【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

1. 数据冗余：提供了数据的热备份，降低了数据丢失的风险。
2. 性能提升：一主多从，不同用户从不同数据库读取，性能提升。
3. 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。
4. 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

1. 数据延迟：由于复制是异步的，存在数据复制延迟的风险。
2. 复杂性增加：增加了系统的复杂性，需要更多的维护和管理。
3. 额外资源消耗：需要额外的硬件资源来部署从服务器。
4. 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

1. 读写分离：适用于读操作远多于写操作的场景。
2. 数据备份：用于数据的实时备份，以防止数据丢失。
3. 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：

1. 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;
   

2. 在主服务器上查看当前的二进制日志文件和位置：

   SHOW MASTER STATUS;
   

3. 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;
   

4. 启动从服务器复制进程：

   START SLAVE;
   

5. 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

1. 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。
2. 自动故障转移：MGR可以自动处理节点故障并重新配置集群。
3. 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。
4. 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。
5. 易于管理：可以使用MySQL Shell和系统变量来管理集群。

缺点

1. 复杂性：相比于传统的主从复制，MGR的配置和维护更加复杂。
2. 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。
3. 存储引擎限制：目前仅支持InnoDB存储引擎。
4. 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

1. 高可用性需求：需要确保数据库服务始终可用的应用。
2. 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。
3. 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

1. 确保所有MySQL节点的server-id是唯一的。
2. 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。
3. 在每个节点上启动MySQL服务。
4. 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;
   

5. 在其他节点上运行以下命令来加入集群：

   START GROUP_REPLICATION;
   

6. 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

1. 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。
2. 写入扩展性：通过自动分片实现高水平的写入扩展能力。
3. 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。
4. 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。
5. 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

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 资源消耗：对内存和存储资源的消耗较大。

适用场景

1. 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。
2. 高可用性需求：对于需要几乎不间断服务的关键业务系统。
3. 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

1. 准备并配置my.cnf和config.ini文件。
2. 启动管理节点（ndb_mgmd）。
3. 在每个数据节点上启动数据节点守护进程（ndbd）。
4. 启动SQL节点（mysqld）。
5. 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

1. 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。
2. 读写分离：支持读写分离，提高数据库的读取性能。
3. 负载均衡：内置MySQL Router提供负载均衡功能，优化资源使用。
4. 易于管理：通过MySQL Shell的AdminAPI简化了集群的配置和管理。
5. 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

1. 复杂性：相比于传统的主从复制，配置和维护InnoDB Cluster更加复杂。
2. 资源消耗：运行InnoDB Cluster需要额外的硬件资源和网络带宽。
3. 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

1. 高可用性需求：适用于需要高可用性服务的关键业务系统。
2. 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。
3. 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

1. 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。
2. 在每个MySQL实例上启动Group Replication。
3. 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');
   

4. 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
   

5. 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

1. 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。
2. 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。
3. 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

1. 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。
2. 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。
3. 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

1. 分布式应用：需要在不同地理位置提供写入能力的应用。
2. 高写入负载：需要分散写入负载以提高性能的场景。
3. 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

1. 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。
2. 在每个MySQL实例上启动Group Replication。
3. 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();
   

4. 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。