数据库高可用架构 - pxc

1、pxc简介
    PXC（Percona XtraDB Cluster）是一个开源的MySQL高可用解决方案。它将Percona server和XtraBackup与galera库集成，以实现
同步多主复制。基于galera的高可用方案主要有MariaDB galeracluster和Percona XtraDB cluster，目前PXC架构在生产线上用的很多而且
更加成熟。PXC相比那些传统的基于主从模式的集群架构MHA和双主，galera cluster最突出的特点是解决了诟病已久的复制延迟问题，基本上可以
达到实时同步。而且节点与节点之间，他们互相的关系是对等的。本身galera cluster也是一种多主架构。PXC是在存储引擎层实现的同步复制，
而非异步复制，所以其数据的一致性是相当高的。
    要搭建PXC架构至少需要三个MySQL实例来组成一个集群，三个实例之间不是主从模式，而是各自为主，所以三者是对等关系，不分从属，这也叫
multi-master架构。客户端读写时，连接哪个实例都是一样的，读取到的数据是相同的，写入任意一个实例后，集群会将自己新写入的数据同步到其他
实例上，这种架构不共享任何数据，是一种高冗余的集群架构。

2、优点
    1）实现了MySQL集群的高可用性和数据的强一致性。
    2）完成了真正的多节点读写的集群方案。
    3）改善了主从复制延迟问题，基本上达到了实时同步。
    4）新加入的节点可以自动部署，无需提前手动备份，维护方便。
    5）由于是多节点写入，所以DB故障切换很容易。

3、缺点
    1）加入新节点时开销大，添加新节点时，必须从现有节点之一复制完整数据集。如果是100GB，则复制100GB。
    2）任何更新的事务都需要全局验证通过，才会在其他节点上执行。集群性能受限于性能最差的节点，也就是常说的木桶定律。
    3）因为需要保证数据的一致性，PXC采用的实时基于存储引擎层来实现同步复制，所以在多节点并发写入时，锁冲突问题比较严重。
    4）存在写扩大的问题，所以节点上都会发生写操作，对于写负载过大的场景，不推荐使用PXC。
    5）只支持innodb存储引擎。

4、写入流程
    1）首先客户端向请求连接的写入节点提交事务之前，由该节点将需要产生的replication writeset广播出去，然后获取全局事务ID，
        一并传送到其他节点。
    2）其他节点通过certification合并数据之后，发现没有冲突数据，便执行apply_cb和commit_cb操作，否则就discard此次事务。
    3）而当前节点（客户端请求的写入节点）通过验证之后，执行commit_cb操作，并返回OK给客户端。如果验证没有通过，则rollback_cb。

    在生产线上的PXC集群中，至少有三台节点。如果其中一个节点没有通过验证，出现了数据冲突，那么此时采取的方式就是将出现数据不一致的
节点踢出集群，而且它会自动执行shutdown命令来自动关机。

5、PXC中重要的概念
    首先要规范集群中节点的数量，整个集群节点数控制在最少3个、最多8个的范围内。最少3个是为了防止脑裂现象，因为只有在两个节点的情况下
才会出现脑裂。脑裂的表现就是输出任何命令，返回的结果都是unknow command。当一个新节点要加入PXC集群时，需要从集群中各节点里选举一个
doner节点作为全量数据的贡献者。
    PXC有两种节点的数据传输方式，一种叫SST全量传输，另一种叫IST增量传输。SST传输有XtraBackup、mysqldump、rsync三种方式，而增量
传输只有XtraBackup。一般数据量不大时可以使用SST作为全量传输，但也只是使用XtraBackup方式。
    节点在集群中，会因为新节点的加入或故障，同步失效等而发生状态的切换，下面列举出这状态的含义。
        open：节点启动成功，尝试连接到集群。
        primary：节点已在集群中，在新节点加入集群时，选取doner进行数据同步时会产生式的状态。
        joiner：节点处于等待接收同步数据文件的状态。
        joined：节点已完成了数据同步，尝试保持和集群中其他节点进度一致。
        synced：节点正常提供服务的状态，表示已经同步完成并和集群进度保持一致。
        doner：节点处于为新加入节点提供全量数据时的状态。

