【MySQL日志与备份篇】主从复制

news2024/12/23 23:45:11

主从复制

文章目录

  • 主从复制
    • 1. 概述
    • 2. 主从复制的原理
      • 2.1 原理剖析
      • 2.2 复制的基本原则
    • 3. 一主一从架构搭建
      • 3.1 准备工作
      • 3.2 主机配置文件
      • 3.3 从机配置文件
      • 3.4 主机：建立账户并授权
      • 3.5 从机：配置需要复制的主机
      • 3.6 停止主从同步
      • 3.7 后续
    • 4. 同步数据一致性问题
      • 4.1 理解主从延迟问题
      • 4.2 主从延迟问题原因
      • 4.3 如何减少主从延迟
      • 4.4 如何解决一致性问题
        • 方法 1：异步复制
        • 方法 2：半同步复制
        • 方法 3：组复制

1. 概述

主从同步设计不仅可以提高数据库的吞吐量，还有以下 3 个方面的作用。

  1. 读写分离
  2. 数据备份
  3. 具有高可用性

在这里插入图片描述

2. 主从复制的原理

Slave 会从 Master 读取 binlog 来进行数据同步。

2.1 原理剖析

三个线程

实际上主从同步的原理就是基于 binlog 进行数据同步的。在主从复制过程中，会基于 3 个线程 来操作，一个主库线程，两个从库线程

在这里插入图片描述

  • 二进制日志转储线程 （Binlog dump thread）是一个主库线程。当从库线程连接的时候， 主库可以将二进制日志发送给从库，当主库读取事件（Event）的时候，会在 Binlog 上 加锁 ，读取完成之后，再将锁释放掉。
  • 从库 I/O 线程 会连接到主库，向主库发送请求更新 Binlog。这时从库的 I/O 线程就可以读取到主库的二进制日志转储线程发送的 Binlog 更新部分，并且拷贝到本地的中继日志 （Relay log）。
  • 从库 SQL 线程 会读取从库中的中继日志，并且执行日志中的事件，将从库中的数据与主库保持同步。

在这里插入图片描述

复制三步骤

  1. Master 将写操作记录到二进制日志（ binlog ）；
  2. Slave 将 Master 的binary log events拷贝到它的中继日志（ relay log ）；
  3. Slave 重做中继日志中的事件，将改变应用到自己的数据库中。 MySQL复制是异步的且串行化的，而且重启后从 接入点 开始复制。

复制的最大问题：延时

2.2 复制的基本原则

  • 每个 Slave 只有一个 Master
  • 每个 Slave 只能有一个唯一的服务器ID
  • 每个 Master 可以有多个 Slave

3. 一主一从架构搭建

一台 主机 用于处理所有 写请求 ，一台 从机 负责所有 读请求 ，架构图如下：

在这里插入图片描述

3.1 准备工作

  1. 准备 2台 CentOS 服务器
  2. 每台虚拟机上需要安装好MySQL (可以是MySQL8.0 )

3.2 主机配置文件

建议mysql版本一致且后台以服务运行，主从所有配置项都配置在 [mysqld] 节点下，且都是小写字母。

具体参数配置如下：

  • 必选
#[必须]主服务器唯一ID
server-id=1
#[必须]启用二进制日志,指明路径。比如：自己本地的路径/log/mysqlbin
log-bin=log-bin
  • 可选
#[可选] 0（默认）表示读写（主机），1表示只读（从机）
read-only=0
#设置日志文件保留的时长，单位是秒
binlog_expire_logs_seconds=6000
#控制单个二进制日志大小。此参数的最大和默认值是1GB
max_binlog_size=200M
#[可选]设置不要复制的数据库
binlog-ignore-db=test
#[可选]设置需要复制的数据库,默认全部记录。比如：binlog-do-db=master_slave
binlog-do-db=需要复制的主数据库名字
#[可选]设置binlog格式
binlog_format=ROW

