MySQL高可用——PXC簡介

PXC簡介：

    galera產(chǎn)品是以galera cluster方式為mysql提高高可用集群解決方案的。galera cluster就是集成了galera插件的mysql集群。galera replication是codership提供的mysql數(shù)據(jù)同步方案，具有高可用性，方便擴展，并且可以實現(xiàn)多個mysql節(jié)點間的數(shù)據(jù)同步復制與讀寫，可保障數(shù)據(jù)庫的服務(wù)高可用及數(shù)據(jù)強一致性。

   PXC屬于一套近乎完美的mysql高可用集群解決方案，相比那些比較傳統(tǒng)的基于主從復制模式的集群架構(gòu)MHA和MM+keepalived，galera cluster最突出特點就是解決了詬病已久的數(shù)據(jù)復制延遲問題，基本上可以達到實時同步。而且節(jié)點與節(jié)點之間，他們相互的關(guān)系是對等的。本身galera cluster也是一種多主架構(gòu)。galera cluster最關(guān)注的是數(shù)據(jù)的一致性，對待事物的行為時，要么在所有節(jié)點上執(zhí)行，要么都不執(zhí)行，它的實現(xiàn)機制決定了它對待一致性的行為非常嚴格，這也能非常完美的保證MySQL集群的數(shù)據(jù)一致性；

    對galera cluster的封裝有兩個，雖然名稱不同，但實質(zhì)都是一樣的，使用的都是galera cluster。一個MySQL的創(chuàng)始人在自己全新的MariaDB上實現(xiàn)的MAriaDB cluster；一個是著名的MySQL服務(wù)和工具提供商percona實現(xiàn)的percona xtradb cluster，簡稱PXC

   要搭建PXC架構(gòu)至少需要3個mysql實例來組成一個集群，三個實例之間不是主從模式，而是各自為主，所以三者是對等關(guān)系，不分從屬，這就叫multi-master架構(gòu)?？蛻舳藢懭牒妥x取數(shù)據(jù)時，連接哪個實例都是一樣的。讀取到的數(shù)據(jù)時相同的，寫入任意一個實例之后，集群自己會將新寫入的數(shù)據(jù)同步到其他實例上，這種架構(gòu)不共享任何數(shù)據(jù)，是一種高冗余架構(gòu)。

--：galera cluster的功能有7點，如下：

①：多主架構(gòu)：真正的多點讀寫集群，在任何時候讀寫的數(shù)據(jù)都是最新的；

②：同步復制：集群不同節(jié)點之間的數(shù)據(jù)同步，沒有延遲，在數(shù)據(jù)庫掛掉之后，數(shù)據(jù)不會丟失；

③：并發(fā)復制：從節(jié)點在apply數(shù)據(jù)時，支持并行執(zhí)行，有更好的性能表現(xiàn)

④：故障切換：因為支持多點寫入，所以在出現(xiàn)數(shù)據(jù)庫故障時可以很容易的進行故障切換

⑤：熱插拔：在服務(wù)期間，如果數(shù)據(jù)庫掛了，只要監(jiān)控程序發(fā)現(xiàn)的夠快，不可服務(wù)時間就會非常少，在節(jié)點故障期間，節(jié)點本身對集群的影響非常??；

⑥：自動節(jié)點克隆：在新增節(jié)點或停機維護時，增量數(shù)據(jù)或基礎(chǔ)數(shù)據(jù)不需要人工手動備份提供，galera cluster會自動拉取在線節(jié)點數(shù)據(jù)，集群最終會變?yōu)橐恢拢?/p>

⑦：對應用透明：集群的維護，對應用程序是透明的，幾乎感覺不到；

--PXC原理：

PXC最常使用以下4個端口號： 

 3306-數(shù)據(jù)庫對外服務(wù)的端口號。

 4444-請求SST的端口（SST是指數(shù)據(jù)庫一個備份全量文件的傳輸。）

 4567-組成員之間進行溝通的一個端口號

 4568-用于傳輸IST（相對于SST來說的一個增量）

PXC的操作流程：

  首先客戶端先發(fā)起一個事務(wù)，該事務(wù)先在本地執(zhí)行，執(zhí)行完成之后就要發(fā)起對事務(wù)的提交操作了。在提交之前需要將產(chǎn)生的復制寫集廣播出去，然后獲取到一個全局的事務(wù)ID號，一并傳送到另一個節(jié)點上面。通過合并數(shù)據(jù)之后，發(fā)現(xiàn)沒有沖突數(shù)據(jù)，執(zhí)行apply_cd和commit_cb動作，否則就需要取消此次事務(wù)的操作。而當前server節(jié)點通過驗證之后，執(zhí)行提交操作，并返回OK，如果驗證沒通過，則執(zhí)行回滾。當然在生產(chǎn)中至少要有3個節(jié)點的集群環(huán)境，如果其中一個節(jié)點沒有驗證通過，出現(xiàn)了數(shù)據(jù)沖突，那么此時采取的方式就是講出現(xiàn)不一致的節(jié)點踢出集群環(huán)境，而且它自己會執(zhí)行shutdown命令，自動關(guān)機。

