Failover

Failover stellt eine Schlüsseltechnologie im Bereich der Datenbanken und des Datenbankmanagements dar, die sicherstellt, dass Datenbankdienste auch bei Systemausfällen nahtlos weiterlaufen. Dieser Mechanismus, der eng mit Konzepten wie Hochverfügbarkeit (High Availability, HA) und Notfallwiederherstellung (Disaster Recovery, DR) verbunden ist, schützt vor unerwarteten Ausfällen und minimiert die Auswirkungen auf den Betrieb von Unternehmen. In diesem Artikel werden wir untersuchen, was Failover genau bedeutet, wie es funktioniert und welche Mechanismen und Best Practices beim Aufbau eines zuverlässigen Failover-Systems für Datenbanken zu berücksichtigen sind.

Was genau ist Failover?

Failover beschreibt den Prozess, bei dem ein System, etwa eine Datenbank, bei einem Ausfall automatisch oder manuell auf ein funktionierendes System umschaltet, um die Kontinuität des Betriebs sicherzustellen. Im Fall von Datenbanken bedeutet dies, dass bei einem Ausfall des primären Datenbankservers die Anfragen auf einen Backup-Server umgeleitet werden, wodurch der Zugriff auf die Datenbank ohne spürbare Unterbrechungen fortgesetzt werden kann. Failover-Technologien sind besonders wichtig für Unternehmen, die auf ununterbrochene Datenbankverfügbarkeit angewiesen sind, wie etwa in der Finanzbranche, bei Online-Shops oder in Cloud-Diensten.

Verschiedene Arten von Failover-Mechanismen

Je nach Bedarf und Infrastruktur können unterschiedliche Failover-Methoden verwendet werden. Wir unterscheiden hier zwischen verschiedenen Typen:

Automatisches Failover
Automatisches Failover sorgt dafür, dass bei einem Ausfall des primären Servers der Betrieb ohne menschliches Eingreifen auf einen alternativen Server übergeht. Diese Art von Failover reduziert Ausfallzeiten auf ein Minimum und ist besonders wertvoll, wenn hohe Verfügbarkeit erforderlich ist. In Systemen wie Oracle Real Application Clusters (RAC) kann dies automatisch erfolgen, indem die Arbeitslast nahtlos von einem Server auf den anderen übertragen wird.

Manuelles Failover
Im Gegensatz zum automatischen Failover muss beim manuellen Failover ein Administrator den Failover-Prozess anstoßen, wenn das primäre System ausfällt. Dies kann in weniger kritischen Umgebungen von Vorteil sein, bei denen eine sofortige Reaktion nicht notwendig ist. Die manuelle Methode erfordert jedoch eine schnelle Reaktionszeit und geeignete Notfallprozeduren, um Ausfallzeiten zu minimieren.

Geografisches Failover
Geografisches Failover bezieht sich auf die Fähigkeit, den Betrieb von einem Datenbankserver an einem Standort auf einen anderen an einem geografisch entfernten Ort umzuleiten. Diese Technik ist besonders nützlich in globalen Unternehmen, die auf Datenbankzugriff in verschiedenen Regionen angewiesen sind. Cloud-Anbieter wie AWS und Microsoft Azure ermöglichen es Unternehmen, Datenbanken über verschiedene Rechenzentren hinweg zu replizieren, um bei regionalen Ausfällen schnell auf einen anderen Standort umschalten zu können.

Zentrales Failover
In einem zentralisierten Failover-Setup verwaltet eine zentrale Instanz die Umschaltung auf ein Standby-System. Diese Art des Failovers ist häufig in Clustern anzutreffen, bei denen mehrere Datenbankinstanzen eng miteinander verbunden sind und die Last gemeinsam tragen. Ein Ausfall einer Instanz im Cluster kann so problemlos durch eine andere Instanz übernommen werden, was die Verfügbarkeit sicherstellt.

