MySQL 数据库的高可用性分析

MySQL据库是目前开源应用最大的关系型据库,有海量的应用将数据存储在MySQL数据库中。存储数据的安全性和可靠性是生产数据库的关注重点。本文分析了目前采用较多的保障MySQL可用性方案。

MySQL Replication

MySQL Replication是MySQL官方提供的主从同步方案,用于将一个MySQL实例的数据,同步到另一个实例中。Replication为保证数据安全做了重要的保证,也是现在运用最广的MySQL容灾方案。Replication用两个或以上的实例搭建了MySQL主从复制集群,提供单点写入,多点读取的服务,实现了读的scale out。

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图1. MySQL Replication主从复制集群

如图一所示,一个主实例(M),三个从实例(S),通过replication,Master生成event的binlog,然后发给slave,Slave将event写入relaylog,然后将其提交到自身数据库中,实现主从数据同步。对于数据库之上的业务层来说,基于MySQL的主从复制集群,单点写入Master,在event同步到Slave后,读逻辑可以从任何一个Slave读取数据,以读写分离的方式,大大降低Master的运行负载,同时提升了Slave的资源利用。

对于高可用来说,MySQL Replication有个重要的缺陷:数据复制的时延。在通常情况下,MySQL Replication数据复制是异步的,即是MySQL写binlog后,发送给Slave并不等待Slave返回确认收到,本地事务就提交了。一旦出现网络延迟或中断,数据延迟发送到Slave侧,主从数据就会出现不一致。在这个阶段中,Master一旦宕机,未发送到Slave的数据就丢失了,无法做到数据的高可用。

为了解决这个问题,google提供了解决方案:半同步和同步复制。在数据异步复制的基础之上,做了一点修改。半同步复制是Master等待event写入Slave的relay后,再提交本地,保证Slave一定收到了需要同步的数据。同步复制不不仅是要求Slave收到数据,还要求Slave将数据commit到数据库中,从而保证每次的数据写入,主从数据都是一致的。

基于半同步和同步复制,MySQL Replication的高可用得到了质的提升,特别是同步复制。基于同步复制的MySQL Replication集群,每个实例读取的数据都是一致的,不会存在Slave幻读。同时,Master宕机后,应用程序切换到任何一个Slave都可以保证读写数据的一致性。但是,同步复制带来了重大的性能下降,这里需要做一个折衷。另外,MySQL Replication的主从切换需要人工介入判断,同时需要Slave的replaylog提交完毕,故障恢复时间会比较长。

MySQL Fabric

MySQL Fabric是MySQL社区提供的管理多个MySQL服务的扩展。高可用是它设计的主要特性之一。

Fabric将两个及以上的MySQL实例划分为一个HA Group。其中的一个是主,其余的都是从。HA Group保证访问指定HA Group的数据总是可用的。其基础的数据复制是基于MySQL Replication,然后,Fabric提供了更多的特性:

失效检测和恢复:Fabric监控HA Group中的主实例,一旦发现主实例失效,Fabric会从HA Group中剩余的从实例中选择一个,并将其提升为主实例。

读写均衡:Fabric可以自动的处理一个HA Group的读写操作,将写操作发送给主实例,而读请求在多个从实例之间做负载均衡。

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图2. Fabric

MHA

MHA(MySQL-master-ha)是目前广泛使用的MySQL主从复制的高可用方案。MHA设计目标是自动实现主实例宕机后,从机切换为主,并尽量降低切换时延(通常在10-30s内切换完成)。同时,由MHA保证在切换过程中的数据一致性。MHA对MySQL的主从复制集群非常友好,没有对集群做任何侵入性的修改。

MHA的一个重点特性是:在主实例宕机后,MHA可以自动的判断主从复制集群中哪个从实例的relaylog是最新的,并将最新从实例的差异log“应用”到其余的从实例中,从而保证每个实例的数据一致。通常情况下,MHA需要10s左右检测主实例异常,并将主实例关闭从而避免脑裂。然后再用10s左右将差异的log event同步,并启用新的Master。整个MHA的RTO时间大约在30s。

MySQL Cluster

MySQL Cluster是一个高度可扩展的,兼容ACID事务的实时数据库,基于分布式架构不存在单点故障,MySQL Cluster支持自动水平扩容,并能做自动的读写负载均衡。

MySQL Cluster使用了一个叫NDB的内存存储引擎来整合多个MySQL实例,提供一个统一的服务集群。如图三所示。

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图3. MySQL Cluster组成

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