Veja quando usar log write-ahead e replicação lógica em sistemas de banco de dados

Quando se trata de replicação de banco de dados, dois métodos amplamente utilizados são Write Ahead Log (WAL) e replicação lógica. Essas técnicas são essenciais para manter a disponibilidade dos dados, facilitar a recuperação de desastres e ampliar os sistemas de banco de dados. Ambos requerem estratégias diferentes para compreender as suas vantagens e limitações devido às diferenças em estruturas, capacidades e aplicações práticas.

Registro de gravação antecipada (WAL)

O método conhecido como Write-Ahead Log (WAL) é comumente usado em sistemas de banco de dados como PostgreSQL. Envolve aproveitar o fluxo de modificações armazenadas nos arquivos WAL para duplicar dados de um banco de dados para uma ou mais réplicas secundárias. É assim que tudo se decompõe.

No WAL, o banco de dados principal garante durabilidade registrando todas as alterações em seus arquivos Write-Ahead Logging (WAL) antes de finalizá-las nos arquivos de dados. As réplicas secundárias então buscam esses arquivos WAL do servidor e os aplicam sequencialmente aos seus próprios arquivos de dados. Esta técnica de replicação requer comunicação assíncrona entre os servidores secundários para manter a consistência e a confiabilidade dos dados em todo o sistema.

O WAL mantém a integridade e a consistência dos dados copiando as alterações do log de transações do banco de dados. Este processo garante que os dados replicados permaneçam sincronizados com os dados, garantindo a integridade por completo. Além disso, o WAL oferece suporte à recuperação pontual, permitindo que servidores em espera reproduzam arquivos WAL por um período específico, permitindo a recuperação em caso de falhas ou corrupção de dados. No caso de um failover em que o servidor primário esteja indisponível, o WAL permite uma transição promovendo um servidor em espera para se tornar o novo primário usando arquivos WAL atualizados para operações contínuas.

O WAL mantém a integridade e a consistência dos dados replicando as alterações do log de transações do banco de dados primário, preservando a integridade dos dados durante a replicação. Este método também afeta o desempenho do banco de dados, pois as alterações são registradas primeiro nos arquivos WAL antes de serem aplicadas aos arquivos de dados. Essa abordagem permite que o banco de dados primário opere com eficiência e subscreva cargas. Além disso, o WAL é adequado para cenários de recuperação de desastres, pois os servidores em espera são constantemente atualizados com as alterações do banco de dados, garantindo que estejam atualizados e preparados para assumir o controle em caso de falha do servidor. Garantir um plano de backup confiável para o sistema de banco de dados garante medidas de recuperação de desastres.

Ao usar o WAL, para que a replicação seja eficaz, é essencial estar ciente de algumas desvantagens. Às vezes, o atraso na replicação pode ocorrer quando as réplicas em espera ficam para trás em relação ao servidor devido a atrasos na rede ou altos níveis de atividade. Esse atraso pode resultar em discrepâncias entre os dados nos servidores em espera, impactando a consistência dos dados. Além disso, podem ser necessárias etapas manuais para designar um servidor como o novo primário em algumas situações. Este processo manual pode causar atrasos. Requer envolvimento, prolongando potencialmente o tempo necessário para restaurar as operações.

Replicação Lógica

Por outro lado, a replicação lógica é uma técnica usada em sistemas de banco de dados como PostgreSQL, MySQL e MongoDB. Ele opera no nível de replicação de instruções SQL ou modificações de dados. Ao contrário do WAL, que replica alterações em nível de byte, a replicação lógica fornece uma abordagem para sincronizar dados. Este método apresenta diversas vantagens e desafios devido ao seu design e funcionalidade.

Na replicação, o banco de dados primário envia conjuntos de alterações (que podem incluir instruções SQL ou modificações de linha) para servidores de réplica. Esses conjuntos de alterações normalmente são transferidos por meio de uma conexão de replicação entre os servidores de réplica. Ao receber esses conjuntos de alterações, os servidores de réplica os implementam em seus conjuntos de dados executando instruções SQL ou aplicando modificações. Este método permite que os servidores de backup permaneçam atualizados com o banco de dados, espelhando as alterações em seus conjuntos de dados. A replicação lógica normalmente funciona em um modelo em que os editores distribuem alterações aos assinantes, permitindo configurações de replicação e opções de escalabilidade.

A replicação lógica oferece benefícios em comparação com métodos como o WAL. Em primeiro lugar, oferece a vantagem da replicação, permitindo a replicação de tabelas ou bases de dados em vez de todas as alterações, o que aumenta a flexibilidade e a eficiência. Em segundo lugar, permite a replicação, facilitando a sincronização entre tipos de bases de dados, especialmente útil em ambientes com sistemas diversos. Além disso, a replicação lógica concede controle sobre o comportamento da replicação, incluindo resolução de conflitos e transformação de dados, levando a um gerenciamento preciso da sincronização de dados. Dependendo da configuração, a replicação lógica pode funcionar de forma assíncrona ou síncrona, fornecendo opções para priorizar o desempenho ou a consistência dos dados com base nos requisitos. Esses recursos estabelecem a replicação como uma ferramenta robusta para manter dados sincronizados em sistemas distribuídos.

