Mysql主从复制和读写分离方案分析

2015/03/24 11:22
阅读数 2.4W

引子

最近在研究Web服务端负载均衡方面的技术,参考网上资料,总体思路可以分为如下几类:
1.应用服务器集群,典型的代表就是Nginx+Tomcat实现负载均衡;
2.数据库集群。
本文主要关注数据库集群。

实现思路

1.应用层解决方案
通过应用层对数据源做路由来实现读写分离,项目是SpringMVC+myBatis,SQL路由交给Spring,通过AOP或者Annotation由代码显示的控制Datasource。
优点是路由策略的扩展性和可控性较强。
缺点是耦合到Spring;需要加入控制代码。
2.中间件解决方案
通过mysql中间件做主从集群,Mysql Proxy、Amoeba、Atlas等中间件貌似都能符合需求。
优点是与应用层解耦。
缺点是增加一个服务维护的风险点,性能及稳定性待测试,需要支持代码强制主从和事务。
3.驱动解决方案
Mysql自带的ReplicationDriver提供主从库访问的驱动,是通过保持多个数据源的链接并根据ReadOnly True/False来选择数据源。相当于应用层解决方案的一个现有实现,扩展性更弱。并且貌似不能使用其他驱动。由于耦合较高暂不考虑。

三种实现思路关键技术

1.在应用层使用Spring对数据源做路由,关键字:Spring AOP;
2.增加中间代理层,Amoeba就属于这种情况,此外还有Mysql官方提供的Mysql Proxy;
3.在驱动层使用Mysql提供的主从库访问驱动,直接与数据库连接驱动耦合,扩展性弱,目前还未做原型尝试。
综合上述分析,考虑到需要与应用层解耦,现采用中间件解决方案,使用Amoeba做SQL路由,实现数据库读写分离。
既然选择使用Amoeba,让我们先了解什么是Amoeba?它能做什么?要怎么做?最后再看看它不能做什么。

Amoeba

Amoeba是什么

Amoeba(变形虫)项目,该开源框架于2008年开始发布一款Amoeba for Mysql软件。详细资料可参阅Amoeba官方文档(需翻墙)。

Amoeba能做什么

Amoeba致力于MySQL的分布式数据库前端代理层,它主要在应用层访问MySQL的时候充当SQL路由功能,专注于分布式数据库代理层 (Database Proxy)开发。座落与 Client、DB Server(s)之间,对客户端透明。具有负载均衡、高可用性、SQL过滤、读写分离、可路由相关的到目标数据库、可并发请求多台数据库合并结果。 通过Amoeba你能够完成多数据源的高可用、负载均衡、数据切片的功能。

Amoeba不能做什么

既然知道Amoeba能为我们解决什么问题,也要做到Amoeba不擅长的事情。这样在具体项目技术方案选择时,方能权衡考虑。Amoeba对于以下几点暂时无能为力:
1.目前还不支持事务;
2.暂时不支持存储过程,官方说近期会支持;
3.不适合从Amoeba导数据的场景或者对大数据量查询的query并不合适,比如一次请求返回10w以上甚至更多数据的场合;
4.暂时不支持分库分表,amoeba目前只做到分数据库实例,每个被切分的节点需要保持库表结构一致。
若实际项目中所需要的功能正式Amoeba的短板,建议使用Mysql Proxy作为中间件,或者在应用层通过程序控制数据源,手动实现数据库读写分离。

原型环境

1.服务器A
IP: 1XX.XX.XX.181
运行Mysql主数据库和Amoeba。
2.服务器B
IP: 1XX.XX.XX.182
运行Mysql从数据库。
3.服务器C
IP: 1XX.XX.XX.183
运行Mysql从数据库。
OS版本。

[root@chenllcentos ~]# cat /etc/redhat-release 
CentOS release 6.5 (Final)

