Replikation

Auf dieser Seite wird beschrieben, wie Daten in Spanner repliziert werden. Die verschiedenen Cloud Spanner-Replikattypen und ihre Rollen bei Lese- und Schreibvorgängen. und die Vorteile der Replikation.

Übersicht

Spanner repliziert automatisch auf Byteebene. Wie im Artikel Lebensdauer von Lese- und Schreibvorgängen in Cloud Spanner beschrieben, nutzt Cloud Spanner diese Funktion des zugrunde liegenden Dateisystems. Spanner schreibt Datenbankmutationen in Dateien in diesem Dateisystem, Das Dateisystem übernimmt die Replizierung und Wiederherstellung der Dateien, Maschine oder Laufwerk ausfällt.

Obwohl das zugrunde liegende verteilte Dateisystem, auf dem Spanner basiert, bereits Replikation auf Byte-Ebene bietet, repliziert auch Spanner Daten, um Ihnen die zusätzlichen Vorteile von Datenverfügbarkeit und geografischer Präsenz zu bieten. Grundsätzlich sind alle Daten in Spanner in Zeilen gegliedert sind. Spanner erstellt mehrere Kopien, sogenannte Replikate, dieser Zeilen und speichert sie dann an verschiedenen geografischen Orten. Spanner verwendet ein synchrones, Paxos-basiertes Replikationsschema, bei dem abstimmende Replikate vor jeder Schreibanfrage eine Abstimmung vornehmen, bevor der Schreibvorgang festgeschrieben wird. Diese Eigenschaft global synchroner Mit der Replikation können Sie die aktuellsten Daten aus einer beliebigen Spanner-Replikat mit Lese-/Schreibzugriff oder schreibgeschütztes Replikat.

Spanner erstellt Replikate jedes Datenbank-Splits. Ein Split enthält einen Bereich von zusammenhängenden Zeilen, wobei die Zeilen nach Primärschlüssel geordnet sind. Alle Daten eines Splits werden im Replikat zusammen gespeichert und Spanner stellt jedes Replikat aus einer unabhängigen Ausfallzone heraus bereit. Weitere Informationen finden Sie in der Schemaübersicht.

Ein Satz von Splits wird mithilfe von Paxos gespeichert und repliziert. In jedem Paxos-Replikatset wird eines der Replikate dazu bestimmt, als Leader zu fungieren. Leader-Replikate sind für das Verarbeiten von Schreibvorgängen verantwortlich. Eine Leseanfrage kann dagegen von jedem nicht schreibgeschützten und jedem schreibgeschützten Replikat verarbeitet werden, ohne dass es mit dem Leader kommunizieren muss. Wenn eine starke Leseanfrage gestellt wird, wird in der Regel der Leader konsultiert, um sicherzustellen, dass das schreibgeschützte Replikat alle letzten Mutationen erhalten hat. Um die Änderungsrate und die Datenmenge zu überwachen das von Ihrem Leader-Replikat in das regionenübergreifende Replikat repliziert wird Informationen zu Replikaten in der Instanzkonfiguration finden Sie unter Datenreplikation überwachen.

Vorteile der Spanner-Replikation

Zu den Vorteilen der Spanner-Replikation gehören:

  • Datenverfügbarkeit: Wenn Sie mehrere Kopien Ihrer Daten haben, sind diese für Clients, die die Daten auslesen möchten, besser verfügbar. Außerdem kann Spanner selbst dann Schreibvorgänge verarbeiten, wenn einige der Replikate nicht verfügbar sind. Es reicht nämlich aus, wenn eine Mehrheit der abstimmenden Replikate verfügbar ist, damit ein Schreibvorgang festgeschrieben werden kann.

  • Geografischer Standort: Nutzer können Daten zwischen verschiedenen Regionen und Kontinenten mit Spanner bedeuten, dass Daten geografisch näher an den Nutzern und Diensten die sie benötigen.

  • Einheitliche Datenbankerfahrung: Aufgrund der synchronen Replikation und der weltweit hohen Konsistenz bietet Spanner eine einheitliche Datenbankerfahrung.

  • Erleichterte Anwendungsentwicklung: Da Spanner ACID-konform ist und weltweite starke Konsistenz bietet, müssen Entwickler, die mit Spanner arbeiten, ihren Anwendungen keine zusätzliche Logik für den Umgang mit der eventualen Konsistenz hinzufügen. Dies beschleunigt und erleichtert die Anwendungsentwicklung und nachfolgende Wartung.

