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Sur les versions précédentes susceptibles d’être encore rencontrées en production, seuls quelques points très importants sont évoqués, en plus éventuellement de quelques éléments historiques.

Sauf précision contraire, le système d’exploitation utilisé est Linux.

Ce module est une présentation du concept de haute disponibilité avec CloudNativePG et une introduction à des architectures plus complexes qui peuvent être mises en place.

Pour qu’une haute disponibilité soit efficace, il faut d’abord que les instances soient bien réparties sur votre infrastructure.

L’autre aspect est le déclenchement même d’une bascule avec la promotion d’une instance secondaire en une instance primaire au sein du Cluster. Ce déclenchement se base sur différents critères et doit se faire dans un certain temps afin de garantir la continuité de l’activité.

Enfin, nous verrons que PostgreSQL propose un mécanisme de réplication synchrone, mécanisme intéressant pour une persistance des données stricte entre plusieurs instances. Il impose cependant un choix entre durabilité des données et continuité d’activité en cas de bascule.

La planification (scheduling) ou la répartition des Pods est le processus de Kubernetes qui permet de créer les Pods au meilleur endroit. L’opérateur se repose évidemment sur ce mécanisme et nous permet d’avoir un contrôle sur les critères de répartition directement dans la définition YAML du Cluster.

C’est très utile pour plusieurs raisons :

• Cela permet de déployer les Clusters sur des ressources dédiées (pool de nœuds ou nœud spécifique) :
  • Par exemple, les ressources peuvent être dédiées par client, ou pour des charges PostgreSQL ;
• Éviter de mettre tous les œufs dans le même panier et répartir les Pods d’un même Cluster sur des nœuds différents, voire des zones de disponibilité différentes.

Dès lors qu’une ou plusieurs instances secondaires sont présentes dans un Cluster, le mécanisme de haute disponibilité est mis en œuvre par l’opérateur. C’est une des fonctionnalités recherchées par les utilisateurs de CloudNativePG.

Nous l’avons vu, l’ajout de secondaire(s) se fait très simplement en modifiant le paramètre spec.instances. Par défaut, CloudNativePG essaye de répartir les instances PostgreSQL d’un même Cluster sur des nœuds différents.

Cette répartition représente un premier niveau de haute disponibilité. Si un nœud tombe, une bascule pourra être faite sur une instance d’un nœud en bonne santé.

La répartition des Pods est modifiable dans la partie spec.affinity de la définition YAML.

Voici trois paramètres qui permettent de mettre en place un premier niveau de répartition.

• enablePodAntiAffinity : par défaut à true, il indique si ce mécanisme d’anti-affinité doit être utilisé ou non ;
• topologyKey : indique sur quel paramètre va se reposer la répartition des Pods. Par défaut à kubernetes.io/hostname, la répartition se fera selon le nom du nœud. Il est possible d’utiliser d’autres valeurs comme topology.kubernetes.io/zone pour répartir les Pods non pas selon les nœuds mais sur des zones de disponibilité, si elles existent ;
• podAntiAffinityType : ce paramètre permet d’indiquer le type d’anti-affinité qui doit être utilisé. À preferred, le scheduler de Kubernetes tente de respecter la règle d’affinité. S’il ne peut pas, il déploiera tout de même le Pod sur un nœud. À required, le Pod sera déployé uniquement si la règle est respectée.

Le mécanisme de nodeSelector dans Kubernetes peut également être utilisé. Ajouté dans spec.affinity, nodeSelector vous permet de sélectionner les nœuds où pourra être déployé un Pod. Les nœuds qui possèdent ces labels seront les cibles du déploiement. Cela est particulièrement utile si vous dédiez des Pools de nœuds au sein de votre cluster Kubernetes à vos instances PostgreSQL.

