Postgres-XL vs Bi-Directional Replication. Draft. Markus Wanner Rapperswil, 26. Juni datahouse

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1 Postgres-XL vs Bi-Directional Replication Markus Wanner Rapperswil, 26. Juni 2015 datahouse

2 Struktur Inhalt Einführung Begriffe Nutzen Eckdaten und Gemeinsamkeiten Bi-Directional Replication Hintergrund Aufbau und Komponenten Konfiguration Administration Konflikte Postgres-XL Hintergrund Aufbau und Komponenten Konfiguration Administration Konflikte Verfügbarkeit Spotlights Sequenzen Sharding Alternativen Fazit Ziele Konzepte vermitteln - keine Anleitung Entscheidungshilfe 2 Markus Wanner Postgres-XL vs Bi-Directional Replication datahouse

3 Einführung Begriffsdefinitionen Replikation (Datenverarbeitung) Replikation bezeichnet die mehrfache Speicherung derselben Daten auf verschiedenen unabhängigen Servern und die Synchronisation dieser Datenbestände. (frei nach Wikipedia) Multi-Master Gleichberechtigte, modifizierbare Duplikate, statt Primärdaten mit davon abhängigen Kopien. Erfordert Mechanismen zum Datenabgleich, wobei verschiedene Kompromisse möglich sind (CAP Theorem). 3 Markus Wanner Postgres-XL vs Bi-Directional Replication datahouse

4 Einführung Begriffsdefinitionen Synchron Asynchron Der Zeitpunkt der Synchronisation in Bezug auf den Commit ist ein entscheidendes Klassifikationsmerkmal. vor oder mit dem Commit synchron nach dem Commit asynchron Konsistenz Vorsicht: Definition in ACID unterscheidet sich von jener in CAP. ACID Constraints, innerhalb eines Snapshots CAP Synchronität zwischen Knoten 4 Markus Wanner Postgres-XL vs Bi-Directional Replication datahouse

5 Einführung Nutzen Warum Replikation? Redundanz Verfügbarkeit Scale out Performance Warum Multi-Master? Einfachheit Lastverteilung schreibende Transaktionen 5 Markus Wanner Postgres-XL vs Bi-Directional Replication datahouse

6 Einführung Vorstellung der Projekte Eckdaten Name Postgres-XL Postgres-XC BDR (Bi-Directional Replication) Release 9.2RC Rel. Datum 1. Juni April Mai 2015 Postgres Basis Lizenz MPL 2.0 PostgreSQL PostgreSQL Firmen TransLattice NTT, EDB 2ndQuadrant Fokus Parallel Processing Oracle RAC Ersatz integrierte Replikation CAP-Orientierung CP CP AP Aktive Entwickler Mason Sharp, Andrei Martinchyk, Nikhil Sontakke, Pavan Deolasee,... Koichi Suzuki, Galy Lee, Jaimin Pan, Shen Longxing,... Andres Freund, Craig Ringer, Petr Jelinek, Ian Barwick, Martín Marqués,... 6 Markus Wanner Postgres-XL vs Bi-Directional Replication datahouse

7 Einführung Vorstellung der Projekte Gemeinsamkeiten Erfahrenes Entwickler-Team Multi-Master Replikationslösungen Shared-Nothing Architektur Modifikation von PostgreSQL (Patch, git branch) Konfiguration einzelner Knoten (ca. ein Dutzend zusätzliche GUC-Variabeln) 7 Markus Wanner Postgres-XL vs Bi-Directional Replication datahouse

8 Dra ft Bi-Directional Replication 8 Markus Wanner Postgres-XL vs Bi-Directional Replication datahouse

9 Bi-Directional Replication Hintergrund Weiterentwicklung von WAL Shipping und Streaming Replication: WAL als Basis nutzt replication slots partielle Replikation (dank logischem statt physischem Datenformat) Viele Entwickler sind auch Committer bei PostgreSQL, die Integration in PostgreSQL ist bereits weit fortgeschritten (background workers, logical decoding). Neben 2ndQuadrant bietet auch EDB Support für BDR an. 9 Markus Wanner Postgres-XL vs Bi-Directional Replication datahouse

