将本地 PostgreSQL 集群迁移到 Google Cloud

作者：MeshCloud脉时云公有云架构师周宽

本文介绍了如何将本地 PostgreSQL 集群迁移到 Google Cloud。此方法使用 PgBouncer 作为连接池程序，这可以最大限度地减少应用停机时间，并有助于设置用于监控结果的工具。本文的目标受众是在 Linux 环境中工作的 PostgreSQL 管理员和系统管理员。

在下图中，PgBouncer 实例位于本地主实例的前面。

有了连接池，客户端便会在故障切换到 Google Cloud 时路由到替代节点，而无需重新部署应用配置或进行应用级更改。

下图演示了迁移过程。

如需执行迁移，请关停当前主实例，然后将从属 Google Cloud 副本提升为主实例。PgBouncer 会将流量重新路由到 Google Cloud 上的新主节点。

一、目标

• 在 Google Cloud 中设置 PostgreSQL。
• 在 Compute Engine 上设置复制功能。
• 将数据播种 (seed) 至新实例。
• 在 Google Cloud 上设置 PostgreSQL 集群。
• 切换到新服务器。
• 实现监控功能。

二、准备工作

1. 登录您的 Google Cloud 帐号。
2. 选择或创建一个Google Cloud 项目。
3. 确保项目已启用结算功能。
4. 启用 Compute Engine API。
5. Google Cloud 控制台启动 Cloud Shell。

本教程使用 gcloud 和 gsutil 命令，您可以在通过 Google Cloud 控制台启动的 Cloud Shell 实例中运行这些命令。如果要在本地工作站上使用 gcloud 和 gsutil，请安装 Google Cloud CLI。

三、设置环境

首先执行以下任务：

• 在 Google Cloud 中设置 PostgreSQL。
• 在 Compute Engine 上设置复制功能。

然后，在开始复制主实例之前，将数据播种到新实例。

3.1 在 Google Cloud 中设置 PostgreSQL

请按照如何设置 PostgreSQL 以通过热备用模式实现高可用性和复制功能中所述的步骤操作，只需几分钟即可在 Google Cloud 上设置好 PostgreSQL。您可在 Compute Engine 上的 Ubuntu 虚拟机实例中配置 PostgreSQL。

3.2 在 Compute Engine 上设置复制功能

请按照如何在 Google Compute Engine 上设置 PostgreSQL 中所述的步骤配置 PostgreSQL，使其在 Compute Engine 上以热备用模式运行。您需要使用两个 Compute Engine 实例。一个实例用于运行主 PostgreSQL 服务器，另一个实例用于运行备用服务器。

尽管用于配置 PostgreSQL 的属性在主实例和从属实例之间有所不同，但属性文件应当相同，以便实现无缝故障切换。

PostgreSQL 集群中的从属实例通过 recovery.conf 文件的存在来表示。

在大多数情况下，都有必要分离数据库的数据目录与启动磁盘。在本例中，数据库文件存储在 /database 处装载的目录中。

如需修改主实例上的 postgresql.conf 文件以设置复制功能，请使用以下命令：

wal_level = 'hot_standby'
archive_mode = on
archive_command = 'test ! -f /postgresql/archivedir/%f && cp %p /postgresql/archivedir/%f'
max_wal_senders = 3
listen_addresses = '*'
wal_keep_segments = 8

如需修改副本上的 postgresql.conf 文件，请使用以下命令：

hot_standby = on
standby_mode = on
primary_conninfo = 'host=${PRIMARY_IP} port=5432 user=repuser'

向副本发送 Read 请求可以减轻主实例的负载。

3.3 播种数据

由于主数据库有事务日志限额，因此大多数 PostgreSQL 迁移都需要将数据种子设定为新实例，然后才能开始复制主实例。可通过以下某种方式播种数据：

• 使用 Pg_dump 将单个数据库转储为一个脚本或归档文件。
• 使用 Pg_basebackup 获取正在运行的数据库集群的二进制副本。
• 使用 rsync 将数据文件夹复制到副本。
• 将旧备份恢复到副本。

在上述方式中，推荐的方式是将旧备份恢复到副本。采用这种解决方案时，系统性能不会因传输数据量大而受到影响，并且当前集群仍能够继续正常运行。

在数据库的初始种子设定完成之后，您可以使用 rsync 命令将更改馈送到执行备份后生成的副本；该命令会同步两个实例之间的数据目录。如果备份比主实例滞后太多，无法通过正常复制与之同步，那么这步操作非常重要。

四、在 Google Cloud 上设置 PostgreSQL 集群

您可以使用级联复制功能创建 PostgreSQL 集群。首先迁移数据库，如下图所示。

4.1 迁移数据库

1. 从正在运行的主服务器获取完整备份（label 可以是任何标签）：

echo "select pg_start_backup('label',true);" |sudo su - postgres -c psql
sudo tar cvfz postgresql_AAAAMMDD.tar.gz $PGDATA

$PGDATA 是 PostgreSQL 的主数据目录。

2. 在 Google Cloud 项目中创建一个名为 gs://pg-repo/ 的存储分区。
3. 将备份转移到刚刚创建的存储分区：

master$ gsutil cp postgresql_AAAAMMDD.tar.gz gs://pg-repo/

4. 将备份文件转移到 Google Cloud 主实例：

new_master$ gsutil cp gs://pg-repo/postgresql_AAAAMMDD.tar.gz

5. 将备份文件恢复到 Google Cloud 主实例：

new_master$ (cd / ; tar xvf postgresql_AAAAMMDD.tar.gz)