具体实现

Mysql数据库读写分离的具体实现主要包括两个部分配置,即数据主从复制和Amoeba代理,现分别进行介绍。

主从复制

为什么要进行主从复制呢,其实很容易理解,因为数据要同步啊。
查看服务器A是否已经安装Mysql数据库。

[root@chenllcentos ~]# rpm -aq | grep mysql

若无消息显示,则进行Mysql安装,否则跳过此步骤。

yum install -y mysql-server mysql mysql-devel mysql-libs

Mysql安装完毕,默认开机不启动Mysql服务。

[root@chenllcentos ~]# chkconfig --list | grep mysqld
mysqld          0:关闭    1:关闭    2:关闭    3:关闭    4:关闭    5:关闭    6:关闭

现在我们更改下配置,让Mysql开机启动。

[root@chenllcentos ~]# chkconfig mysqld on
[root@chenllcentos ~]# chkconfig --list | grep mysqld
mysqld          0:关闭    1:关闭    2:启用    3:启用    4:启用    5:启用    6:关闭

接下来,设置Mysql账户密码。

[root@chenllcentos ~]# mysqladmin -u root password 'yourpassword'

此时,可以用刚才设置的账户密码登陆数据库。

[root@chenllcentos ~]# mysql -uroot -pyourpassword

至此,Mysql数据库安装成功。同样的,对服务器B和服务器C安装Mysql数据库,此处略去。接下来,开始进行数据库主从复制的配置。
1.主数据库配置
修改主数据库配置文件my.cnf。

[root@chenllcentos ~]# vi /etc/my.cnf

新增如下标注内容:

[mysqld]
max_connections=1000

binlog-ignore-db=mysql #新增
binlog-ignore-db=information_schema #新增

log-bin=mysql-bin #新增
server-id=1 #新增

datadir=/var/lib/mysql
socket=/var/lib/mysql/mysql.sock
user=mysql
# Disabling symbolic-links is recommended to prevent assorted security risks
symbolic-links=0

[mysqld_safe]
log-error=/var/log/mysqld.log
pid-file=/var/run/mysqld/mysqld.pid

关于新增的几项配置,有什么作用呢?其中binlog-ignore-db用来指定忽略同步的数据库,未指定的默认都进行主从复制。log-bin 指定数据库操作日志,主从复制的过程本质就是从数据库在主数据库读取该日志文件,并且再执行一次。server-id只要满足在数据库集群中不重复即可。
保存退出,重启Mysqld服务,使配置生效。额外提个原则,凡是修改到配置文件,最好都重启该配置相关的程序或服务。

[root@chenllcentos ~]# service mysqld restart
停止 mysqld:                                              [确定]
正在启动 mysqld:                                          [确定]

登陆主数据库。

[root@chenllcentos ~]# mysql -uroot -pyourpassword

查看主数据库master状态。

mysql> show master status\G
*************************** 1. row ***************************
            File: mysql-bin.000015
        Position: 106
    Binlog_Do_DB: 
Binlog_Ignore_DB: mysql,information_schema

可以看出,Binlog_Ignore_DB显示的信息就是刚才我们在配置文件所配置的信息。此外,还有两个重要的参数需要记下:mysql-bin.000015和106。从数据库就是根据这两个参数,完成主从复制,以达到数据同步的效果。
从数据库要读取主数据库日志文件,需要主数据开放授权用户。

mysql> GRANT REPLICATION SLAVE ON *.* to 'slave'@'1XX.XX.XX.182' identified by 'root'
mysql> GRANT REPLICATION SLAVE ON *.* to 'slave1'@'1XX.XX.XX.183' identified by 'root'

进行从数据库配置时,将使用到这两个授权用户。

出于数据安全性考虑,Mysql提供访问权限控制,若以主机的方式远程访问数据库,需要开启相应权限。

mysql> GRANT ALL PRIVILEGES ON *.* TO 'root'@'1XX.XX.XX.181' IDENTIFIED BY 'root' WITH GRANT OPTION;
mysql> FLUSH PRIVILEGES;
mysql> GRANT ALL PRIVILEGES ON *.* TO 'root'@'1XX.XX.XX.182' IDENTIFIED BY 'root' WITH GRANT OPTION;
mysql> FLUSH PRIVILEGES;
mysql> GRANT ALL PRIVILEGES ON *.* TO 'root'@'1XX.XX.XX.183' IDENTIFIED BY 'root' WITH GRANT OPTION;
mysql> FLUSH PRIVILEGES;