10 Bi-Directional Replication Komponenten WAL logical decoding Applikation Load Balancer Postgres (patched) BDR apply workers fe/be protocol pg_hba.conf entfernte Postgres-BDR-Knoten 10 Markus Wanner Postgres-XL vs Bi-Directional Replication datahouse

11 Bi-Directional Replication Konfiguration Kommunikation unter den Knoten via Postgres FE/BE-Protokoll (libpq) erfordert Konfiguration der gegenseitigen Zugriffsrechte auf jedem Knoten. host all reprole /24 md5 host replication reprole /24 md5 CREATE USER reprole WITH REPLICATION PASSWORD secret SUPERUSER; Tipp Die Verbindung zwischen den Knoten unbedingt vorher mit psql prüfen - mit replication=1 wie auch ohne. 11 Markus Wanner Postgres-XL vs Bi-Directional Replication datahouse

12 Bi-Directional Replication Administration Administration weitgehend via SQL-Funktionen, z.b. die Zuschaltung einer (einzelnen) Datenbank eines Knotens zur Replikations-Gruppe: SELECT bdr.bdr_group_join( local_node_name := node7, node_external_dsn := host=test7.demo.datahouse.ch dbname=bdrtest user= reprole password=secret, join_using_dsn := host=test1.demo.datahouse.ch dbname=bdrtest user= reprole password=secret ); 12 Markus Wanner Postgres-XL vs Bi-Directional Replication datahouse

13 Bi-Directional Replication Konfliktbeispiel Session 1 bdrdemo=# BEGIN; BEGIN bdrdemo=# SELECT id, description FROM product; id description fluffy ball (1 row) bdrdemo=# UPDATE product bdrdemo-# SET description = fluffy artistic ball bdrdemo-# WHERE id = 87; UPDATE 1 bdrdemo=# SELECT id, description FROM product; id description fluffy artistic ball (1 row) bdrdemo=# COMMIT; -- commits first COMMIT bdrdemo=# SELECT id, description FROM product; id description fluffy juggling ball (1 row) Session 2 bdrdemo=# BEGIN; BEGIN bdrdemo=# SELECT id, description FROM product; id description fluffy ball (1 row) bdrdemo=# UPDATE product bdrdemo-# SET description = fluffy juggling ball bdrdemo-# WHERE id = 87; UPDATE 1 bdrdemo=# SELECT id, description FROM product; id description fluffy juggling ball (1 row) bdrdemo=# COMMIT; -- commits last COMMIT bdrdemo=# SELECT id, description FROM product; id description fluffy juggling ball (1 row) 13 Markus Wanner Postgres-XL vs Bi-Directional Replication datahouse

14 Bi-Directional Replication Konflikte Historie über lokale Konflikte und deren Behandlung: bdrdemo=# SELECT * FROM bdr.bdr_conflict_history; -[ RECORD 1 ] conflict_id 1 local_node_sysid local_conflict_xid 0 local_conflict_lsn 0/23E1C08 local_conflict_time :34: object_schema public object_name product remote_node_sysid remote_txid 2344 remote_commit_time :34: remote_commit_lsn 0/23C9E58 conflict_type update_update conflict_resolution last_update_wins_keep_local local_tuple {"id":87,"description":"fluffy juggling ball","price":9.90} remote_tuple {"id":87,"description":"fluffy artistic ball":"price":9.90} local_tuple_xmin 2827 local_tuple_origin_sysid error_message error_sqlstate error_querystring error_cursorpos error_detail error_hint error_context error_columnname error_typename error_constraintname error_filename 14 Markus Wanner Postgres-XL vs Bi-Directional Replication datahouse

15 Bi-Directional Replication Konflikte Typen DML u/u, u/d last update wins uniqueness i/i, u/i, u/u last update wins foreign key constraints i/u, i/d, u/u, u/d nicht unterstützt other constraints u/u last update wins Anwendungsspezifische Konfliktbehandlung ist möglich und geplant, Dokumentation aber spärlich. 15 Markus Wanner Postgres-XL vs Bi-Directional Replication datahouse

