Seminar FerretDB Replikation und Hochverfügbarkeit

Zielsetzung

Das Seminar baut Hochverfügbarkeit für FerretDB auf Basis der PostgreSQL-WAL-Streaming-Replikation auf. Primärsystem, Read-only-Replica, Basisbackup, Replikationsüberwachung, Promotion, Umschaltung, Rückkehr und Disaster-Recovery-Verknüpfung werden praktisch umgesetzt und getestet.

Inhaltsübersicht

1. Zielsetzung und Lernziele
2. Teilnehmerkreis und Voraussetzungen
3. Verfügbarkeitsziele und Topologie
4. Primärsystem vorbereiten
5. Replica initialisieren
6. FerretDB-Zugriffe anbinden
7. Replikation überwachen
8. Failover und Promotion
9. Rückkehr und Neuaufbau
10. Backup und zeitpunktbezogene Wiederherstellung
11. Automatisierung und Orchestrierung
12. Grenzen und Anwendungsauswirkungen
13. Praxisübungen und Methodik

Lernziele

• Hochverfügbarkeitsziele und geeignete PostgreSQL-Replikationstopologien festlegen
• Primär- und Replikasystem mit WAL-Streaming korrekt konfigurieren
• Read-only-FerretDB-Zugriffe und Replikationszustand überwachen
• Failover, Promotion, Rückkehr und Datenverlustgrenzen kontrolliert testen

Teilnehmerkreis

PostgreSQL- und Datenbankadministratoren, Plattformteams, DevOps-Fachkräfte, Site Reliability Engineers und Notfallverantwortliche.

Voraussetzungen

Gute Kenntnisse in FerretDB, PostgreSQL, Linux oder Containern sowie Grundlagen zu WAL, Netzwerk und Datensicherung.

Seminarinhalte

Kapitel 1: Verfügbarkeitsziele und Topologie

Inhaltsübersicht des Kapitels: RPO, RTO, Leselast und Ausfallszenarien erfassen; Asynchrone Streaming-Replikation und ihre Datenverlustgrenzen erklären; Primärsystem, eine oder mehrere Replicas und Zugriffswege entwerfen.

1. Schritt 1: RPO, RTO, Leselast und Ausfallszenarien erfassen
2. Schritt 2: Asynchrone Streaming-Replikation und ihre Datenverlustgrenzen erklären
3. Schritt 3: Primärsystem, eine oder mehrere Replicas und Zugriffswege entwerfen

Kapitel 2: Primärsystem vorbereiten

Inhaltsübersicht des Kapitels: Replikationsrolle mit minimal erforderlichen Rechten anlegen; WAL-Level, Senderanzahl, Aufbewahrung und Listener konfigurieren; pg_hba-Regeln und Netzwerkzugriff auf Replikationsverbindungen begrenzen.

1. Schritt 1: Replikationsrolle mit minimal erforderlichen Rechten anlegen
2. Schritt 2: WAL-Level, Senderanzahl, Aufbewahrung und Listener konfigurieren
3. Schritt 3: pg_hba-Regeln und Netzwerkzugriff auf Replikationsverbindungen begrenzen

Kapitel 3: Replica initialisieren

Inhaltsübersicht des Kapitels: Konsistentes Basisbackup vom Primärsystem erstellen; Standby-Konfiguration und Verbindungsdaten zum Primärsystem setzen; Replica starten und Recovery-Zustand prüfen.

1. Schritt 1: Konsistentes Basisbackup vom Primärsystem erstellen
2. Schritt 2: Standby-Konfiguration und Verbindungsdaten zum Primärsystem setzen
3. Schritt 3: Replica starten und Recovery-Zustand prüfen

Kapitel 4: FerretDB-Zugriffe anbinden

Inhaltsübersicht des Kapitels: Schreibende FerretDB-Instanz mit dem Primärsystem verbinden; Separate Read-only-FerretDB-Instanz auf die Replica richten; Schreibschutz, Datenverzögerung und Anwendungsrouting testen.

1. Schritt 1: Schreibende FerretDB-Instanz mit dem Primärsystem verbinden
2. Schritt 2: Separate Read-only-FerretDB-Instanz auf die Replica richten
3. Schritt 3: Schreibschutz, Datenverzögerung und Anwendungsrouting testen

Kapitel 5: Replikation überwachen

Inhaltsübersicht des Kapitels: Sender- und Empfängerzustand sowie Log Sequence Numbers auswerten; Write-, Flush- und Replay-Lag messen und Alarmgrenzen festlegen; WAL-Rückstau, Netzwerkunterbrechung und volle Datenträger erkennen.