PXC的優(yōu)點：

①：實現(xiàn)mysql數(shù)據(jù)庫集群架構(gòu)的高可用性和數(shù)據(jù)的 強一致性。

②：完成了真正的多節(jié)點讀寫的集群方案。

③：改善了傳統(tǒng)意義上的主從復制延遲問題，基本上達到了實時同步。

④：新加入的節(jié)點可以自動部署，無須提供手動備份，維護起來很方便。

⑤：由于是多節(jié)點寫入，所以數(shù)據(jù)庫故障切換很容易。

PXC的缺點：

①：新加入的節(jié)點開銷大，需要復制完整的數(shù)據(jù)。采用SST傳輸開銷太大。

②：任何更新事務(wù)都需要全局驗證通過，才會在每個節(jié)點庫上執(zhí)行。集群性能受限于性能最差的節(jié)點，也就是經(jīng)常說的短板效應。

③：因為需要保證數(shù)據(jù)的一致性，所以在多節(jié)點并發(fā)寫時，鎖沖突問題比較嚴重。

④：存在寫擴大問題，所有的節(jié)點上都會發(fā)生些操作。

⑤：只支持innodb存儲引擎的表。

⑥：沒有表級別的鎖定，執(zhí)行DDL語句操作會把整個集群鎖住，而且也 kill 不了（建議使用Osc操作，即在線DDL）

⑦：所有的表必須含有主鍵，不然操作數(shù)據(jù)時會報錯。

PXC搭建的注意點：

   首先要規(guī)范集群中節(jié)點的數(shù)量，整個集群中節(jié)點數(shù)控制在最少3個、最多8個范圍內(nèi)。最少3個節(jié)點是為了防止出現(xiàn)腦裂現(xiàn)象，因為只有在兩個節(jié)點下才會出現(xiàn)此現(xiàn)象。腦裂現(xiàn)象的標志就是輸入任何命令、返回結(jié)果都是unkown command，節(jié)點在集群中，會因為新節(jié)點的加入或者故障，同步失效等而發(fā)生狀態(tài)的切換。

--節(jié)點狀態(tài)變化階段：

  open：節(jié)點啟動成功，嘗試連接到集群。

  primary：節(jié)點已處于集群中，在新節(jié)點加入時，選取donor進行數(shù)據(jù)同步時會產(chǎn)生的狀態(tài)。

  joiner：節(jié)點處于等待接收同步文件時的狀態(tài)。

  joined：節(jié)點完成數(shù)據(jù)同步的工作，嘗試保持和集群進度一致。

  synced：節(jié)點正常提供服務(wù)的狀態(tài)，表示已經(jīng)同步完成并和集群進度保持一致。

  doner：節(jié)點處于為新加入的節(jié)點提供全量數(shù)據(jù)時的狀態(tài)。

注意：doner節(jié)點就是數(shù)據(jù)的貢獻者，如果一個新節(jié)點加入集群，此時又需要大量數(shù)據(jù)的SST傳輸，就有可能因此而拖垮整個集群的性能。所以在生產(chǎn)環(huán)境中，如果數(shù)據(jù)量小，還可以使用SST全量傳輸，但如果數(shù)據(jù)量很大就不建議使用這種方式了?？梢钥紤]先建立主從關(guān)系，在加入集群。

PXC有兩種節(jié)點的數(shù)據(jù)傳輸方式：一種叫SST全量傳輸，另一種叫IST增量傳輸。

SST傳輸有：xtrabackup、mysqldump和rsync三種方法。而增量傳輸就一種方法就是xtrabackup。但生產(chǎn)環(huán)境中一般數(shù)據(jù)量不大的時候，可以使用SST全量傳輸，但也只實現(xiàn)xtrabackup方法。

在PXC中還有一個特別重要的模塊就是GCache。它的核心功能就是每個節(jié)點緩存當前最新的寫集。如果有新節(jié)點加入進來，就可以把新數(shù)據(jù)的增量傳遞給新節(jié)點，而不需要再使用SST方式了。這樣可以讓節(jié)點更快地加入集群中。涉及參數(shù)如下：

 gcache.size：代表用來緩存寫集增量信息的大小。它的默認大小是128MB，通過wsrep_provider_options參數(shù)設(shè)置。建議調(diào)整為2GB-4GB范圍，足夠的空間便于緩存更多的增量信息。

 gcache.mem_size：代表gcache中內(nèi)存緩存的大小，適度調(diào)大可以提高整個集群的性能。

 gcache.page_size：可以理解為如果內(nèi)存不夠用（gcache不足），就直接將寫集寫入磁盤文件中。

--：PXC的工作模式：

  galera的工作模式是——某個節(jié)點寫入一個事務(wù)，它會廣播到其他節(jié)點，而這個所謂的其他節(jié)點，也包括自己。也就說自己發(fā)出來的事務(wù)，自己也會收到，只是在收到并產(chǎn)生GTID之后，就被簡單忽略了，而不會再去apply一次。