最后,还需要修改iptables,对数据库端口3306放行。

[root@chenllcentos ~]# vi /etc/sysconfig/iptables

新增如下语句:

# 放行Mysql端口
-A INPUT -m state --state NEW -m tcp -p tcp --dport 3306 -j ACCEPT

至此,完成主数据库配置。接下来,让我们进行从数据库配置。

2.从数据库配置
从数据库配置相对主数据配置相对简单,主要包括配置文件修改和主从复制设置。现以服务器B为例进行说明。
修改从数据库配置文件。

[mysqld]
max_connections=1000

server-id=2 #新增

datadir=/var/lib/mysql
socket=/var/lib/mysql/mysql.sock
user=mysql
# Disabling symbolic-links is recommended to prevent assorted security risks
symbolic-links=0

[mysqld_safe]
log-error=/var/log/mysqld.log
pid-file=/var/run/mysqld/mysqld.pid

设置主从数据库同步点。

mysql> change master to master_host='1XX.XX.XX.181',master_user='slave',master_password='root',master_log_file='mysql-bin.000015',master_log_pos=106;

还记得mysql-bin.000015和106这两个参数吗?没错,就是我们在主数据库查看master状态所显示的信息。
启动主从复制。

mysql> slave start;

查询slave状态。

mysql> show slave status\G
*************************** 1. row ***************************
               Slave_IO_State: Waiting for master to send event
                  Master_Host: 1XX.XX.XX.181
                  Master_User: slave
                  Master_Port: 3306
                Connect_Retry: 60
              Master_Log_File: mysql-bin.000015
          Read_Master_Log_Pos: 106
               Relay_Log_File: mysqld-relay-bin.000005
                Relay_Log_Pos: 251
        Relay_Master_Log_File: mysql-bin.000015
             Slave_IO_Running: Yes
            Slave_SQL_Running: Yes
              Replicate_Do_DB: 
          Replicate_Ignore_DB: 
           Replicate_Do_Table: 
       Replicate_Ignore_Table: 
      Replicate_Wild_Do_Table: 
  Replicate_Wild_Ignore_Table: 
                   Last_Errno: 0
                   Last_Error: 
                 Skip_Counter: 0
          Exec_Master_Log_Pos: 106
              Relay_Log_Space: 758
              Until_Condition: None
               Until_Log_File: 
                Until_Log_Pos: 0
           Master_SSL_Allowed: No
           Master_SSL_CA_File: 
           Master_SSL_CA_Path: 
              Master_SSL_Cert: 
            Master_SSL_Cipher: 
               Master_SSL_Key: 
        Seconds_Behind_Master: 0
Master_SSL_Verify_Server_Cert: No
                Last_IO_Errno: 0
                Last_IO_Error: 
               Last_SQL_Errno: 0
               Last_SQL_Error:

只有当Slave_IO_Running和Slave_SQL_Running都显示Yes时,才表示主从复制配置成功。否则失败,检查上述配置过程。
服务器C从数据库的配置过程类似,此处略去。

主从复制验证

首先,在主数据建立一个demo数据库,看两个从数据库是否会自动进行复制。
在服务器A登录主数据库,查看现有数据库。

mysql> show databases;
+--------------------+
| Database           |
+--------------------+
| information_schema |
| mysql              |
| test               |
+--------------------+

现在,新增一个测试数据库demo。

mysql> create database demo;

接下来,分别登录服务器B和服务器C的从数据库,查询数据库。

mysql> show databases;
+--------------------+
| Database           |
+--------------------+
| information_schema |
| demo               |
| mysql              |
| test               |
+--------------------+

可以发现,当主数据库发生改动,从数据库会相应同步,并且同步的过程是异步进行的。因此,可以验证我们配置的主从复制已经生效。

Amoeba数据库代理

Amoeba作为数据库代理,以中间件的形式存在,拓扑图如下所示:

