数据库教程FGMT61-PostgreSQL高可用集群项目实战之Repmgr

## 前言与大纲介绍

数据库高可用是企业核心业务架构中不可缺少的一环，业务系统持续运行的底层依赖就是数据库能够在硬件故障、操作系统异常、数据库进程崩溃等场景下快速完成故障转移，减少业务中断时长。传统手工搭建主从流复制架构，只能实现数据同步，一旦主节点宕机，需要运维人员手动登录备库执行提升操作，修改业务连接地址，整个过程耗时较长，人为操作失误风险高，无法满足生产环境自动化故障切换的需求。

Repmgr作为PostgreSQL生态内成熟的开源复制管理工具，基于原生流复制能力进行封装扩展，提供集群节点管理、主备状态监控、手动主备切换、自动故障转移、节点重新加入集群等完整能力，广泛应用于中小型业务PostgreSQL高可用架构落地。风哥教程本文围绕Repmgr高可用集群项目完整落地过程展开，从底层原理拆解，到操作系统环境初始化、数据库部署、集群初始化、主备切换演练、故障模拟、日常运维命令，完整覆盖生产落地全流程。

风哥教程本文内容大纲如下：第一部分为理论知识，讲解PostgreSQL流复制底层原理、Repmgr核心组件、集群节点角色、选举机制、故障切换逻辑，对比Repmgr与其他高可用方案的适用场景；第二部分为项目实战，包含操作系统环境准备、系统内核与资源参数调优、数据库软件部署、主节点数据库参数配置、备节点基础配置、使用repmgr进行备库克隆、集群注册、见证节点部署、手动主备切换、模拟主库故障触发自动故障转移、故障节点修复后重新加入集群、集群日常运维管理、HAProxy读写分离接入；最后一部分为项目总结，梳理生产环境上线检查清单、风险点与运维注意事项。本套风哥教程面向数据库运维工程师、DBA、数据库架构人员，所有实战操作基于两台核心主机fgedu-net-cn1、fgedu-net-cn2，配套见证节点，服务器规格统一为64G内存、8CPU，数据库实例名fgedudb，数据库用户fgedu，数据存放路径统一为/fgedudb。

## 理论部分

### 1. PostgreSQL流复制基础原理

PostgreSQL原生流复制是Repmgr高可用架构的底层基石，流复制的核心是WAL（预写日志）机制。数据库所有数据修改操作不会直接写入数据文件，优先写入WAL日志段文件，WAL日志记录了事务的所有变更细节，事务提交成功的判定标准是WAL日志持久化落盘。主节点产生WAL日志之后，通过网络实时发送给备节点，备节点持续接收WAL日志，在本地回放，保证备节点数据与主节点保持一致。

流复制分为物理流复制与逻辑流复制，Repmgr高可用集群基于**物理流复制**搭建。物理流复制复制的是数据库底层数据块，备库是主库的完整物理副本，备库处于持续恢复状态，只能提供只读查询，不支持写入。物理流复制支持同步复制与异步复制两种模式。异步复制模式下，主库提交事务不需要等待备库WAL接收确认，主库性能更好，但极端场景主库宕机，存在少量WAL日志未同步，出现数据丢失风险；同步复制模式，主库事务提交必须等待至少一台备库接收并持久化WAL日志，数据一致性更强，但是会带来主库写入性能损耗，适合金融类对数据零丢失要求严格的业务。

流复制工作流程：主节点启动WAL sender进程，监听网络连接；备节点启动WAL receiver进程，主动连接主节点，建立流复制通道；备节点持续接收WAL日志写入本地WAL文件，启动startup进程持续回放日志；备库持续追赶主库的WAL日志位置，LSN（日志序列号）用来标记WAL日志位置，集群判断主备数据同步状态、判断节点优先级，全部依赖LSN数值。风哥 itpux-com

### 2. Repmgr核心组件介绍

Repmgr分为两大核心模块：repmgr命令行工具与repmgrd守护进程。

repmgr是交互式命令行工具，运维人员通过该命令完成集群节点注册、备库克隆、手动切换、查看集群状态、节点重新加入集群等运维操作，所有集群管理操作都依靠repmgr命令执行。

repmgrd是后台常驻守护进程，是实现自动故障转移的核心。该进程持续监控集群所有节点状态，定时探测节点连通性、数据库进程状态、WAL同步状态。当主节点故障，repmgrd会按照预设选举规则，从存活备节点中选举出新主，自动执行备库提升操作，更新集群元数据，完成故障转移。如果不启动repmgrd，集群仅支持手动切换，无法自动故障转移。

