11 March

Истории аварий с Patroni, или Как уронить PostgreSQL-кластер

Конференции Олега Бунина (Онтико) corporate blogHigh performancePostgreSQLSystem Analysis and DesignDatabase Administration
В PostgreSQL нет High Availability из коробки. Чтобы добиться HA, нужно что-то поставить, настроить — приложить усилия. Есть несколько инструментов, которые помогут повысить доступность PostgreSQL, и один из них — Patroni.

На первый взгляд, поставив Patroni в тестовой среде, можно увидеть, какой это прекрасный инструмент и как он легко обрабатывает наши попытки развалить кластер. Но на практике в production-среде не всегда всё происходит так красиво и элегантно. Data Egret начали использовать Patroni еще в конце 2018 года и накопили определенный опыт: как его диагностировать, настраивать, а когда вовсе не полагаться на автофейловер.

На HighLoad++ Алексей Лесовский обстоятельно, на примерах и с разбором логов рассказал о типовых проблемах, возникающих при работе с Patroni, и best practice для их преодоления.


В статье не будет: инструкций по установке Patroni и примеров конфигураций; проблем за пределами Patroni и PostgreSQL; историй, основанных на чужом опыте, а только те проблемы, с которыми в Data Egret разобрались сами.

О спикере: Алексей Лесовский (lesovsky) начинал системным администратором (Linux system administrator), работал в web-разработке (PostgreSQL database administrator). С 2014 года работает в Data Egret. Data Egret занимается консалтингом в сфере PostgreSQL, помогает многим-многим компаниям правильно использовать PostgreSQL и, конечно, накопила обширный опыт эксплуатации БД.
Доклад, на котором основана эта статья, называется «Patroni Failure Stories or How to crash your PostgreSQL cluster», здесь ссылка на презентацию.

Перед тем, как начать


Напомню, что такое Patroni, для чего предназначен и что умеет.

Patroni — это шаблон для построения HA из коробки. Так написано в документации и с моей точки зрения — это очень правильное уточнение. То есть Patroni — это не серебряная пуля, которую поставил и она решит все проблемы. Нужно приложить усилия, чтобы он начал работать и приносить пользу.

Patroni — агентская служба. Устанавливается на каждом сервере с базой данных и является своего рода init-системой для PostgreSQL: запускает, останавливает, перезапускает, меняет конфигурацию и топологию кластера.

Patroni хранит «состояние кластера» в DCS. Чтобы хранить состояние кластера, его текущее представление, нужно хранилище. Patroni хранит состояние во внешней системе — распределенном хранилище конфигураций. Это может быть один из вариантов: Etcd, Consul, ZooKeeper либо Etcd Kubernetes.

Автофейловер в Patroni включен по умолчанию. Вы получаете автофейловер из коробки, сразу же после установки Patroni.

Плюс есть много других вещей, таких как: обслуживание конфигураций, создание новых реплик, резервное копирование и т.д. Но в этот раз это останется за рамками доклада.
Основная задача Patroni — обеспечивать надежный автофейловер.
Patroni не должен следить за оборудованием, рассылать уведомления, делать сложные вещи по потенциальному предотвращению аварий и т.п. От него требуется, чтобы кластер оставался работоспособным и приложение могло продолжать работать с БД независимо от случившихся изменений в топологии кластера.

Но когда мы начинаем использовать Patroni с PostgreSQL, наша система становится чуть сложнее. Теперь, кроме самой БД, когда мастер или реплика выходят из строя, у нас может сломаться собственно Patroni, распределенное хранилище состояний кластера или сеть. Рассмотрим все варианты по мере их усложнения с точки зрения того, насколько трудно разобраться в их причинах.

Проблема 1. СУБД и DCS на одном кластере


Рассмотрим самый простой случай: взяли кластер баз данных и на этом же кластере развернули DCS. Эта распространенная ошибка связана не только с ошибками развертывания PostgreSQL и Patroni. Это ошибка вообще построения архитектур — совмещение множества разных компонентов в одном месте.

Итак, произошел фейловер. Начинаем разбираться с тем, что произошло. Здесь нас интересует, когда произошел фейловер, то есть момент времени, когда произошло изменение состояния кластера.

Когда произошел фейловер?


Фейловер не всегда происходит мгновенно, он может быть продолжительным по времени. Поэтому у него есть время начала и время завершения. Все события делятся на «до», «во время» и «после» фейловера.

Первым делом, когда произошел фейловер, мы ищем причину.

pgdb-2 patroni: INFO: promoted self to leader by acquiring session lock
pgdb-2 patroni: WARNING: Loop time exceeded, rescheduling immediately.
pgdb-2 patroni: INFO: Lock owner: pgdb-2; I am pgdb-2
pgdb-2 patroni: INFO: updated leader lock during promote
pgdb-2 patroni: server promoting
pgdb-2 patroni: INFO: cleared rewind state after becoming the leader
pgdb-2 patroni: INFO: Lock owner: pgdb-2; I am pgdb-2

Выше стандартные логи Patroni, где он сообщает, что роль сервера изменилась и роль мастера перешла с другого на этот узел.

Почему произошел фейловер?


Дальше нужно понять, какие события заставили роль мастера перейти с одного узла на другой, что случилось со старым мастером.

pgdb-2 patroni: patroni.utils.RetryFailedError: 'Exceeded retry deadline'
pgdb-2 patroni: ERROR: Error communicating with DCS
pgdb-2 patroni: INFO: demoted self because DCS is not accessible and i was a leader
pgdb-2 patroni: WARNING: Loop time exceeded, rescheduling immediately.

В данном случае все просто: Error communicating with DCS — ошибка взаимодействия с системой хранения конфигураций. Мастер понял, что не может работать с DCS, и сказал, что он не может далее быть мастером и слагает с себя полномочия. demoted self говорит именно об этом.

