端指定新复制槽。

例如：

相应的PostgreSQL日志条目可以确认复制槽名称的更改：

在发布端，我们可以通过检查active_pid和推进插槽的LSN来确认插槽使用情况。

随着逻辑复制从主节点进行，Patroni集群的所有备节点中的复制槽信息也会更新

在更高的层次上，这正是这个特性所做的：

1. 自动创建/复制 槽信息，将其从Patroni集群中的主节点复制到所有符合条件的备用节点。

2. 随着LSN在主节点上相应槽上的前进，备节点槽上的LSN也自动前进。

Switchover/Failover 后

在switchover/Failover的情况下，我们不会丢失任何槽信息，因为它们已经在备节点上维护。

切换后，拓扑结构如下所示：

现在，任何下游逻辑副本都可以重新指向新的主节点。

复制将继续，pg_replication_slot信息可以证实这一点。

总结+要点

逻辑复制槽在概念上只能在主实例上使用，因为逻辑解码发生在主实例上。现在，有了这一改进，Patroni可以确保槽信息在standby状态下也可用，并且可以从订阅端那里接管连接。

• 此解决方案需要PostgreSQL 11或更高版本，因为它使用pg_replication_slot_advance()函数来推进槽，该函数从PostgreSQL 11开始提供。

• 下游连接可以使用HAProxy，这样连接将自动路由到主节点（本文未涉及）。不需要修改PostgreSQL代码或创建任何扩展。

• 槽的复制是通过PostgreSQL协议（libpq）进行的，而不是任何特定于操作系统的工具/方法。Patroni 使用rewind
  或superuser
  凭证。Patroni 使用pg_read_binary_file()函数读取槽信息。源代码参考

• 在备节点创建逻辑槽后，Patroni使用pg_replication_slot_advance()向前更新槽。

• 永久槽信息将添加到DCS，并由Patroni的主实例持续维护。引入了一个名为“status”的新DCS密钥，并支持所有DCS选项 (zookeeper, etcd, consul, etc.)。

• 必须在需要维护逻辑复制槽的所有备节点上启用hot_standby_feedback。

• 必须启用Patroni参数postgresql.use_slots，以确保每个备节点使用主节点上的槽。