【MySQ】9.构建高可用数据库:MySQL集群模式部署大全
单个MySQL节点的主要风险在于它构成了一个单点故障,这意味着任何硬件故障、软件崩溃或维护需求都可能导致整个数据库服务中断,从而影响到业务的连续性和数据的安全性。此外,它还限制了系统的扩展性,使得性能提升和负载均衡变得困难,同时也缺乏数据冗余,增加了数据丢失或损坏的风险。为了解决这些问题,引入了MySQL的集群。
1.MySQL集群
MySQL集群是一种数据库架构,它通过在多个服务器上分布数据和负载来保障高可用性、可扩展性和容错性。
集群的主要目标是:
高可用性:确保数据库系统在面对硬件故障、网络问题或其他突发事件时仍能继续运行。
读写分离:通过将读操作和写操作分散到不同的服务器上,提高系统处理大量并发请求的能力。
负载均衡:将工作负载分散到多个服务器,避免单个数据库服务器的过载。
数据冗余:通过在多个节点上复制数据,提供数据备份,以防数据丢失或损坏。
2.MySQL集群的常见模式
主从复制:一个主节点负责写入操作,多个从节点复制主节点的数据。从节点可以处理读取操作,以此来提高读取性能。
MySQL Group Replication:一种基于InnoDB存储引擎的插件,提供多主或单主配置的高一致性集群。
MySQL NDB Cluster:一个高性能、高可用、可扩展的分布式数据库集群解决方案,适用于需要快速、实时数据访问的应用。
InnoDB Cluster:MySQL 8.0引入的基于Group Replication的集群解决方案,简化了配置和管理。
双主模式:两个主节点可以独立处理读写操作,适用于需要两个活跃写入节点的场景。
3.实现方式
3.1. 主从复制
MySQL的主从复制是一种数据复制技术,它允许将一个MySQL数据库服务器(主服务器或Master)上的数据自动复制到一个或多个服务器(从服务器或Slave)上。这种复制是异步的,主服务器将所有变更记录到二进制日志(binlog)中,从服务器则连接到主服务器并请求这些日志,然后在本地重放这些日志中的SQL语句,以保持数据的一致性。
优点
- 数据冗余:提供了数据的热备份,降低了数据丢失的风险。
- 性能提升:一主多从,不同用户从不同数据库读取,性能提升。
- 扩展性:流量增大时,可以方便地增加从服务器,不影响系统使用。
- 负载均衡:一主多从相当于分担了主机任务,做了负载均衡。
缺点
- 数据延迟:由于复制是异步的,存在数据复制延迟的风险。
- 复杂性增加:增加了系统的复杂性,需要更多的维护和管理。
- 额外资源消耗:需要额外的硬件资源来部署从服务器。
- 写入性能影响:所有写入操作都在主服务器上执行,可能成为性能瓶颈。
适用场景
- 读写分离:适用于读操作远多于写操作的场景。
- 数据备份:用于数据的实时备份,以防止数据丢失。
- 高可用性需求:需要保证服务连续性的关键应用。
配置文件
主从复制的配置涉及到修改MySQL的配置文件(通常是my.cnf或my.ini),并执行一系列的SQL命令来启动复制过程。
主服务器配置(my.cnf或my.ini):
[mysqld] server-id=1 # 主服务器唯一ID log-bin=mysql-bin # 二进制日志文件的名称 read-only=0 # 设置为0以允许写操作
从服务器配置(my.cnf或my.ini):
[mysqld] server-id=2 # 从服务器唯一ID,不能与主服务器ID相同 relay-log=relay-log-bin # 中继日志文件的名称 read_only=1 # 设置为1以使从服务器只读
复制步骤:
-
在主服务器上创建复制用户并授权:
CREATE USER 'replica'@'%' IDENTIFIED BY 'password'; GRANT REPLICATION SLAVE ON *.* TO 'replica'@'%'; FLUSH PRIVILEGES;
-
在主服务器上查看当前的二进制日志文件和位置:
SHOW MASTER STATUS;
-
在从服务器上配置主服务器信息:
CHANGE MASTER TO MASTER_HOST='主服务器IP', MASTER_USER='replica', MASTER_PASSWORD='password', MASTER_LOG_FILE='从SHOW MASTER STATUS获取的文件名', MASTER_LOG_POS=从SHOW MASTER STATUS获取的位置;
-
启动从服务器复制进程:
START SLAVE;
-
验证复制状态:
SHOW SLAVE STATUS \G;
确保Slave_IO_Running和Slave_SQL_Running的值为Yes。