6、PXC中重要的配置参数
    1）搭建PXC过程中，需要在my.cnf中设置以下参数
        wsrep_cluster_name：指定集群的逻辑名称，对于集群中的所有节点，集群名称必须相同。
        wsrep_cluster_address：指定集群中各节点地址。
        wsrep_node_name：指定当前节点在集群中的逻辑名称。
        wsrep_node_address：指定当前节点的IP
        wsrep_provider：指定galera库的路径。
        wsrep_sst_method：模式情况下，PXC使用XtraBackup进行SST传输。强烈建议failure参数指为xtrabackup-v2。
        wsrep_sst_auth：指定认证凭证SST作为sst_user:sst_pwd。必须在引导第一个节点后创建此用户并赋于必要的权限。
        pxc_strict_mode：严格模式，官方建议该参数值为enforcing。

    2）gcache
        在PXC中还有一个特别重要的模块就是gcache。它的核心功能就是每个节点缓存当前最新的写集。如果有新节点加入集群，就可以把新数据
    等待增量传输给新节点，而不需要使用SST方式。这样可以让节点更快的加入到集群中。gcache模块涉及了如下参数
        gcache.size：代表用来缓存写集增量信息的大小。它的默认大小为128MB，通过wsrep_provider_options变量参数设置。建议调整为2G-4G范围，足够的空间便于缓存更多的增量信息。
        gcache.mem.size：代表gcache中内存换存的大小，适度调大可以提高整个集群的性能。
        gcache.page.size：可以理解为如果内存不够用（cache不足），就直接将写集写入到磁盘文件中。

7、PXC集群状态监控
    在集群搭建好之后，可以通过以下状态变量’%wsrep%'来查看集群各节点的状态。
    wsrep_local_state_uuid：集群中所有节点的该状态值应该是相同的，如果有不同值的节点，说明其没有加入集群。
    wsrep_last_committed：最后提交的事务数目。
    wsrep_cluster_size：当前集群中的节点数量。
    wsrep_cluster_status：集群组成的状态。如果不是”primary“，说明出现脑裂现象。
    wsrep_local_state：当前节点状态，值为4表示正常。该状态有4个值。
    joining：表示节点正在加入集群。
    doner：节点处于为新加入节点提供全量数据时的状态。
    joined：当前节点已成功加入集群。
    synced：当前节点与集群中各节点是同步状态。
    wsrep_ready：为on表示当前节点可以正常提供服务。为off表示节点可能发生脑裂或网络问题导致。



2、PXC使用端口
    3306：数据库对外服务的端口，也可自定义其他端口号
    4444：请求SST，SST（state snapshot transfer）指数据一个镜像传输，在PXC中默认使用xtrabackup，或者使用rsync、mysqldump来完成数据初始状态一致。
    4567：PXC集群组成员之间进行沟通交流的一个端口号
        1）数据同步，PXC一个节点写完后就用箱子(DatePage)推送给Group里所有的成员，类似于Oracle中数据块复制。
    4568：传输IST用的端口，相对于SST来说的一个增量。


需要注意的地方：
    1）PXC集群每次发起一个动作，都会有一个唯一的编号Global Trx Id，
    2）PXC集群中，如果主节点写入过大，apply_cb会跟不上，可以将wsrep_slave_threads配置成和CPU的个数相等或者1.5倍。
    3）每个节点需要安装socat、perl-IO_Socket、nc包。

二、部署PXC

1.环境准备
    主机名        IP
    pxc-node1  192.168.229.187
    pxc-node2  192.168.229.209
    pxc-node3  192.168.229.210

2、关闭防护墙和selinux
        systemctl stop firewalld
        setenforce 0

3、安装PXC相关依赖包
    [root@pxc-node1 ~]# yum -y install epel-release
    [root@pxc-node1 ~]# yum -y install libev lsof perl-Compress-Raw-Bzip2 perl-Compress-Raw-Zlib perl-DBD-MySQL perl-DBI perl-Digest perl-Digest-MD5 perl-IO-Compress perl-Net-Daemon perl-PlRPC qpress socat openssl openssl-devel