Repmgr集群支持三类节点角色：

1. 主节点（primary）：集群写入唯一入口，生成WAL日志，向备节点推送流复制日志，集群内仅存在一个主节点。

2. 备节点（standby）：接收主节点WAL日志回放，对外只读。主节点故障时，备节点参与选举，有机会提升为新主。集群支持一主多备架构。

3. 见证节点（witness）：见证节点不存储业务数据，不参与业务读写，不参与WAL日志复制。作用仅为参与集群投票，解决脑裂问题。当集群网络分裂，主备之间网络中断，两边各自认为对方宕机，容易出现双主（脑裂）。增加见证节点，集群投票采用多数派机制，只有获得超过半数投票的节点才能成为主节点，避免脑裂。见证节点资源消耗极低，可以部署在独立主机。

### 3. Repmgr选举机制与故障切换逻辑

Repmgr节点选举存在优先级判定顺序，优先级从高到低依次为LSN、node priority、node ID。

第一优先级：LSN。WAL日志位置越接近原主库的备节点，优先被选举为新主。优先选择数据最完整的节点，最大限度减少数据丢失。

第二优先级：node priority。在配置文件中手动设置节点优先级数值，数值越大优先级越高。当多个备节点LSN差距很小，优先选择优先级数值高的节点。运维人员可以根据服务器硬件位置、机房位置设置优先级，优先选择机房A的服务器升主。

第三优先级：node ID。当LSN、priority全部一致，node ID更小的节点优先当选。

切换分为两种类型：手动切换switchover与自动故障转移failover。

switchover：计划内停机维护场景，业务低峰期执行，原主节点正常运行，数据完整同步。执行切换命令后，Repmgr会先阻塞主库写入，等待WAL全部同步至备库，再将备库提升为主，原主库自动降级为备库，整个切换过程数据零丢失，属于可控操作。

failover：非计划故障，主节点崩溃、主机断电、数据库进程异常崩溃。repmgrd探测主节点不可达，触发自动故障转移，选举新主。原主节点此时状态未知，故障修复之后，原主不能直接加入集群，需要使用repmgr rejoin命令，将原主重新转换为备节点加入集群。

集群脑裂防护依靠多数派投票机制。集群总节点数N，存活节点投票数大于N/2，才允许选举新主。例如集群1主1备，总节点数2。主备网络中断，两个节点各自投票，投票数都是1，不满足大于半数，不会触发切换。此时增加见证节点，总节点3个。主节点宕机，备节点+见证节点，合计2票，超过半数，可以正常选举新主。

### 4. Repmgr高可用方案对比

PostgreSQL高可用方案有多个选择，Patroni、Repmgr、PGpool-II，不同方案底层实现不同。

Patroni依靠etcd分布式存储保存集群元数据，架构组件多，部署复杂度高，适合大规模多节点集群；Repmgr架构轻量化，无额外分布式存储依赖，集群元数据保存在数据库内部表，部署简单，运维门槛低，适合中小型业务。

PGpool-II侧重连接池、读写分离，故障转移能力偏弱，一般不会单独作为高可用方案。

Repmgr优势：原生流复制深度适配，架构简单，上手门槛低；劣势：大规模集群的元数据管理能力弱于Patroni，自动故障转移依赖repmgrd进程稳定运行。风哥教程 113257174

### 5. 集群规划与资源参数设计

本套风哥教程项目规划：

主机1：fgedu-net-cn1，初始角色primary，64G内存，8CPU

主机2：fgedu-net-cn2，初始角色standby，64G内存，8CPU

额外部署见证节点，用于投票防脑裂。

数据库实例：fgedudb，数据库用户：fgedu，数据目录：/fgedudb/data

数据库参数基于64G内存8CPU规格规划：

shared_buffers = 16GB

effective_cache_size = 48GB

maintenance_work_mem = 2GB

work_mem = 64MB

wal_buffers = 1GB

max_wal_size = 4GB

min_wal_size = 1GB

max_connections = 1000

wal_level = replica

max_wal_senders = 10

wal_keep_size = 16GB

hot_standby = on

hot_standby_feedback = on

参数说明：shared_buffers分配服务器物理内存的25%左右，effective_cache_size设置为物理内存75%，用于查询优化器评估索引代价；wal_level设置replica开启流复制所需WAL日志信息；max_wal_senders限制最大WAL发送进程数量，预留足够进程给备节点；wal_keep_size保留一定WAL段文件，防止备库断连一段时间后WAL被清理，备库无法继续追赶。

