Mysql高可用方案--PXC

Mysql高可用方案--PXC

理论篇

基于Galera协议的高可用方案：pxc

Galera是Codership提供的多主数据同步复制机制，可以实现多个节点间的数据同步复制以及读写，并且可保障数据库的服务高可用及数据一致性。

基于Galera的高可用方案主要有MariaDB Galera Cluster和Percona XtraDB Cluster（简称PXC），目前PXC用的会比较多一些。

mariadb的集群原理跟PXC一样,maridb-cluster其实就是PXC，两者原理是一样的。

PXC介绍

Percona XtraDB Cluster（简称PXC集群）提供了MySQL高可用的一种实现方法。

1）集群是有节点组成的，推荐配置至少3个节点，但是也可以运行在2个节点上。

2）每个节点都是普通的mysql/percona服务器，可以将现有的数据库服务器组成集群，反之，也可以将集群拆分成单独的服务器。

3）每个节点都包含完整的数据副本。

PXC集群主要由两部分组成：Percona Server with XtraDB和Write Set Replication patches（使用了Galera library，一个通用的用于事务型应用的同步、多主复制插件）

PXC特性

1）同步复制，事务要么在所有节点提交或不提交。

2）多主复制，可以在任意节点进行写操作。

3）在从服务器上并行应用事件，真正意义上的并行复制。

4）节点自动配置，数据一致性，不再是异步复制。

PXC最大的优势：强一致性、无同步延迟

PXC优缺点

PXC的优点

1）服务高可用；

2）数据同步复制(并发复制)，几乎无延迟；

3）多个可同时读写节点，可实现写扩展，不过最好事先进行分库分表，让各个节点分别写不同的表或者库，避免让galera解决数据冲突；

4）新节点可以自动部署，部署操作简单；

5）数据严格一致性，尤其适合电商类应用；

6）完全兼容MySQL；

虽然PXC有这么多好处，但也有些局限性：

1）只支持InnoDB引擎；当前版本（5.6.20）的复制只支持InnoDB引擎，其他存储引擎的更改不复制。然而，DDL（Data Definition Language） 语句在statement级别被复制，并且，对mysql.*表的更改会基于此被复制。例如CREATE USER...语句会被复制，但是 INSERT INTO mysql.user...语句则不会。

（也可以通过wsrep_replicate_myisam参数开启myisam引擎的复制，但这是一个实验性的参数）。

2）PXC集群一致性控制机制，事有可能被终止，原因如下：集群允许在两个节点上同时执行操作同一行的两个事务，但是只有一个能执行成功，另一个会被终止，集群会给被终止的

客户端返回死锁错误(Error: 1213 SQLSTATE: 40001 (ER_LOCK_DEADLOCK)).

3）写入效率取决于节点中最弱的一台，因为PXC集群采用的是强一致性原则，一个更改操作在所有节点都成功才算执行成功。

4）所有表都要有主键；

5）不支持LOCK TABLE等显式锁操作；

6）锁冲突、死锁问题相对更多；

7）不支持XA；

8）集群吞吐量/性能取决于短板；

9）新加入节点采用SST时代价高；

10）存在写扩大问题；

11）如果并发事务量很大的话，建议采用InfiniBand网络，降低网络延迟；

事实上，采用PXC的主要目的是解决数据的一致性问题，高可用是顺带实现的。因为PXC存在写扩大以及短板效应，并发效率会有较大损失，类似semi sync replication机制

PXC原理描述

分布式系统的CAP理论：

C：一致性，所有的节点数据一致

A：可用性，一个或者多个节点失效，不影响服务请求

P：分区容忍性，节点间的连接失效，仍然可以处理请求

其实，任何一个分布式系统，需要满足这三个中的两个。

PXC会使用大概是4个端口号

3306：数据库对外服务的端口号

4444：请求SST SST: 指数据一个镜象传输 xtrabackup , rsync ,mysqldump

4567: 组成员之间进行沟通的一个端口号

4568: 传输IST用的。相对于SST来说的一个增量

PXC环境所涉及的端口：

#mysql实例端口

1)Regular MySQL port, default 3306.