6. 在 $PG_DATA 目录中创建一个包含以下内容的 recovery.conf 文件：

standby_mode     = 'on'
primary_conninfo = 'port=5432 host=${running_master_ip} user=${replication_user} application_name=cloud_master'
trigger_file     = '/tmp/failover.postgresql.5432'

注意：trigger_file 值可以采用任何名称，并且可以放在您指定的任何目录中。为便于记忆，此示例使用名称 failover.postgresql.5432，该文件旨在对端口 5432 上运行的 PostgreSQL 强制进行故障切换。

7. 启动 PostgreSQL 服务：

sudo service postgresql start

8. 等待 Google Cloud 主服务器与正在运行的主实例同步。在日志中，您可以看到如下所示的内容：

tail -f /var/log/postgresql/postgresql*log
...
2018-09-22 17:59:54 UTC LOG:  consistent recovery state reached at 0/230000F0
2018-09-22 17:59:54 UTC LOG:  database system is ready to accept read only connections
...

注意：0/230000F0 是 pg_xlog ID。您的 ID 会有所不同。

此外，您可以搜索 master pg_stat_replication 来确定新的从属实例（称为 cloud_master）是否已连接：

postgres=# x
Expanded display is on.
postgres=# select * from pg_stat_replication where application_name='cloud_master';
-[ RECORD 1 ]----+------------------------------
pid              | 16940
usesysid         | 16402
usename          | repmgr
application_name | cloud_master
...

4.2 创建从属数据库

1. 关停数据库和服务器：

sudo service postgresql stop
sudo shutdown -h now

2. 如需验证服务已经停止，请运行以下命令：

gcloud compute instances describe master-instance-name | grep status

在输出中，实例的状态将显示为 TERMINATED：

status: TERMINATED

接下来，创建数据磁盘的快照以帮助创建新的从属实例。

3. 在 Google Cloud Console 中，转到快照页面。
4. 基于 PostgreSQL 磁盘新建一个快照。
5. 启动 Google Cloud 主服务器。
6. 转到虚拟机实例页面，点击 master-instance-name，然后点击启动。

PostgreSQL 服务即会自动启动。

7. 如需检查这一点，请运行以下命令：

ps ax | grep postgres

结果应该类似如下所示：

 1398 ?     S   0:00 /usr/lib/postgresql/9.3/bin/postgres -D /var/lib/postgresql/9.3/main -c config_file=/etc/postgresql/9.3/main/postgresql.conf
 1454 ?     Ss  0:00 postgres: checkpointer process
 1455 ?     Ss  0:00 postgres: writer process
 1456 ?     Ss  0:00 postgres: wal writer process
 1457 ?     Ss  0:00 postgres: stats collector process

8. 在 Google Cloud 控制台中，转到虚拟机实例页面，然后点击创建实例。
9. 对于启动磁盘，选择 Ubuntu 14.04。
10. 点击管理、磁盘、网络、SSH 密钥，然后根据您之前创建的快照添加新的磁盘。
11. 启动新服务器并装载该磁盘：

sudo mkdir /database && sudo mount /dev/sdb1 /database

12. 安装 PostgreSQL：

sudo apt-get install postgresql && sudo service postgresql stop

13. 配置数据目录和复制值。从 Google Cloud 主实例中复制 postgresql.conf 文件和 pg_hba.conf 文件，然后修改 recovery.conf 文件以包含以下内容：

standby_mode = 'on'
primary_conninfo = 'port=5432 host=${cloud_master_ip} user=${replication_user} application_name=cloud_slave_${identifier}'
recovery_target_timeline = 'latest'

14. 使用新的配置文件启动 PostgreSQL 服务，使其指向 Google Cloud 主实例：

sudo service postgresql restart

15. 验证服务正在运行：

ps ax | grep postgres

16. 使用以下查询检查 Google Cloud 主服务器：

postgres=# x
Expanded display is on.
postgres=# select * from pg_stat_replication where application_name like 'cloud_slave%';
-[ RECORD 1 ]----+-----------------------------
pid              | 2466
usesysid         | 16402
usename          | repmgr
application_name | cloud_slave_1
...

17. 重复上述步骤来创建更多从属实例。

五、切换到新服务器

1. 将 PgBouncer 中的配置文件更改为指向新的 Google Cloud 主服务器。
2. 在 PgBouncer 实例中，关停 PgBouncer，使用 failover.postgresql.5432 触发器文件提升新的主实例，然后重启 PgBouncer：

service pgbouncer stop ; ssh ${cloud_master_ip} 'touch /tmp/failover.postgresql.5432' ; service pgbouncer start

六、查询示例

检查服务器上的所有并发连接数：

 select * from pg_stat_activity;

（主实例）检查复制状态：

select * from pg_stat_replication;

（主实例）检查副本应用数据的延迟情况：

select pg_xlog_location_diff(write_location, replay_location) from pg_stat_replication;

（主实例）检查复制的字节延迟情况：

select client_hostname, client_addr, pg_xlog_location_diff(pg_stat_replication.sent_location,
  pg_stat_replication.replay_location)AS byte_lag from pg_stat_replication;

（从属实例）检查数据库是否为副本：

select pg_is_in_recovery();

（从属实例）检查上次从主实例接收的数据：

select pg_last_xlog_receive_location();

（从属实例）检查上次从主实例应用的数据：

select pg_last_xlog_replay_location();

（从属实例）检查复制延迟时间（以秒为单位）：

select now() - pg_last_xact_replay_timestamp();