Alta disponibilidad con clúster de bases de datos

Introducción

La alta disponibilidad (HA) se ha convertido en un requisito crítico para aquellas aplicaciones que exigen un tiempo de actividad cercano al 100%. Un clúster de bases de datos es una arquitectura diseñada para asegurar que si uno o varios nodos fallan, la base de datos siga operativa y los usuarios no perciban interrupciones en el servicio.

Fundamentos de la alta disponibilidad

• Tolerancia a fallos: Capacidad de continuar operando ante la caída de uno o varios componentes.
• Sincronización de datos: Réplica en tiempo real o casi real entre nodos, para evitar pérdida de información.
• Conmutación por error (failover): Cambio automático al nodo secundario cuando el primario deja de responder.
• Equilibrio de carga (load balancing): Distribución de peticiones para optimizar recursos y rendimiento.

Componentes de un clúster de bases de datos

1. Nodos: Servidores que hospedan instancias de la base de datos.
2. Servicio de monitorización: Detecta la salud de cada nodo y coordina failover.
3. Red de replicación: Canal seguro y de baja latencia para transferir datos entre nodos.
4. Almacenamiento compartido (opcional): Discos en red o SAN, utilizados en algunos enfoques de clúster.
5. Cliente o proxy: Punto de entrada para las aplicaciones, redirige peticiones al nodo apropiado.

Modelos de clustering

Técnicas de replicación

• Replicación síncrona: Confirma la escritura en todos los nodos antes de devolver éxito al cliente. Garantiza consistencia fuerte, pero incrementa latencia.
• Replicación asíncrona: Retorna confirmación al cliente tras escritura en el primario, replicando posteriormente al secundario. Reduce latencia, pero existe ventana de pérdida de datos.
• Replicación semisíncrona: Híbrido que espera confirmación en uno o más nodos secundarios pero no en todos.

Implementaciones populares

• PostgreSQL Streaming Replication:
  Documentación oficial.
  Ofrece modos síncrono/asíncrono y hot standby.
• MySQL Group Replication:
  Documentación oficial.
  Implementa un clúster multi-maestro con quorum.
• Oracle Data Guard:
  Documentación oficial.
  Solución empresarial con conmutación manual/automática y comprobaciones de salud avanzadas.
• Microsoft SQL Server Always On Availability Groups:
  Documentación oficial.
• AWS RDS Multi-AZ:
  Información oficial.
  Proporciona réplica síncrona en una zona de disponibilidad distinta.

Consideraciones de diseño

• Latencia de red: La replicación síncrona requiere conexiones de baja latencia entre nodos.
• Consistencia vs. rendimiento: Evaluar el trade-off entre pérdida de datos y velocidad de respuesta.
• Monitorización y alertas: Implementar herramientas como Prometheus o Zabbix para supervisar latencia, tiempos de conmutación y lag de replicación.
• Pruebas de failover: Realizar conmutaciones periódicas y simulacros de desastre para validar procedimientos.
• Seguridad: Asegurar cifrado en tránsito (TLS) y autenticación mutua entre nodos.

Buenas prácticas operativas

• Backups integrales y logs: Complementar la replicación con copias de seguridad fuera de línea.
• Política de retención de datos: Definir cuánto tiempo se conservan logs y snapshots.
• Documentación y runbooks: Procedimientos claros para failover manual y recuperación.
• Actualizaciones controladas: Actualizar nodos uno a uno, sincronizando versiones antes de la conmutación.

Conclusión

La implementación de un clúster de bases de datos para alta disponibilidad es un componente esencial en entornos de misión crítica. Si bien existen múltiples modelos y tecnologías, la clave está en definir los objetivos de tiempo de recuperación (RTO) y punto de recuperación (RPO), así como en diseñar una arquitectura que equilibre consistencia, rendimiento y coste operativo. Una estrategia bien planificada y mantenida garantiza continuidad del servicio y minimiza el impacto de fallos.