Prenons un exemple d’un cluster Kubernetes à trois nœuds sur lequel le nœud kind-worker doit être utilisé pour notre Cluster PostgreSQL.

kubectl get nodes 
NAME                 STATUS   ROLES           AGE     VERSION
kind-control-plane   Ready    control-plane   7m23s   v1.35.0
kind-worker          Ready    <none>          7m10s   v1.35.0
kind-worker2         Ready    <none>          7m9s    v1.35.0

On lui ajoute un label quelconque, disons client pour associer ce nœud à un de nos clients.

kubectl label nodes kind-worker client=dalibo
node/kind-worker labeled

Ce label peut être utilisé dans la définition du Cluster. Ici une seule instance va être créée. Le Pod sera donc déployé uniquement sur le nœud kind-worker.

apiVersion: postgresql.cnpg.io/v1
kind: Cluster
metadata:
  name: postgresql-demo
spec:
  instances: 1
  storage:
    size: 5Gi
  walStorage:
    size: 5Gi
  affinity:
    nodeSelector:
      client: "dalibo" # ciblage du nœud

La colonne NODE indique bien le nœud attendu.

kubectl get pod -o wide
NAME                READY   STATUS    RESTARTS   AGE     IP           NODE          NOMINATED NODE   READINESS GATES
postgresql-demo-1   1/1     Running   0          2m10s   10.244.1.5   kind-worker   <none>           <none>

L’ajout d’une seconde instance peut se faire (spec.instances: 2). L’instance secondaire se verra elle aussi être déployée sur kind-worker.

kubectl get pod -o wide
NAME                READY   STATUS    RESTARTS   AGE     IP           NODE          NOMINATED NODE   READINESS GATES
postgresql-demo-1   1/1     Running   0          4m5s    10.244.1.5   kind-worker   <none>           <none>
postgresql-demo-2   1/1     Running   0          2m34s   10.244.1.9   kind-worker   <none>           <none>

Ce dernier exemple devrait vous poser question puisque les deux instances sont au “même endroit”. En cas de perte de kind-worker, le Cluster postgresql-demo ne sera plus opérationnel.

CloudNativePG permet le déploiement de la seconde instance puisque la politique d’anti-affinité est à preferred (par défaut). Si elle avait été à required, le Pod n’aurait pas été créé et un warning aurait été soulevé.

Events:
  Type     Reason            Age   From               Message
  ----     ------            ----  ----               -------
  Warning  FailedScheduling  12s   default-scheduler  0/3 nodes are available: 1 node(s) didn't match Pod's node affinity/selector, 1 node(s) didn't match pod anti-affinity rules, 1 node(s) had untolerated taint(s). no new claims to deallocate, preemption: 0/3 nodes are available: 1 No preemption victims found for incoming pod, 2 Preemption is not helpful for scheduling.

Ces deux mécanismes (nodeSelector et enablePodAntiAffinity) sont complémentaires :

• Le premier permet de cibler les nœuds du cluster Kubernetes ;
• Le second permet de répartir les Pods d’un même Cluster.

PostgreSQL does not provide the system software required to identify a failure on the primary and notify the standby database server. Many such tools exist and are well integrated with the operating system facilities required for successful failover, such as IP address migration.

Cette phrase est tirée de la page de documentation officielle sur le failover.

D’une manière générale, si un mécanisme de bascule automatique est nécessaire, il vous faudra utiliser des outils tiers.

Le sujet de bascule automatique est récurrent dans nos missions ou questions au support. Même si nous verrons que CloudNativePG le gère nativement, nous vous invitons tout de même à peser le pour et le contre et questionner la pertinence dans votre contexte. Très souvent, une seule instance, bien configurée, bien sauvegardée, avec des procédures claires et testées, répond amplement à vos attentes et besoins.

Deux choses à savoir :

1. Sachez que vous pouvez promouvoir une instance secondaire en primaire grâce au plugin cnpg pour kubectl. Par exemple :

   kubectl cnpg promote CLUSTER ID-INSTANCE

   L’instance ciblée sera donc la nouvelle instance primaire. L’ancienne instance primaire sera reconfigurée (voire recréée) et deviendra une instance secondaire. On parle aussi de switchover pour qualifier cette opération.

