Репликация

Определение:

Репликация — это поддержание одинаковых данных на нескольких узлах распределенной системы.

Типы репликации

• Синхронная -- требует введения распределенных транзакций и гарантирует одинаковое состояние реплик.
• Асинхронная -- допускает задержки репликации на репликах.

Схемы репликации

• С основной копией -- запросы на запись поступают в централизованное место, а затем реплицируются
• Симметричная -- запросы на запись могут поступать в различные копии

Реализация репликации

С основной копией

Репликация с основной копией

Есть одна главная копия данных, изменения из неё реплицируются на все остальные копии. За согласованность изменений отвечает главная копия. Если изменения приводят к несогласованному состоянию, то транзакция откатывается. Запросы на чтение могут быть обработаны любой репликой. Такая реализация эффективна, если количество записей сильно меньше количества запросов чтения.

Симметричная

Симметричная репликация

Чтение и запись могут быть обработаны любой копией. При необходимости реплики могут работать автономно.

Преимущества:

• Запросы можно отправлять на географически ближайшую реплику

Недостатки:

• Необходимо обрабатывать случай записей с разных копий, которые конфликтуют при репликации.
• При выходе из строя любой реплики, состояние системы не согласовано и данные потеряны.

Таким образом, синхронная репликация сложна и малонадежна. В реалньости распределенные базы данных решают эту проблему лучше.

Рассылка изменений

Информация обо всех сделанных изменения содержится в журнале транзакций. Репликация достигается за счёт рассылки протоколов транзакций.

Репликация операторов

• На реплике выполняются те же операторы
• Пересылается малый объем данных
• Операторы должны быть детерминированны
• Необходимо учитывать взаимный порядок выполнения транзакций.

Репликация записей

• Пересылается информация об изменении записей
• Результат детерминирован
• Вынужденно пересылается большое количество записей

Применения репликации

Вертикальное масштабирование

Большое количество чтений, малое количество записей. Схема репликации с одной копией. Примеры: web-сервера, erp-системы.

Горизонтальное масштабирование

Большое количество локальный операций (например, по критерию географической распределенности). Реплика отвечает за свой набор данных, т.е. по запросу всегда можно определить нужную реплику. Применение: географическая распределенность, независимость по данным, непостоянная связь.

Повышение доступности

Ассиметричная схема репликации позволяет менять основную реплику не останавливая работу системы.

Резервное копирование

Ассиметричная схема.

• Для получения резервной копии добавим специальную реплику, которая будет синхронизирована с основной.
• В момент взятия резервной копии отключаем синхронизацию.
• Чтобы сделать следующую резервную копию, синхронизация снова включается.
• Реплика получает все изменения, сделанные с момента отключения.

Преобразование данных

Ассиметричная схема репликации позволяет добавлять специальные реплики, которые занимаются обработкой данных. Периодически синхронизуясь, такая реплика преобразовывает данные, например: изменение формата хранения, консолидация данных, унификация данных.

Литература

• Дейт К. Введение в системы баз данных (глава 21)
• PostgreSQL: High Availability, Load Balancing, and Replication
• MySQL: Replication