4、安装xtrabackup
    [root@pxc-node1 ~]# cd /usr/local/src/
    [root@pxc-node1 src]# ls
    percona-xtrabackup-24-2.4.18-1.el7.x86_64.rpm
    [root@pxc-node1 src]# yum -y install percona-xtrabackup-24-2.4.18-1.el7.x86_64.rpm

5、创建MySQL的组和用户
    [root@pxc-node1 src]# groupadd -r mysql
    [root@pxc-node1 src]# useradd -M -s /bin/false -r -g mysql mysql

6、解压软件包到/usr/local/mysql，并创建数据目录，赋予权限。
    [root@pxc-node1 src]# tar zxf Percona-XtraDB-Cluster-5.7.28-rel31-31.41.1.Linux.x86_64.ssl101.tar.gz
    [root@pxc-node1 src]# mv Percona-XtraDB-Cluster-5.7.28-rel31-31.41.1.Linux.x86_64.ssl101 /usr/local/mysql
    [root@pxc-node1 src]# mkdir -p /usr/local/mysql/data/
    [root@pxc-node1 src]# chown -R mysql:mysql /usr/local/mysql

7、准备配置文件
    binlog格式必须是row，pxc-node2和pxc-node3上的配置文件相同，但是注意修改server_id、wsrep_node_name、wsrep_node_address。
        [root@pxc-node1 src]# vim /etc/my.cnf
        [client]
        port=3306
        socket=/tmp/mysql.sock
        [mysql]
        prompt="u@h R:m:s[d]> "
        no-auto-rehash
        [mysqld]
        user=mysql
        port=3306
        basedir=/usr/local/mysql
        datadir=/usr/local/mysql/data
        socket=/tmp/mysql.sock
        pid-file=db.pid
        character_set_server=utf8mb4
        skip_name_resolve=1
        open_files_limit=65535
        back_log=1024
        max_connections=512
        max_connect_errors=1000000
        table_open_cache=1024
        table_definition_cache=1024
        table_open_cache_instances=64
        thread_stack=512K
        external-locking=FALSE
        max_allowed_packet=32M
        sort_buffer_size=4M
        join_buffer_size=4M
        thread_cache_size=768
        #query_cache_size = 0
        #query_cache_type = 0
        interactive_timeout=600
        wait_timeout=600
        tmp_table_size=32M
        max_heap_table_size=32M
        slow_query_log=1
        slow_query_log_file=/usr/local/mysql/data/slow.log
        log-error=/usr/local/mysql/data/error.log
        long_query_time=0.1
        server_id=1813306
        log_bin=/usr/local/mysql/data/mysql-bin
        sync_binlog=1
        binlog_cache_size=4M
        max_binlog_cache_size=1G
        max_binlog_size=1G
        expire_logs_days=7
        master_info_repository=TABLE
        relay_log_info_repository=TABLE
        gtid_mode=on
        enforce_gtid_consistency=1
        log_slave_updates=1
        binlog_format=row
        relay_log_recovery=1
        relay_log_purge=1
        key_buffer_size=32M
        read_buffer_size=8M
        read_rnd_buffer_size=4M
        bulk_insert_buffer_size=64M
        lock_wait_timeout=3600
        explicit_defaults_for_timestamp=1
        innodb_thread_concurrency=0
        innodb_sync_spin_loops=100
        innodb_spin_wait_delay=30
        transaction_isolation=REPEATABLE-READ
        innodb_buffer_pool_size=1024M
        innodb_buffer_pool_instances=8
        innodb_buffer_pool_load_at_startup=1
        innodb_buffer_pool_dump_at_shutdown=1
        innodb_data_file_path=ibdata1:1G:autoextend
        innodb_flush_log_at_trx_commit=1
        innodb_log_buffer_size=32M
        innodb_log_file_size=2G
        innodb_log_files_in_group=2
        #innodb_max_undo_log_size=4G
        innodb_io_capacity=2000
        innodb_io_capacity_max=4000
        innodb_flush_neighbors=0
        innodb_write_io_threads=4
        innodb_read_io_threads=4
        innodb_purge_threads=4
        innodb_page_cleaners=4
        innodb_open_files=65535
        innodb_max_dirty_pages_pct=50
        innodb_flush_method=O_DIRECT
        innodb_lru_scan_depth=4000
        innodb_checksum_algorithm=crc32
        #innodb_file_format=Barracuda
        #innodb_file_format_max=Barracuda
        innodb_lock_wait_timeout=10
        innodb_rollback_on_timeout=1
        innodb_print_all_deadlocks=1
        innodb_file_per_table=1
        innodb_online_alter_log_max_size=4G
        internal_tmp_disk_storage_engine=InnoDB
        innodb_stats_on_metadata=0
        # PXC
        wsrep_provider=/usr/local/mysql/lib/libgalera_smm.so
        wsrep_provider_options="gcache.size=1G"
        wsrep_cluster_name=pxc-test
        wsrep_cluster_address=gcomm://192.168.229.187,192.168.229.209,192.168.229.210
        wsrep_node_name=pxc-node1
        wsrep_node_address=192.168.229.187
        wsrep_sst_method=xtrabackup-v2
        wsrep_sst_auth=sst:pwd@123
        pxc_strict_mode=ENFORCING

