PostgreSQL：详解如何搭建流复制集群

文章目录

- 一、前置知识
- - [1.1 流复制原理](#1.1 流复制原理)
  - [1.2 架构说明](#1.2 架构说明)
- 二、环境准备
- - [2.1 系统要求](#2.1 系统要求)
  - [2.2 节点信息示例](#2.2 节点信息示例)
- [三、安装 PostgreSQL](#三、安装 PostgreSQL)
- 四、配置主节点（Primary）
- - [4.1 修改 postgresql.conf](#4.1 修改 postgresql.conf)
  - [4.2 配置 pg_hba.conf](#4.2 配置 pg_hba.conf)
  - [4.3 创建复制用户](#4.3 创建复制用户)
  - [4.4 重启主库](#4.4 重启主库)
- 五、配置备节点（Standby）
- - [5.1 清理原有数据目录（如有）](#5.1 清理原有数据目录（如有）)
  - [5.2 使用 pg_basebackup 初始化备库](#5.2 使用 pg_basebackup 初始化备库)
  - [5.3 验证生成的文件](#5.3 验证生成的文件)
  - [5.4 启动备库](#5.4 启动备库)
- 六、验证流复制状态
- - [6.1 在主库查看复制状态](#6.1 在主库查看复制状态)
  - [6.2 在备库查看是否只读](#6.2 在备库查看是否只读)
  - [6.3 检查延迟](#6.3 检查延迟)
- 七、高级配置（可选）
- - [7.1 使用复制槽（Replication Slot）](#7.1 使用复制槽（Replication Slot）)
  - [7.2 同步复制](#7.2 同步复制)
  - [7.3 归档与 PITR（时间点恢复）](#7.3 归档与 PITR（时间点恢复）)
- 八、故障处理与切换
- - [8.1 主库宕机：手动提升备库](#8.1 主库宕机：手动提升备库)
  - [8.2 原主库恢复后重新加入（作为新备库）](#8.2 原主库恢复后重新加入（作为新备库）)
- 九、监控与维护

搭建 PostgreSQL 流复制（Streaming Replication）集群是实现高可用、读写分离和灾难恢复的关键技术之一。流复制基于主从架构，主节点（Primary）将 WAL（Write-Ahead Logging）日志实时传输到一个或多个备节点（Standby），备节点重放这些日志以保持与主节点的数据同步。

一、前置知识

1.1 流复制原理

PostgreSQL 使用 WAL 日志记录所有数据变更。
主库将 WAL 日志通过网络实时发送给备库（物理复制）。
备库以只读模式运行，可提供查询服务（Hot Standby）。
支持同步复制（synchronous_commit = on）和异步复制（默认）。

1.2 架构说明

主节点（Primary）：接受写操作，生成 WAL。
备节点（Standby）：接收并应用 WAL，只读。
可扩展为一主多从架构。
配合 pg_rewind、repmgr 或 Patroni 可实现自动故障切换（本篇聚焦基础流复制，不涉及 HA 工具）。

二、环境准备

2.1 系统要求

操作系统：Linux（如 CentOS 7/8、Ubuntu 20.04+）
PostgreSQL 版本：建议 12+（本文以 14 为例）
主备节点时间同步（NTP）
主备节点网络互通（开放 PostgreSQL 端口，默认 5432）

2.2 节点信息示例

角色	主机名	IP 地址	数据目录
Primary	pg-primary	192.168.1.10	/var/lib/pgsql/14/data
- Standby	pg-standby	192.168.1.11	/var/lib/pgsql/14/data

注意：主备节点 PostgreSQL 版本必须一致。

三、安装 PostgreSQL

在主备节点上分别安装相同版本的 PostgreSQL。

以 CentOS 为例：

bash 复制代码

# 添加官方仓库
sudo yum install -y https://download.postgresql.org/pub/repos/yum/reporpms/EL-7-x86_64/pgdg-redhat-repo-latest.noarch.rpm

# 安装 PostgreSQL 14
sudo yum install -y postgresql14-server postgresql14-contrib

# 初始化数据库（仅在主节点执行一次）
sudo /usr/pgsql-14/bin/postgresql-14-setup initdb

Ubuntu 用户可使用 apt 安装，流程类似。

四、配置主节点（Primary）

4.1 修改 postgresql.conf

编辑 /var/lib/pgsql/14/data/postgresql.conf：

conf 复制代码

# 监听地址（允许远程连接）
listen_addresses = '*'

# WAL 相关设置
wal_level = replica                # 必须为 replica 或 logical
max_wal_senders = 10               # 允许的最大 WAL 发送进程数
wal_keep_size = 1GB                # 保留的 WAL 文件大小（PostgreSQL 13+）
# 对于旧版本（<13），使用 wal_keep_segments = 32

# 启用 Hot Standby 支持（虽在主库设置，但影响备库行为）
hot_standby = on

# 可选：启用同步复制（需配合 synchronous_standby_names）
# synchronous_commit = on
# synchronous_standby_names = 'pg-standby'

4.2 配置 pg_hba.conf

编辑 /var/lib/pgsql/14/data/pg_hba.conf，添加复制用户访问权限：

conf 复制代码

# TYPE  DATABASE        USER            ADDRESS                 METHOD
host    replication     repuser         192.168.1.11/32         md5
host    all             all             0.0.0.0/0               md5   # 根据安全策略调整

replication 是一个虚拟数据库名，专用于流复制连接。

4.3 创建复制用户

登录主库，创建专用复制用户：

sql 复制代码

CREATE USER repuser WITH REPLICATION ENCRYPTED PASSWORD 'StrongPass123!';