2. N’essayez surtout pas de promouvoir une instance secondaire directement en SQL avec la commande :

   SELECT pg_promote();

   Cela contournerait les mécanismes de CloudNativePG et mettrait votre Cluster dans un état très instable.

Revenons à notre sujet : CloudNativePG sait donc opérer une bascule automatique lors d’un crash (inattendu) de l’instance primaire. On parle de failover.

Dans cette situation, la sonde Readiness tombe en erreur et l’opérateur va s’en rendre compte. La boucle de réconciliation va faire son travail et le controller va initier l’opération de bascule pour revenir à un état cohérent.

Le déclenchement de l’opération est immédiat par défaut (.spec.failoverDelay à 0). Il peut être retardé en modifiant ce paramètre. Il est parfois préférable d’attendre quelques minutes pour basculer plutôt que de le faire immédiatement.

Lors d’une bascule, si possible, l’opérateur va essayer de déclencher un fast shutdown de l’instance, qui devrait permettre l’arrêt propre de toutes les connexions et l’archivage des journaux de transactions qui seraient encore présents. Le paramètre .spec.switchoverDelay est alors utilisé pour limiter dans le temps cette phase. Si ce mode d’arrêt n’est pas possible, alors un immediate shutdown sera initié.

Depuis la version 1.30 de l’opérateur, l’usage de Lease (objet Kubernetes) est fait pour limiter le risque de split-brain lorsque deux instances secondaires tenteraient de devenir primaire en même temps.

Cet objet doit être acquis par l’instance qui souhaite devenir primaire. Lors de la création d’un Cluster, c’est généralement l’instance *-1 qui l’obtient. Voici un exemple de Lease pour un Cluster appelé postgresql-preprod :

kubectl describe leases.coordination.k8s.io postgresql-preprod 

Name:         postgresql-preprod
Namespace:    default
Labels:       cnpg.io/cluster=postgresql-preprod
Annotations:  cnpg.io/operatorVersion: 1.30.0
API Version:  coordination.k8s.io/v1
Kind:         Lease
Metadata:
  Creation Timestamp:  2026-09-02T13:46:04Z
  Owner References:
    API Version:     postgresql.cnpg.io/v1
    Controller:      true
    Kind:            Cluster
    Name:            postgresql-preprod
    UID:             1cc8bf13-32e8-4e02-9401-c7c0cce99eb4
  Resource Version:  3189
  UID:               9d5f454e-d1ed-4d3d-b7ec-20582975fd14
Spec:
  Acquire Time:            2026-09-02T13:48:26.065862Z
  Holder Identity:         postgresql-preprod-1
  Lease Duration Seconds:  15
  Lease Transitions:       1
  Renew Time:              2026-09-02T13:51:12.920487Z
Events:                    <none>

Si un crash du primaire survenait, le primaire n’aurait pas le temps de relâcher proprement son Lease. Si au bout de leaseDurationSeconds secondes (à 15 par défaut), le primaire n’arrive pas à le renouveler, alors il sera relâché et un secondaire pourra être en mesure de le récupérer et poursuivre sa promotion en tant que primaire au sein du Cluster.

De nombreuses étapes ont lieu durant une bascule et de nombreux changements, au niveau de PostgreSQL et Kubernetes, sont faits pour nous par l’opérateur.

Lors de la promotion, le secondaire choisi finit de rejouer les derniers journaux de transactions en sa possession. Si une restore_command est configurée, toutes les archives disponibles sont récupérées et rejouées. Avec CloudNativePG, dès lors que vous utilisez un plugin de sauvegarde, ce paramètre est renseigné.

Généralement, il y a peu de chances que cette instance récupère des WAL plus récents que le dernier récupéré par la réplication en flux ; mais des écritures lourdes et/ou un réseau trop lent peuvent entraîner un retard du streaming.

