重慶電子工程職業(yè)學(xué)院 計(jì)算機(jī)學(xué)院 朱崇來

0.引言

MySQL作為一款開源的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，一直以來是中小企業(yè)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中心，MySQL采用數(shù)據(jù)復(fù)制技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)備份與容災(zāi)。

MySQL5.5之前一直采用的是異步復(fù)制技術(shù)，主庫在事務(wù)執(zhí)行時(shí)，不會(huì)考慮從庫的數(shù)據(jù)備份同步問題，一旦主庫崩潰或是從庫落后備份，就會(huì)造成數(shù)據(jù)不一致。

MySQL5.5引入了半同步復(fù)制技術(shù)，主庫在提交客戶端事務(wù)時(shí)，必須要保證至少有一個(gè)從庫接收并寫到relaylog中。由于MySQL半同步復(fù)制的實(shí)現(xiàn)是建立在MySQL異步復(fù)制的基礎(chǔ)上的，在網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)異?；蛘卟环€(wěn)定下，如果從庫沒有收到事務(wù)，也就是還沒有寫入到relay log 之前，此時(shí)剛好主庫崩潰了，系統(tǒng)切換到從機(jī)，兩邊的數(shù)據(jù)就會(huì)出現(xiàn)不一致。 在此情況下，半同步復(fù)制退化成異步復(fù)制。這也是MySQL半同步復(fù)制存在的問題。

在2016年，MySQL在5.7引入了MySQL Group Replication是MySQL官方推出的一種基于Paxos協(xié)議的狀態(tài)機(jī)復(fù)制。簡而言之，就是“一個(gè)組提交的事務(wù)都是可以并行回滾”，這些事務(wù)都已進(jìn)入到事務(wù)的prepare階段，則說明事務(wù)之間沒有任何沖突（否則就不可能提交），進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)復(fù)制的強(qiáng)一致性。

1.MySQLGroup Replication框架

MySQLGroup Replication是基于狀態(tài)機(jī)復(fù)制機(jī)制實(shí)現(xiàn)的，是一個(gè)MySQL插件，它建立在現(xiàn)有的MySQL復(fù)制基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)上，集成了當(dāng)前的MySQL框架，它用到了binlog的緩存，slave應(yīng)用器，GTID，relay log，replication線程等服務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施。MySQL Group Replication 的插件架構(gòu)如下圖1所示：

圖1 MySQL Group Replication 插件架構(gòu)

插件框架的最上層是隔離核心服務(wù)層的API接口層，上層用戶通過訪問API接口與核心層的服務(wù)功能插件通信，包括server的啟動(dòng)、恢復(fù)、接受連接、提交事務(wù)等，組復(fù)制插件根據(jù)相應(yīng)接口的調(diào)用做出相應(yīng)的響應(yīng)動(dòng)作。

核心服務(wù)插件層由capture、applier、recovery三個(gè)組件組成，capture組件是負(fù)責(zé)追蹤正在執(zhí)行的事務(wù)的信息；applier組件負(fù)責(zé)將遠(yuǎn)程事務(wù)加載到本地執(zhí)行；recovery組件主要管理組內(nèi)節(jié)點(diǎn)的最新狀態(tài)，執(zhí)行事務(wù)回滾，直到和組內(nèi)的其他節(jié)點(diǎn)保持一致。

Replication協(xié)議層模塊實(shí)現(xiàn)了replication協(xié)議的邏輯，邏輯功能包括：處理沖突檢測、接收并傳播事務(wù)到組內(nèi)去執(zhí)行。

Group communication API是通信工具集的一種高級(jí)抽象，主要提供Paxos協(xié)議變種的核心實(shí)現(xiàn)，綁定了corosync的接口，該接口實(shí)際上是corosync到client API的一個(gè)隱式映射。

2.MySQLGroup Replication原理

MySQL組復(fù)制是一種可用于容錯(cuò)系統(tǒng)的技術(shù)，它構(gòu)建在狀態(tài)機(jī)復(fù)制機(jī)制的基礎(chǔ)之上，并利用Paxos的原子廣播原理，實(shí)現(xiàn)多主機(jī)全更新的復(fù)制協(xié)議。復(fù)制組由多個(gè)節(jié)點(diǎn)構(gòu)造一個(gè)數(shù)據(jù)庫集群，組中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以獨(dú)立地執(zhí)行事務(wù)。所有讀寫（RW）事務(wù)只有在被組批準(zhǔn)后才會(huì)提交。只讀（RO）事務(wù)不需要在組內(nèi)協(xié)調(diào)，可立即提交。當(dāng)一個(gè)事務(wù)在一個(gè)節(jié)點(diǎn)上提交之前，會(huì)在組內(nèi)自動(dòng)進(jìn)行原子性的廣播，告知其他節(jié)點(diǎn)變更了什么內(nèi)容、執(zhí)行了什么事務(wù)，然后為該事務(wù)建立一個(gè)全局的序號(hào)。最終，通過Paxos來保證組內(nèi)事務(wù)數(shù)據(jù)一致。

