Stolon项目架构解析：高可用PostgreSQL集群的核心设计
项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/st/stolon 一、Stolon项目概述
Stolon是一个为PostgreSQL提供高可用性解决方案的开源项目，它通过独特的架构设计确保了数据库服务的持续可用性。本文将深入剖析Stolon的核心组件和工作原理，帮助读者全面理解这一PostgreSQL高可用解决方案的设计哲学。
二、核心组件架构
Stolon采用模块化设计，主要由三个关键组件构成：
1. Keeper（守护者）
Keeper是Stolon架构中最基础的组件，每个Keeper负责管理一个PostgreSQL实例。它的主要职责包括：
- 监控PostgreSQL实例的健康状态
- 根据Sentinel提供的集群视图(clusterview)调整PostgreSQL实例的角色
- 执行主从切换、数据同步等操作
- 确保数据一致性
关键特性：
- 每个Keeper必须拥有唯一的UID标识
- 需要持久化的数据存储目录
- 支持手动指定或自动生成UID
2. Sentinel（哨兵）
Sentinel是Stolon集群的大脑，负责集群状态决策：
- 持续发现和监控所有Keeper的状态
- 计算最优的集群拓扑结构
- 决定主从切换时机
- 生成集群视图(clusterview)并同步给其他组件
工作特点：
- 采用领导者选举机制确保决策一致性
- 无状态设计，依赖外部存储
- 自动处理网络分区等异常情况
3. Proxy（代理）
Proxy是客户端访问数据库的入口，提供智能路由功能：
- 自动将客户端连接路由到当前主库
- 强制关闭到旧主库的连接
- 实现透明的故障转移
重要特性：
- 无状态设计，可水平扩展
- 自动感知集群拓扑变化
- 在网络分区时保护数据一致性
三、存储后端设计
Stolon依赖分布式键值存储来维护集群状态，支持多种存储后端：
1. etcd/Consul后端
- 利用Raft协议保证数据一致性
- 需要配置高可用集群(至少3节点)
- etcd v3需定期压缩以避免存储空间耗尽
- 支持自定义存储路径前缀
2. Kubernetes后端
- 直接使用Kubernetes API Server作为存储
- 依赖ConfigMap存储集群数据
- 通过Pod标签实现组件发现
- 需要注意API Server的性能影响
存储分区处理： 当组件无法与存储后端通信时，Stolon会持续重试。Proxy在这种情况下的保守策略是关闭所有连接，以避免将流量导向可能已失效的主库。
四、关键配置要求
1. PostgreSQL用户配置
Stolon需要两类特殊用户：
超级用户(Superuser)：
- 用于管理PostgreSQL实例
- 执行pg_rewind操作(如启用)
- 通过
--pg-su-username和--pg-su-password参数配置
复制用户(Replication User)：
- 用于主从数据同步
- 通过
--pg-repl-username和--pg-repl-password参数配置
安全建议：
- 生产环境避免使用trust认证
- 确保所有Keeper使用相同的用户凭证
- 限制超级用户的直接访问
2. 连接数管理
需要注意PostgreSQL的max_connections设置：
- 连接数耗尽会影响复制连接
- 超级用户连接受superuser_reserved_connections保护
- 建议合理设置连接数或限制超级用户连接
五、灾备与恢复
存储永久丢失处理
当存储后端永久丢失时：
- 不要从备份恢复Stolon相关数据
- 使用existing初始化模式重建集群
- 避免旧集群状态与新状态冲突
持久化要求
- Keeper必须使用持久化存储卷
- 避免所有Keeper同时停止
- 不要重用Keeper UID但更换数据目录
六、架构设计理念
Stolon的架构体现了几个核心设计原则：
- 职责分离：各组件分工明确，降低耦合度
- 无状态设计：除Keeper外，其他组件无状态，便于扩展
- 保守决策：在网络不确定时优先保护数据一致性
- 自动化：全自动的故障检测与恢复机制
- 云原生：深度集成Kubernetes等现代基础设施
通过这种架构，Stolon能够在各种故障场景下保持PostgreSQL服务的高可用性，同时确保数据的安全性和一致性。理解这些设计原理，有助于在实际部署中做出合理的配置决策和故障排查。
创作声明：本文部分内容由AI辅助生成（AIGC），仅供参考
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