#pxc cluster相互通讯的端口

2）Port for group communication, default 4567. It can be changed by the option:

wsrep_provider_options ="gmcast.listen_addr=tcp://0.0.0.0:4010; "

#用于SST传送的端口

3）Port for State Transfer, default 4444. It can be changed by the option:

wsrep_sst_receive_address=10.11.12.205:5555

#用于IST传送的端口

4）Port for Incremental State Transfer, default port for group communication + 1 (4568). It can be changed by the option:

wsrep_provider_options = "ist.recv_addr=10.11.12.206:7777; "

PXC的架构示意图

数据读写示意图

下面看传统复制流程

异步复制

半同步 超过10秒的阀值会退化为异步

PXC原理图

当client端执行dml操作时，将操作发给server，server的native进程处理请求，client端执行commit，server将复制写数据集发给group(cluster)，cluster中每个动作对应一个GTID，其它server接收到并通过验证(合并数据)后，执行appyl_cb动作和commit_cb动作，若验证没通过，则会退出处理;当前server节点验证通

过后，执行commit_cb，并返回，若没通过，执行rollback_cb。

只要当前节点执行了commit_cb和其它节点验证通过后就可返回。

3306:数据库对外服务的端口号

4444:请求SST，在新节点加入时起作用

4567:组成员之间沟通的端口

4568:传输IST，节点下线，重启加入时起作用

SST:全量同步

IST:增量同步

问题：如果主节点写入过大，apply_cb时间跟不上，怎么处理？

Wsrep_slave_threads参数配置成cpu的个数相等或是1.5倍

用户发起Commit，在收到Ok之前，集群每次发起一个动作，都会有一个唯一的编号 ，也就是PXC独有的Global Trx Id。

动作发起者是commit_cb，其它节点多了一个动作： apply_cb

上面的这些动作，是通过那个端号交互的？

4567，4568端口，IST只是在节点下线，重启加入那一个时间有用

4444端口，只会在新节点加入进来时起作用

PXC结构里面，如果主节点写入过大，apply_cb 时间会不会跟不上，那么wsrep_slave_threads参数 解决apply_cb跟不上问题 配置成和CPU的个数相等或是1.5倍

当前节点commit_cb 后就可以返回了，推过去之后，验证通过就行了可以返回客户端了，cb也就是commit block 提交数据块.

PXC启动和关闭过程

State Snapshot Transfer(SST)，每个节点都有一份独立的数据，当用mysql bootstrap-pxc启动第一个节点，在第一个节点上把帐号初始化，其它节点启动后加入进来。集群中有哪些节点是由wsrep_cluster_address = gcomm://xxxx,,xxxx,xxx参数决定。第一个节点把自己备份一下(snapshot)传给加入的新节点，第三个节点的死活是由前两个节点投票决定。

状态机变化阶段：

1）OPEN: 节点启动成功，尝试连接到集群，如果失败则根据配置退出或创建新的集群

2）PRIMARY: 节点处于集群PC中，尝试从集群中选取donor进行数据同步

4）JOINED: 节点完成数据同步工作，尝试保持和集群进度一致

5）SYNCED：节点正常提供服务：数据的读写，集群数据的同步，新加入节点的sst请求

6）DONOR(贡献数据者)：节点处于为新节点准备或传输集群全量数据状态，对客户端不可用

状态机变化因素：

1）新节点加入集群

2）节点故障恢复

3）节点同步失效

传输SST有几种方法:

1）mysqldump

2）xtrabackup

3）rsync

比如有三个节点：node1、node2、node3

当node3停机重启后，通过IST来同步增量数据，来完成保证与node1和node2的数据一致，IST的实现是由wsrep_provider_options="gcache.size=1G"参数决定，

一般设置为1G大，参数大小是由什么决定的，根据停机时间，若停机一小时，需要确认1小时内产生多大的binlog来算出参数大小。

假设这三个节点都关闭了，会发生什么呢？

全部传SST，因为gcache数据没了

全部关闭需要采用滚动关闭方式：

1）关闭node1，修复完后，启动加回来;

2）关闭node2,修复完后，启动加回来;

3）......,直到最后一个节点

4）原则要保持Group里最少一个成员活着

数据库关闭之后，最会保存一个last Txid，所以启动时，先要启动最后一个关闭的节点，启动顺序和关闭顺序刚好相反。

wsrep_recover=on参数在启动时加入，用于从log中分析gtid。

怎样避免关闭和启动时数据丢失？

1）所有的节点中最少有一个在线，进行滚动重启;

2）利用主从的概念，把一个从节点转化成PXC里的节点

PXC要注意的问题

1）脑裂：任何命令执行出现unkown command ，表示出现脑裂，集群两节点间4567端口连不通，无法提供对外服务。

SET GLOBAL wsrep_provider_options="pc.ignore_sb=true";

2）并发写：三个节点的自增起始值为1、2、3，步长都为3，解决了insert问题，但update同时对一行操作就会有问题，出现：

Error： 1213 SQLSTATE: 40001，所以更新和写入在一个节点上操作。

3）DDL：引起全局锁，采用：pt-online-schema-change

4）MyISAM引擎不能被复制，只支持innodb

5）pxc结构里面必须有主键，如果没有主建，有可能会造成集中每个节点的Data page里的数据不一样

6）不支持表级锁，不支持lock /unlock tables

7）pxc里只能把slow log ,query log 放到File里

8）不支持XA事务

9）性能由集群中性能最差的节点决定

特别说明

在实际使用时，我们知道服务的部署时根据需要后来增加的，所以相信在需要用到PXC做高可用时，已经在服务器上安装了Mysql,并跑了业务。这时候我们会发现存在错误，大致如下