请注意,具体的配置细节可能会根据MySQL的版本和操作系统有所不同,因此在配置前应参考官方文档或相关资源。
3.2 MySQL Group Replication
MySQL Group Replication
MySQL Group Replication(MGR)是一种提供高可用性、容错性和数据一致性的数据库复制解决方案。它基于Paxos协议,允许多个MySQL服务器组成一个集群,数据在集群中的每个节点上保持一致。
优点
- 高可用性:当一个节点失败时,集群可以继续运行,而不会影响服务的可用性。
- 自动故障转移:MGR可以自动处理节点故障并重新配置集群。
- 数据一致性:使用Paxos协议确保集群中所有节点的数据一致性。
- 写扩展性:在多主模式下,可以在多个节点上进行写操作,提高写入性能。
- 易于管理:可以使用MySQL Shell和系统变量来管理集群。
缺点
- 复杂性:相比于传统的主从复制,MGR的配置和维护更加复杂。
- 性能损耗:由于需要在集群节点间同步数据,可能会有一定的性能开销。
- 存储引擎限制:目前仅支持InnoDB存储引擎。
- 网络要求:对网络的稳定性和延迟有一定要求,因为节点间需要频繁通信。
适用场景
- 高可用性需求:需要确保数据库服务始终可用的应用。
- 多数据中心部署:跨越多个数据中心,需要数据同步和故障转移能力。
- 读写分离:需要在多个节点上进行读取操作以提高性能的场景。
配置文件
以下是MySQL Group Replication的基本配置,通常在每个节点的my.cnf或my.ini配置文件中设置:
[mysqld] # 服务器唯一ID server-id=1 # 开启二进制日志 log-bin=mysql-bin # 开启GTID gtid_mode=ON # 强制GTID一致性 enforce_gtid_consistency=ON # 设置需要加载的插件 plugin_load_add='group_replication.so' # 组复制的组名,需要是UUID格式 group_replication_group_name="aaaaaaaa-aaaa-aaaa-aaaa-aaaaaaaaaaaa" # 组复制的启动选项 group_replication_start_on_boot=off # 本地地址,用于组内通信 group_replication_local_address="127.0.0.1:33061" # 组内所有成员的地址 group_replication_group_seeds="127.0.0.1:33061,127.0.0.1:33062,127.0.0.1:33063" # 是否在引导组时启动 group_replication_bootstrap_group=off
如何使用
- 确保所有MySQL节点的server-id是唯一的。
- 在每个节点上配置好my.cnf文件,确保相关的组复制参数正确设置。
- 在每个节点上启动MySQL服务。
- 在一个节点上运行以下命令来初始化集群:
SET GLOBAL group_replication_bootstrap_group=ON; START GROUP_REPLICATION;
- 在其他节点上运行以下命令来加入集群:
START GROUP_REPLICATION;
- 确认集群状态:
SELECT * FROM performance_schema.replication_group_members;
实际部署时可能需要考虑更多的因素,如SSL配置、用户权限配置等。
3.3 MySQL NDB Cluster
MySQL NDB Cluster是一个高性能、高可用的分布式数据库集群系统,它允许在无共享的系统中部署“内存中”数据库的Cluster。NDB Cluster采用了NDB Cluster存储引擎,可以在一个Cluster中运行多个MySQL服务器。
优点
- 高可用性:提供99.999%的高可用性,确保了较强的故障恢复能力。
- 写入扩展性:通过自动分片实现高水平的写入扩展能力。
- 实时性能:提供实时的响应时间和吞吐量,满足苛刻的应用需求。
- 多站点集群:支持跨地域复制,提高灾难恢复能力和扩展能力。
- 在线扩展:允许在线添加节点和更新内容,支持快速变化和动态负载。
缺点
- 内存限制:基于内存,数据库的规模受集群总内存的大小限制。
- 网络依赖:多个节点通过网络实现通讯和数据同步,整体性能受网络速度影响。
- 存储引擎限制:需要对需要进行分片的表修改引擎为NDB,不支持外键。
- 事务隔离级别:NDB的事务隔离级别只支持Read Committed,而InnoDB支持所有事务隔离级别。
- 资源消耗:对内存和存储资源的消耗较大。
适用场景
- 大规模数据集:适用于需要处理大量数据和高并发读写操作的场景。
