Transaktionssichtbarkeit in PostgreSQL-Clustern: Herausforderungen und Lösungen

MÜNCHEN (IT BOLTWISE) – Die Sichtbarkeit von Transaktionen in PostgreSQL-Clustern mit Lese-Replikaten ist ein komplexes Thema, das sowohl in der Community als auch bei Anbietern wie Amazon RDS für Diskussionen sorgt.

Die Sichtbarkeit von Transaktionen in PostgreSQL-Clustern mit Lese-Replikaten stellt eine Herausforderung dar, die sowohl in der Community als auch bei Anbietern wie Amazon RDS für Diskussionen sorgt. Ein kürzlich veröffentlichter Bericht von Jepsen beleuchtet das Verhalten der Transaktionssichtbarkeit in Amazon RDS für PostgreSQL Multi-AZ-Cluster. Diese Problematik betrifft nicht nur Amazon RDS, sondern auch die Community-Version von PostgreSQL und ist seit mindestens 2013 bekannt.

Das Hauptproblem besteht darin, dass die Reihenfolge, in der Transaktionen sichtbar werden, zwischen dem primären Knoten und den Replikaten in Cluster-Konfigurationen variieren kann. Diese Abweichung führt nicht zu Datenverlust oder -korruption, ist jedoch ein Verstoß gegen die Snapshot-Isolation. Ein Beispiel für dieses Verhalten ist die sogenannte Long Fork-Anomalie, bei der zwei Leser die Auswirkungen von Transaktionen in unterschiedlicher Reihenfolge beobachten können.

Die Ursache für dieses Verhalten liegt darin, dass die Sichtbarkeitsreihenfolge von Transaktionen nicht immer mit der Reihenfolge ihrer dauerhaften Speicherung übereinstimmt. Wenn PostgreSQL einen Snapshot erfasst, wird die Liste der zu diesem Zeitpunkt ausstehenden Transaktionen aufgezeichnet, die im ProcArray verfolgt werden. Die Auswirkungen dieser ausstehenden Transaktionen sind dauerhaft vom Snapshot ausgeschlossen, selbst nachdem diese Transaktionen abgeschlossen sind.

Ein hypothetisches Beispiel verdeutlicht die Auswirkungen: Angenommen, Alice und Bob beobachten die Popularität eines Beitrags auf Hacker News. Alice sieht den Beitrag auf Platz 1, während Bob ihn nur auf Platz 2 sieht. Diese Diskrepanz entsteht, weil Alice vom primären Knoten liest, während Bob von einem Replikat liest, was zu unterschiedlichen Sichtbarkeitsreihenfolgen führt.

Obwohl diese Abweichung selten die Anwendungsgenauigkeit beeinträchtigt, ist ihre Behebung entscheidend für die Bereitstellung fortschrittlicher Unternehmensfunktionen in PostgreSQL-Clustern. Eine vorgeschlagene Lösung besteht darin, die Sichtbarkeitsreihenfolge mit der Commit-Reihenfolge abzugleichen, indem Commit-Sequenznummern (CSNs) verwendet werden. Diese Lösung ist komplex und erfordert mehrere Patches.

Amazon Web Services (AWS) hat sich verpflichtet, zur Verbesserung von PostgreSQL beizutragen. Das Unternehmen hat ein Team von PostgreSQL-Beitragenden gebildet, das sich aktiv an den Entwicklungsbemühungen der Community beteiligt. AWS setzt auf strenge Systemkorrektheitspraktiken, einschließlich formaler Methoden zur Verifikation, um die langfristige Lösung dieser Anomalie zu unterstützen.

Während an einer langfristigen Lösung gearbeitet wird, sollten Anwendungen ihre Annahmen über die Transaktionsreihenfolge überdenken und gegebenenfalls explizite Synchronisationsmechanismen verwenden. AWS bleibt der Transparenz verpflichtet und wird weiterhin mit der PostgreSQL-Community zusammenarbeiten, um den Stand der Technik in der Datenbanktechnologie voranzutreiben.

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