Le premier changement notable est la bifurcation sur une nouvelle timeline. Sans trop rentrer dans les détails (nos autres formations en traitent plus longuement), chaque instance vit sur une certaine ligne de vie (timeline). Elle est identifiée par un numéro et se matérialise par un ensemble de journaux de transactions. Lors d’une promotion (bascule ou restauration) le numéro de timeline change (il s’incrémente).

Le choix d’une nouvelle timeline permet à PostgreSQL de rendre les journaux de transactions de ce nouveau serveur, ouvert en écriture, incompatibles avec son ancien serveur principal.

La reconfiguration du paramètre primary_conninfo est une étape primordiale dans un environnement bare-metal ou virtuel. Ce n’est plus le cas avec CloudNativePG et le mécanisme de Service Kubernetes (voir paragraphe suivant) puisque le Service -rw est utilisé dans ce paramètre.

Lorsqu’un crash survient, et si vos instances secondaires accusent un retard en réplication, des pertes de données sont à attendre. Ceci est dû à la réplication asynchrone qui n’attend pas de retour des instances secondaires pour effectuer le COMMIT de l’opération. La réplication synchrone avec PostgreSQL est possible mais a d’autres inconvénients.

Il n’y a aucune opération obligatoire après une promotion. Cependant, il est conseillé d’exécuter un VACUUM ou un ANALYZE pour que PostgreSQL mette à jour les estimations de nombre de lignes vivantes et mortes. Ces estimations sont utilisées par l’autovacuum pour lutter contre la fragmentation des tables et mettre à jour les statistiques sur les données. Or ces estimations faisant partie des statistiques d’activité, elles ne sont pas répliquées vers les secondaires. Il est donc intéressant de les mettre à jour après une promotion.

Il faut savoir qu’à chaque instance sont associés un ou plusieurs labels. Celui qui nous intéresse particulièrement est cnpg.io/instanceRole. Chacun des Pods PostgreSQL possède ces labels, qui sont ajoutés automatiquement par l’opérateur CloudNativePG.

Ce label permet donc de connaître le rôle de l’instance. Les Services Kubernetes, automatiquement créés, permettent de se connecter à un Pod. L’association Service - Pod se fait grâce à ces labels, et plus précisément grâce aux Selector créés sur le Service.

Lorsque la commande de promotion est lancée, en plus d’autres opérations qui sont faites au niveau de PostgreSQL, le label cnpg.io/instanceRole va être mis à jour sur chaque Pod. L’instance qui était jusqu’à présent la secondaire devient la nouvelle instance primaire. Le label cnpg.io/instanceRole est mis à jour. Ainsi, si vos applications utilisent le Service postgresql-rw (où postgresql est le nom du Cluster) elles devront uniquement initier une nouvelle connexion pour interagir avec la nouvelle instance primaire.

Les deux schémas ci-dessous montrent ce principe. Entre ces deux schémas, une promotion de l’instance postgresql-1 en tant que nouveau primaire a eu lieu. L’instance postgresql-2 est redevenue secondaire. Le Service postgresql-rw a suivi ce changement grâce au mécanisme de Label - Selector.

https://cloudnative-pg.io/docs/1.29/failover/#failover-quorum-quorum-based-failover

Le principe d’un Standalone Replica Cluster est d’avoir un Cluster configuré pour suivre ce qu’il se passe sur une autre instance PostgreSQL, généralement déployée elle aussi par CloudNativePG, mais ce n’est pas obligatoire. L’intérêt est d’avoir plusieurs Clusters (au sens de CloudNativePG) répartis sur des infrastructures différentes. Par exemple, une infrastructure de Production (PROD) et une pour le Plan de Reprise d’Activité (PRA).

Le concept de Replica Cluster dans CloudNativePG n’est rien d’autre que la mise en place d’une réplication en cascade d’instances PostgreSQL. Nous en parlons d’ailleurs dans notre module de formation W2B.