Что предшествовало фейловеру?


Если посмотреть на события, которые предшествовали фейловеру, можно увидеть те самые причины, которые стали проблемой для продолжения работы мастера:

pgdb-2 patroni: ERROR: touch_member
                ... python trace 
pgdb-2 patroni: socket.timeout: timed out 
pgdb-2 patroni: During handling of the above exception, another exception occurred:
                ... python trace 
pgdb-2 patroni:   raise ReadTimeoutError(self, url, "Read timed out. (read timeout=%s)" % timeout_value) 
pgdb-2 patroni: urllib3.exceptions.ReadTimeoutError: HTTPConnectionPool(host='127.0.0.1', port=8500): Read timed out. (read timeout=3.3333333333333335) 
pgdb-2 patroni: During handling of the above exception, another exception occurred:
                ... python trace 
pgdb-2 patroni:     raise MaxRetryError(_pool, url, error or ResponseError(cause)) 
pgdb-2 patroni: urllib3.exceptions.MaxRetryError: HTTPConnectionPool(host='127.0.0.1', port=8500): Max retries exceeded with url: /v1/kv/service/pgdb/members/pgdb-2?acquire=19598b72-c0d5-f066-5d24-09c1a9ad61ee&dc=maindb (Caused by ReadTimeoutError("HTTPConnectionPool(host='127.0.0.1', port=8500): Read timed out. (read timeout=3.3333333333333335)",)) 
pgdb-2 patroni: INFO: no action.  i am the leader with the lock 
pgdb-2 patroni: WARNING: Loop time exceeded, rescheduling immediately.

В логах Patroni видна масса разных ошибок, связанных с таймаутами. Агент Patroni не смог работать с DCS (в данном случае это Consul, port=8500). Patroni и база данных были запущены на одном хосте, и на этом же узле были запущены Consul-серверы. Создав нагрузку на сервере, мы создали проблемы и для сервера Consul, из-за которых они не смогли нормально общаться.

Все вернулось, как было


Через некоторое время, когда нагрузка спала, наш Patroni смог снова общаться с агентами, все возобновилось:

pgdb-2 patroni: INFO: promoted self to leader by acquiring session lock
pgdb-2 patroni: WARNING: Loop time exceeded, rescheduling immediately.
pgdb-2 patroni: INFO: Lock owner: pgdb-2; I am pgdb-2
pgdb-2 patroni: INFO: updated leader lock during promote
pgdb-2 patroni: server promoting
pgdb-2 patroni: INFO: cleared rewind state after becoming the leader
pgdb-2 patroni: INFO: Lock owner: pgdb-2; I am pgdb-2

Тот же самый сервер pgdb-2 снова стал мастером. Был небольшой “флип” — за относительно короткое время он сложил с себя полномочия мастера, потом снова взял их на себя.

Это можно расценивать либо как ложное срабатывание, либо как то, что Patroni сделал все правильно.

Решение


Мы решили для себя, что проблема в том, что Consul-серверы находятся на том же оборудовании, что и базы. Соответственно любая нагрузка на CPU и на диски (тяжелый запрос по IO, временные файлы, автовакуумы, миграции, бэкап и т.п.) также влияет на взаимодействие с кластером Consul. Мы решили, что это не должно жить на одном оборудовании с БД, и выделили отдельный кластер для Consul.

В качестве альтернативы можно покрутить параметры ttl, loop_wait, retry_timeout, попытаться за счет их увеличения пережить кратковременные пики нагрузки. Но если нагрузка будет продолжительной, мы выйдем за пределы этих параметров, и способ не сработает.

Проблема 2. Перебои в сети


Вторая проблема похожа на первую тем, что у нас снова есть проблемы взаимодействия с системой DCS:

maindb-1 patroni: ERROR: get_cluster 
maindb-1 patroni: Traceback (most recent call last):
                ... python trace 
maindb-1 patroni: RetryFailedError: 'Exceeded retry deadline' 
maindb-1 patroni: ERROR: Error communicating with DCS 
maindb-1 patroni: INFO: closed patroni connection to the postgresql cluster 
maindb-1 patroni: INFO: postmaster pid=214121 
... 
... 
maindb-1 patroni: INFO: demoted self because DCS is not accessible and i was a leader 
maindb-1 patroni: WARNING: Loop time exceeded, rescheduling immediately.

Patroni снова говорит, что не может взаимодействовать с DCS, поэтому текущий мастер перестает быть мастером и переходит в режим реплики. Старый мастер становится репликой:

maindb-1 patroni: INFO: Lock owner: maindb-2; I am maindb-1 
maindb-1 patroni: INFO: does not have lock 
maindb-1 patroni: INFO: running pg_rewind from maindb-2 
maindb-1 patroni: INFO: running pg_rewind from user=postgres host=192.168.11.18 port=5432 ... 
maindb-1 patroni: servers diverged at WAL location 1FA/A38FF4F8 on timeline 6 
maindb-1 patroni: rewinding from last common checkpoint at 1FA/A38FF450 on timeline 6 
maindb-1 patroni: INFO: Lock owner: maindb-2; I am maindb-1 
maindb-1 patroni: INFO: running pg_rewind from maindb-2 in progress 
maindb-1 patroni: Done!

Здесь Patroni отрабатывает как и положено — запускает pg_rewind, чтобы отмотать журнал транзакций, потом подключиться к новому мастеру и уже догнать новый мастер.

Что предшествовало фейловеру?


Давайте, найдем первое, что предшествовало фейловеру, — ошибки, которые послужили его причиной. В этом плане удобны логи Patroni: он с определенным интервалом пишет одни и те же сообщения. Можно их быстро промотать и увидеть, когда поменялись логи. В этот момент начались какие-то проблемы.