--：galera的并發(fā)控制機制：

   并發(fā)控制主要是在接口galera_pre_commit中完成的，這個接口是galera最重要的接口之一，這里面實現(xiàn)了最重要的復制、驗證邏輯。目前，這個接口中包括的并發(fā)控制有以下幾點：

①：數(shù)據(jù)復制：

  目前的galera版本中，寫集數(shù)據(jù)的發(fā)送是通過asio的異步方式將數(shù)據(jù)廣播出去。這個發(fā)送是串行的，是一個臨界區(qū)，因為在每次 發(fā)送前，邏輯上還需要分片，并且每次發(fā)送完成之后，需要等待一個GTID的值，所以為了保證數(shù)據(jù)的一致性，這個發(fā)送操作需要串行；

②：寫集驗證：

  要求所有進入處理區(qū)的GTID必須是順序的，因為GTID是順序產(chǎn)生的，所以在順序的基礎(chǔ)上，同一時間必須只有一個事務(wù)可以進行處理，說白了就是串行；

  受這種層次并發(fā)控制管理的操作主要有驗證操作，因此說驗證是串行的；

③：寫集apply

④：事務(wù)commit

   這個層次的并發(fā)控制機制，默認是3，建議也是3，就是串行提交，這樣就保證了不管在主庫還是從庫，所有的節(jié)點產(chǎn)生的binlog都是完全相同的；

3、galera 接口：

---galera_init：

   這個接口的作用是初始化一個galera節(jié)點，這是一個PXC節(jié)點調(diào)用的第一個wsrep接口，在啟動服務(wù)器的時候初始化，將所有需要的參數(shù)和環(huán)境變量初始化。（如：集群名字，實例地址、需要這個接口做binlog的復制等）

---galera_connect：

   這個接口是第二個調(diào)用的接口。這個接口的作用是將當前節(jié)點加入集群中。加入集群前會調(diào)用函數(shù)wsrep_view_handler_cb來判斷新加入節(jié)點與集群的數(shù)據(jù)是否同步；

---galera_recv：

   這個接口的作用是，在這個函數(shù)里阻塞式的接收其他節(jié)點及本節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)，并且調(diào)用復制apply函數(shù)執(zhí)行復制操作。（這個接口實際上是可以并行存在的。它對應的是參數(shù)wsrep_slave_threads有多少個線程，就有多少個galera_recv的調(diào)用）

---galera_pre_commit：

   這個接口是galera最重要的接口之一。它的作用包括兩部分，首先是將當前指定的事務(wù)寫集廣播給整個集群節(jié)點，然后就是驗證，如果驗證成功，則將處理權(quán)交給上層，繼續(xù)做數(shù)據(jù)庫事務(wù)的提交操作；這個接口是在數(shù)據(jù)庫事務(wù)提交時調(diào)用的，調(diào)用這個接口時，必須是本地事務(wù)已經(jīng)執(zhí)行完成；

---galera_replay_trx：

   這個接口的作用及使用，就是在驗證過程中，由于數(shù)據(jù)庫鎖的沖突，當前操作被其他線程自治縣了galera_abort_pre_com_mit，導致當前線程被強制中止，但是由于寫集已經(jīng)復制到其他節(jié)點，所以本節(jié)點這個事務(wù)必須要完成。通過這個接口，將這個事務(wù)的寫集做一次apply，所以就叫replay；

---galera_append_key：

   這個接口就是所謂的galera驗證，被驗證的對象實際上就是寫集，而構(gòu)成寫集的內(nèi)容，其實就是通過這個接口來完成的；

---galera_append_data：

   這個接口是當前事務(wù)所生成的binlog內(nèi)容，也就是說key在驗證通過之后，使用data在從節(jié)點執(zhí)行，即可做到數(shù)據(jù)同步；

---galera_post_commit：

   這個接口是用來真正提交事務(wù)的。這個接口包括4個功能：更新狀態(tài)參數(shù)wsrep_last_committed的值，表示當前事務(wù)已經(jīng)真正提交了；更新參數(shù)wsrep_local_commits的值，表示本地又成功提交了一個事務(wù)；檢查當前驗證寫集緩沖區(qū)是不是可以做purge操作；

---galera_to_execute_start:

   這個接口專門用來處理DDL語句的執(zhí)行；

---galera_to_execute_end：

   這個接口實際上和galera_post_commit功能一樣，成對出現(xiàn)，是為處理不同語句而設(shè)置的，主要就是為了從commit臨界區(qū)中出來，從而讓其他事務(wù)繼續(xù)提交；