PolarDB:オンライン昇格

使用方法

pg_ctl promote -D [datadir]

仕組み

以下のセクションでは、オンライン昇格機能の仕組みについて説明します。

• トリガーメカニズム

  PolarDB for PostgreSQL は、従来のデータベースでセカンダリノードを昇格するために使用されるのと同じメソッドを使用します。トリガープロセスでは、次の操作が実行されます。

  • [pg_ctl] ユーティリティで promote コマンドを呼び出して、postmaster プロセスにシグナルを送信します。postmaster プロセスは、他のプロセスと連携して昇格操作をシームレスに実行します。

  • recovery.conf ファイルで トリガーファイル のパスを定義します。その他のコンポーネントは、トリガーファイル を生成することによってトリガーされます。

  説明

  PolarDB for PostgreSQL での読み取り専用ノードの昇格プロセスは、従来のデータベースでのセカンダリノードの昇格プロセスとは、以下の重要な点で異なります。

  • 読み取り専用ノードがプライマリノードに昇格した後、共有ストレージを読み取り/書き込みモードで再マウントする必要があります。

  • 読み取り専用ノードは、いくつかの重要な制御情報をメモリに保持します。プライマリノードのこのような制御情報は、共有ストレージに永続化されます。オンライン昇格プロセス中に、このような制御情報も共有ストレージに永続化されます。

  • 読み取り専用ノードは、ログを再生することでメモリにデータを取得できます。オンライン昇格プロセス中に、どのデータを共有ストレージに書き込むことができるかを判断することが不可欠です。

  • 読み取り専用ノードがメモリ内の WAL ログを再生する場合、プライマリノードとは異なるバッファエビクションメソッドとフラッシュ制御ルールを使用します。

  • 読み取り専用ノードのサブプロセスは、オンライン昇格プロセス用に異なる方法で実装されます。

• Postmaster プロセス

  1. Postmaster プロセスは、トリガーファイル を検出するか、昇格コマンドを受信すると、オンライン昇格プロセスを開始します。

  2. 現在のすべてのバックエンドプロセスに SIGTERM シグナルを送信します。

     説明

     読み取り専用ノードは、オンライン昇格プロセスが開始された後もデータ読み取りを提供できます。ただし、データは最新ではない可能性があります。スイッチオーバー中に新しいプライマリノードから古いデータが読み取られるのを防ぐため、すべてのバックエンドセッションを切断し、Startup プロセスが終了した後にデータの読み取りと書き込みを開始します。

  3. 共有ストレージを読み取り/書き込みモードで再マウントします。

     説明

     この手順には、基盤となるストレージのサポートが必要です。

  4. Startup プロセスに SIGUSR2 シグナルを送信して、ログ再生を終了し、オンライン昇格操作を処理するように通知します。

  5. Polar ワーカープロセスに SIGUSR2 シグナルを送信して、一部の LogIndex データの解析を停止するように通知します。これは、このような LogIndex データは実行中の読み取り専用ノードにのみ必要であるためです。

  6. LogIndex バックグラウンドワーカー（BGW）プロセスに SIGUSR2 シグナルを送信して、オンライン昇格操作を処理するように通知します。

  次の図は、Postmaster プロセスを示しています。

• Startup プロセス

  1. 古いプライマリノードによって生成されたすべての WAL ログを再生し、LogIndex データを生成します。

  2. 古いプライマリノードの最後のチェックポイントが読み取り専用ノードでも実行されていることを確認します。これにより、最後のチェックポイント用に読み取り専用ノードに書き込まれたデータがストレージに保存されます。

  3. LogIndex BGW プロセスが [POLAR_BG_WAITING_RESET] 状態になるまで待機します。

  4. 読み取り専用ノードのローカルデータ（clog など）を共有ストレージにコピーします。

  5. WAL メタキューメモリ領域をリセットし、共有ストレージからスロット情報を再読み込みし、LogIndex BGW プロセスの LSN を現在の整合性 LSN の最小値に設定して、LogIndex BGW プロセスがこの時点から新しい再生を開始するようにします。