大致意思时PID问题。其实percona自身就是mysql，你要原来的mysql干嘛，所以这时候应该杀死原来的Mysql,可能你又要问了那原来跑在Mysql的服务怎么办？备份还原就可以了。特此说明，以供道友参考，本人在此就出现了很大的困惑，最后才相通问题的解决方案，所以特别加冰了

在Centos部署基于Mysql高可用方案操作过程

https://www.percona.com/doc/percona-xtradb-cluster

配置文件各项配置意义

wsrep_provider：指定Galera库的路径

wsrep_cluster_name：Galera集群的名称

wsrep_cluster_address：Galera集群中各节点地址。地址使用组通信协议gcomm://(group communication)

wsrep_node_name：本节点在Galera集群中的名称

wsrep_node_address：本节点在Galera集群中的通信地址

wsrep_sst_method：state_snapshot_transfer(SST)使用的传输方法，可用方法有mysqldump、rsync和xtrabackup，前两者在传输时都需要对Donor加全局只读锁(FLUSH TABLES WITH READ LOCK)，xtrabackup则不需要(它使用percona自己提供的backup lock)。强烈建议采用xtrabackup

wsrep_sst_auth：在SST传输时需要用到的认证凭据，格式为："用户：密码"

pxc_strict_mode：是否限制PXC启用正在试用阶段的功能，ENFORCING是默认值，表示不启用

binlog_format：二进制日志的格式。Galera只支持row格式的二进制日志

default_storage_engine：指定默认存储引擎。Galera的复制功能只支持InnoDB

innodb_autoinc_lock_mode：只能设置为2，设置为0或1时会无法正确处理死锁问题

注意

-> 除了名义上的master之外，其它的node节点只需要启动mysql即可。

-> 节点的数据库的登陆和master节点的用户名密码一致，自动同步。所以其它的节点数据库用户名密码无须重新设置。

也就是说，如上设置，只需要在名义上的master节点（如上的node1）上设置权限，其它的节点配置好/etc/my.cnf后，只需要启动mysql就行，权限会自动同步过来。

如上的node2，node3节点，登陆mysql的权限是和node1一样的（即是用node1设置的权限登陆）

如果上面的node2、node3启动mysql失败，比如/var/lib/mysql下的err日志报错如下：

[ERROR]WSREP: gcs/src/gcs_group.cpp:long int gcs_group_handle_join_msg(gcs_

解决办法：

-> 查看节点上的iptables防火墙是否关闭；检查到名义上的master节点上的4567端口是否连通（telnet）

-> selinux是否关闭

-> 删除名义上的master节点上的grastate.dat后，重启名义上的master节点的数据库；当然当前节点上的grastate.dat也删除并重启数据库

节点加入到Galera集群的两种情况

1.新节点加入Galera集群

新节点加入集群时，需要从当前集群中选择一个Donor节点来同步数据，也就是所谓的state_snapshot_tranfer(SST)过程。SST同步数据的方式由选项wsrep_sst_method决定，一般选择的是xtrabackup。

必须注意，新节点加入Galera时，会删除新节点上所有已有数据，再通过xtrabackup(假设使用的是该方式)从Donor处完整备份所有数据进行恢复。所以，如果数据量很大，新节点加入过程会很慢。而且，在一个新节点成为Synced状态之前，不要同时加入其它新节点，否则很容易将集群压垮。

如果是这种情况，可以考虑使用wsrep_sst_method=rsync来做增量同步，既然是增量同步，最好保证新节点上已经有一部分数据基础，否则和全量同步没什么区别，且这样会对Donor节点加上全局read only锁

2.旧节点加入Galera集群

如果旧节点加入Galera集群，说明这个节点在之前已经在Galera集群中呆过，有一部分数据基础，缺少的只是它离开集群时的数据。这时加入集群时，会采用IST(incremental snapshot transfer)传输机制，即使用增量传输。

但注意，这部分增量传输的数据源是Donor上缓存在GCache文件中的，这个文件有大小限制，如果缺失的数据范围超过已缓存的内容，则自动转为SST传输。如果旧节点上的数据和Donor上的数据不匹配(例如这个节点离组后人为修改了一点数据)，则自动转为SST传输。

关于GCache以及Galera是如何判断数据状态的，本文不展开描述，可参见https://severalnines.com/blog/understanding-gcache-galera