16 Dra ft Postgres-XL 16 Markus Wanner Postgres-XL vs Bi-Directional Replication datahouse

17 Postgres-XL Hintergrund Unterschiedliche Namen, ähnliche Konzepte, Überschneidungen der Entwicklungsteams: GridSQL (EnterpriseDB, NTT) Stado Postgres-XC (StormDB, NTT) Postgres-XL (TransLattice) XL: extensible Lattice, extra Large GridSQL / Stado noch als Middleware implementiert, Postgres-XC / -XL sind Erweiterungen oder Forks von Postgres. Seit dem Fork haben sich die Teams von XC und XL wieder etwas angenähert, ein Merge ist aber ungewiss. 17 Markus Wanner Postgres-XL vs Bi-Directional Replication datahouse

18 Postgres-XL Komponenten Global Transaction Manager (GTM) GTM Proxy GTM Proxy GTM Proxy Postgres (patched) Postgres (patched) Postgres (patched) coordinator coordinator coordinator Postgres (patched) Postgres (patched) Postgres (patched) data node data node data node Postgres-XL Knoten Postgres-XL Knoten Postgres-XL Knoten GTM Standby Load Balancer Applikation 18 Markus Wanner Postgres-XL vs Bi-Directional Replication datahouse

19 Postgres-XL Komponenten Global Transaction Manager vergibt Transaktions-Ids erstellt Snapshots verwaltet Sequenzen und Timestamps GTM Proxy optional (Performance) gruppiert Anfragen vom Coordinator oder Data Node an den GTM Coordinator kommuniziert mit dem Client plant und verteilt die Abfragen nutzt Two-Phase Commit hält eine komplette Kopie der globalen Kataloginformationen vor Data Node speichern Nutzerdaten und Indices bearbeiten Anfragen vom Coordinator kommunizieren untereinander (XL-only) 19 Markus Wanner Postgres-XL vs Bi-Directional Replication datahouse

20 Postgres-XL Konfiguration host all postgres /24 trust Nutzt den postgres user ohne Passwort, reduziert Sicherheit auf IP-Ebene. 20 Markus Wanner Postgres-XL vs Bi-Directional Replication datahouse

21 Postgres-XL Administration Hinzufügen oder Entfernen von Knoten ist bisher umständlich. Das Neuverteilen der Daten über die verfügbaren Knoten ist manuell möglich. Hilfreich ist die Prüfung der Verbindung mit: EXECUTE DIRECT ON (data_five) SELECT 1 ; Die Cluster-Informationen müssen bisher manuell konsistent gehalten werden (CREATE, ALTER, DROP NODE). Tipp Die Tabelle pgxc_node auf Inkonsistenzen prüfen. 21 Markus Wanner Postgres-XL vs Bi-Directional Replication datahouse

22 Postgres-XL Konfliktbeispiel Session 1 bdrdemo=# BEGIN; BEGIN bdrdemo=# SELECT id, description FROM product; id description fluffy ball (1 row) bdrdemo=# UPDATE product bdrdemo-# SET description = fluffy artistic ball bdrdemo-# WHERE id = 87; UPDATE 1 bdrdemo=# SELECT id, description FROM product; id description fluffy artistic ball (1 row) bdrdemo=# COMMIT; COMMIT Session 2 bdrdemo=# BEGIN; BEGIN bdrdemo=# SELECT id, description FROM product; id description fluffy ball (1 row) bdrdemo=# UPDATE product bdrdemo-# SET description = fluffy juggling ball bdrdemo-# WHERE id = 87; -- blockiert bis die Transaktion links terminiert ERROR: could not serialize access due to concurrent update bdrdemo-# ROLLBACK; ROLLBACK 22 Markus Wanner Postgres-XL vs Bi-Directional Replication datahouse