A replicação lógica apresenta um nível de adaptabilidade para os administradores, permitindo-lhes selecionar quais dados replicar para fins de sincronização direcionados. Este recurso agiliza o processo replicando tabelas ou bancos de dados e reduzindo a carga de trabalho desnecessária. Além disso, seu suporte à replicação promove a sincronização entre tipos de bancos de dados — facilitando a migração e integração contínua de dados em diversos sistemas dentro de uma organização. Além disso, através da transformação de dados durante o processo de replicação, a replicação lógica permite ajustes de formato ou limpeza de dados quando necessário. Esta função garante que as informações permaneçam uniformes e compatíveis entre os sistemas, melhorando a qualidade e a usabilidade dos dados.

Embora a replicação lógica ofereça benefícios, ela também traz seu conjunto de desafios. Para começar, geralmente requer recursos em comparação com métodos, como WAL. O processo de análise e execução de comandos SQL pode prejudicar o desempenho do sistema. Além disso, existe a possibilidade de inconsistências de dados se o processo de replicação ficar atrasado devido a cargas de transações ou atrasos na rede, o que pode levar a discrepâncias entre os bancos de dados primários e de backup. Configurar e gerenciar configurações de replicação pode ser mais complicado do que usar métodos como WAL. Essa complexidade exige planejamento e monitoramento para garantir o funcionamento do sistema de replicação.

Comparando WAL e replicação lógica

O WAL é frequentemente preferido devido aos seus custos, pois copia as alterações no nível do byte, o que é mais eficiente. Por outro lado, a replicação lógica pode gerar despesas, especialmente ao lidar com grandes volumes de dados ou comandos SQL complexos. Esse aumento de custo pode ser atribuído à necessidade de análise e processamento de comandos SQL, que podem consumir recursos nos casos em que ocorrem modificações significativas nos dados ou são utilizadas consultas complexas.

A consistência dos dados

O WAL garante a consistência dos dados replicando as alterações do log de transações, garantindo que a réplica permaneça sincronizada com o banco de dados primário. Em contraste, a replicação lógica pode apresentar consistência, principalmente se houver um atraso na replicação das alterações do banco de dados. Isto pode resultar num intervalo de tempo entre o momento em que as alterações são feitas no primário e o momento em que são refletidas na réplica, podendo causar discrepâncias entre os dois bancos de dados. No entanto, assim que a replicação for alcançada, a consistência dos dados será restabelecida.

Flexibilidade

A replicação lógica é conhecida por sua adaptabilidade e flexibilidade na escolha de quais dados replicar e no suporte a tipos de ambiente. Através da replicação, os administradores podem selecionar tabelas ou bancos de dados para replicação, personalizando a sincronização com base em seus requisitos. Além disso, permite a replicação entre tipos de bancos de dados, simplificando o processo de migração de dados e integração de sistemas entre plataformas. Por outro lado, o WAL segue uma abordagem de replicação de dados. Ele replica todas as alterações em nível de byte sem a capacidade de replicar seletivamente elementos de dados. Além disso, é necessário usar o mecanismo de banco de dados em ambos os servidores em espera, o que limita sua eficácia em ambientes com tecnologias de banco de dados mistas.

Extensão de replicação ativo-ativo para AWS RDS PostgreSQL

A extensão de replicação PGActive Active Active para PostgreSQL no Amazon RDS permite que várias instâncias do RDS processem operações de leitura e gravação simultaneamente, garantindo a consistência dos dados por meio de técnicas de replicação e resolução de conflitos. Essa extensão permite que os administradores repliquem seletivamente dados e suportem ambientes, juntamente com recursos automatizados de failover e balanceamento de carga para disponibilidade e escalabilidade de bancos de dados PostgreSQL no Amazon RDS.

Conclusão

O Write Ahead Log (WAL) e a replicação lógica desempenham funções na obtenção de disponibilidade, recuperação de desastres e escalabilidade em sistemas de banco de dados. O WAL é ideal para cenários que priorizam a consistência dos dados com impacto no desempenho, como configurações de recuperação de desastres. Por outro lado, a replicação lógica proporciona flexibilidade e controle sobre o comportamento de replicação, tornando-a adequada para ambientes complexos com necessidades diversas.

Arquitetos e administradores devem compreender as diferenças para projetar configurações de replicação de banco de dados resilientes. A combinação do Write Ahead Log (WAL) com replicação, em um modelo de consistência híbrida, é recomendada para sistemas altamente resilientes que exigem tolerância a falhas.

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