В нормальной ситуации логи Patroni выглядят примерно так:

maindb-1 patroni: INFO: Lock owner: maindb-1; I am maindb-1
maindb-1 patroni: INFO: no action. i am the leader with the lock
maindb-1 patroni: INFO: Lock owner: maindb-1; I am maindb-1
maindb-1 patroni: INFO: no action. i am the leader with the lock

Проверяется владелец блокировки, если он поменяется, могут наступить события, на которые Patroni должен отреагировать. В данном случае у нас все в порядке.

Промотав до того места, когда ошибки начали появляться, мы видим, что произошел автофейловер. Раз ошибки были связаны со взаимодействием с DCS, мы заодно смотрим и в логи Consul — что происходило там. Примерно сопоставив время фейловера и время в логах Consul, видим, что соседи по Consul-кластеру стали сомневаться в существовании других участников:

maindb-2 consul[11581]: serf: EventMemberFailed: maindb-1 192.168.11.19
maindb-2 consul[11581]: [INFO] serf: EventMemberFailed: maindb-1 192.168.11.19
maindb-2 consul[11581]: memberlist: Suspect maindb-1 has failed, no acks received
maindb-2 consul[11581]: [INFO] memberlist: Suspect maindb-1 has failed, no acks received

Если посмотреть на логи других Consul-агентов, то там тоже видно, что происходит сетевой коллапс: все участники Consul-кластера сомневаются в существовании друг друга. Это и послужило толчком к фейловеру.

Если посмотрим еще более ранние записи, увидим, что Consul-система для агента PostgreSQL испытывает сложности с коммуникацией (deadline reached, RPC failed):

maindb-1 consul: memberlist: Suspect lbs-4 has failed, no acks received
maindb-1 consul: [ERR] yamux: keepalive failed: i/o deadline reached
maindb-1 consul: yamux: keepalive failed: i/o deadline reached
maindb-1 consul: [ERR] consul: "KVS.List" RPC failed to server 192.168.11.115:8300: rpc error making call: EOF
maindb-1 consul: [ERR] http: Request GET /v1/kv/service/sam_prod/?recurse=1, error: rpc error making call: EOF from=192.168.11.19
maindb-1 consul: [ERR] consul: "KVS.List" RPC failed to server 192.168.11.115:8300: rpc error making call: EOF
maindb-1 consul: [ERR] agent: Coordinate update error: rpc error making call: EOF
maindb-1 consul: [ERR] http: Request GET /v1/kv/service/sam_prod/?recurse=1, error: rpc error making call: EOF from=192.168.11.19


Решение


Самый простой ответ — это чинить сеть. Это легко советовать, но обстоятельства могут складываться по-разному, и не всегда это возможно. Система может жить в дата-центре, где мы не можем влиять на оборудование. Нужны другие варианты.

Варианты решения без работы с сетью есть:

  • Отключить Consul-проверкиchecks: [].
    Это самый простой вариант, который и написан в документации. Можно передать пустой массив, то есть сказать Consul-агенту не использовать никакие проверки. За счет этого можно игнорировать сетевые штормы и не инициировать фейловер.
  • Перепроверить raft_multiplier.
    Это параметр самого Consul-сервера, который по умолчанию равен 5 (это значение в документации рекомендуется для staging-окружения). Параметр влияет на скорость обмена сообщениями между участниками Consul-кластера. Для продакшен-окружения его рекомендуется уменьшить.
  • Использовать renice -n -10 consul.
    Здесь мы хотим увеличить приоритет для планировщика процессов ОС. Параметр renice определяет приоритет процессов. Мы выбрали именно такой вариант и просто уменьшили приоритет Consul-агентам, чтобы ОС давала этому процессу больше времени на работу и исполнение своего кода.
  • Не использовать consul?
    Consul-агент должен быть запущен на каждом узле с базой данных. Patroni взаимодействует с Consul-кластером через этот самый агент, и он становится узким местом: если с агентом что-то происходит, то Patroni уже не может работать с кластером. Если использовать etcd, то такой проблемы не возникнет, потому что в etcd никакого агента нет. Patroni может напрямую работать со списком etcd-серверов. Мы же как компания-консультант ограничены тем, что выбрал и использует клиент, пока так получается, что чаще всего это Consul.
  • Пересмотреть значения параметров ttl, loop_wait, retry_timeout.
    Можно увеличить эти параметры в надежде, что кратковременные сетевые проблемы не выйдут за выставленные значения. Таким образом уменьшается агрессивность Patroni в выполнении автофейловера в случае сетевых проблем.


Проблема 3. Потеря узла


Если вы используете Patroni, то знакомы с командой patronictl list, которая показывает текущее состояние кластера:

$ patronictl list

+-----------------+-------------------------+--------------+--------+---------+-----------+
|     Cluster     |          Member         |     Host     |  Role  |  State  | Lag in MB |
+-----------------+-------------------------+--------------+--------+---------+-----------+
| patroni_cluster | pg01.dev.zirconus.local | 10.202.1.101 |        | running |    0.0    |
| patroni_cluster | pg03.dev.zirconus.local | 10.202.1.103 | Leader | running |    0.0    |
+-----------------+-------------------------+--------------+--------+---------+-----------+


На первый взгляд такой вывод может показаться нормальным — есть мастер, реплики, а лага репликации нет. Но эта картина нормальна ровно до тех пор, пока мы не знаем, что в этом кластере должно быть 3 узла, а не 2.

Почему произошел фейловер?


Мы понимаем, что произошел автофейловер и после этого пропала одна реплика. Нужно выяснить, почему она пропала, и вернуть ее обратно.