图片来源于Amoeba官网。

目前Amoeba for Mysql最新版本为amoeba-mysql-3.0.5-RC-distribution.zip
安装过程很简单,只需要将zip压缩包解压至/usr/local/即可。若没有安装zip和unzip,可以通过centOS yum安装。

[root@chenllcentos ~]# yum -y install zip unzip

接下来,解压Amoeba压缩包。

[root@chenllcentos ~]# unzip amoeba-mysql-3.0.5-RC-distribution.zip
[root@chenllcentos ~]# cp -rf amoeba-mysql-3.0.5-RC /usr/local

启动Amoeba。

[root@chenllcentos ~]# /usr/local/amoeba-mysql-3.0.5-RC/bin/launcher

但是提示出现fatal exception:

The stack size specified is too small, Specify at least 228k
Error: Could not create the Java Virtual Machine.
Error: A fatal exception has occurred. Program will exit.

从错误文字上看,应该是由于stack size太小,导致JVM启动失败,要如何修改呢?
其实Amoeba已经考虑到这个问题,并将JVM参数配置写在属性文件里。现在,让我们通过该属性文件修改JVM参数。
修改jvm.properties文件JVM_OPTIONS参数。

[root@chenllcentos ~]# vi /usr/local/amoeba-mysql-3.0.5-RC/jvm.properties

将内容:

JVM_OPTIONS="-server -Xms256m -Xmx1024m -Xss196k -XX:PermSize=16m -XX:MaxPermSize=96m"

替换为:

JVM_OPTIONS="-server -Xms1024m -Xmx1024m -Xss256k -XX:PermSize=16m -XX:MaxPermSize=96m"

再次启动Amoeba。

[root@chenllcentos ~]# /usr/local/amoeba-mysql-3.0.5-RC/bin/launcher

若使用Amoeba完成读写分离,需要分别对dbServers.xml和amoeba.xml两个配置文件进行配置。与在应用层实现读写分离不同,使用Amoeba实现读写分离只需要修改配置文件,并不会产生硬编码耦合,有利于系统扩展和维护。

首先是配置dbServers.xml,主要是配置真实Mysql数据库连接信息。

<?xml version="1.0" encoding="gbk"?>

<!DOCTYPE amoeba:dbServers SYSTEM “dbserver.dtd”> <amoeba:dbServers xmlns:amoeba=“http://amoeba.meidusa.com/”>

    <!-- 
        Each dbServer needs to be configured into a Pool,
        If you need to configure multiple dbServer with load balancing that can be simplified by the following configuration:
         add attribute with name virtual = "true" in dbServer, but the configuration does not allow the element with name factoryConfig
         such as 'multiPool' dbServer   
    -->

<!-- 该dbServer节点abstractive="true",包含Mysql的公共配置信息,其他dbServer节点都继承该节点 -->
<!-- 设置节点配置的继承结构,可以避免重复配置相同信息,减少配置文件冗余 -->
<dbServer name="abstractServer" abstractive="true">
    <factoryConfig class="com.meidusa.amoeba.mysql.net.MysqlServerConnectionFactory">
        <property name="connectionManager">${defaultManager}</property>
        <property name="sendBufferSize">64</property>
        <property name="receiveBufferSize">128</property>

        <!-- mysql port -->
        <!-- Mysql默认端口 -->
        <property name="port">3306</property>

        <!-- mysql schema -->
        <!-- 默认连接的数据库,若不存在需要事先创建,否则Amoeba启动报错 -->
        <property name="schema">test</property>

        <!-- mysql user -->
        <property name="user">root</property>

        <property name="password">root</property>
    </factoryConfig>

    <poolConfig class="com.meidusa.toolkit.common.poolable.PoolableObjectPool">
        <property name="maxActive">500</property>
        <property name="maxIdle">500</property>
        <property name="minIdle">1</property>
        <property name="minEvictableIdleTimeMillis">600000</property>
        <property name="timeBetweenEvictionRunsMillis">600000</property>
        <property name="testOnBorrow">true</property>
        <property name="testOnReturn">true</property>
        <property name="testWhileIdle">true</property>
    </poolConfig>
</dbServer>