Technologien und Mechanismen für Failover in Datenbanken

Für die Implementierung eines Failover-Systems in Datenbankumgebungen kommen verschiedene Technologien zum Einsatz:

Datenbank-Replikation
Datenbank-Replikation ist eine zentrale Technik beim Failover, da sie es ermöglicht, Daten in Echtzeit oder nahezu in Echtzeit von einem primären auf ein sekundäres System zu übertragen. Es gibt zwei Hauptarten der Replikation:

• Synchronisierte Replikation: Bei der synchronen Replikation werden Änderungen sofort an alle Replikate übertragen, was eine hohe Konsistenz der Daten gewährleistet, jedoch in manchen Fällen die Performance beeinträchtigen kann.
• Asynchrone Replikation: Hierbei werden Änderungen mit einer Verzögerung an die Replikate gesendet. Diese Methode bietet eine bessere Performance, kann aber in Fällen von Ausfällen zu geringfügigen Inkonsistenzen führen.

Datenbank-Cluster
Ein Datenbank-Cluster besteht aus mehreren Servern, die als Einheit arbeiten und eine höhere Verfügbarkeit ermöglichen. Fällt ein Server aus, übernimmt ein anderer die Anfragen. Clustering-Technologien wie MySQL Cluster oder Oracle RAC bieten eine robuste Lösung für Hochverfügbarkeit und Failover in komplexen Umgebungen.

Lastenverteilung (Load Balancing)
Load Balancing verteilt eingehende Anfragen auf verschiedene Instanzen einer Datenbank, um die Last gleichmäßig zu verteilen und die Ausfallsicherheit zu erhöhen. Sollte eine Instanz ausfallen, sorgt der Load Balancer dafür, dass die Anfrage an eine funktionierende Instanz weitergeleitet wird, ohne dass der Nutzer dies bemerkt.

Standby-Datenbanken
Eine Standby-Datenbank ist eine inaktive Kopie der primären Datenbank, die regelmäßig mit den neuesten Daten aktualisiert wird. Im Falle eines Ausfalls der primären Instanz übernimmt die Standby-Datenbank die Verarbeitung von Anfragen. Diese Methode wird in vielen modernen Datenbankmanagementsystemen wie SQL Server oder PostgreSQL eingesetzt.

Best Practices für Failover in der Datenbankadministration

Die Einführung eines effektiven Failover-Systems erfordert nicht nur die Wahl der richtigen Technologien, sondern auch die Beachtung bewährter Verfahren:

1. Automatisierung des Failover-Prozesses: Ein automatisierter Failover-Mechanismus minimiert Ausfallzeiten und gewährleistet eine schnelle Wiederherstellung des Betriebs ohne menschliches Eingreifen.
2. Regelmäßige Failover-Tests: Um sicherzustellen, dass der Failover-Prozess im Ernstfall zuverlässig funktioniert, sollten regelmäßige Tests und Simulationen durchgeführt werden.
3. Datenkonsistenz und Replikation: Die Wahl des richtigen Replikationsmodells ist entscheidend, um eine konsistente Datenbasis zu garantieren, besonders in einer Umgebung mit geografisch verteilten Servern.
4. Überwachungssysteme und Alarmierung: Durch umfassende Überwachungstools können frühzeitig mögliche Probleme erkannt und der Failover-Mechanismus rechtzeitig ausgelöst werden.
5. Geografische Redundanz einplanen: Für global tätige Unternehmen ist geografische Redundanz entscheidend, um Ausfälle aufgrund regionaler Störungen zu vermeiden.
6. Failback-Strategien definieren: Nach einem erfolgreichen Failover sollte eine klare Strategie bestehen, um den Betrieb wieder auf den primären Server zurückzuführen, sobald dieser wieder verfügbar ist.

Fazit

Failover ist ein unverzichtbares Konzept im modernen Datenbankmanagement, das Unternehmen vor unvorhergesehenen Ausfällen schützt und die kontinuierliche Datenverfügbarkeit sicherstellt. Durch den Einsatz von Replikation, Clustering, Lastenverteilung und geografischer Redundanz können Organisationen eine hohe Verfügbarkeit und Resilienz ihrer Datenbankinfrastruktur erreichen. Eine durchdachte Planung, regelmäßige Tests und die Implementierung von Best Practices sind dabei entscheidend, um die Stabilität und Verfügbarkeit der Datenbank auch im Falle von Systemausfällen zu gewährleisten.