- 高可用性需求:对于需要几乎不间断服务的关键业务系统。
- 分布式计算环境:适用于需要跨多个地点分布数据的分布式应用。
配置文件
my.cnf(或my.ini,取决于操作系统)是MySQL服务器的主配置文件,它包含了用于调整数据库服务器行为的设置。要配置MySQL以使用NDB Cluster,您需要在my.cnf中设置特定的参数。以下是一个基本的配置示例:
[mysqld] # 服务器的唯一ID,在集群中每个服务器的ID必须是唯一的 server-id=1 # 设置数据目录 datadir=/path/to/mysql/data # 设置端口号(如果需要) port=3306 # 设置默认存储引擎为NDB default-storage-engine=ndbcluster # 开启二进制日志 log-bin=mysql-bin # 设置binlog格式为ROW,NDB Cluster要求 binlog_format=row # 其他可能需要的配置项...
在配置my.cnf文件后,您还需要配置NDB Cluster的全局配置文件config.ini,这个文件包含了集群中所有节点的信息,如管理节点、数据节点和SQL节点的配置。
以下是config.ini文件的一个基本示例:
[ndbd default] NoOfReplicas=2 DataMemory=64M [ndb_mgmd] # 管理节点的ID NodeId=1 # 管理节点的主机名或IP地址 HostName=192.168.1.1 # 管理节点的数据目录 DataDir=/path/to/ndb/mgmt/data [ndbd] # 数据节点的ID NodeId=2 # 数据节点的主机名或IP地址 HostName=192.168.1.2 # 数据节点的数据目录 DataDir=/path/to/ndb/data [mysqld] # SQL节点的ID NodeId=3 # SQL节点的主机名或IP地址 HostName=192.168.1.3
需要根据实际的网络环境和系统配置来调整上述示例中的HostName和DataDir等参数。此外,可能还需要配置其他参数,如网络缓冲区大小、连接数限制等。
在修改配置文件后,需要重启MySQL服务以使更改生效。
如何使用
- 准备并配置my.cnf和config.ini文件。
- 启动管理节点(ndb_mgmd)。
- 在每个数据节点上启动数据节点守护进程(ndbd)。
- 启动SQL节点(mysqld)。
- 使用NDB管理工具(如ndb_mgm)来管理集群。
3.4 InnoDB Cluster
InnoDB Cluster是MySQL官方提供的高可用性数据库解决方案,它基于MySQL Group Replication构建,提供易于管理的API、自动故障转移和路由、以及负载均衡等功能。
优点
- 高可用性:通过自动故障转移和恢复,确保服务的持续可用性。
- 读写分离:支持读写分离,提高数据库的读取性能。
- 负载均衡:内置MySQL Router提供负载均衡功能,优化资源使用。
- 易于管理:通过MySQL Shell的AdminAPI简化了集群的配置和管理。
- 自动数据同步:底层使用Group Replication技术,实现数据的自动同步。
缺点
- 复杂性:相比于传统的主从复制,配置和维护InnoDB Cluster更加复杂。
- 资源消耗:运行InnoDB Cluster需要额外的硬件资源和网络带宽。
- 有限的节点支持:虽然可以横向扩展,但集群中的节点数量有限。
适用场景
- 高可用性需求:适用于需要高可用性服务的关键业务系统。
- 大型企业级应用:适用于需要处理大量数据和请求的大型应用。
- 易于管理的集群:适用于需要简化集群管理并希望减少运维成本的场景。
配置文件
InnoDB Cluster的配置涉及到my.cnf配置文件的设置以及使用MySQL Shell进行集群管理。
my.cnf 配置示例(对于每个MySQL实例):
[mysqld] server_id=1 log_bin=mysql-bin binlog_format=row gtid_mode=ON enforce_gtid_consistency=ON # Group Replication的配置 group_replication_group_name="XX-XX-OO-OO" group_replication_start_on_boot=off group_replication_local_address="server-uuid:33061" group_replication_group_seeds="server1-uuid:33061,server2-uuid:33062,server3-uuid:33063" group_replication_bootstrap_group=off
