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滚雪球学MySQL[6.3讲]：数据库复制与高可用性详解：从主从复制到高可用集群

article 2024/10/9 1:22:14

全文目录：

- 前言
- 6.3 复制与高可用
- - 1. 主从复制的配置与管理
  - - 1.1 主从复制的基本原理
    - 1.2 主从复制的配置步骤
    - 1.3 主从复制的应用场景
  - 2. 高可用集群
  - - 2.1 MySQL Cluster
    - - MySQL Cluster架构
      - 配置MySQL Cluster的步骤
    - 2.2 Galera Cluster
    - - 配置Galera Cluster的步骤
  - 3. 拓展与实际应用
  - - 3.1 主从复制的局限性与改进
    - 3.2 高可用集群在生产环境中的应用
- 小结
- 下期预告：7.1 用户与权限管理

前言

在上一期中，我们讨论了数据恢复的重要性，尤其是在数据库系统遭遇故障、数据丢失时，如何通过各种恢复机制保障系统的正常运行。然而，仅仅依靠数据备份和恢复并不足以保障系统的高可用性，特别是在面对大规模生产环境中的持续读写需求时，系统的高可用性显得尤为重要。因此，本期将深入探讨数据库复制与高可用性，帮助大家了解如何通过数据库的主从复制及高可用集群技术，确保系统在高并发场景下的稳定性与数据一致性。

通过主从复制配置，系统可以实现读写分离，提升读性能。而高可用集群如MySQL Cluster和Galera Cluster则可以进一步提供多节点的高容错能力，避免单点故障导致的服务中断。本期内容还将结合实际案例，帮助大家更好地理解这些概念及其在生产环境中的应用。

最后，我们还将简要预告下期内容用户与权限管理，讨论如何在保障数据可用性的同时，实施有效的访问控制和安全策略。

6.3 复制与高可用

在现代数据库管理中，复制与高可用性是确保系统连续服务的核心技术手段。数据库复制通过将数据从主服务器复制到从服务器，使多个节点保持数据一致。而高可用性技术则是在此基础上，增加了故障自动恢复和多节点的容错机制。

1. 主从复制的配置与管理

主从复制（Master-Slave Replication）是数据库复制技术的基础，它将主服务器的数据修改（如插入、更新、删除）复制到从服务器，以确保从服务器始终与主服务器保持同步。这种模式下，主服务器主要负责写操作，从服务器负责读操作，达到读写分离的目的。

1.1 主从复制的基本原理

在主从复制模式中：

**主服务器（Master）**负责处理所有写操作，记录每次数据更改到二进制日志中。
**从服务器（Slave）**从主服务器的二进制日志中读取更改，并应用到自己的数据库副本上，确保与主服务器的数据一致。

这种模式使得主服务器承担所有写操作的压力，而从服务器则可以分担读操作，提升系统的整体性能。

1.2 主从复制的配置步骤

为了让您更好地理解如何配置主从复制，以下是详细的步骤：

在主服务器启用二进制日志
首先，在主服务器的MySQL配置文件my.cnf中启用二进制日志，并设置唯一的服务器ID：

   [mysqld]
   log-bin=mysql-bin
   server-id=1

保存配置文件后，重启MySQL服务使更改生效。

创建复制用户
在主服务器上，为从服务器创建一个用于复制操作的用户，并赋予REPLICATION SLAVE权限：

   CREATE USER 'replica'@'%' IDENTIFIED BY 'password';
   GRANT REPLICATION SLAVE ON *.* TO 'replica'@'%';
   FLUSH PRIVILEGES;

获取主服务器状态
在主服务器上执行以下命令，获取当前的二进制日志文件名和日志位置：

   SHOW MASTER STATUS;

输出类似于：

   +------------------+----------+--------------+------------------+
   | File             | Position | Binlog_Do_DB | Binlog_Ignore_DB |
   +------------------+----------+--------------+------------------+
   | mysql-bin.000001 |      154 |              |                  |
   +------------------+----------+--------------+------------------+

