Škálování e-commerce platformy pomocí logické replikace v PostgreSQL

Tento repozitář obsahuje praktickou implementaci k diplomové práci na Univerzitě Hradec Králové (UHK), Fakultě informatiky a managementu.

Autor: Bc. Lukáš Kovář
Téma práce: Škálování e-commerce platformy pomocí logické replikace v PostgreSQL

Projekt demonstruje a testuje edge-core architekturu databázového klastru s využitím PostgreSQL 18 a logické replikace. Architektura je navržena pro vysokou dostupnost a rozložení zátěže (škálování) v prostředí e-commerce systémů.

Architektura a Technologie

Topologie klastru se skládá z:

• db_core (Primární uzel) + db_core_replica (Streaming fyzická replika pro High Availability).
• db_edge1, db_edge2, db_edge3 (Okrajové uzly pro distribuci zátěže geograficky či logicky blíže aplikaci).
• Logická replikace probíhá obousměrně mezi core a edge uzly s využitím publikací a subskripcí (včetně nativní synchronizace replikačních slotů pro případy failoveru klastru).

Technologický stack:

• PostgreSQL 18 (s nastavením wal_level=logical a podporou failover slotů).
• Migrace a správa databáze: Nástroj migrator napsaný v TypeScriptu využívající Bun a Umzug.
• Aplikační vrstva: Ukázkové REST API server (tzv. Aplikační vrstva) napsané ve frameworku Elysia (Bun) s typově bezpečným SQL přes pgtyped.
• Load Balancer: OpenResty pro efektivní směrování dotazů mezi edge servery.

Rychlý start (Quickstart)

Veškerá infrastruktura je kontejnerizována pomocí Docker Compose. K ovládání a správě kompletního životního cyklu slouží příkazy v Makefile.

# Kompletní sestavení klastru (spustí databáze, provede migrace a nastaví obousměrnou logickou replikaci)
make setup

# Zastavení a a smazání všech kontejnerů a volumes
make down

Spuštění automatizovaných E2E a replikačních testů napříč logickým klastrem (vyžaduje dříve spuštěný make setup):

make test

Příkazy pro práci s logickou replikací:

make replication-setup     # Vytvoření publikací a subskripcí
make replication-teardown  # Odstranění replikačního nastavení na všech uzlech
make logical-core-watch    # Sledování (streamování) WAL logů z master databáze v reálném čase

High Availability a Failover (HA)

Projekt podporuje přepnutí primárních uzlů (failover) na záložní db_core_replica při výpadku hlavní databáze bez ztráty datových proudů pro okrajové (edge) servery.

make failover-status       # Kontrola stavu clusteru (uzly, sloty, subskripce)
make simulate-core-failure # Zastavení kontejneru primárního uzlu (db_core)
make failover              # Promoční skript (povýší repliku na primární uzel a přesměruje subscription okrajových serverů)
make failback              # Vrácení systému bezpečně zpět na původní core uzel
make demo-failover         # Rychlá celková ukázka výpadku a promačního přepnutí uzlů

Monitoring (Grafana + Prometheus)

Projekt obsahuje základní monitorovací stack pro PostgreSQL uzly využívající postgres_exporter:

• Prometheus (sběr metrik): http://localhost:9090
• Grafana (vizualizace): http://localhost:3010

Zapnutí monitoringu:

make monitoring-up

Výchozí login do Grafany: admin / admin