Снова изучаем логи, чтобы понять, почему произошел автофейловер:

pg02 patroni[1425]: ERROR: failed to update leader lock
pg02 patroni[1425]: INFO: demoted self because failed to update leader lock in DCS
pg02 patroni[1425]: WARNING: Loop time exceeded, rescheduling immediately.
pg02 patroni[1425]: INFO: Lock owner: None; I am pg02.dev.zirconus.local
pg02 patroni[1425]: INFO: not healthy enough for leader race
pg02 patroni[1425]: INFO: starting after demotion in progress

Мастер pg02 не смог обновить мастер-ключ — ERROR: failed to update leader lock.

Тогда мастером стала вторая реплика db03, здесь все в порядке:

pg03 patroni[9648]: INFO: promoted self to leader by acquiring session lock
pg03 patroni[9648]: server promoting
pg03 patroni[9648]: INFO: cleared rewind state after becoming the leader

Что со старым мастером?


pg02, решив стать репликой, начал с перемотки журнала транзакций. Здесь нам нужно уже смотреть логи реплики, которой нет в кластере. Открываем логи Patroni и смотрим, что в процессе подключения к кластеру возникла проблема на стадии pg_rewind.

pg02 patroni[1425]: INFO: running pg_rewind from pg03
pg02 patroni[1425]: INFO: running pg_rewind from user=postgres host=10.202.1.103 port=5432 ...
pg02 patroni[1425]: servers diverged at WAL location 33F/68E6AD10 on timeline 28
pg02 patroni[1425]: could not open file "/data/pgdb/11/pg_wal/0000001C0000033F00000059": No such file or directory
pg02 patroni[1425]: could not find previous WAL record at 33F/59FFE368 pg02 patroni[1425]: Failure, exiting
pg02 patroni[1425]: ERROR: Failed to rewind from healty master: pg03
pg02 patroni[1425]: WARNING: Postgresql is not running.

Чтобы подключиться к кластеру, узел должен запросить журнал транзакций у мастера и по нему догнать мастера. В данном случае журнала транзакций нет (No such file or directory), и реплика не может запуститься. Соответственно PostgreSQL останавливается с ошибкой. Надо понять, почему не оказалось журнала транзакций.

Посмотрим, что в WAL у нового мастера:

LOG: checkpoint complete:
wrote 62928 buffers (16.0%); 0 WAL file(s) added, 0 removed, 23 recycled;
write=12.872 s, sync=0.020 s, total=13.001 s;
sync files=16, longest=0.009 s, average=0.001 s;
distance=520220 kB, estimate=520220 kB

Оказывается, в то время, когда выполнялся pg_rewind, произошел чекпоинт, и часть старых журналов транзакций была переименована. Когда старый мастер попытался подключиться к новому мастеру и запросить эти логи, они уже были переименованы, их попросту не было.

По timestamp время между этими событиями буквально в 150 мс.

2019-08-26 00:06:11,369 LOG: checkpoint complete
2019-08-26 00:06:11,517 INFO: running pg_rewind

Но этого хватило, чтобы реплика не смогла подключиться и заработать.

Решение


Изначально мы использовали слоты репликации. Это решение казалось нам хорошим, хотя на первом этапе эксплуатации мы слоты отключали. Мы думали, что если слоты будут копить много wal-сегментов, мастер может упасть. Помучившись какое-то время без слотов, мы поняли, что они нужны, и вернули их.

Проблема в том, что мастер при переходе в состояние реплики удаляет слоты и вместе с ними wal-сегменты. Чтобы нивелировать эту проблему, мы увеличили параметр wal_keep_segments. По умолчанию он равен 8 сегментов, мы подняли wal_keep_segments до 1000. Мы выделили 16 Гбайт на wal_keep_segments, и теперь при переключении у нас всегда на всех узлах есть запас 16 Гбайтов журналов транзакций.

Это актуально и для продолжительных maintenance-задач. Допустим, нужно обновить одну из реплик (софт, ОС, еще что-то), и мы хотим ее выключить. Когда мы выключаем реплику, для нее также удаляется слот. Если использовать маленькое значение параметра wal_keep_segments, то при продолжительном отсутствии реплики она запросит те журналы транзакций, которых на мастере уже может и не оказаться — тогда реплика не сможет подключиться. Поэтому мы держим большой запас журналов.

Проблема 4. Потеря данных


Произошел фейловер на production-базе. Проверили кластер: всё в порядке, все реплики на месте, лага репликации нет, ошибок по журналам тоже нет. Но продуктовая команда сообщает, что в базе не хватает данных — в одном источнике они есть, а в базе нет. Необходимо понять, что с ними произошло.

Мы сразу поняли, что это pg_rewind их затер, но нужно выяснить, почему.

Когда произошел фейловер?


В логах мы всегда можем найти, когда произошел фейловер, кто стал новым мастером, кто был мастером до этого и когда он захотел стать репликой.

pgdb-1 patroni[17836]: INFO: promoted self to leader by acquiring session lock
pgdb-1 patroni[17836]: server promoting
pgdb-1 patroni[17836]: INFO: cleared rewind state after becoming the leader
pgdb-1 patroni[17836]: INFO: Lock owner: pgdb-1; I am pgdb-1

По логам мы можем определить, какой объем журналов транзакций был потерян.

Дело было так: старый мастер перезагрузился, после его перезагрузки автозапуском был запущен Patroni, который следом запустил PostgreSQL. PostgreSQL решил стать участником Patroni-кластера и запустил процесс pg_rewind, который в свою очередь стер часть журналов транзакций, скачал новые и подключился.

Patroni отработал совершенно так, как и было задумано. Кластер восстановился: было 3 узла, после фейловера 3 узла и осталось. Но часть данных потеряна, и нужно понять, какая это часть.