  6. ノードロールをプライマリに設定し、LogIndex BGW プロセスのステータスを [POLAR_BG_ONLINE_PROMOTE] に設定します。これで、クラスタはデータの読み取りと書き込みを提供できるようになります。

  次の図は、Startup プロセスを示しています。

• LogIndex BGW プロセス

  LogIndex BGW プロセスは、独自のステートマシンを持ち、ライフサイクル全体を通してステートマシンに基づいて実行されます。次の表は、LogIndex BGW プロセスの状態について説明しています。

  状態	説明
  POLAR_BG_WAITING_RESET	LogIndex BGW プロセスはリセット状態にあり、他のプロセスにステートマシンの変更を通知します。
  POLAR_BG_ONLINE_PROMOTE	LogIndex BGW プロセスは LogIndex データを読み取り、再生タスクを編成および配布し、並列再生プロセスグループを使用して WAL ログを再生します。この状態の LogIndex BGW プロセスは、状態を変更する前にすべての LogIndex データを再生する必要があります。LogIndex BGW プロセスは、バックグラウンド再生の LSN も決定します。
  POLAR_BG_REDO_NOT_START	再生タスクの終了を示します。
  POLAR_BG_RO_BUF_REPLAYING	読み取り専用が実行されている場合、この状態の LogIndex BGW プロセスは LogIndex データを読み取り、WAL ログを順次再生します。再生タスクが完了するたびに、LogIndex BGW プロセスはバックグラウンド再生の LSN を決定します。
  POLAR_BG_PARALLEL_REPLAYING	LogIndex BGW プロセスは LogIndex データを読み取り、再生タスクを編成および配布し、並列再生プロセスグループを使用して WAL ログを再生します。再生タスクが完了するたびに、LogIndex BGW プロセスはバックグラウンド再生の LSN を決定します。

  次の図は、LogIndex BGW プロセスの状態を示しています。

  

  LogIndex BGW プロセスは、Postmaster プロセスから SIGUSR2 シグナルを受信すると、次のオンライン昇格操作を実行します。

  1. すべての LogIndex データをストレージに保存し、ステータスを [POLAR_BG_WAITING_RESET] に変更します。

  2. Startup プロセスが [POLAR_BG_ONLINE_PROMOTE] 状態になることを確認するまで待機します。

     • 読み取り専用ノードが昇格される前、LogIndex BGW プロセスはバッファープール内のページのみを再生します。

     • 読み取り専用ノードが昇格されているとき、LogIndex BGW プロセスはすべての WAL ログを順次再生し、MarkBufferDirty を呼び出してページをダーティとしてマークし、ページがフラッシュされるのを待ちます。

     • 再生タスクが完了すると、LogIndex BGW プロセスはバックグラウンド再生の LSN を決定し、ステータスを [POLAR_BG_REDO_NOT_START] に変更します。

• フラッシュ制御

  ダーティページごとに最も古い LSN があり、FlushList 内で順番になっています。この LSN は、整合性 LSN を決定するために使用されます。

  読み取り専用ノードが昇格された後、現在の WAL LSN がバッファの最も古い LSN に設定されている場合、最も古い LSN よりも低い LSN のデータがストレージに保存される前に、新しい整合性 LSN が設定されます。

  オンライン昇格機能は、2 つの問題を解決する必要があります。

  • 古いプライマリノードでの WAL 再生中に、ダーティページの最も古い LSN をどのように設定するか。

  • 新しいプライマリノードによって生成されたダーティページの最も古い LSN をどのように設定するか。

  説明

  オンライン昇格プロセス中に、PolarDB for PostgreSQL は、前述の 2 つのケースで生成されたダーティページの最も古い LSN を、LogIndex BGW プロセスによって決定された LSN に設定します。同じ最も古い LSN でマークされたすべてのバッファがストレージに保存された場合にのみ、プロセスは新しい LSN を決定します。