操作系统层面，64G内存主机需要调整内核参数，包含内存overcommit、文件句柄数、进程最大数量，关闭SELinux，关闭防火墙或者放行PostgreSQL、Repmgr通信端口。

## 实战操作部分

### 1. 操作系统环境准备（fgedu-net-cn1、fgedu-net-cn2）

#### 1.1 主机名与hosts解析配置

集群所有节点必须能够互相解析主机名，所有节点执行hosts配置，修改/etc/hosts文件。

```

cat >> /etc/hosts <<EOF

192.168.1.101 fgedu-net-cn1

192.168.1.102 fgedu-net-cn2

192.168.1.103 fgedu-net-cn3

EOF

```

执行hostname确认主机名：

```

hostname

```

输出结果：fgedu-net-cn1，另一台主机输出fgedu-net-cn2。

所有节点之间配置免密ssh，repmgr克隆备库、节点通信依赖ssh免密。

```

# fgedu用户生成密钥

su - fgedu

ssh-keygen -t ed25519 -N "" -f ~/.ssh/id_ed25519

# 分发公钥到所有节点

ssh-copy-id fgedu@fgedu-net-cn1

ssh-copy-id fgedu@fgedu-net-cn2

ssh-copy-id fgedu@fgedu-net-cn3

```

测试免密登录，在fgedu-net-cn1执行ssh fgedu@fgedu-net-cn2，不需要输入密码即可登录。

#### 1.2 系统内核参数优化

编辑/etc/sysctl.conf，写入针对64G内存服务器参数：

```

kernel.shmmax = 68719476736

kernel.shmall = 16777216

kernel.shmmni = 4096

kernel.sem = 50100 64128000 5010 1280

fs.file-max = 1048576

net.ipv4.ip_local_port_range = 1024 65535

net.core.rmem_max = 16777216

net.core.wmem_max = 16777216

vm.swappiness = 10

vm.overcommit_memory = 0

```

生效内核参数：

```

sysctl -p

```

修改资源限制文件/etc/security/limits.conf，设置fgedu用户资源：

```

fgedu soft nofile 1048576

fgedu hard nofile 1048576

fgedu soft nproc 65536

fgedu hard nproc 65536

```

关闭SELinux：

```

setenforce 0

sed -i 's/^SELINUX=enforcing/SELINUX=disabled/' /etc/selinux/config

```

防火墙放行端口，数据库默认5432端口，repmgr通信依赖数据库端口：

```

# firewalld系统

firewall-cmd --add-port=5432/tcp --permanent

firewall-cmd --reload

```

#### 1.3 创建目录与用户

创建操作系统用户fgedu，创建/fgedudb目录，修改权限：

```

useradd fgedu

echo "fgedu@123" | passwd --stdin fgedu

mkdir -p /fgedudb /fgedudb/data /fgedudb/archive /fgedudb/soft

chown -R fgedu:fgedu /fgedudb

chmod -R 700 /fgedudb

```

切换fgedu用户操作，后续所有数据库操作，全部使用fgedu用户执行。风哥数据库教程 itpux-com

### 2. 数据库软件部署（fgedu-net-cn1、fgedu-net-cn2）

数据库源码包上传至/fgedudb/soft目录，所有节点编译安装数据库软件。

```

su - fgedu

cd /fgedudb/soft

# 解压源码包

tar zxvf postgresql-src.tar.gz

cd postgresql-src

# 编译配置

./configure --prefix=/fgedudb/pgsql --with-ossp-uuid --with-readline --with-zlib

# 编译安装

make -j8

make install