1. Schritt 1: Sender- und Empfängerzustand sowie Log Sequence Numbers auswerten
2. Schritt 2: Write-, Flush- und Replay-Lag messen und Alarmgrenzen festlegen
3. Schritt 3: WAL-Rückstau, Netzwerkunterbrechung und volle Datenträger erkennen

Kapitel 6: Failover und Promotion

Inhaltsübersicht des Kapitels: Ausfall des Primärsystems eindeutig feststellen und Split-Brain vermeiden; Geeignete Replica anhand Datenstand und Zustand auswählen; Replica promovieren und FerretDB-Verbindung kontrolliert umstellen; Datenkonsistenz und Schreibfähigkeit nach der Umschaltung prüfen.

1. Schritt 1: Ausfall des Primärsystems eindeutig feststellen und Split-Brain vermeiden
2. Schritt 2: Geeignete Replica anhand Datenstand und Zustand auswählen
3. Schritt 3: Replica promovieren und FerretDB-Verbindung kontrolliert umstellen
4. Schritt 4: Datenkonsistenz und Schreibfähigkeit nach der Umschaltung prüfen

Kapitel 7: Rückkehr und Neuaufbau

Inhaltsübersicht des Kapitels: Altes Primärsystem nicht unkontrolliert wieder in Betrieb nehmen; Ehemaliges Primärsystem als neue Replica neu initialisieren; Normalbetrieb und Überwachung nach der Rückkehr freigeben.

1. Schritt 1: Altes Primärsystem nicht unkontrolliert wieder in Betrieb nehmen
2. Schritt 2: Ehemaliges Primärsystem als neue Replica neu initialisieren
3. Schritt 3: Normalbetrieb und Überwachung nach der Rückkehr freigeben

Kapitel 8: Backup und zeitpunktbezogene Wiederherstellung

Inhaltsübersicht des Kapitels: Replikation von unabhängiger Datensicherung klar unterscheiden; WAL-Archivierung und Restore-Ziele in das HA-Konzept integrieren; Szenarien für logische Fehler und verzögert bemerkten Datenverlust testen.

1. Schritt 1: Replikation von unabhängiger Datensicherung klar unterscheiden
2. Schritt 2: WAL-Archivierung und Restore-Ziele in das HA-Konzept integrieren
3. Schritt 3: Szenarien für logische Fehler und verzögert bemerkten Datenverlust testen

Kapitel 9: Automatisierung und Orchestrierung

Inhaltsübersicht des Kapitels: Erkennungs-, Entscheidungs- und Umschaltschritte getrennt automatisieren; Quorum, Fencing und externe Orchestrierung konzeptionell berücksichtigen; Manuelle Notfallwege für versagende Automatisierung dokumentieren.

1. Schritt 1: Erkennungs-, Entscheidungs- und Umschaltschritte getrennt automatisieren
2. Schritt 2: Quorum, Fencing und externe Orchestrierung konzeptionell berücksichtigen
3. Schritt 3: Manuelle Notfallwege für versagende Automatisierung dokumentieren

Kapitel 10: Grenzen und Anwendungsauswirkungen

Inhaltsübersicht des Kapitels: PostgreSQL-Replikation von MongoDB-Replica-Set-Semantik unterscheiden; Fehlende oder abweichende OpLog-Funktionen bei Anwendungen berücksichtigen; Treiber, DNS, Service-Endpunkte und Wiederverbindung gezielt testen.

1. Schritt 1: PostgreSQL-Replikation von MongoDB-Replica-Set-Semantik unterscheiden
2. Schritt 2: Fehlende oder abweichende OpLog-Funktionen bei Anwendungen berücksichtigen
3. Schritt 3: Treiber, DNS, Service-Endpunkte und Wiederverbindung gezielt testen

Praxisübungen

• Primärsystem und Replica mit WAL-Streaming in einer Laborumgebung aufbauen
• Schreibenden und Read-only-FerretDB-Zugriff konfigurieren und Lag messen
• Primärausfall, Promotion, Clientumschaltung und Neuaufbau der alten Instanz durchführen

Methodik

Die Hochverfügbarkeit wird nicht nur konfiguriert, sondern durch kontrollierte Ausfälle geprüft. Jeder Schritt enthält Zustandsmessung, Entscheidungskriterium und Rückkehrverfahren.