Group Replication原子廣播的不是原始事務(wù)語句而是事務(wù)的Binlog Events。廣播模塊是嵌在事務(wù)執(zhí)行流程中的，不需要和客戶端交互。當(dāng)事務(wù)語句執(zhí)行完準(zhǔn)備提交時(shí)，Group Replication會(huì)捕捉到事務(wù)的Binlog Events然后進(jìn)行原子廣播。

然而，不同的節(jié)點(diǎn)上執(zhí)行的事務(wù)之間有可能存在資源爭用，導(dǎo)致兩個(gè)不同的節(jié)點(diǎn)上并發(fā)執(zhí)行的事務(wù)發(fā)生沖突，因此在每個(gè)節(jié)點(diǎn)上都需要在Certify模塊進(jìn)行沖突檢測，沖突檢測的過程是在每個(gè)模塊上單獨(dú)進(jìn)行的，不需要在各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間交互，所有節(jié)點(diǎn)上的事務(wù)都是按照同樣的順序做的沖突檢測。所以任何一個(gè)事務(wù)在所有節(jié)點(diǎn)上的沖突檢測結(jié)果都是相同的。

從其工作的原理可以看出，Group Replication基于Paxos協(xié)議的一致性算法校驗(yàn)事務(wù)執(zhí)行是否有沖突，然后順序執(zhí)行事務(wù)，達(dá)到最終的數(shù)據(jù)一致性。

3.基于Group Replication組復(fù)制實(shí)現(xiàn)

（1）MySQL 數(shù)據(jù)庫組復(fù)制環(huán)境準(zhǔn)備

本實(shí)驗(yàn)環(huán)境的操作系統(tǒng)為CentOS6.8操作系統(tǒng)，MySQL 數(shù)據(jù)庫版本為 MySQL-5.7.17。三臺(tái)名為master01、master02、master03機(jī)器上安裝了 MySQL 數(shù)據(jù)庫的服務(wù)器，每一臺(tái)機(jī)器的配置如下表1所示。

表1 MySQL 數(shù)據(jù)庫組復(fù)制環(huán)境配置列表

（2）數(shù)據(jù)庫主配文件定義/etc/my.cnf， 下面只對(duì)主要參數(shù)作出說明。

圖2 數(shù)據(jù)庫主配文件參數(shù)命令

（3）通道授權(quán)，建立復(fù)制通道并授權(quán)。

圖3 數(shù)據(jù)庫授權(quán)命令

（4）安裝組復(fù)制插件，并啟動(dòng)。

（5）其余節(jié)點(diǎn)加入集群，其他節(jié)點(diǎn)按照2-4的步驟配置即可。

（6）集群驗(yàn)證∶創(chuàng)建測試數(shù)據(jù)，進(jìn)行集群測試。在各個(gè)節(jié)點(diǎn)都能看到同步的測試數(shù)據(jù)，說明集群搭建成功。

4.總結(jié)

通過MySQL5.7的組復(fù)制實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果表明：組復(fù)制模式配置比異步復(fù)制、半同步復(fù)制、簡單高效。在組復(fù)制環(huán)境下，3臺(tái)MySQL實(shí)例組成的組復(fù)制結(jié)構(gòu)下，只要有1臺(tái)主機(jī)存活，整個(gè)MySQL服務(wù)就可用，在故障主機(jī)恢復(fù)之后，組復(fù)制會(huì)自動(dòng)同步數(shù)據(jù)，恢復(fù)組復(fù)制狀態(tài)，有效地提高了數(shù)據(jù)復(fù)制的一致性和可靠性。

[1]何小川. MySQL數(shù)據(jù)庫主從復(fù)制的實(shí)現(xiàn)[J].廣東通信技術(shù),2017(10).

[2]管文琦.金融行業(yè)MySQL數(shù)據(jù)庫可用方案的思考[J].中國金融電腦,2017(06).

[3]MySQL 5.5:Improving on the World’s Most Popular Open Source Database.Cabral,Sheeri K.Database Trends and Applications.2011:30.