Найдем в логах старого мастера момент, когда происходил pg_rewind:

pgdb-2 patroni[4149]: INFO: running pg_rewind from pgdb-1
pgdb-2 patroni[4149]: Lock owner: pgdb-1; I am pgdb-2
pgdb-2 patroni[4149]: Deregister service pgdb/pgdb-2
pgdb-2 patroni[4149]: running pg_rewind from pgdb-1 in progress
pgdb-2 patroni[4149]: running pg_rewind from user=replica host=10.10.1.31 port=5432 ...
pgdb-2 patroni[4149]: servers diverged at WAL location 0/5AD1BFD8 on timeline 66
pgdb-2 patroni[4149]: rewinding from last common checkpoint at 0/59DD1070 on timeline 66
pgdb-2 patroni[4149]: Done!

Нужно найти позицию в журнале транзакций, на которой остановился старый мастер.

pgdb-2 patroni[4149]: INFO: Local timeline=66 lsn=0/5BDA8EB8
pgdb-2 patroni[4149]: INFO: master_timeline=67
...
pgdb-2 patroni[4149]: servers diverged at WAL location 0/5AD1BFD8 on timeline 66
postgres=# select pg_wal_lsn_diff('0/5BDA8EB8','0/5AD1BFD8');
pg_wal_lsn_diff
----------------
17354464

В данном случае это отметка 0/5BDA8EB8. Вторая отметка — 0/5AD1BFD8 — нужна, чтобы найти расстояние, на которое отличается старый мастер от нового. С помощью функции pg_wal_lsn_diff сравниваем эти две отметки, получаем 17 Мбайт.

Большая ли потеря 17 Мбайт данных, каждый для себя решает сам. Для кого-то это незначительно, а для кого-то недопустимо много. Каждый для себя индивидуально определяет в соответствии с потребностями бизнеса.

Решение


Прежде всего необходимо решить, всегда ли нужен автозапуск Patroni после перезагрузки системы. Чаще всего мы должны зайти на старый мастер, посмотреть, насколько он отличается от актуального состояния, возможно, проинспектировать сегменты журнала транзакций. Нужно понять, можно ли эти данные потерять, либо нужно в standalone-режиме запустить старый мастер, чтобы вытащить данные. Только уже после этого принять решение, что делать с данными, и подключить этот узел в качестве реплики в наш кластер.

Помимо этого есть параметр maximum_lag_on_failover, по умолчанию его значение 1 Мб. Он работает так: если реплика отстает на 1 Мб данных по лагу репликации, то эта реплика не принимает участия в выборах. Если вдруг происходит фейловер, Patroni смотрит, какие реплики отстают, и те из них, которые отстают на большое количество журналов транзакций, не могут стать мастером. Это хорошая защитная функция, которая позволяет не потерять слишком много данных.

Но есть проблема: лаг репликации обновляется с определенным интервалом, значение ttl по умолчанию 30 с. Вполне возможна ситуация, когда значение лага репликации для реплик в DCS одно, а на самом деле оно совершенно другое или лага вообще нет. Это не real-time значение, оно не всегда отражает реальную картину и завязывать на него сложную логику не стоит.

Риск «потеряшек» всегда остается:

  • В худшем случае: maximum_lag_on_failover + ttl.
  • В среднем случае: maximum_lag_on_failover + (loop_wait / 2).

Когда планируете внедрение Patroni и оцениваете, сколько данных можно потерять, учитывайте эти формулы, чтобы примерно представлять возможные потери.

Хорошая новость — в «потеряшках» могут быть WAL от фоновых процессов. Эти данные можно запросто игнорировать и потерять, в этом нет никакой проблемы.

Так выглядят логи в случае, если выставлен maximum_lag_on_failover, произошел фейловер и нужно выбрать нового мастера:

pgdb-1 patroni[6202]: INFO: Lock owner: None; I am pgdb-1
pgdb-1 patroni[6202]: INFO: not healthy enough for leader race
pgdb-1 patroni[6202]: INFO: changing primary_conninfo and restarting in progress
...
pgdb-1 patroni[6202]: INFO: following a different leader because i am not the healthiest node
pgdb-1 patroni[6202]: INFO: following a different leader because i am not the healthiest node

Реплика просто видит, что она not healthy enough for leader race, и отказывается от участия в гонке за лидерство. Поэтому просто ждет, когда будет выбран новый мастер, чтобы к нему подключиться. Это дополнительная мера от потери данных.

Проблема 5. Диски


Продуктовая команда написала, что приложение испытывает проблемы при работе с PostgreSQL. При этом на мастер нельзя зайти, потому что он недоступен по SSH, но и автофейловер тоже не происходит. Тогда хост принудительно перезагрузили и таким образом запустили автофейловер. Хотя можно было сделать и ручной фейловер.

После перезагрузки идем смотреть, что было с мастером.



Нам заранее было известно о проблемах с дисками, по мониторингу мы знали, где копать.

В логах PostgreSQL видим следующее:

[COMMIT] LOG: duration: 1138.868 ms statement: COMMIT
...
[] WARNING: autovacuum worker started without a worker entry
...
[SELECT] LOG: temporary file: path "base/pgsql_tmp/pgsql_tmp11247.983", size 532996096
...

На лицо все показатели проблем с дисками: коммиты, которые длятся секунды, autovacuum запускается очень долго и странно и временные файлы на диске.

Мы заглянули в системный dmesg — лог сообщений ядра, и увидели проблему с одним из дисков:

md/raid10:md2: sde3: rescheduling sector 351273392
blk_update_request: I/O error, dev sde, sector 64404728
md/raid10:md2: sde3: rescheduling sector 63161592
blk_update_request: I/O error, dev sde, sector 64404760
...
md2 : active raid10 sda3[0] sdc3[2] sdd3[3] sdb3[1] sdh3[7] sdf3[5] sdg3[6]
      15623340032 blocks super 1.2 512K chunks 2 near-copies [8/7] [UUUUUUU_]
      bitmap: 58/59 pages [232KB], 131072KB chunk

Дисковая подсистема на сервере представляла собой софтверный Raid из 8 дисков, но одного не хватало. В строке sda3[0] sdc3[2] sdd3[3] sdb3[1] sdh3[7] sdf3[5] sdg3[6] не хватает sde[4]. Условно говоря, выпал один диск, это вызвало дисковые проблемы, и у приложения возникли проблемы при работе с кластером PostgreSQL.