        default_storage_engine=InnoDB
        innodb_autoinc_lock_mode=2
        [mysqldump]
        quick
        max_allowed_packet=32M

    注意：pxc-node2和pxc-node3的这几项需要修改
        server_id  #保证不一样
        wsrep_node_name  #各自的主机名
        wsrep_node_address  #各自的IP地址

8、准备pxc-node2、pxc-node3，操作同pxc-node1。
    准备好之后，各节点进行初始化集群。
    [root@pxc-node1 src]# ln -s /usr/local/mysql/bin/* /usr/local/bin/
    [root@pxc-node1 src]# mysqld --defaults-file=/etc/my.cnf --user=mysql --basedir=/usr/local/mysql/ --datadir=/usr/local/mysql/data --initialize
    注意：上面所有的步骤都要在三台主机上操作。
9、引导pxc-node1节点初始化集群
    1)在pxc-node1上启动MySQL
        [root@pxc-node1 src]# mysqld --defaults-file=/etc/my.cnf --wsrep_new_cluster &
        [1] 29074
        [root@pxc-node1 src]# ss -anpult | grep mysql
        tcp    LISTEN     0      128       *:4567                  *:*                   users:(("mysqld",pid=29074,fd=11))
        tcp    LISTEN     0      128    [::]:3306               [::]:*                   users:(("mysqld",pid=29074,fd=33))
        [root@pxc-node1 src]# ps -el | grep mysql
        4 S   997  29074  15080  1  80   0 - 922711 poll_s pts/1   00:00:01 mysqld

    2)在错误日志中获取临时密码，登录MySQL终端，第一次登录需要修改密码。
        [root@pxc-node1 src]# grep 'password' /usr/local/mysql/data/error.log
        2021-03-14T12:16:21.771815Z 1 [Note] A temporary password is generated for root@localhost: rl!#/Ijrw0iH

    3)创建PXC中的SST传输账号。
        [root@pxc-node1 src]# mysql -uroot -p
        Enter password:

        root@localhost 08:22: [(none)]> alter user root@localhost identified by 'asd123';
        Query OK, 0 rows affected (0.01 sec)

        root@localhost 08:23: [(none)]> grant all on *.* to 'sst'@'localhost' identified by 'pwd@123';
        Query OK, 0 rows affected, 2 warnings (0.00 sec)

10、将其他节点加入到集群
    1)在pxc-node2和pxc-node3上启动MySQL，并加入到集群中。
        [root@pxc-node2 src]# mysqld --defaults-file=/etc/my.cnf &
        [1] 20599
        [root@pxc-node2 src]# ss -anpult | grep mysql
        tcp    LISTEN     0      128       *:4567                  *:*                   users:(("mysqld",pid=20599,fd=11))

