Details

В данной работе изложен подход к разработке и экспериментальному исследованию системы горячего резерва на основе PostgreSQL. Рассмотрены теоретические основы отказоустойчивости и высокой доступности баз данных, механизмы журналирования WAL, физической потоковой репликации, режим Hot Standby, а также особенности синхронного и асинхронного режимов передачи изменений. Выполнен анализ существующих средств обеспечения высокой доступности PostgreSQL, и обоснована необходимость прозрачного экспериментального стенда для исследования поведения СУБД при отказах. В практической части работы спроектирована и реализована система горячего резерва, включающая primary- и standby-узлы PostgreSQL, Python-сервис мониторинга и failover, процедуры переключения режимов репликации, сценарии моделирования отказов, средства восстановления топологии и инструменты обработки результатов. Разработанная система позволяет наблюдать состояние узлов, фиксировать replication lag, выполнять promotion standby-узла при подтвержденном отказе primary, блокировать небезопасное переключение и сохранять события экспериментов в структурированном виде. Проведено тестирование разработанной системы при различных сценариях отказа, включая кратковременную недоступность primary и standby, остановку и аварийное завершение primary, сетевое отключение, накопление задержки репликации, отказ primary во время активной записи и восстановление исходной топологии. Выполнен сравнительный анализ синхронного и асинхронного режимов работы по показателям RTO, RPO, replication lag, TPS и latency.

This work presents an approach to developing and experimentally studying a PostgreSQL-based hot standby system. The theoretical foundations of database fault tolerance and high availability are considered, including WAL logging, physical streaming replication, Hot Standby mode, and the characteristics of synchronous and asynchronous replication. Existing PostgreSQL high availability tools, including rep-mgr, Patroni, and pg_auto_failover, are analyzed, and the need for a transparent experimental testbed for studying DBMS behavior under failures is substantiated. The practical part of the work includes the design and implementation of a hot standby system consisting of PostgreSQL primary and standby nodes, a Python monitoring and failover service, replication mode switching procedures, failure simulation scenarios, topology recovery tools, and result processing instruments. The developed system makes it possible to observe node states, record replication lag, promote the standby node after a confirmed primary failure, block unsafe failover, and store experimental events in a structured format. The developed system was tested under various failure scenarios, including short-term unavailability of primary and standby nodes, primary shutdown and crash, network disconnection, replication lag accumulation, primary failure during active writes, and recovery of the original topology. A comparative analysis of synchronous and asynchronous replication modes was performed using RTO, RPO, replication lag, TPS, and latency metrics.