Решение


В данном случае Patroni никак бы не смог помочь, потому что у Patroni нет задачи отслеживать состояние сервера и дисков. Во время проблем Patroni продолжал взаимодействовать с кластером DCS и не видел никаких трудностей. Для таких ситуаций нужен внешний мониторинг.

Проблема 6. Кластер-симулянт


Это одна из самых странных проблем. Я её исследовал очень долго, перечитал много логов и назвал «Кластер-симулянт».

Проблема заключалась в том, что старый мастер не мог стать нормальной репликой. Patroni его запускал, показывал, что этот узел присутствует как реплика, но в то же время он не был нормальной репликой, сейчас увидите, почему.

Все началось, как и в предыдущем случае, с проблем с дисками:

14:48:55.601 [COMMIT] LOG: duration: 1478.118 ms statement: COMMIT
14:48:56.287 [COMMIT] LOG: duration: 1290.203 ms statement: COMMIT
14:48:56.287 [COMMIT] LOG: duration: 1778.465 ms statement: COMMIT
14:48:56.287 [COMMIT] LOG: duration: 1778.449 ms statement: COMMIT

Были обрывы соединений:

14:48:58.078 [idle in transaction] LOG: could not send data to client: Broken pipe
14:48:58.078 [idle] LOG: could not send data to client: Broken pipe
14:48:58.078 [idle] FATAL: connection to client lost
14:48:58.107 [idle in transaction] FATAL: connection to client lost

Были долгие ожидания ответа и блокировки разной степени тяжести:

14:49:26.929 [UPDATE waiting] LOG: process 4298 acquired ExclusiveLock on tuple (2,10) of relation 52082 of database 50587 after 52487.463 ms
14:49:26.929 [UPDATE waiting] STATEMENT: UPDATE sessions SET lastaccess='1565005714' WHERE sessionid=...
14:49:27.929 [UPDATE waiting] LOG: process 4298 still waiting for ShareLock on transaction 364118337 after 1000.088 ms
14:49:27.929 [UPDATE waiting] DETAIL: Process holding the lock: 4294. Wait queue: 4298.

В общем, явные проблемы с дисками, включая снова временные файлы.

Но самое загадочное для меня — это прилетевший immediate shutdown request:

14:49:34.102 MSK 5335 @ from [] LOG: received immediate shutdown request
14:49:34.689 [authentication] WARNING: terminating connection because of crash of another server process
14:49:34.689 [authentication] DETAIL: The postmaster has commanded this server process to roll back the current transaction and exit, because another server process exited abnormally and possibly corrupted shared memory

У PostgreSQL есть три режима выключения:

  • Graceful, когда мы ждем, когда все клиенты отключатся самостоятельно.
  • Fast, когда мы говорим клиентам отключаться, потому что идем на выключение.
  • Immediate, которые не сообщает клиентам, что нужно отключиться, а просто выключает и всем клиентам отправляет сообщение RST (TCP-сигнал, что соединение прервано).

Фоновые процессы PostgreSQL друг другу сигналы immediate shutdown request не посылают, а только на них реагируют. Это экстренный перезапуск, и кто его послал, непонятно. Если бы это был kill -9, то я бы увидел это в логах, но там этого не было.

Разбираясь дальше, я увидел, что Patroni не писал в лог довольно долго — 54 секунды сообщений просто не было. За это время одна из реплик сделала «promote» и произошел автофейловер:

pgsql03 patroni: 14:48:25,000 INFO: Lock owner: pgsql03; I am pgsql03 
pgsql03 patroni: 14:48:25,013 INFO: no action.  i am the leader with the lock 
pgsql03 patroni: 14:48:37,159 INFO: Lock owner: pgsql03; I am pgsql03 
pgsql03 patroni: 14:49:31,155 WARNING: Exception hened during processing of request from 10.1.0.12 
pgsql03 patroni: 14:49:31,297 WARNING: Exception hened during processing of request from 10.1.0.11 
pgsql03 patroni: 14:49:31,298 WARNING: Exception hened during processing of request from 10.1.0.11

Patroni здесь снова отработал прекрасно, старый мастер был недоступен, поэтому начались выборы нового мастера.

pgsql01 patroni: 14:48:57,136 INFO: promoted self to leader by acquiring session lock
pgsql01 patroni: server promoting
pgsql01 patroni: 14:48:57,214 INFO: cleared rewind state after becoming the leader
pgsql01 patroni: 14:49:05,013 INFO: Lock owner: pgsql01; I am pgsql01
pgsql01 patroni: 14:49:05,023 INFO: updated leader lock during promote

pgsql01 стал новым лидером, а со второй репликой как раз были проблемы. Она честно пыталась переконфигурироваться:

pgsql02 patroni: 14:48:57,124 INFO: Could not take out TTL lock 
pgsql02 patroni: 14:48:57,137 INFO: following new leader after trying and failing to obtain lock 
pgsql02 patroni: 14:49:05,014 INFO: Lock owner: pgsql01; I am pgsql02 
pgsql02 patroni: 14:49:05,025 INFO: changing primary_conninfo and restarting in progress 
pgsql02 patroni: 14:49:15,011 INFO: Lock owner: pgsql01; I am pgsql02
pgsql02 patroni: 14:49:15,014 INFO: changing primary_conninfo and restarting in progress 
pgsql02 patroni: 14:49:25,011 INFO: Lock owner: pgsql01; I am pgsql02 
pgsql02 patroni: 14:49:25,014 INFO: changing primary_conninfo and restarting in progress 
pgsql02 patroni: 14:49:35,011 INFO: Lock owner: pgsql01; I am pgsql02 
pgsql02 patroni: 14:49:35,014 INFO: changing primary_conninfo and restarting in progress

Она пыталась поменять recovery.conf, перезапустить PostgreSQL, подключиться к новому мастеру. Каждые 10 секунд идут сообщения, что она пытается, но никак не может.