3.3 从机配置文件

要求主从所有配置项都配置在 my.cnf 的 [mysqld] 栏位下，且都是小写字母。

  • 必选
#[必须]从服务器唯一ID
server-id=2
  • 可选
#[可选]启用中继日志
relay-log=mysql-relay

3.4 主机：建立账户并授权

MySQL 8.0以下版本

#在主机MySQL里执行授权主从复制的命令
GRANT REPLICATION SLAVE ON *.* TO 'slave1'@'从机器数据库IP' IDENTIFIED BY 'abc123';
#5.5,5.7

MySQL8，需要如下的方式建立账户，并授权slave：

CREATE USER 'slave1'@'%' IDENTIFIED BY '123456';
GRANT REPLICATION SLAVE ON *.* TO 'slave1'@'%';
#此语句必须执行。否则见下面。
ALTER USER 'slave1'@'%' IDENTIFIED WITH mysql_native_password BY '123456';
flush privileges;

注意：未执行上面语句，在从机执行show slave status\G时报错：
Last_IO_Error: error connecting to master ‘slave1@192.168.1.150:3306’ - retry-time: 60 retries: 1 message: Authentication plugin ‘caching_sha2_password’ reported error: Authentication requires secure connection.

查询Master的状态，并记录下File和Position的值。

show master status;

注意：执行完此步骤后不要再操作主服务器MySQL，防止主服务器状态值变化。

3.5 从机：配置需要复制的主机

步骤1：从机上复制主机的命令，需进入mysql命令模式

CHANGE MASTER TO
MASTER_HOST='主机的IP地址',
MASTER_USER='主机用户名',
MASTER_PASSWORD='主机用户名的密码',
MASTER_LOG_FILE='mysql-bin.具体数字',
MASTER_LOG_POS=具体值;

步骤2：

#启动slave同步
START SLAVE;

如果报错

在这里插入图片描述

可以执行如下操作，删除之前的relay_log信息。然后重新执行 CHANGE MASTER TO ... 语句即可。

mysql> reset slave; #删除SLAVE数据库的relaylog日志文件，并重新启用新的relaylog文件

接着，查看同步状态：

SHOW SLAVE STATUS\G;

在这里插入图片描述

如果不成功，可排查以下情况：

  1. 网络不通
  2. 账户密码错误
  3. 防火墙
  4. mysql配置文件问题
  5. 连接服务器时语法
  6. 主服务器mysql权限

3.6 停止主从同步

  • 停止主从同步命令

    stop slave;

  • 重新配置主从同步

    如果停止从服务器复制功能，再使用需要重新配置主从。否则会报错，重新配置主从，需要在从机上执行

    stop slave;

reset master; # 删除Master中所有的binlog文件，并将日志索引文件清空，重新开始所有新的日志文件（慎用）

3.7 后续

搭建主从复制：双主双从，待学习完Mycat再补充

4. 同步数据一致性问题

主从同步的要求：

  • 读库和写库的数据一致(最终一致)；
  • 写数据必须写到写库；
  • 读数据必须到读库(不一定)；

4.1 理解主从延迟问题

进行主从同步的内容是二进制日志，它是一个文件，在进行 网络传输 的过程中就一定会 存在主从延迟（比如 500ms），这样就可能造成用户在从库上读取的数据不是最新的数据，也就是主从同步中的 数据不一致性 问题。

4.2 主从延迟问题原因

在网络正常的时候，日志从主库传给从库所需的时间是很短的，即T2-T1的值是非常小的。即，网络正常情况下，主备延迟的主要来源是备库接收完binlog和执行完这个事务之间的时间差。

主备延迟最直接的表现是，从库消费中继日志（relay log）的速度，比主库生产binlog的速度要慢。造成原因：

  1. 从库的机器性能比主库要差
  2. 从库的压力大
  3. 大事务的执行

举例1：一次性用delete语句删除太多数据

结论：后续再删除数据的时候，要控制每个事务删除的数据量，分成多次删除。

举例2：一次性用insert…select插入太多数据

举例3：大表DDL
比如在主库对一张500W的表添加一个字段耗费了10分钟，那么从节点上也会耗费10分钟。

4.3 如何减少主从延迟

  1. 降低多线程大事务并发的概率，优化业务逻辑
  2. 优化SQL，避免慢SQL， 减少批量操作 ，建议写脚本以update-sleep这样的形式完成
  3. 提高从库机器的配置 ，减少主库写binlog和从库读binlog的效率差
  4. 尽量采用 短的链路 ，也就是主库和从库服务器的距离尽量要短，提升端口带宽，减少binlog传输的网络延时
  5. 实时性要求的业务读强制走主库，从库只做灾备，备份

