Изобретая синхронную репликацию Базы данных и системы хранения

Доклад принят в программу конференции
Владислав Шпилевой
Tarantool

Работает в Tarantool над разработкой сервера и в Ubisoft — над сетевым взаимодействием.

v.shpilevoy@tarantool.org
Тезисы

Репликация базы данных, помимо прочих применений, позволяет поддерживать актуальную копию данных на резервном узле, который в случае отказа главного (пишущего) узла может взять его роль. Без потери времени на перезапуск главного узла.

Но если главный узел выполнил транзакцию, успешно ответил клиенту и не успел отправить транзакцию на реплики до своего отказа, то после переключения на резервную реплику с точки зрения клиента транзакция потеряна. Была и пропала.

Так может случиться при асинхронной репликации. Транзакции не ждут своей отправки на реплики, а завершаются сразу после записи в журнал. Это очень неприятная проблема при хранении особо чувствительных данных (например, информации о деньгах).

Репликация может быть синхронной. Транзакции ждут своей отправки и подтверждения на резервных узлах до того, как завершаются и их изменения становятся видимы. Это гарантирует, что при переключении главного узла подтвержденные изменения не будут потеряны.

Обычно синхронная репликация реализуется через протокол Raft. Он проверен временем, его корректность доказана. Но у него есть ограничения:
* не предполагается наличие мастер-мастер-репликации ни в каком виде;
* журнал транзакций (WAL, Write Ahead Log) должен удовлетворять определенным свойствам.

Это сильно усложняет внедрение Raft в существующую БД без поломок обратной совместимости в журнале и без запрета мастер-мастер-репликации.

Именно эта задача появилась в СУБД Тарантул. Годами продолжались попытки реализовать чистый Raft или что угодно на его замену. Задача нетривиальна, так как мастер-мастер в Тарантуле поддерживается, из-за чего его журнал имеет очень специфичный формат, использующий векторные часы.

В версии 2.5.1 был создан новый алгоритм. Он берет за основу Raft и делит его на две независимые части: репликация и выборы лидера. При этом можно выбирать, какие транзакции синхронные, а какие — нет. Это позволяет платить за синхронность только для действительно критичных изменений. Журнал при этом полностью совместим со старыми версиями, и открыта возможность реализации синхронной мастер-мастер-репликации в будущем.

Доклад прольет свет на удивительную историю синхронной репликации в Тарантуле, закончившуюся изобретением нового алгоритма, и на схему его работы в части репликации.

Другие доклады секции Базы данных и системы хранения