23 Postgres-XL Verfügbarkeit Skalierbarkeit stand im Fokus der Entwicklung, nicht Verfügbarkeit. Durch die mehr Abhängigkeiten (mehrere Server, Netzwerk) steigt das Risiko eines Ausfalls sogar. Coordinator kennt den Status des Data Node nicht bei Ausfall sind selbst auf REPLICATED Tabellen Fehler möglich. Massnahmen GTM Standby für den GTM Coordinator prinzipiell austauschbar Streaming Replication für Data Nodes 23 Markus Wanner Postgres-XL vs Bi-Directional Replication datahouse

24 Dra ft Spotlights 24 Markus Wanner Postgres-XL vs Bi-Directional Replication datahouse

25 Spotlights Sequenzen BDR bietet Global Sequences: eine Abstimmung unter allen beteiligten Knoten, jeweils über Blöcke von (?) Ids. Bei Postgres-XC ist der zentrale GTM zuständig, auch hier können durch CACHE (Postgres) gleich ganze Blöcke beantragt werden. Postgres-XL bietet zusätzlich das Feature, wiederholte Aufrufe von nextval() dynamisch zusammenzufassen (i.e. COPY, INSERT SELECT). 25 Markus Wanner Postgres-XL vs Bi-Directional Replication datahouse

26 Spotlights Sharding Postgres-XL Postgres-XL kennt verschiedene Möglichkeiten, eine Tabelle über mehrere Data Nodes zu verteilen: REPLICATED (mirroring, jeder Knoten hält eine Kopie vor) DISTRIBUTED BY [MODULO, HASH, ROUNDROBIN] (striping, jedes Tuple auf genau einem Knoten) Zwar lässt sich die Gruppe der Data Nodes unter denen die Tuples verteilt werden definieren, eine Variante m aus n Kopien mit 1 < m < n ist bisher bisher nicht möglich. 26 Markus Wanner Postgres-XL vs Bi-Directional Replication datahouse

27 Spotlights Performance Bisherige Benchmark-Versuche auf 7 Knoten sind gescheitert. Postgres-XL CREATE DATABASE generierte knapp 400 Pakete, total 46 KiB an Traffic pgbench -i -s100 verantwortete 1 Million Pakete, 358 MiB Traffic 4 BDR pgbench -i -s100 lief auf einem Knoten sauber durch, die anderen, asynchron synchronisierenden Knoten blieben aber bei 100% CPU Last. 27 Markus Wanner Postgres-XL vs Bi-Directional Replication datahouse

28 Spotlights Alternativen im Postgres-Umfeld Statements Bei guter Kapselung des Datenbank-Interfaces ist eine Statement basierte Middleware vielleicht ein gangbarer Weg (Vorsicht: bei now(), Verfügbarkeit bei Ausfällen - bei 2PC häufig Konsistenz über Verfügbarkeit) Single-Master Mit Streaming Replication und Hot Standby bietet vanilla Postgres bereits gute Möglichkeiten. Ist Multi-Master-Fähigkeit wirklich nötig? 28 Markus Wanner Postgres-XL vs Bi-Directional Replication datahouse

29 Spotlights Alternativen ausserhalb Postgres NoSQL? Ist eine relationale Datenbank unabdingbar? Oder erfüllt eine Dokument-orientierte Datenbank wie MongoDB oder Couchbase die Aufgabe besser? Oder ein verteilter Key-Value-Store? sind Transaktionen nötig (über Dokument-Grenzen hinweg) sind Foreign Keys nötig? (Referenzielle Integrität) 29 Markus Wanner Postgres-XL vs Bi-Directional Replication datahouse

30 Fazit If it doesn t have to be correct, I can make it as fast as you d like it to be, Dr. Jon Bentley Korrekt? u/d mit Foreign-Key-Abhängigkeit? u/u mit last-update-wins? u/u auf unterschiedliche Spalten? ist d/d bereits ein Konflikt? 30 Markus Wanner Postgres-XL vs Bi-Directional Replication datahouse

31 Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit. Bei Fragen stehe ich Ihnen gerne zur Verfügung. Markus Wanner Datahouse AG Alte Börse Bleicherweg 5 CH-8001 Zürich 31 Markus Wanner Postgres-XL vs Bi-Directional Replication datahouse

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