4.4 如何解决一致性问题

如果操作的数据存储在同一个数据库中，那么对数据进行更新的时候，可以对记录加写锁，这样在读取的时候就不会发生数据不一致的情况。但这时从库的作用就是 备份 ，并没有起到 读写分离 ，分担主库读压力 的作用。

读写分离情况下，解决主从同步中数据不一致的问题， 就是解决主从之间 数据复制方式 的问题，如果按照数据一致性 从弱到强 来进行划分，有以下 3 种复制方式。

方法 1：异步复制

异步模式就是客户端提交 COMMIT 之后不需要等从库返回任何结果，而是直接将结果返回给客户端，这样做的好处是不会影响主库写的效率，但可能会存在主库宕机，而 Binlog 还没有同步到从库的情况，也就是此时的主库和从库数据不一致。这时候从从库中选择一个作为新主，那么新主则可能缺少原来主服务器中已提交的事务。所以，这种复制模式下的数据一致性是最弱的。

在这里插入图片描述

方法 2：半同步复制

MySQL5.5 版本之后开始支持半同步复制的方式。原理是在客户端提交 COMMIT 之后不直接将结果返回给客户端而是等待至少有一个从库接收到了 Binlog，并且写入到中继日志中，再返回给客户端。

这样做的好处就是提高了数据的一致性，当然相比于异步复制来说，至少多增加了一个网络连接的延迟，降低了主库写的效率。

在 MySQL5.7 版本中还增加了一个 rpl_semi_sync_master_wait_for_slave_count 参数，可以对应答的从库数量进行设置，默认为 1，也就是说只要有1个从库进行了响应，就可以返回给客户端。如果将这个参数调大可以提升数据一致性的强度，但也会增加主库等待从库响应的时间。

在这里插入图片描述

方法 3：组复制

异步复制和半同步复制都无法最终保证数据的一致性问题，半同步复制是通过判断从库响应的个数来决定是否返回给客户端，虽然数据一致性相比于异步复制有提升，但仍然无法满足对数据一致性要求高的场景，比如金融领域。MGR 很好地弥补了这两种复制模式的不足。

组复制技术，简称 MGR（MySQL Group Replication）。是 MySQL 在 5.7.17 版本中推出的一种新的数据复制技术，这种复制技术是基于 Paxos 协议的状态机复制。

MGR 是如何工作的

首先我们将多个节点共同组成一个复制组，在 执行读写（RW）事务 的时候，需要通过一致性协议层（Consensus 层）的同意，也就是读写事务想要进行提交，必须要经过组里“大多数人”（对应 Node 节点）的同意，大多数指的是同意的节点数量需要大于 （N/2+1），这样才可以进行提交，而不是原发起方一个说了算。而针对 只读（RO）事务 则不需要经过组内同意，直接 COMMIT 即可。

在一个复制组内有多个节点组成，它们各自维护了自己的数据副本，并且在一致性协议层实现了原子消息和全局有序消息，从而保证组内数据的一致性。

在这里插入图片描述

MGR 将 MySQL 带入了数据强一致性的时代，是一个划时代的创新，其中一个重要的原因就是MGR 是基于 Paxos 协议的。Paxos 算法是由 2013 年的图灵奖获得者 Leslie Lamport 于 1990 年提出的，有关这个算法的决策机制可以搜一下。事实上，Paxos 算法提出来之后就作为 分布式一致性算法 被广泛应用，比如Apache 的 ZooKeeper 也是基于 Paxos 实现的。

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