```

配置环境变量，编辑fgedu用户家目录.bash_profile

```

cat >> ~/.bash_profile <<EOF

export PGHOME=/fgedudb/pgsql

export PGDATA=/fgedudb/data

export PATH=\$PGHOME/bin:\$PATH

export PGUSER=fgedu

export PGPORT=5432

EOF

source ~/.bash_profile

# 验证版本

psql --version

```

编译安装repmgr软件，同样源码编译，安装到数据库相同目录。

```

cd /fgedudb/soft

tar zxvf repmgr-src.tar.gz

cd repmgr-src

./configure --with-pgconfig=/fgedudb/pgsql/bin/pg_config

make -j8

make install

```

验证repmgr命令是否可用：

```

repmgr --version

```

### 3. fgedu-net-cn1主节点数据库初始化与参数配置

#### 3.1 数据库初始化

```

su - fgedu

initdb -D /fgedudb/data -U fgedu -W -E UTF8 --lc-collate=C --lc-ctype=C

```

输入数据库超级用户密码，完成实例初始化。

#### 3.2 修改postgresql.conf参数

编辑/fgedudb/data/postgresql.conf，修改核心参数：

```

listen_addresses = '*'

port = 5432

max_connections = 1000

shared_buffers = 16GB

effective_cache_size = 48GB

maintenance_work_mem = 2GB

work_mem = 64MB

wal_buffers = 1GB

max_wal_size = 4GB

min_wal_size = 1GB

wal_level = replica

max_wal_senders = 10

wal_keep_size = 16GB

hot_standby = on

hot_standby_feedback = on

archive_mode = on

archive_command = 'cp %p /fgedudb/archive/%f'

log_timezone = 'Asia/Shanghai'

timezone = 'Asia/Shanghai'

```

修改pg_hba.conf，增加流复制与repmgr访问权限，允许集群所有节点fgedu用户连接：

```

host    all             fgedu           192.168.1.0/24        scram-sha-256

host    replication     fgedu           192.168.1.0/24        scram-sha-256

```

启动主节点数据库：

```

pg_ctl -D /fgedudb/data start

```

登录数据库，创建repmgr所需元数据数据库与repmgr用户：

```

psql -U fgedu -d postgres

CREATE USER repmgr WITH SUPERUSER PASSWORD 'repmgr@123';

CREATE DATABASE repmgrdb OWNER repmgr;

\q

```

#### 3.3 主节点repmgr.conf配置

创建repmgr配置文件目录，编写/fgedudb/repmgr.conf

```

node_id=1

node_name='fgedu-net-cn1'

conninfo='host=fgedu-net-cn1 user=repmgr dbname=repmgrdb password=repmgr@123 port=5432'

data_directory='/fgedudb/data'

repmgrd_pid_file='/fgedudb/repmgrd.pid'

repmgrd_log_file='/fgedudb/repmgrd.log'

failover='automatic'

promote_command='repmgr standby promote -f /fgedudb/repmgr.conf'

follow_command='repmgr standby follow -f /fgedudb/repmgr.conf --dbname=repmgr'

node_priority=100

```

注册主节点到Repmgr集群：

```

repmgr -f /fgedudb/repmgr.conf primary register

```

查看集群节点状态：

```

repmgr -f /fgedudb/repmgr.conf cluster show

```

输出中可以看到node_id=1节点角色primary。网上搜索风哥教程可以学习全套数据库教程

### 4. fgedu-net-cn2备节点克隆与集群注册

备节点fgedu-net-cn2，数据库软件已经完成编译安装，不需要执行initdb初始化，使用repmgr standby clone直接从主库克隆全量数据。

```

su - fgedu

# 清理空数据目录

rm -rf /fgedudb/data/*

# 执行克隆，从fgedu-net-cn1主库克隆

repmgr -h fgedu-net-cn1 -U repmgr -d repmgrdb -f /fgedudb/repmgr.conf standby clone

```

克隆完成之后，修改备节点repmgr.conf配置文件

```

node_id=2

node_name='fgedu-net-cn2'

conninfo='host=fgedu-net-cn2 user=repmgr dbname=repmgrdb password=repmgr@123 port=5432'

data_directory='/fgedudb/data'

repmgrd_pid_file='/fgedudb/repmgrd.pid'

repmgrd_log_file='/fgedudb/repmgrd.log'

failover='automatic'

promote_command='repmgr standby promote -f /fgedudb/repmgr.conf'

follow_command='repmgr standby follow -f /fgedudb/repmgr.conf --dbname=repmgr'

node_priority=90