如何使用
- 确保所有MySQL实例的server_id是唯一的,并配置好Group Replication的相关参数。
- 在每个MySQL实例上启动Group Replication。
- 使用MySQL Shell连接到主节点,并使用AdminAPI创建InnoDB Cluster:
mysqlsh -u root -p var cluster = dba.createCluster('primary_instance', 'root', 'password'); cluster.addInstance('secondary_instance_1', 'root', 'password'); cluster.addInstance('secondary_instance_2', 'root', 'password');
- 使用MySQL Router进行读写分离和负载均衡。初始化MySQL Router并配置连接信息:
mysqlrouter --bootstrap root@primary_instance:3306 --user=root
- 启动MySQL Router,并使用提供的连接信息进行数据库连接。
3.5 双主模式
双主模式是一种数据库复制配置,其中两个数据库节点都作为主节点,可以独立接受写入操作。当一个节点接收到写入请求时,更改会实时复制到另一个节点。
优点
- 写入扩展性:两个节点都可以处理写入操作,提高了写入操作的扩展性。
- 高可用性:在任一节点故障时,另一个节点仍可继续提供服务,包括写入操作。
- 故障转移:无需复杂的故障转移机制,因为两个节点都是活跃的。
缺点
- 数据一致性:需要复杂的冲突检测和解决机制来保持数据一致性。
- 网络要求:对网络稳定性和延迟有较高要求,因为节点间的实时同步对网络质量敏感。
- 额外开销:实时同步带来的额外网络和磁盘I/O开销。
适用场景
- 分布式应用:需要在不同地理位置提供写入能力的应用。
- 高写入负载:需要分散写入负载以提高性能的场景。
- 实时数据需求:需要在多个节点实时同步数据的应用。
配置文件
双主模式的配置通常涉及修改MySQL的配置文件(my.cnf或my.ini),并使用MySQL Shell进行管理。
my.cnf 配置示例(对于每个MySQL实例):
[mysqld] server_id=1 # 每个节点的server_id必须唯一 log_bin=mysql-bin # 开启二进制日志 binlog_format=row # 使用row格式以支持双主复制 gtid_mode=ON # 开启GTID enforce_gtid_consistency=ON # 保证GTID的一致性 # Group Replication的配置 group_replication_group_name="aaaaaaaa-aaaa-aaaa-aaaa-aaaaaaaaaaaa" # 集群名称,需与所有节点相同 group_replication_start_on_boot=off # 禁止开机自启 group_replication_local_address="192.168.1.1:33061" # 本地地址和端口 group_replication_group_seeds="192.168.1.1:33061,192.168.1.2:33061" # 集群中所有节点的地址和端口 group_replication_bootstrap_group=off # 设置为off以防止自动成为主节点
如何使用
- 确保所有MySQL实例的server_id是唯一的,并配置好Group Replication的相关参数。
- 在每个MySQL实例上启动Group Replication。
- 使用MySQL Shell连接到任一节点,并使用AdminAPI进行双主模式的配置:
mysqlsh -u root -p var cluster = dba.getCluster(); cluster.switchToMultiPrimaryMode();
- 这将把集群从单主模式切换到双主模式。
4.总结
为了应对单实例的局限性与风险,MySQL集群通过在多个服务器间分散数据和负载,提供了一种高可用性、可扩展和容错性强的数据库解决方案。它支持多种模式,包括主从复制、MySQL Group Replication、MySQL NDB Cluster和InnoDB Cluster,以及双主模式,以满足不同的业务需求。每种模式都有其独特的优点和局限性,选择合适的集群模式需要考虑业务场景、性能要求、维护成本和系统复杂性。通过精心配置和优化,MySQL集群能够显著提升数据库系统的整体性能和可靠性。