Replikattypen

Spanner bietet drei Replikattypen: Nicht schreibgeschützte Replikate, schreibgeschützte Replikate und Zeugenreplikate. Regionen und Replikation Topologien, die Basisinstanzkonfigurationen bilden wurden behoben:

Sie können benutzerdefinierte Instanzkonfigurationen erstellen und zusätzliche schreibgeschützte Replikate für regionale und multiregionale Instanzkonfigurationen hinzufügen.

In der folgenden Tabelle sind die Typen der Spanner-Replikate und ihre Eigenschaften:

Replikattyp Kann abstimmen Kann Leader werden Kann Lesevorgänge verarbeiten Replik kann manuell konfiguriert werden
Nicht schreibgeschützt Ja Ja Ja no
Schreibgeschützt Nein Nein Ja ja*
Zeugen Ja Nein Nein no

* Weitere Informationen finden Sie unter Instanz mit einer benutzerdefinierten Instanzkonfiguration.

Replikate mit Lese-/Schreibzugriff

Nicht schreibgeschützte Replikate unterstützen sowohl Lese-, als auch Schreibvorgänge. Diese Replikate besitzen folgende Eigenschaften:

  • Sie bewahren eine vollständige Kopie Ihrer Daten auf.
  • Sie verarbeiten Lesevorgänge.
  • Sie können abstimmen, ob ein Schreibvorgang festgeschrieben werden soll.
  • Sie wirken beim Bestimmen des Leaders mit.
  • Sie können als Leader fungieren.
  • Sie sind der einzige Replikatyp, der in regionalen Instanzen verwendet wird.

Schreibgeschützte Replikate

Schreibgeschützte Replikate unterstützen Lesevorgänge, aber keine Schreibvorgänge. Sie stimmen weder bei der Wahl des Leaders ab, noch darüber, ob Schreibvorgänge festgeschrieben werden sollen. Mithilfe schreibgeschützter Replikate können Sie somit Ihre Lesekapazität skalieren, ohne dass sich die Größe des Quorums erhöht, das für Schreibvorgänge erforderlich ist. Schreibgeschützte Replikate zeichnen sich durch Folgendes aus:

  • Sie bewahren eine vollständige Kopie Ihrer Daten auf, die vom Leader repliziert wird nicht schreibgeschütztes Replikat.
  • Nehmen Sie nicht an der Abstimmung teil, um Schreibvorgänge zu festigen. Daher besitzt der Speicherort der schreibgeschützten Replikate keinen Einfluss auf die Schreiblatenz.
  • Sie können nicht als Leader fungieren.
  • Sie verarbeiten Lesevorgänge.

  • Wenn es sich um das nächste Replikat Ihrer Anwendung handelt, kann das schreibgeschützte Replikat stellen in der Regel veraltete Lesevorgänge bereit, ohne dass ein Umlauf zur führenden Region erforderlich ist. vorausgesetzt, die Veralterung beträgt mindestens 15 Sekunden. Sie können auch Verwenden Sie gerichtete Lesevorgänge, um schreibgeschützte Transaktionen und einzelne Lesevorgänge an eine einen bestimmten Replikattyp oder eine Region in einer multiregionalen Instanzkonfiguration. Weitere Informationen finden Sie unter Direkte Lesevorgänge.

    Starke Lesevorgänge erfordern möglicherweise einen Umlauf zum Leader-Replikat. Der Rückweg dient nur zum Verhandeln des Zeitstempels, nicht zum Senden der tatsächlichen Daten vom Leiter. Die Zeitstempelaushandlung ist ein CPU-effizienter Vorgang und in der Regel sind die Daten bereits unterwegs. Diese Kommunikation wird vom System automatisch verarbeitet.

    Weitere Informationen zu veralteten und starken Lesevorgängen finden Sie im Abschnitt In-Lesevorgänge.

Optionale schreibgeschützte Replikate

Sie können eine benutzerdefinierte regionale oder multiregionale Instanzkonfiguration erstellen. und optionale schreibgeschützte Replikate hinzufügen, um Lesevorgänge zu skalieren und veraltete Daten mit niedriger Latenz zu unterstützen gelesen wird. Sie können Standorte, die unter Optionale Region aufgeführt sind, als optionales schreibgeschütztes Replikat hinzufügen. Wenn Sie den ausgewählten schreibgeschützten Modus nicht sehen, Replikatstandort haben, können Sie eine neue optionale, schreibgeschützte Replikatregion anfordern.