```

启动备库数据库：

```

pg_ctl -D /fgedudb/data start

```

将备节点注册进入集群：

```

repmgr -f /fgedudb/repmgr.conf standby register

```

再次查看集群状态：

```

repmgr -f /fgedudb/repmgr.conf cluster show

```

此时集群包含两个节点，node1为主库，node2备库，状态正常。

查看流复制同步状态，在主库执行：

```

psql -U fgedu -d postgres

SELECT pid,usename,application_name,state,write_lsn,replay_lsn FROM pg_stat_replication;

\q

```

### 5. 见证节点部署（fgedu-net-cn3）

见证节点不需要业务数据目录，只需要数据库软件、repmgr软件，创建repmgr数据库，用于集群投票。见证节点repmgr.conf配置：

```

node_id=3

node_name='fgedu-net-cn3'

conninfo='host=fgedu-net-cn3 user=repmgr dbname=repmgrdb password=repmgr@123 port=5432'

data_directory='/fgedudb/data'

repmgrd_pid_file='/fgedudb/repmgrd.pid'

repmgrd_log_file='/fgedudb/repmgrd.log'

failover='automatic'

node_priority=0

```

见证节点注册命令：

```

repmgr -f /fgedudb/repmgr.conf witness register -h fgedu-net-cn1

```

注册完成，集群总节点3个，满足多数派投票机制。启动所有节点repmgrd守护进程：

```

# 所有节点执行后台启动repmgrd

repmgrd -f /fgedudb/repmgr.conf &

```

查看repmgrd日志文件，确认守护进程正常运行：

```

tail -f /fgedudb/repmgrd.log

```

### 6. 计划内手动主备切换 switchover

计划内切换，当前主库fgedu-net-cn1，备库fgedu-net-cn2。业务低峰执行switchover。在原主节点执行切换命令：

```

repmgr -f /fgedudb/repmgr.conf standby switchover

```

执行过程：Repmgr首先确认集群所有节点健康状态，阻塞主库写入，等待所有WAL日志同步到备库，完成之后，提升fgedu-net-cn2为新主，原主fgedu-net-cn1自动转为备节点。

切换完成，查看集群状态验证角色变更：

```

repmgr -f /fgedudb/repmgr.conf cluster show

```

登录新主库，验证数据库写入，创建测试表：

```

psql -U fgedu -d postgres

CREATE TABLE test_tbl(id int);

INSERT INTO test_tbl VALUES(1);

SELECT * FROM test_tbl;

\q

```

登录原主（现在备库），查询数据，备库只读，不能写入。

```

psql -U fgedu -d postgres

SELECT * FROM test_tbl;

```

尝试insert写入会报错，符合备库只读特性。风哥 itpux-com

### 7. 模拟主库故障，自动故障转移failover演练

当前集群主节点为fgedu-net-cn2，模拟主节点宕机。在fgedu-net-cn2强制停止数据库进程，模拟主机断电场景：

```

pg_ctl -D /fgedudb/data stop -m immediate

```

观察repmgrd日志，等待故障检测超时，repmgrd识别主节点不可访问，集群启动投票机制，fgedu-net-cn1备节点与见证节点投票超过半数，触发failover，fgedu-net-cn1提升为新主节点。

等待30秒后，在fgedu-net-cn1执行查看集群状态：

```

repmgr -f /fgedudb/repmgr.conf cluster show

```

可以看到fgedu-net-cn1角色变为primary，fgedu-net-cn2标记为failed。

此时fgedu-net-cn2主机数据库已经停止，需要修复故障，重新加入集群。启动fgedu-net-cn2数据库：

```

pg_ctl -D /fgedudb/data start

```

此时原主节点数据库启动后，不能直接加入集群，需要执行rejoin操作，将其转为备节点跟随新主：

```

repmgr -f /fgedudb/repmgr.conf standby rejoin