4.4 重启主库

bash 复制代码

sudo systemctl restart postgresql-14

验证监听状态：

bash 复制代码

ss -tulnp | grep 5432

五、配置备节点（Standby）

5.1 清理原有数据目录（如有）

bash 复制代码

sudo systemctl stop postgresql-14
sudo rm -rf /var/lib/pgsql/14/data/*

5.2 使用 pg_basebackup 初始化备库

从主库拉取基础备份：

bash 复制代码

sudo -u postgres pg_basebackup \
  -h 192.168.1.10 \
  -U repuser \
  -D /var/lib/pgsql/14/data \
  -P \
  -v \
  -R \
  -X stream \
  -C \
  -S standby_slot_1

参数说明：

-h：主库 IP
-U：复制用户
-D：目标数据目录
-P：显示进度
-v：详细输出
-R：自动生成 recovery.conf（PG 12+ 会生成 standby.signal 和 postgresql.auto.conf）
-X stream：以流方式传输 WAL
-C：在主库创建复制槽（replication slot）
-S：指定复制槽名称（可选）

注意：PostgreSQL 12 起不再使用 recovery.conf，而是使用 standby.signal 文件和 postgresql.auto.conf 中的 primary_conninfo。

5.3 验证生成的文件

执行后，应看到：

/var/lib/pgsql/14/data/standby.signal（空文件，标识为备库）
postgresql.auto.conf 中包含 primary_conninfo = '...'

若未自动生成，可手动创建：

bash 复制代码

# 创建 standby.signal
sudo -u postgres touch /var/lib/pgsql/14/data/standby.signal

# 编辑 postgresql.auto.conf（或直接在 postgresql.conf 中添加）
primary_conninfo = 'host=192.168.1.10 port=5432 user=repuser password=StrongPass123! application_name=pg-standby'

5.4 启动备库

bash 复制代码

sudo systemctl start postgresql-14

六、验证流复制状态

6.1 在主库查看复制状态

sql 复制代码

SELECT * FROM pg_stat_replication;

关键字段：

application_name：应为 pg-standby
state：应为 streaming
sync_state：异步为 async，同步为 sync

6.2 在备库查看是否只读

sql 复制代码

SHOW hot_standby;  -- 应为 on
SELECT pg_is_in_recovery();  -- 应返回 true

尝试写入应报错：

sql 复制代码

INSERT INTO test VALUES (1);  -- ERROR: cannot execute INSERT in a read-only transaction

6.3 检查延迟

主库执行：

sql 复制代码

SELECT 
  application_name,
  pg_wal_lsn_diff(pg_current_wal_lsn(), replay_lsn) AS bytes_lag
FROM pg_stat_replication;

若 bytes_lag 接近 0，说明同步良好。

七、高级配置（可选）

7.1 使用复制槽（Replication Slot）

复制槽可防止主库过早清理 WAL，避免备库因断连导致无法追平。

已在 pg_basebackup -C -S 中创建。也可手动创建：

sql 复制代码

-- 在主库执行
SELECT * FROM pg_create_physical_replication_slot('standby_slot_1');

并在备库 primary_conninfo 中添加：

conf 复制代码

primary_conninfo = '... slot=standby_slot_1'

7.2 同步复制

若需强一致性，配置同步复制：

主库 postgresql.conf：

conf 复制代码

synchronous_commit = on
synchronous_standby_names = 'FIRST 1 (pg-standby)'

重启主库。此时主库事务需等待至少一个同步备库确认后才提交。

7.3 归档与 PITR（时间点恢复）

可结合 WAL 归档实现更完整的备份策略：

conf 复制代码

# postgresql.conf
archive_mode = on
archive_command = 'cp %p /path/to/archive/%f'

八、故障处理与切换

8.1 主库宕机：手动提升备库

在备库执行：

bash 复制代码

sudo -u postgres pg_ctl promote -D /var/lib/pgsql/14/data

或创建 promote.trigger 文件（PG 12+）：

bash 复制代码

sudo -u postgres touch /var/lib/pgsql/14/data/promote.trigger

备库将变为新主库。

8.2 原主库恢复后重新加入（作为新备库）

原主库需重建数据目录（或使用 pg_rewind）：

bash 复制代码

# 停止原主库
sudo systemctl stop postgresql-14

# 使用 pg_rewind（需在原主库配置中启用 wal_log_hints=on 或 data checksums）
pg_rewind \
  --target-pgdata=/var/lib/pgsql/14/data \
  --source-server='host=192.168.1.11 port=5432 user=repuser password=StrongPass123!'

# 清理旧配置，创建 standby.signal
rm -f /var/lib/pgsql/14/data/postmaster.pid
touch /var/lib/pgsql/14/data/standby.signal

# 启动
sudo systemctl start postgresql-14

若未启用 checksums 或 wal_log_hints，则只能通过 pg_basebackup 重新初始化。

九、监控与维护

定期检查 pg_stat_replication 延迟
监控磁盘空间（WAL 积累可能导致主库磁盘满）
使用 pg_controldata 查看数据库状态
设置日志归档和定期逻辑备份（pg_dump）

总结：PostgreSQL 流复制搭建核心步骤：

主库配置 WAL 和复制权限；
创建复制用户；
使用 pg_basebackup 初始化备库；
启动备库并验证同步状态。

虽然流复制本身不提供自动故障转移，但它是构建高可用架构的基础。生产环境中建议结合 Patroni + etcd/ZooKeeper 或 repmgr 实现自动化管理。

注意事项：

主备 OS、PostgreSQL 版本、编译选项必须一致；

时间必须同步（NTP）；

网络稳定性和带宽影响复制性能；

避免在备库执行 DDL（即使只读，某些操作可能阻塞 WAL 应用）。

通过以上步骤，即可成功搭建一个稳定可靠的 PostgreSQL 流复制集群。