Für alle optionalen schreibgeschützten Replikate fallen Kosten für Rechenkapazität, Speicher und Replikation an. Außerdem ändern sich durch das Hinzufügen von schreibgeschützten Replikaten zu einer benutzerdefinierten Instanzkonfiguration die Spanner-SLAs der Instanzkonfiguration nicht. Wenn Sie ein schreibgeschütztes Replikat zu einem der sich auf einem anderen Kontinent als die führende Region befindet, empfehlen wir, mindestens zwei schreibgeschützte Replikate hinzufügen. Dies sorgt für eine niedrige Leselatenz falls eines der schreibgeschützten Replikate ausfällt.

Es hat sich bewährt, Leistungsarbeitslasten zuerst in Nicht-Produktionsinstanzen in der benutzerdefinierten Instanzkonfiguration zu testen. Weitere Informationen finden Sie in den Dashboard für Benchmarks für interregionale Latenz und Durchsatz für den Medianwert der interregionalen Latenzdaten. Wenn Sie beispielsweise eine benutzerdefinierte Instanzkonfiguration mit der multiregionalen Basiskonfiguration eur6 und einem optionales schreibgeschütztes Replikat in us-east1, die erwartete hohe Leselatenz für eine in us-east1 bei etwa 100 Millisekunden liegt, weil die Umlaufzeit für den führende Region in europe-west4. Veraltete Lesevorgänge mit ausreichender Veralterung und sind daher viel schneller. Sie können auch die Informationen und Transaktionsstatistiken Transaktionen identifizieren, die zu hohen Latenzen führen

Eine Anleitung zum Hinzufügen optionaler schreibgeschützter Replikate finden Sie unter Benutzerdefinierte Instanzkonfiguration erstellen

Zeugenreplikaten

Zeugenreplikate unterstützen keine Lesevorgänge, stimmen jedoch darüber ab, ob Schreibvorgänge festgeschrieben werden. Sie erleichtern das Erreichen von Schreibquoren, ohne dass die Speicher- und Rechenressourcen benötigt werden, die nicht schreibgeschützte Replikate erfordern, um eine vollständige Kopie der Daten zu speichern und Lesevorgänge auszuführen. Zeugenreplikate zeichnen sich durch Folgendes aus:

  • Sie werden in Dual- und Multiregionen-Instanzen verwendet.
  • Sie bewahren keine vollständige Kopie der Daten auf.
  • Sie verarbeiten keine Lesevorgänge.
  • Sie stimmen darüber ab, ob Schreibvorgänge festgeschrieben werden sollen.
  • Sie nehmen an der Wahl des Leaders teil, sind aber nicht berechtigt, ein Leader zu werden Replikat erstellen.

Die Rolle von Replikaten bei Schreib- und Lesevorgängen

In diesem Abschnitt wird die Rolle von Replikaten bei Spanner-Schreib- und -Schreibvorgängen beschrieben. lesen, was hilfreich ist, um zu verstehen, warum Spanner Zeugenreplikate in Dual-Region- und Multi-Regionen-Konfigurationen.

Bei Schreibvorgängen

Client-Schreibanforderungen werden immer zuerst am Leader-Replikat verarbeitet, selbst wenn sich ein Replikat, das nicht als Leader fungiert, näher am Client befindet oder das Leader-Replikat vom Client geografisch weit entfernt ist. Wenn Sie eine Instanzkonfiguration mit zwei oder mehreren Regionen verwenden und sich Ihre Clientanwendung in einer anderen Region als der führenden Region befindet, verwendet Spanner das Leader-fähige Routing, um Lese-Schreib-Transaktionen dynamisch zu leiten und so die Latenz in Ihrer Datenbank zu reduzieren. Weitere Informationen finden Sie unter Leader-aware-Routing.

Das Leader-Replikat protokolliert den eingehenden Schreibvorgang und leitet ihn parallel an die Replikate weiter, die über diesen Schreibvorgang abstimmen dürfen. Jedes stimmberechtigte Replikat schließt seinen Schreibvorgang ab und teilt dem Leader dann mit, ob der Schreibvorgang festgeschrieben werden soll. Der Schreibvorgang wird übernommen, wenn die Mehrheit der Stimmen Replikate (oder das Schreibquorum) zustimmen, den Schreibvorgang festzuschreiben. Im Hintergrund protokollieren alle verbleibenden Replikate außer den Zeugenreplikaten den Schreibvorgang. Wenn ein nicht schreibgeschütztes oder ein schreibgeschütztes Replikat beim Protokollieren von Schreibvorgängen in Rückstand gerät, kann es die fehlenden Daten von einem anderen Replikat anfordern, damit es eine vollständige, aktuelle Kopie der Daten besitzt.