<!-- master节点继承abstractServer -->
<dbServer name="master"  parent="abstractServer">
    <factoryConfig>
        <!-- mysql ip -->
        <!-- master数据库主机地址 -->
        <property name="ipAddress">1XX.XX.XX.181</property>
    </factoryConfig>
</dbServer>

<!-- slave节点继承abstractServer -->
<dbServer name="slave"  parent="abstractServer">
    <factoryConfig>
        <!-- mysql ip -->
        <!-- slave数据库主机地址 -->
        <property name="ipAddress">1XX.XX.XX.182</property>
    </factoryConfig>
</dbServer>

<!-- slave1节点继承abstractServer -->
<dbServer name="slave1"  parent="abstractServer">
        <factoryConfig>
                <!-- mysql ip -->
                <!-- slave1数据库主机地址 -->
                <property name="ipAddress">1XX.XX.XX.183</property>
        </factoryConfig>
    </dbServer>

1XX.XX.XX.181

1XX.XX.XX.185

<!-- 配置数据库读取连接池 -->
<dbServer name="readPool" virtual="true">
    <poolConfig class="com.meidusa.amoeba.server.MultipleServerPool">
        <!-- Load balancing strategy: 1=ROUNDROBIN , 2=WEIGHTBASED , 3=HA-->
        <property name="loadbalance">1</property>

        <!-- Separated by commas,such as: server1,server2,server1 -->
        <property name="poolNames">slave,slave1</property>
    </poolConfig>
</dbServer>

</amoeba:dbServers>

可以看出,对dbServers.xml文件的配置,主要就是对dbServer节点的配置。其中,readPool节点需要特别注意,因为Amoeba实现读写分离就是根据它来实现。
接下来是amoeba.xml,主要是配置代理数据库连接信息。

<?xml version="1.0" encoding="gbk"?>

<!DOCTYPE amoeba:configuration SYSTEM "amoeba.dtd">
<amoeba:configuration xmlns:amoeba="http://amoeba.meidusa.com/">

    <proxy>

        <!-- service class must implements com.meidusa.amoeba.service.Service -->
        <service name="Amoeba for Mysql" class="com.meidusa.amoeba.mysql.server.MySQLService">
            <!-- port -->
            <property name="port">8066</property>

            <!-- bind ipAddress -->
            <!-- 
            <property name="ipAddress">1XX.XX.XX.181</property>
             -->

            <property name="connectionFactory">
                <bean class="com.meidusa.amoeba.mysql.net.MysqlClientConnectionFactory">
                    <property name="sendBufferSize">128</property>
                    <property name="receiveBufferSize">64</property>
                </bean>
            </property>

            <property name="authenticateProvider">
                <bean class="com.meidusa.amoeba.mysql.server.MysqlClientAuthenticator">

                    <property name="user">root</property>

                    <property name="password">aroot</property>

                    <property name="filter">
                        <bean class="com.meidusa.toolkit.net.authenticate.server.IPAccessController">
                            <property name="ipFile">${amoeba.home}/conf/access_list.conf</property>
                        </bean>
                    </property>
                </bean>
            </property>

        </service>

        <runtime class="com.meidusa.amoeba.mysql.context.MysqlRuntimeContext">

            <!-- proxy server client process thread size -->
            <property name="executeThreadSize">128</property>

            <!-- per connection cache prepared statement size  -->
            <property name="statementCacheSize">500</property>

            <!-- default charset -->
            <property name="serverCharset">utf8</property>

            <!-- query timeout( default: 60 second , TimeUnit:second) -->
            <property name="queryTimeout">60</property>
        </runtime>

    </proxy>

    <!-- 
        Each ConnectionManager will start as thread
        manager responsible for the Connection IO read , Death Detection
    -->
    <connectionManagerList>
        <connectionManager name="defaultManager" class="com.meidusa.toolkit.net.MultiConnectionManagerWrapper">
            <property name="subManagerClassName">com.meidusa.toolkit.net.AuthingableConnectionManager</property>
        </connectionManager>
    </connectionManagerList>

