1.概述

我們在考慮MySQL數(shù)據(jù)庫的高可用的架構(gòu)時，主要要考慮如下幾方面：

• 1.1 如果數(shù)據(jù)庫發(fā)生了宕機或者意外中斷等故障，能盡快恢復(fù)數(shù)據(jù)庫的可用性，盡可能的減少停機時間，保證業(yè)務(wù)不會因為數(shù)據(jù)庫的故障而中斷。
• 1.2 用作備份、只讀副本等功能的非主節(jié)點的數(shù)據(jù)應(yīng)該和主節(jié)點的數(shù)據(jù)實時或者最終保持一致。
• 1.3 當業(yè)務(wù)發(fā)生數(shù)據(jù)庫切換時，切換前后的數(shù)據(jù)庫內(nèi)容應(yīng)當一致，不會因為數(shù)據(jù)缺失或者數(shù)據(jù)不一致而影響業(yè)務(wù)。

關(guān)于對高可用的分級在這里我們不做詳細的討論，這里只討論常用高可用方案的優(yōu)缺點以及高可用方案的選型。

2.高可用方案

2.1.主從或主主半同步復(fù)制

使用雙節(jié)點數(shù)據(jù)庫，搭建單向或者雙向的半同步復(fù)制。在5.7以后的版本中，由于lossless replication、logical多線程復(fù)制等一些列新特性的引入，使得MySQL原生半同步復(fù)制更加可靠。

常見架構(gòu)如下：

 

通常會和proxy、keepalived等第三方軟件同時使用，即可以用來監(jiān)控數(shù)據(jù)庫的健康，又可以執(zhí)行一系列管理命令。如果主庫發(fā)生故障，切換到備庫后仍然可以繼續(xù)使用數(shù)據(jù)庫。

優(yōu)點：

• 架構(gòu)比較簡單，使用原生半同步復(fù)制作為數(shù)據(jù)同步的依據(jù);
• 雙節(jié)點，沒有主機宕機后的選主問題，直接切換即可;
• 雙節(jié)點，需求資源少，部署簡單;

缺點：

• 完全依賴于半同步復(fù)制，如果半同步復(fù)制退化為異步復(fù)制，數(shù)據(jù)一致性無法得到保證;
• 需要額外考慮haproxy、keepalived的高可用機制。

2.2.半同步復(fù)制優(yōu)化

半同步復(fù)制機制是可靠的。如果半同步復(fù)制一直是生效的，那么便可以認為數(shù)據(jù)是一致的。但是由于網(wǎng)絡(luò)波動等一些客觀原因，導(dǎo)致半同步復(fù)制發(fā)生超時而切換為異步復(fù)制，那么這時便不能保證數(shù)據(jù)的一致性。所以盡可能的保證半同步復(fù)制，便可提高數(shù)據(jù)的一致性。

該方案同樣使用雙節(jié)點架構(gòu)，但是在原有半同復(fù)制的基礎(chǔ)上做了功能上的優(yōu)化，使半同步復(fù)制的機制變得更加可靠。

可參考的優(yōu)化方案如下：

2.2.1.雙通道復(fù)制

 

半同步復(fù)制由于發(fā)生超時后，復(fù)制斷開，當再次建立起復(fù)制時，同時建立兩條通道，其中一條半同步復(fù)制通道從當前位置開始復(fù)制，保證從機知道當前主機執(zhí)行的進度。另外一條異步復(fù)制通道開始追補從機落后的數(shù)據(jù)。當異步復(fù)制通道追趕到半同步復(fù)制的起始位置時，恢復(fù)半同步復(fù)制。

2.2.2.binlog文件服務(wù)器

 

搭建兩條半同步復(fù)制通道，其中連接文件服務(wù)器的半同步通道正常情況下不啟用，當主從的半同步復(fù)制發(fā)生網(wǎng)絡(luò)問題退化后，啟動與文件服務(wù)器的半同步復(fù)制通道。當主從半同步復(fù)制恢復(fù)后，關(guān)閉與文件服務(wù)器的半同步復(fù)制通道。

優(yōu)點：

• 雙節(jié)點，需求資源少，部署簡單;
• 架構(gòu)簡單，沒有選主的問題，直接切換即可;
• 相比于原生復(fù)制，優(yōu)化后的半同步復(fù)制更能保證數(shù)據(jù)的一致性。