    2)此刻pxc-node2和pxc-node3正在从pxc-node1往本地同步数据
        [root@pxc-node2 src]# ps aux | grep mysql
        mysql     20599  3.1  7.8 3710440 301252 pts/1  Sl   08:38   0:02 mysqld --defaults-file=/etc/my.cnf
        root      22809  0.0  0.0 112824   980 pts/1    S+   08:39   0:00 grep --color=auto mysql

    3）mysqld开始监听3306
        [root@pxc-node2 src]# ss -anpult | grep mysql
        tcp    LISTEN     0      128       *:4567                  *:*                   users:(("mysqld",pid=20599,fd=11))
        tcp    LISTEN     0      128    [::]:3306               [::]:*                   users:(("mysqld",pid=20599,fd=42))
        [root@pxc-node2 src]# ps aux | grep mysql
        mysql     20599  2.0  7.8 3710440 301252 pts/1  Sl   08:38   0:02 mysqld --defaults-file=/etc/my.cnf
        root      23744  0.0  0.0 112824   980 pts/1    S+   08:40   0:00 grep --color=auto mysql

    4)pxc-node2和pxc-node3已将pxc-node1的数据同步到本地。
        直接使用pxc-node1上设置的MySQL root密码，就可以直接登录到MySQL终端。
        [root@pxc-node2 src]# mysql -uroot -pasd123

    5）查看集群状态，可以看到，当前集群中有三台节点。
        root@localhost 08:41: [(none)]> show global status like '%wsrep_cluster%';
        +--------------------------+--------------------------------------+
        | Variable_name            | Value                                |
        +--------------------------+--------------------------------------+
        | wsrep_cluster_weight     | 3                                    |
        | wsrep_cluster_conf_id    | 3                                    |
        | wsrep_cluster_size       | 3                                    |
        | wsrep_cluster_state_uuid | 4e6f904f-84bf-11eb-9935-1e1d0f49469e |
        | wsrep_cluster_status     | Primary                              |
        +--------------------------+--------------------------------------+
        5 rows in set (0.01 sec)

        root@localhost 08:42: [(none)]> show global status like '%wsrep_ready%';
        +---------------+-------+
        | Variable_name | Value |
        +---------------+-------+
        | wsrep_ready   | ON    |
        +---------------+-------+
        1 row in set (0.01 sec)

11、验证复制
    1)在任意节点创建库表，往其中插入数据，在另外两个节点上查看数据是否同步。
        pxc-node2上创建数据
        root@localhost 08:41: [(none)]> create database test;
        Query OK, 1 row affected (0.01 sec)

        root@localhost 08:44: [(none)]> use test;
        Database changed
        root@localhost 08:44: [test]> create table test(id int primary key auto_increment,name varchar(20));
        Query OK, 0 rows affected (0.01 sec)

        root@localhost 08:44: [test]> insert into test(name) values('zhang'),('li'),('wang');
        Query OK, 3 rows affected (0.06 sec)
        Records: 3  Duplicates: 0  Warnings: 0

        root@localhost 08:44: [test]> select * from test;
        +----+-------+
        | id | name  |
        +----+-------+
        |  1 | zhang |
        |  4 | li    |
        |  7 | wang  |
        +----+-------+
        3 rows in set (0.00 sec)

    2)其他节点查看数据是否同步
        pxc-node1和pxc-node3验证数据是否同步。
        root@localhost 08:47: [(none)]> show databases;
        +--------------------+
        | Database           |
        +--------------------+
        | information_schema |
        | mysql              |
        | performance_schema |
        | sys                |
        | test               |
        +--------------------+
        5 rows in set (0.00 sec)

        root@localhost 08:47: [(none)]> use test;
        Database changed
        root@localhost 08:47: [test]> select * from test;
        +----+-------+
        | id | name  |
        +----+-------+
        |  1 | zhang |
        |  4 | li    |
        |  7 | wang  |
        +----+-------+
        3 rows in set (0.00 sec)

最后

以上就是活泼豌豆为你收集整理的数据库高可用架构 - pxc的全部内容，希望文章能够帮你解决数据库高可用架构 - pxc所遇到的程序开发问题。

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