        <!-- default using file loader -->
    <dbServerLoader class="com.meidusa.amoeba.context.DBServerConfigFileLoader">
        <property name="configFile">${amoeba.home}/conf/dbServers.xml</property>
    </dbServerLoader>

    <queryRouter class="com.meidusa.amoeba.mysql.parser.MysqlQueryRouter">
        <property name="ruleLoader">
            <bean class="com.meidusa.amoeba.route.TableRuleFileLoader">
                <property name="ruleFile">${amoeba.home}/conf/rule.xml</property>
                <property name="functionFile">${amoeba.home}/conf/ruleFunctionMap.xml</property>
            </bean>
        </property>
        <property name="sqlFunctionFile">${amoeba.home}/conf/functionMap.xml</property>
        <property name="LRUMapSize">1500</property>
        <property name="defaultPool">master</property>

        <property name="writePool">master</property>
        <property name="readPool">readPool</property>

        <property name="needParse">true</property>
    </queryRouter>
</amoeba:configuration>

在amoeba.xml中,主要完成连接信息和SQL路由配置。在queryRouter节点中,通过配置writePool和readPool可以实现读写分离。
配置完成后,重启Amoeba。

[root@chenllcentos ~]# /usr/local/amoeba-mysql-3.0.5-RC/bin/shutdown
[root@chenllcentos ~]# /usr/local/amoeba-mysql-3.0.5-RC/bin/launcher

至此,Mysql主从复制和使用Amoeba实现数据库读写分离全部配置完成。

读写分离验证

接下来,进行简单测试,验证以上配置是否能够正确运行。
登录master主数据库。

[root@chenllcentos ~]# mysql -uroot -pyourpassword -h1XX.XX.XX.181 -P8066

额外说明下,此处的yourpassword是连接Amoeba的密码,也就是在amoeba.xml配置文件中配置的密码,与Mysql密码不同,需要注意。
登陆后,此时会提示以下信息。

Server version: 5.1.45-mysql-amoeba-proxy-3.0.4-BETA Source distribution

说明已经成功连接Mysql代理Amoeba。
为了验证Amoeba读写分离配置是否生效,我们做一个简单的测试。
先在181服务器master服务器上创建一个表。

mysql> create table sxit (id int(10) ,name varchar(10));

而后,分别停止服务器B和服务器C两个从数据库的主从复制,便于数据库操作观察。
登陆服务器B从数据库。

[root@chenllcentos ~]# mysql -uroot -pyourpassword

停止从数据库主从复制。

mysql> slave stop;

登陆服务器C从数据库。

[root@chenllcentos ~]# mysql -uroot -pyourpassword

停止从数据库主从复制。

mysql> slave stop;

在主数据库插入。

mysql> insert into sxit values('1','zhangsan');

在从数据库B插入。

mysql> insert into sxit values('2','lisi');

在从数据库C插入。

mysql> insert into sxit values('3','john');

登陆到amoeba服务器,进行读写分离的测试:

[root@chenllcentos ~]# mysql -uroot -pyourpassword -h1XX.XX.XX.181 -P8066
mysql> use test;
mysql> select * from sxit;
+------+------+
| id   | name |
+------+------+
|    2 | lisi |
+------+------+
mysql> select * from sxit;
+------+------+
| id   | name |
+------+------+
|    3 | john |
+------+------+

重复执行多次,发现始终只显示从数据库的数据,说明如果进行数据库读操作,Amoeba只将读数据SQL命令路由至从数据库。
登录主数据库。

[root@chenllcentos ~]# mysql -uroot -pyourpassword 
mysql> use test;
mysql> select * from sxit;
+------+----------+
| id   | name     |
+------+----------+
|    1 | zhangsan |
+------+----------+

可以验证,使用Amoeba对Mysql读写分离成功。若此时开启从数据库主从复制,则可以进行Mysql集群和负载均衡。

小结

使用Amoeba做数据库代理,对于应用层来说是透明的。所谓透明,可以这么简单理解,是否使用代理,在应用层编码上是没有任何区别的,即使用代理的情况下,应用层和数据层能够保持高度解耦。


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好文,不过中介是不是有句语句写错了,slave start,应该为start slave。
2016/09/01 21:53
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