```

执行完成，再次查看集群状态，fgedu-net-cn2恢复为备节点，集群恢复完整一主一备+见证架构。上51CTO搜索风哥可以学习全套数据库教程

### 8. Repmgr集群常用运维管理命令

查看集群整体状态：

```

repmgr -f /fgedudb/repmgr.conf cluster show

```

查看集群节点事件记录，所有切换、故障事件会记录：

```

repmgr -f /fgedudb/repmgr.conf event list

```

查看节点WAL复制状态：

```

repmgr -f /fgedudb/repmgr.conf node status

```

手动提升备库（紧急手动操作，非计划场景慎用）：

```

repmgr -f /fgedudb/repmgr.conf standby promote

```

备库跟随新主：

```

repmgr -f /fgedudb/repmgr.conf standby follow

```

取消节点注册，从集群移除节点：

```

repmgr -f /fgedudb/repmgr.conf node unregister

```

停止repmgrd进程：

```

pkill repmgrd

```

### 9. HAProxy接入实现读写分离

业务层不能直接感知数据库主节点IP变化，因此搭配HAProxy代理数据库流量，实现读写分离，自动路由写入流量到主节点，查询流量分发到备节点。HAProxy部署在独立代理主机。

HAProxy配置文件haproxy.cfg核心片段：

```

listen pg_write

    bind 0.0.0.0:5432

    mode tcp

    option tcp-check

    server pg_master fgedu-net-cn1:5432 check port 5432

listen pg_read

    bind 0.0.0.0:5433

    mode tcp

    option tcp-check

    server pg_master fgedu-net-cn1:5432 check port 5432

    server pg_slave fgedu-net-cn2:5432 check port 5432 backup

```

HAProxy会检测后端节点连通性，当主节点发生故障转移，HAProxy自动识别节点状态，将写端口流量切换到新主节点。业务程序连接HAProxy 5432端口执行写操作，5433端口执行读查询。

测试代理连通性：

```

psql -h 代理IP -p 5432 -U fgedu -d postgres

psql -h 代理IP -p 5433 -U fgedu -d postgres

```

执行主备切换，再次测试连接，验证写端口自动指向新主节点。风哥教程 113257174

### 10. 集群启停规范操作

集群停止操作顺序：

1. 停止业务应用，停止HAProxy

2. 所有节点停止repmgrd守护进程

3. 先停止备节点数据库，最后停止主节点数据库

```

# 备库执行

pg_ctl -D /fgedudb/data stop

# 主库执行

pg_ctl -D /fgedudb/data stop

```

集群启动顺序：

1. 启动主节点数据库

2. 启动备节点数据库

3. 所有节点启动repmgrd守护进程

4. 启动HAProxy，启动业务应用

启动完成执行cluster show检查集群全部节点状态。

## 风哥针对本文总结

风哥教程本文完整落地Repmgr高可用集群项目，从底层流复制原理、Repmgr组件、选举机制，到操作系统调优、数据库部署、集群初始化、手动切换、故障模拟自动转移、故障节点修复、HAProxy读写分离全部进行实操演练。在生产环境上线这套架构，有多个关键点需要重点把控。

第一，生产环境必须部署见证节点，依靠多数派投票机制，防止网络分区场景发生脑裂，脑裂会出现双主节点，造成数据错乱，是高可用架构最高风险点。第二，repmgrd守护进程是自动故障转移核心，必须配置开机自启，同时增加进程监控告警，一旦repmgrd进程异常退出，集群失去自动故障转移能力，只能人工处理故障。第三，上线前必须完整演练故障场景，模拟主库崩溃、网络中断、服务器重启，验证故障转移耗时、业务中断时长，不能只做计划内switchover演练。第四，WAL日志归档策略需要配套搭建，WAL归档可以用于时间点恢复，即使集群高可用，仍然需要定期全量备份+WAL归档，集群高可用不等于数据备份。第五，监控体系需要覆盖数据库进程、WAL延迟、repmgr集群状态、repmgrd进程状态，一旦WAL延迟持续走高，及时告警处理，避免备库WAL日志被清理，导致备库需要重新全量克隆。

Repmgr架构轻量化，运维成本低，适合中小型业务PostgreSQL高可用落地。运维人员日常要熟悉repmgr全套运维命令，定期查看集群事件日志，掌握故障节点修复rejoin操作。集群变更、版本升级，全部要在业务低峰执行switchover计划切换，保证业务平稳无感知。上51CTO搜索风哥可以学习全套数据库教程