缺點：

• 需要修改內(nèi)核源碼或者使用mysql通信協(xié)議。需要對源碼有一定的了解，并能做一定程度的二次開發(fā)。
• 依舊依賴于半同步復(fù)制，沒有從根本上解決數(shù)據(jù)一致性問題。

2.3.高可用架構(gòu)優(yōu)化

將雙節(jié)點數(shù)據(jù)庫擴展到多節(jié)點數(shù)據(jù)庫，或者多節(jié)點數(shù)據(jù)庫集群。可以根據(jù)自己的需要選擇一主兩從、一主多從或者多主多從的集群。

由于半同步復(fù)制，存在接收到一個從機的成功應(yīng)答即認為半同步復(fù)制成功的特性，所以多從半同步復(fù)制的可靠性要優(yōu)于單從半同步復(fù)制的可靠性。并且多節(jié)點同時宕機的幾率也要小于單節(jié)點宕機的幾率，所以多節(jié)點架構(gòu)在一定程度上可以認為高可用性是好于雙節(jié)點架構(gòu)。

但是由于數(shù)據(jù)庫數(shù)量較多，所以需要數(shù)據(jù)庫管理軟件來保證數(shù)據(jù)庫的可維護性。可以選擇MMM、MHA或者各個版本的proxy等等。常見方案如下：

2.3.1.MHA+多節(jié)點集群

 

MHA Manager會定時探測集群中的master節(jié)點，當master出現(xiàn)故障時，它可以自動將最新數(shù)據(jù)的slave提升為新的master，然后將所有其他的slave重新指向新的master，整個故障轉(zhuǎn)移過程對應(yīng)用程序完全透明。

MHA Node運行在每臺MySQL服務(wù)器上，主要作用是切換時處理二進制日志，確保切換盡量少丟數(shù)據(jù)。

MHA也可以擴展到如下的多節(jié)點集群：

 

優(yōu)點：

• 可以進行故障的自動檢測和轉(zhuǎn)移;
• 可擴展性較好，可以根據(jù)需要擴展MySQL的節(jié)點數(shù)量和結(jié)構(gòu);
• 相比于雙節(jié)點的MySQL復(fù)制，三節(jié)點/多節(jié)點的MySQL發(fā)生不可用的概率更低

缺點：

• 至少需要三節(jié)點，相對于雙節(jié)點需要更多的資源;
• 邏輯較為復(fù)雜，發(fā)生故障后排查問題，定位問題更加困難;
• 數(shù)據(jù)一致性仍然靠原生半同步復(fù)制保證，仍然存在數(shù)據(jù)不一致的風(fēng)險;
• 可能因為網(wǎng)絡(luò)分區(qū)發(fā)生腦裂現(xiàn)象;

2.3.2.zookeeper+proxy

Zookeeper使用分布式算法保證集群數(shù)據(jù)的一致性，使用zookeeper可以有效的保證proxy的高可用性，可以較好的避免網(wǎng)絡(luò)分區(qū)現(xiàn)象的產(chǎn)生。

 

優(yōu)點：

• 較好的保證了整個系統(tǒng)的高可用性，包括proxy、MySQL;
• 擴展性較好，可以擴展為大規(guī)模集群;

缺點：

• 數(shù)據(jù)一致性仍然依賴于原生的mysql半同步復(fù)制;
• 引入zk，整個系統(tǒng)的邏輯變得更加復(fù)雜;

2.4.共享存儲

共享存儲實現(xiàn)了數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和存儲設(shè)備的解耦，不同數(shù)據(jù)庫之間的數(shù)據(jù)同步不再依賴于MySQL的原生復(fù)制功能，而是通過磁盤數(shù)據(jù)同步的手段，來保證數(shù)據(jù)的一致性。

2.4.1.SAN共享儲存

SAN的概念是允許存儲設(shè)備和處理器(服務(wù)器)之間建立直接的高速網(wǎng)絡(luò)(與LAN相比)連接，通過這種連接實現(xiàn)數(shù)據(jù)的集中式存儲。常用架構(gòu)如下：

 

使用共享存儲時，MySQL服務(wù)器能夠正常掛載文件系統(tǒng)并操作，如果主庫發(fā)生宕機，備庫可以掛載相同的文件系統(tǒng)，保證主庫和備庫使用相同的數(shù)據(jù)。