Тем временем на старый мастер прилетел тот самый immediate-shutdown-сигнал. Мастер начал аварийную перезагрузку, recovery также прекращается. Реплика не может подключиться к мастеру, потому что он в режиме выключения.

14:49:34.293 [idle] LOG:  received replication command: IDENTIFY_SYSTEM 
WARNING:  terminating connection because of crash of another server process 
DETAIL:  The postmaster has commanded this server process to roll back the current transaction and exit, because another server process exited abnormally and possibly corrupted shared memory. 
14:49:35.232 FATAL:  could not receive data from WAL stream: server closed the connection unexpectedly             
        This probably means the server terminated abnormally 
        before or while processing the request. 
14:49:35.232 LOG:  record with incorrect prev-link 142D46/315602C at 14CF/CF38C160 
14:49:35.305 FATAL: could not connect to the primary server: FATAL: the database system is shutting down 
14:49:40.241 FATAL: could not connect to the primary server: FATAL: the database system is shutting down

В какой-то момент реплика заработала, но репликация при этом не запустилась.

14:50:14.024 [] LOG:  record with incorrect prev-link 142D46/315602C at 14CF/CF38C160 
14:50:14.028 [] LOG:  fetching timeline history file for timeline 72 from primary server 
14:50:14.104 [] FATAL:  could not start WAL streaming: ERROR:  requested starting point 14CF/CF000000 on timeline 71 is not in this server's history        
DETAIL:  This server's history forked from timeline 71 at 14CF/CEC32E40. 
14:50:14.104 [] LOG:  new timeline 72 forked off current database system timeline 71 before current recovery point 14CF/CF38C160

У меня есть единственная гипотеза: в recovery.conf был адрес старого мастера. Когда уже появился новый мастер, вторая реплика пыталась подключиться к старому мастеру. Когда Patroni запустился на второй реплике, узел запустился, но не смог подключиться по репликации. Образовался лаг репликации, который выглядел примерно так:

+-----------------+----------+--------------+--------+---------+-----------+
|     Cluster     |  Member  |     Host     |  Role  |  State  | Lag in MB |
+-----------------+----------+--------------+--------+---------+-----------+
| patroni_cluster |  pgsql01 | 10.2.200.151 | Leader | running |       0.0 |
| patroni_cluster |  pgsql02 | 10.2.200.152 |        | running |    9153.0 |
| patroni_cluster |  pgsql03 | 10.2.200.153 |        | running |       0.0 |
+-----------------+----------+--------------+--------+---------+-----------+

То есть все три узла были на месте, но второй узел отставал. Репликация не могла запуститься, потому что журналы транзакций отличались. Журналы транзакций, которые предлагал мастер, указанные в recovery.conf, просто не подходили текущему узлу. PostgreSQL каждые 5 секунд сообщал об ошибке

14:50:44.143 FATAL:  could not start WAL streaming: ERROR:  requested starting point 14CF/CF000000 on timeline 71 is not in this server's history        
         DETAIL:  This server's history forked from timeline 71 at 14CF/CEC32E40. 
14:50:44.143 LOG:  new timeline 72 forked off current database system timeline 71 before current recovery point 14CF/ CF38C160

Здесь я допустил ошибку и не проверил свою гипотезу, что мы подключаемся не к тому мастеру. Я просто перезапустил Patroni на реплике. Честно говоря, я уже поставил на ней крест и думал, что придется её переналивать, но все равно решил попробовать перезапустить.

15:14:13.511 LOG: consistent recovery state reached at 14CF/A3F657B0
15:14:13.511 LOG: database system is ready to accept read only connections

Запустился recovery, и даже база открылась, она была готова принимать соединение, репликация запустилась:

15:14:17.072 LOG: record with incorrect prev-link 142D46/315602C at 14CF/CF38C160
15:14:17.077 LOG: started streaming WAL from primary at 14CF/CF000000 on timeline 72
15:14:17.536 LOG: invalid record length at 14CF/CF38C160: wanted 24, got 1

Но через минуту отвалилась с ошибкой terminating walreceiver process due to administrator command — реплика сказала, что ей не подходят журналы транзакций.

15:15:27.823 FATAL: terminating walreceiver process due to administrator command
15:15:27.895 LOG: invalid record length at 14CF/CF38C160: wanted 24, got 1
15:15:27.895 LOG: invalid record length at 14CF/CF38C160: wanted 24, got 1

Причем я не перезапускал PostgreSQL, а перезапускал именно Patroni в надежде, что он магическим образом запустит базу. Репликация снова запустилась, но база открылась на том же месте:

15:17:33.553 LOG: consistent recovery state reached at 14CF/A3F657B0
15:17:33.554 LOG: database system is ready to accept read only connections

Отметки в журнале транзакций отличались, они были другими, чем в предыдущей попытке запуска — позиция журнала транзакция была раньше:

15:17:37.299 LOG: invalid contrecord length 5913 at 14CF/CEFFF7B0
15:17:37.304 LOG: started streaming WAL from primary at 14CF/CE000000 on timeline 72

Репликация снова остановилась, причем сообщение об ошибке было другое и снова не особо информативное:

15:18:12.208 FATAL: terminating walreceiver process due to administrator command
15:18:12.240 LOG: record with incorrect prev-link 60995000/589DF000 at 14CF/CEFFF7B0
15:18:12.240 LOG: record with incorrect prev-link 60995000/589DF000 at 14CF/CEFFF7B0

Для эксперимента рестартанул снова, база открывалась на том же месте:

15:21:25.135 LOG: consistent recovery state reached at 14CF/A3F657B0
15:21:25.135 LOG: database system is ready to accept read only connections

Тут мне пришла идея: что если я перезапущу PostgreSQL, в этот момент на текущем мастере сделаю чекпойнт, чтобы подвинуть точку в журнале транзакций чуть-чуть вперед и recovery началось с другого момента.

