PostgreSQLのパフォーマンスと可用性を向上させる：水平スケーリングガイド

水平スケーリングの利点

• パフォーマンスの向上: ワークロードを複数のサーバーに分散させることで、個々のサーバーにかかる負荷を軽減し、全体的なパフォーマンスを向上させることができます。
• 可用性の向上: 1 台のサーバーが故障しても、他のサーバーが処理を引き継ぐため、データベースの可用性を向上させることができます。
• スケーラビリティ: データベースのニーズに合わせて、サーバーを簡単に追加または削除できるため、将来の成長に対応しやすくなります。
• コスト効率: 必要なリソースのみをプロビジョニングすることで、ハードウェアコストを節約できます。

PostgreSQL を水平方向にスケーリングするには、いくつかの方法があります。

• レプリケーション: 最も一般的な方法は、マスターサーバーと 1 つ以上のスレーブサーバーを使用してレプリケーションを設定することです。マスターサーバーは読み取りと書き込みの両方の操作を処理し、スレーブサーバーはマスターからデータを複製して読み取り操作のみを処理します。
• シャードニング: データを複数のシャードに分割し、各シャードを個別のサーバーに格納する方法です。シャードニングは、大量のデータを処理する必要がある場合に適しています。
• ストレージアグリゲーション: データを複数のストレージノードに分散させることで、I/O パフォーマンスを向上させる方法です。ストレージアグリゲーションは、読み取り操作が多いワークロードに適しています。

使用するツールの選択

• Patroni: 高可用性クラスタを管理するためのオープンソースツールです。
• Citus: PostgreSQL をシャード化するためのオープンソースツールです。
• ScaleIO: ストレージアグリゲーションを可能にする商用ツールです。

考慮事項

• データアーキテクチャ: データアーキテクチャは、使用するスケーリング方法に影響を与える可能性があります。
• スキルセット: スケーリングソリューションを実装および管理するには、特定のスキルセットが必要となります。
• コスト: スケーリングソリューションには、ライセンス費用やハードウェアコストなど、追加のコストがかかる場合があります。

PostgreSQL を水平方向にスケーリングすることは、ワークロードの増加に対応し、データベースのパフォーマンスと可用性を向上させるための効果的な方法です。ただし、開始する前に、さまざまなスケーリング方法、使用できるツール、および考慮事項を検討することが重要です。

# Create a replication user
CREATE USER repuser WITH PASSWORD 'mypassword';

# Grant replication rights to the user
GRANT REPLICATION ON DATABASE mydatabase TO repuser;

# Create a standby server
docker run -d --name standby -e POSTGRES_USER=postgres \
-e POSTGRES_PASSWORD=mypassword \
-e POSTGRES_INITDB_ARGS='-w' \
-v /var/lib/postgresql/data:/var/lib/postgresql/data \
postgres

# Configure replication on the master server
docker exec -it master psql -U postgres -d mydatabase -c "recovery_mode = 'standby';"
docker exec -it master psql -U postgres -d mydatabase -c "primary_fetch_max_bytes = '1024MB';"
docker exec -it master psql -U postgres -d mydatabase -c "wal_level = 'hot_standby';"
docker exec -it master psql -U postgres -d mydatabase -c "listen = '*:*';"
docker exec -it master psql -U postgres -d mydatabase -c "replication_user = 'repuser';"
docker exec -it master psql -U postgres -d mydatabase -c "replication_password = 'mypassword';"

# Configure replication on the standby server
docker exec -it standby psql -U postgres -d mydatabase -c "restore_command = 'cp /var/lib/postgresql/backups/latest.tar /var/lib/postgresql/data/postgres.tar; tar xf /var/lib/postgresql/data/postgres.tar;'"
docker exec -it standby psql -U postgres -d mydatabase -c "recovery_mode = 'recovery';"
docker exec -it standby psql -U postgres -d mydatabase -c "primary_fetch_max_bytes = '1024MB';"
docker exec -it standby psql -U postgres -d mydatabase -c "wal_level = 'hot_standby';"
docker exec -it standby psql -U postgres -d mydatabase -c "user replication; password mypassword;"
docker exec -it standby psql -U postgres -d mydatabase -c "host master; port 5432;"
docker exec -it standby psql -U postgres -d mydatabase -c "dbname mydatabase;"
docker exec -it standby psql -U postgres -d mydatabase -c "slave_fetch_delay = '100ms';"

# Promote the standby server to master
docker exec -it standby psql -U postgres -d mydatabase -c "SELECT pg_promote_replica('master');"

This code will create a standby server that is a replica of the master server. The standby server can be used to read data from the database, and it can be promoted to master if the master server fails.

This is just a simple example, and there are many other factors to consider when horizontally scaling PostgreSQL. For more information, please refer to the PostgreSQL documentation.

利点:

• 大規模なデータベースを効率的にスケーリングできます。
• 個々のシャードを個別にスケーリングすることで、ワークロードのニーズに合わせてパフォーマンスを最適化できます。
• データの可用性を向上させるために、シャードを複数のリージョンに分散できます。

• アプリケーションロジックが複雑になる可能性があります。
• シャード間でジョインを実行するには、特別なテクニックが必要となります。
• データの一貫性を保つのが難しくなる可能性があります。

• I/O パフォーマンスを大幅に向上させることができます。
• ストレージコストを節約できます。

• 複雑なストレージインフラストラクチャが必要となります。

使用するスケーリング方法は、ワークロードと要件によって異なります。

• 大規模なデータベースを処理する必要がある場合は、シャードニングが適している可能性があります。
• I/O パフォーマンスを向上させる必要がある場合は、ストレージアグリゲーションが適している可能性があります。
• 読み取り操作が多いワークロードの場合は、レプリケーションとストレージアグリゲーションを組み合わせることができます。