優(yōu)點：

• 兩節(jié)點即可，部署簡單，切換邏輯簡單;
• 很好的保證數(shù)據(jù)的強一致性;
• 不會因為MySQL的邏輯錯誤發(fā)生數(shù)據(jù)不一致的情況;

缺點：

需要考慮共享存儲的高可用;

• 價格昂貴;
• 2.4.2.DRBD磁盤復(fù)制

DRBD是一種基于軟件、基于網(wǎng)絡(luò)的塊復(fù)制存儲解決方案，主要用于對服務(wù)器之間的磁盤、分區(qū)、邏輯卷等進行數(shù)據(jù)鏡像，當用戶將數(shù)據(jù)寫入本地磁盤時，還會將數(shù)據(jù)發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)中另一臺主機的磁盤上，這樣的本地主機(主節(jié)點)與遠程主機(備節(jié)點)的數(shù)據(jù)就可以保證實時同步。常用架構(gòu)如下：

 

當本地主機出現(xiàn)問題，遠程主機上還保留著一份相同的數(shù)據(jù)，可以繼續(xù)使用，保證了數(shù)據(jù)的安全。

DRBD是linux內(nèi)核模塊實現(xiàn)的快級別的同步復(fù)制技術(shù)，可以與SAN達到相同的共享存儲效果。

優(yōu)點：

• 兩節(jié)點即可，部署簡單，切換邏輯簡單;
• 相比于SAN儲存網(wǎng)絡(luò)，價格低廉;
• 保證數(shù)據(jù)的強一致性;

缺點：

• 對io性能影響較大;
• 從庫不提供讀操作;

2.5.分布式協(xié)議

分布式協(xié)議可以很好解決數(shù)據(jù)一致性問題。比較常見的方案如下：

2.5.1.MySQL cluster

MySQL cluster是官方集群的部署方案，通過使用NDB存儲引擎實時備份冗余數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的高可用性和數(shù)據(jù)一致性。

 

優(yōu)點：

• 全部使用官方組件，不依賴于第三方軟件;
• 可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的強一致性;

缺點：

• 國內(nèi)使用的較少;
• 配置較復(fù)雜，需要使用NDB儲存引擎，與MySQL常規(guī)引擎存在一定差異;
• 至少三節(jié)點;

2.5.2.Galera

基于Galera的MySQL高可用集群， 是多主數(shù)據(jù)同步的MySQL集群解決方案，使用簡單，沒有單點故障，可用性高。常見架構(gòu)如下：

 

優(yōu)點：

• 多主寫入，無延遲復(fù)制，能保證數(shù)據(jù)強一致性;
• 有成熟的社區(qū)，有互聯(lián)網(wǎng)公司在大規(guī)模的使用;
• 自動故障轉(zhuǎn)移，自動添加、剔除節(jié)點;

缺點：

• 需要為原生MySQL節(jié)點打wsrep補丁
• 只支持innodb儲存引擎
• 至少三節(jié)點;

2.5.3.POAXS

Paxos 算法解決的問題是一個分布式系統(tǒng)如何就某個值(決議)達成一致。這個算法被認為是同類算法中最有效的。Paxos與MySQL相結(jié)合可以實現(xiàn)在分布式的MySQL數(shù)據(jù)的強一致性。常見架構(gòu)如下：

 

優(yōu)點：

• 多主寫入，無延遲復(fù)制，能保證數(shù)據(jù)強一致性;
• 有成熟理論基礎(chǔ);
• 自動故障轉(zhuǎn)移，自動添加、剔除節(jié)點;

缺點：

• 只支持innodb儲存引擎
• 至少三節(jié)點;

3.總結(jié)

隨著人們對數(shù)據(jù)一致性的要求不斷的提高，越來越多的方法被嘗試用來解決分布式數(shù)據(jù)一致性的問題，如MySQL自身的優(yōu)化、MySQL集群架構(gòu)的優(yōu)化、Paxos、Raft、2PC算法的引入等等。

而使用分布式算法用來解決MySQL數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)一致性的問題的方法，也越來越被人們所接受，一系列成熟的產(chǎn)品如PhxSQL、MariaDB Galera Cluster、Percona XtraDB Cluster等越來越多的被大規(guī)模使用。

隨著官方MySQL Group Replication的GA，使用分布式協(xié)議來解決數(shù)據(jù)一致性問題已經(jīng)成為了主流的方向。期望越來越多優(yōu)秀的解決方案被提出，MySQL高可用問題可以被更好的解決。