Запустил Patroni, сделал пару чекпоинтов на мастере, пару рестарт-пойнтов на реплике, когда она открылась:

15:22:43.727 LOG: invalid record length at 14D1/BCF3610: wanted 24, got 0
15:22:43.731 LOG: started streaming WAL from primary at 14D1/B000000 on timeline 72

Это сработало — репликация запустилась уже с другого места и больше не рвалась. Но для меня это одна из наиболее загадочных проблем, над которой я до сих пор ломаю голову. Особенно тот странный immediate shutdown request.

Из этого можно сделать вывод: Patroni может отработать, как задумано и без ошибок, но это не стопроцентная гарантия того, что все на самом деле в порядке. После фейловера всегда нужно перепроверить, что с кластером все хорошо: нужное количество реплик, нет лага репликации.

Итоги


На основе этих и многих других подобных проблем я сформулировал общие рекомендации, которые советую иметь в виду при эксплуатации Patroni.

  • Когда вы используете Patroni, у вас обязательно должен быть мониторинг. Всегда нужно знать, когда произошел автофейловер, потому что если вы не знаете, что у вас случился автофейловер, вы не контролируете кластер.
  • После каждого фейловера всегда проверяйте кластер. Необходимо убедиться, что: реплик всегда актуальное количество; нет лага репликации; в логах нет ошибок, связанных с потоковой репликацией, с Patroni, с системой DCS.

Patroni — очень хороший инструмент, но это как ни крути не серебряная пуля. Автоматика может успешно отработать, но при этом объекты автоматики могут находиться в полурабочем состоянии. Все равно нужно иметь представление о том: как работает PostgreSQL и репликация, как Patroni управляет PostgreSQL и как обеспечивается взаимодействие между узлами. Это нужно для того, чтобы уметь чинить руками возникающие проблемы.

Этапы диагностики


Так сложилось, что мы работаем с разными клиентами, стека ELK по больше части у них нет, и приходится разбираться в логах, открыв 2 вкладки и 6 консолей: в одной вкладке Patroni для каждого узла, в другой — логи Consul либо PostgreSQL. Диагностировать все это тяжело.

Я выработал следующий подход. Я всегда смотрю, когда произошел фейловер. Для меня это некий водораздел. Я смотрю, что произошло до, во время и после фейловера. Фейловер имеет два timestamp — начало и конец. В логах я смотрю, что предшествовало фейловеру, то есть ищу причины. Это дает понимание картины, что происходило и что можно сделать в будущем, чтобы фейловер при таких же обстоятельствах не происходил.

Для этого я смотрю:

  • Первым делом логи Patroni.
  • Дальше логи PostgreSQL или логи DCS в зависимости от того, что нашлось в логах Patroni.
  • Логи системы — они тоже иногда помогают понять, что послужило причиной фейловера.

Послесловие


Есть много других продуктов для автофейловера: stolon, repmgr, pg_auto_failover, PAF. Я пробовал все 4 инструмента и на мой взгляд Patroni — лучшее, что есть сегодня на рынке.

Рекомендую ли я Patroni? Определенно, да, потому что Patroni мне нравится, как мне кажется, я научился его готовить.

Если вам интересно посмотреть, какие еще бывают проблемы с Patroni, кроме описанных в статье, вы всегда можете зайти на страницу https://github.com/zalando/patroni/issues. Там много разных историй. Несмотря на то, что половина из них от неграмотных пользователей, которые задают глупые вопросы не удосужившись озаботиться простым поиском, там обсуждаются и интересные проблемы и по итогу обсуждений при необходимости открываются задачи на исправление багов.

Спасибо компании Zalando за то, что они развивают этот проект, а также двум людям, которые начинали работать над этим продуктом: Александру Кукушкину и Алексею Клюкину. Большое спасибо вообще всем контрибьюторам Patroni.

После этого доклада мы записали небольшое интервью, в котором Алексей попытался уместить свой доклад в один совет и рассказал, зачем участвовать и выступать на конференциях. Берите на вооружение и приходите проверять подход на Saint HighLoad++.


Питерский HighLoad++ запланирован на 6-7 апреля. Мы тщательно мониторим ситуацию с коронавирусом, изучаем рекомендации компетентных источников. В данный момент мы планируем провести конференцию в назначенные даты, предприняв целый ряд профилактических и информационных мер (каких именно, перечислили на специальной странице). В случае ухудшения ситуации или форс-мажоров мы перенесём конференцию с сохранением всех билетов, партнёрских опций, докладчиков и всех других обязательств, которые мы на себя берём.

Поэтому ждём вас на Saint HighLoad++! Тем более в программе, как всегда, много полезных докладов относятся к PostgreSQL: Олег Бартунов расскажет, что уже есть в PostgreSQL для работы с JSON и что скоро появится; Иван Панченко познакомит с фичами PostgreSQL 13, повышающими производительность; Николай Самохвалов разберёт распространённые ошибки изменения схемы БД.
Tags:patroniauto failoverpostgresqlconsulhigh availabilityhighload++
Hubs: Конференции Олега Бунина (Онтико) corporate blog High performance PostgreSQL System Analysis and Design Database Administration
+18
5.1k 63
Comments 1
Ads
Top of the last 24 hours