Seminar CrateDB – Hochverfügbarkeit, Sharding und horizontale Skalierung

Fehlertoleranz und Skalierung entstehen aus abgestimmten Entscheidungen zu Knoten, Shards, Replikaten, Ausfallzonen und Kapazitätsreserven. Das Seminar macht diese Zusammenhänge messbar und überführt sie in sichere Skalierungs- und Wartungsverfahren.

Inhaltsübersicht

• Lernziele und fachliche Einordnung
• Schrittweise Seminarinhalte
• Praxisübungen und Laborszenarien
• Zielgruppe und Voraussetzungen
• Didaktik und Arbeitsweise

Lernziele und fachliche Einordnung

• Ausfallannahmen und Verfügbarkeitsziele in eine belastbare Clusterarchitektur übersetzen
• Shard-Zahl, Shard-Schlüssel und Replikation auf Datenvolumen und Workload abstimmen
• Knoten sicher hinzufügen, entnehmen und über Fehlerdomänen verteilen
• Failover, Rebalancing und Kapazitätsgrenzen durch kontrollierte Tests verifizieren

Schrittweise Seminarinhalte

1. Schritt 1: Verfügbarkeitsziele und Ausfallbilder bestimmen

   Zulässige Unterbrechung, Datenverlust, Wartungsfenster, Standortausfall und gleichzeitige Fehler werden als konkrete technische Annahmen formuliert.

2. Schritt 2: Knoten- und Quorum-Architektur entwerfen

   Clustergröße, koordinierende Aufgaben, Split-Brain-Vermeidung und Mindestanzahl verfügbarer Knoten werden nachvollziehbar geplant.

3. Schritt 3: Fehlerdomänen abbilden

   Hosts, Racks, Zonen oder Rechenzentren werden so berücksichtigt, dass Primär- und Replikatkopien nicht derselben Ausfallursache unterliegen.

4. Schritt 4: Shard-Größe und Shard-Anzahl dimensionieren

   Datenmenge, Wachstum, Knotenzahl, Abfrageparallelität, Recovery-Zeit und Verwaltungsaufwand führen zu einer belastbaren Ausgangskonfiguration.

5. Schritt 5: Shard-Schlüssel prüfen

   Gleichmäßige Verteilung, Hotspots, häufige Filter, Joins und tenantbezogene Last werden anhand realer Daten untersucht.

6. Schritt 6: Replikation passend einstellen

   Verfügbarkeitsziel, Speicherkosten, Schreiblast, Leseparallelität und Wiederherstellungsdauer werden gemeinsam bewertet.

7. Schritt 7: Cluster horizontal erweitern

   Neue Knoten werden vorbereitet, aufgenommen und unter Beobachtung von Datenverteilung, Last und Gesundheitszustand freigegeben.

8. Schritt 8: Rebalancing kontrollieren

   Parallelität, Bandbreite, Datenträgerlast, Geschäftszeiten und Abbruchkriterien werden für große Datenbewegungen abgestimmt.

9. Schritt 9: Knoten geordnet entnehmen

   Datenverlagerung, Kapazitätsreserve, Sperren, Dienststopp und abschließende Prüfung verhindern unvollständige oder riskante Stilllegungen.

10. Schritt 10: Knotenausfall testen

    Primär- und Replikatwechsel, Abfrageverhalten, Schreibfähigkeit, Alarmierung und Wiederkehr des Knotens werden praktisch beobachtet.

11. Schritt 11: Netzwerkstörung und Teilpartition bewerten

    Erreichbarkeit, Clusterkoordination, Timeouts und Wiederzusammenführung werden mit sicheren Prüfschritten untersucht.

12. Schritt 12: Wachstum und Reserve planen

    Datenwachstum, Spitzenlast, Rebalancing, Restore, Upgrade und gleichzeitiger Ausfall werden in einer Kapazitätsrechnung berücksichtigt.

13. Schritt 13: Chaos- und Wiederholungstests etablieren

    Definierte Fehler werden regelmäßig mit Messwerten, Abbruchgrenzen und Nachbereitung ausgeführt, ohne den Test zum unkontrollierten Risiko zu machen.

14. Schritt 14: Betriebsstandards dokumentieren

    Skalierung, Wartung, Notfall, Alarmierung und Freigabe werden als wiederholbare Runbooks mit eindeutigen Verantwortlichkeiten festgehalten.

Praxisübungen und Laborszenarien

• Dimensionierung eines mehrknotigen Clusters für Datenwachstum und Ausfall einer Zone
• Skalierung durch Hinzufügen eines Knotens mit Beobachtung des Rebalancing
• Kontrollierter Ausfall eines Primärknotens mit Prüfung von Lese- und Schreibpfaden
• Erstellung eines Runbooks für Knotenentnahme und Kapazitätsfreigabe

Zielgruppe und Voraussetzungen

Zielgruppe: Datenbankadministration, Plattformarchitektur, DevOps, Site Reliability Engineering, Infrastrukturteams und technische Projektleitung.

Voraussetzungen: Grundkenntnisse der CrateDB-Architektur, Linux- und Netzwerkadministration sowie Verständnis verteilter Systeme und Kapazitätsplanung.

Didaktik und Arbeitsweise

Kurze Fachimpulse werden unmittelbar durch Live-Demonstrationen, strukturierte Konfigurations- und SQL-Schritte, praktische Übungen sowie kontrollierte Fehlerfälle vertieft. Jede Übung arbeitet mit definierten Ausgangsdaten, Prüfpunkten und einer knappen technischen Dokumentation, damit die erarbeiteten Verfahren wiederholbar bleiben.