配置从服务器
在从服务器的MySQL配置文件中设置唯一的server-id，并确保二进制日志功能未启用：
```
[mysqld]
server-id=2
```
然后，使用以下命令连接到从服务器，并配置主服务器的连接信息：
```
CHANGE MASTER TO 
  MASTER_HOST='主服务器IP',
  MASTER_USER='replica',
  MASTER_PASSWORD='password',
  MASTER_LOG_FILE='mysql-bin.000001',
  MASTER_LOG_POS=154;
```
启动复制进程
在从服务器上启动复制进程：
```
START SLAVE;
```
检查复制状态
可以使用以下命令检查主从复制的状态：
```
SHOW SLAVE STATUS\G;
```
如果Slave_IO_Running和Slave_SQL_Running显示为Yes，则主从复制已经成功配置。

1.3 主从复制的应用场景

读写分离：主从复制允许将写操作集中在主服务器上，而从服务器则分担读操作，从而减轻主服务器的负载，提升查询性能。
灾难恢复：从服务器作为主服务器的备份节点，可以在主服务器发生故障时快速切换到从服务器，以减少宕机时间。
负载均衡：多个从服务器可以分担不同的查询任务，进一步提高数据库的并发处理能力。

2. 高可用集群

为了进一步提高数据库系统的容错能力，高可用集群成为了企业级应用中的关键技术。与主从复制不同，集群技术不仅复制数据，还提供自动故障恢复和多节点同时处理请求的能力，确保数据库服务的持续可用。

2.1 MySQL Cluster

MySQL Cluster是MySQL的高可用性集群解决方案，旨在通过分布式架构实现高并发和高可用性。它适用于需要高可用、高可靠和高吞吐量的应用场景，如电信系统、银行系统和实时在线服务。

MySQL Cluster架构

MySQL Cluster由三类节点组成：

管理节点（Management Node）：负责集群的配置和监控。
数据节点（Data Node）：存储实际的数据，提供分布式存储功能。
SQL节点（SQL Node）：处理SQL查询请求，并与数据节点通信以获取数据。

MySQL Cluster通过数据的自动复制和分片实现数据冗余和高可用性。即使某个数据节点发生故障，系统依然能够从其他节点恢复数据，确保服务不间断。

配置MySQL Cluster的步骤

配置管理节点
在管理节点的配置文件config.ini中，定义集群的节点结构：

   [ndbd default]
   NoOfReplicas=2

   [ndb_mgmd]
   HostName=192.168.0.1  # 管理节点IP

   [ndbd]
   HostName=192.168.0.2  # 数据节点1的IP

   [ndbd]
   HostName=192.168.0.3  # 数据节点2的IP

   [mysqld]
   HostName=192.168.0.4  # SQL节点的IP

启动管理节点和数据节点
在管理节点上启动管理服务：
```
ndb_mgmd -f /path/to/config.ini
```
然后在每个数据节点上启动数据服务：
```
ndbd
```
启动SQL节点
在SQL节点上启动MySQL服务，并配置SQL节点与管理节点的连接。
验证集群状态
通过ndb_mgm命令行工具，可以检查集群状态：
```
ndb_mgm
```

2.2 Galera Cluster

Galera Cluster是另一个常用于MySQL、MariaDB和Percona XtraDB的高可用集群解决方案。Galera支持多主复制（Multi-Master Replication），允许多个节点同时处理读写请求，避免了主从复制中主服务器的单点写入瓶颈。

Galera通过同步复制机制，确保所有节点上的数据在提交时保持一致。它的特点包括：

强一致性：所有节点的数据实时保持一致，避免了数据不一致问题。
多主复制：允许所有节点同时接受写操作，提升了写入性能。

配置Galera Cluster的步骤

安装Galera插件
首先在每个节点上安装Galera插件，以启用Galera Cluster功能。
配置Galera集群
在每个节点的MySQL配置文件my.cnf中，设置Galera集群的相关参数：

   [mysqld]
   wsrep_on=ON
   wsrep_cluster_name="my_galera_cluster"
   wsrep_cluster_address="gcomm://192.168.0.1,192.168.0.2,192

.168.0.3"
   wsrep_provider=/usr/lib/galera/libgalera_smm.so