Le schéma ci-dessus est une représentation de ce que permet ce concept de Replica Cluster.

Le Cluster PostgreSQL actuellement utilisé par les applications se trouve sur le cluster Kubernetes PROD. Il est composé de deux instances. L’instance primaire est cluster-1. Les journaux de transactions sont archivés sur un stockage S3 détaché de l’infrastructure Kubernetes.

Un second Cluster est déployé dans le cluster Kubernetes PRA et est configuré pour récupérer les journaux de transactions disponibles dans le stockage S3. Il a initialement été créé à partir de l’instance primaire du cluster Kubernetes PROD (plusieurs méthodes existent, nous le verrons plus tard). Ce Cluster peut lui aussi avoir une ou plusieurs instances PostgreSQL, mais aucune d’entre elles ne sera primaire. Elles ne peuvent être que des secondaires en lecture seule.

En cas de problème sur la PROD, une stratégie de restauration doit être suivie. Plusieurs stratégies existent et sont l’objet des chapitres suivants.

Ceci est une version simplifiée de ce qu’il faut pour créer un Standalone Replica Cluster. D’autres éléments devront être modifiés, comme la base de données applicative et le rôle si nécessaire (par défaut app).

Tests de bascules

Tests de bascules

kubectl exec -it postgresql-demo-1 -c postgres -- psql -c 'SELECT pg_is_in_recovery();'
 pg_is_in_recovery 
-------------------
 f
(1 row)

kubectl exec -it postgresql-demo-2 -c postgres -- psql -c 'SELECT pg_is_in_recovery();'
 pg_is_in_recovery 
-------------------
 t
(1 row)

kubectl cnpg status postgresql-demo

Cluster Summary
Name                     default/postgresql-demo
System ID:               7582605931997384732
PostgreSQL Image:        ghcr.io/cloudnative-pg/postgresql:17.5-standard-bookworm
Primary instance:        postgresql-demo-1
Primary promotion time:  2025-12-11 14:23:56 +0000 UTC (17h6m44s)
Status:                  Cluster in healthy state 
Instances:               2
Ready instances:         2
Size:                    247M
Current Write LSN:       0/E000000 (Timeline: 1 - WAL File: 00000001000000000000000E)
[...]

kubectl cnpg promote postgresql-demo 2

{"level":"info","ts":"2024-12-06T10:40:18.767552528Z","msg":"Cluster is not healthy"}
Node postgresql-demo-2 in cluster postgresql-demo will be promoted

kubectl cnpg status postgresql-demo

[...]
Primary instance:        postgresql-demo-2
Primary promotion time:  2025-12-12 07:31:26 +0000 UTC (30s)
Status:                  Cluster in healthy state 
[...]
Instances status
Name               Current LSN  Replication role  Status  QoS        Manager Version  Node
----               -----------  ----------------  ------  ---        ---------------  ----
postgresql-demo-2  0/F001078    Primary           OK      Burstable  1.28.1           kind-worker
postgresql-demo-1  0/F001078    Standby (async)   OK      Burstable  1.28.1           kind-worker2

[...]
spec:
  imageName: ghcr.io/cloudnative-pg/postgresql:17.0
  instances: 2
  failoverDelay: 10
[...]

kubectl apply -f ~/postgresql-demo.yaml
cluster.postgresql.cnpg.io/postgresql-demo configured

watch kubectl get pod

kubectl delete pod postgresql-demo-2

pod "postgresql-demo-2" deleted

Instances status
Name               Current LSN  Replication role  Status  QoS        Manager Version  Node
----               -----------  ----------------  ------  ---        ---------------  ----
postgresql-demo-1  0/11002BF8   Primary           OK      Burstable  1.28.1           kind-worker2
postgresql-demo-2  0/11002BF8   Standby (async)   OK      Burstable  1.28.1           kind-worker