Bei Lesevorgängen

Für Client-Leseanforderungen wird möglicherweise das Leader-Replikat verwendet bzw. erfordert eine Kommunikation mit diesem. Dies hängt vom Gleichzeitigkeitsmodus der Leseanforderung ab.

  • Lesevorgänge, die Teil einer Lese-Schreib-Transaktion sind, werden vom Leader-Replikat verarbeitet, da das Leader-Replikat die zum Erzwingen der Serialisierbarkeit erforderlichen Sperren beibehält.

  • Einzelne Leseaufrufe (ein Lesevorgang außerhalb des Kontexts einer Transaktion) und Lesevorgänge in schreibgeschützten Transaktionen erfordern möglicherweise eine Kommunikation mit dem Leader. Dies hängt vom Gleichzeitigkeitsmodus des Lesevorgangs ab. Weitere Informationen zu Gleichzeitigkeitsmodi finden Sie unter Lesetypen.

    • Starke Leseanforderungen können an jedes nicht schreibgeschützte oder schreibgeschützte Replikat gesendet werden. Wenn die Anforderung an ein Replikat gesendet wird, das nicht als Leader fungiert, muss dieses mit dem Leader kommunizieren, um den Lesevorgang ausführen zu können.

    • Veraltete Leseanfragen werden an den nächstgelegenen verfügbaren schreibgeschützten oder nicht schreibgeschützten Modus gesendet das dem Zeitstempel der Anfrage entspricht. Dies kann das Leader-Replikat sein, wenn sich kein anderes Replikat näher an dem Client befindet, der die Leseanfrage ausgegeben hat.

Datenreplikation überwachen

Sie können die Änderungsrate und die Menge der Daten überwachen, die von Ihrem Hauptreplikat an die regionsübergreifenden Replikate in Ihrer Instanzkonfiguration repliziert werden. Die Änderungsrate wird in Byte pro Sekunde und die Datenmenge angegeben. ist in Byte. Verwenden Sie dazu die Methode regionenübergreifende replizierte Byte. (instance/cross_region_replicated_bytes_count) Monitoring-Messwert.

So rufen Sie diesen Messwert in der Google Cloud Console auf:

  1. Wechseln Sie in der Google Cloud Console zu Monitoring:

    Zu Monitoring

  2. Wählen Sie im Navigationsmenü Metrics Explorer aus.

  3. Klicken Sie im Feld Messwert auf das Drop-down-Menü Messwert auswählen.

  4. Wählen Sie im Feld Nach Ressourcen- oder Messwertnamen filtern die Option Cloud Spanner-Instanz > Instanz > Zwischen Regionen replizierte Bytes aus und klicken Sie dann auf Übernehmen.

    Dieser Messwert ist nur unter Aktive Messwerte verfügbar, wenn Regionsreplikationsaktivität in Ihrer Instanz. Andernfalls erscheint sie unter Inaktive Messwerte: Standardmäßig wird auf der Benutzeroberfläche nur „Aktiv“ Messwerte. Entfernen Sie das Häkchen bei Aktiv, um sowohl aktive als auch inaktive Messwerte zu sehen.

    Das Diagramm zeigt die Änderungsrate (in Byte pro Sekunde) der replizierten Daten in allen Spanner-Instanzen im angegebenen Zeitraum.

  5. Optional: Wenn anstelle der Änderungsrate die replizierte Datenmenge (in Byte) angezeigt werden soll, gehen Sie so vor:

    1. Klicken Sie im Feld Aggregation auf das Drop-down-Menü Summe und wählen Sie Ausrichtung konfigurieren aus.
    2. Klicken Sie im Feld Ausrichtungsfunktion auf das Drop-down-Menü Rate und wählen Sie Delta aus.

    3. Wählen Sie als Tabellentyp Tabelle oder Beide anstelle von „Diagramm“ aus.

      In der Tabelle sehen Sie die Datenmenge (in Byte), die im angegebenen Zeitraum repliziert wurde.

  6. Optional: So rufen Sie die Nutzung für eine bestimmte Instanz oder ein bestimmtes Attribut auf:

    1. Verwenden Sie das Feld Filter, um Filter wie eine Instanz-ID, eine Datenbank-ID, eine Quellregion, eine Zielregion oder ein Tag hinzuzufügen.
    2. Klicken Sie auf Filter hinzufügen, um mehrere Filter hinzuzufügen.

Eine vollständige Liste der Google Cloud-Messwerte finden Sie unter Google Cloud-Messwerte.

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