淺析開源數據庫MySQL架構

數據庫是所有應用系統的核心，故保證數據庫穩定、高效、安全地運行是所有企業日常工作的重中之重。數據庫系統一旦出現問題無法提供服務，有可能導致整個系統都無法繼續工作。所以，一個成功的數據庫架構在高可用設計方面也是需要充分考慮的。下面就為大家介紹一下如何構建一個高可用的MySQL數據庫系統。

做過DBA或者是運維的同學都應該知道，任何設備或服務，存在單點就會帶來巨大風險，因為這臺物理機一旦宕機或服務模塊crash，若在短時間內無法找到替換的設備，勢必會影響整個應用系統。因而如何保證不出現單點就是我們的重要工作，使用MySQL高可用方案可以很好地解決這個問題，一般有以下幾種：

一、利用MySQL自身的Replication來實現高可用

MySQL自帶的Replication就是我們常說的主從復制（AB復制），通過對主服務器做一個從機，在主服務器宕機的情況下快速地將業務切換到從機上，保證應用的正常使用。利用AB復制做高可用方案也分為幾種不同的架構：

1、常規的MASTER---SLAVE解決方案

普通的MASTER---SLAVE是目前國內外大多數中小型公司最常用的一種架構方案，主要的好處就是簡單、使用設備較少（成本較低）、維護方便。這種架構能解決單點的問題，而且還能在很大程度上解決系統的性能問題。在一個MASTER后面可以帶上一個或者多個的SLAVE（主從級聯復制），不過這種架構要求一個MASTER必須能夠滿足系統所有的寫請求，不然就需要做水平拆分分擔讀的壓力。

圖一

圖二

圖一到圖二展示的是：解決單點問題和利用讀寫分離達到提高性能的過程。

2、DUAL MASTER與級聯復制結合

雙主多從是在上面的方案中衍生而來的一種更加合理的方案。這個方案的好處是：當兩個主服務器中任何一個掛掉時，整個架構都不用做大的調整。

圖三

圖四

圖五

這個過程如上圖所示。但圖五這種情況比較特殊，即MASTER-B宕機的話怎么辦呢？首先可以確定的是我們的所有Write請求都不會受到任何影響，而且所有的Read請求也都能夠正常訪問；但所有Slave的復制都會中斷，Slave上面的數據會開始出現滯后的現象。這時候我們需要做的就是將所有的Slave進行CHANGE MASTER TO操作，改為從Master A進行復制。由于所有Slave的復制都不可能超前最初的數據源，所以可以根據Slave上面的Relay Log中的時間戳信息與Master A中的時間戳信息進行對照，來找到準確的復制起始點，從而避免造成數據的丟失。

二、利用MYSQL CLUSTER實現整體的高可用

就目前而言，利用MYSQL CLUSTER實現整體的高可用（即NDB CLUSTER）的方案在國內的公司并沒有很普及。NDB CLUSTER節點實際上就是一個多節點的MySQL服務器，但是并不包含數據，所以任何機器只要安裝了就可以使用。當集群中某一個sql節點crash之后，因為節點不存具體的數據，所以數據不會丟失。如圖六：

圖六

三、通過MySQL的衍生產品實現高可用

在目前MySQL實現高可用的衍生產品中，知名度的和普及度比較高的是GALERA CLUSTER和PERCONA XTRDB CLUSTER（PXC）。相關的內容本文暫不展開講述，感興趣的同學可以查閱相關資料進一步了解。這兩種集群的實現方式都是類似的，如圖七、圖八：

圖七

圖八

四、各種高可用方案的利弊比較

在前面各種高可用設計方案的介紹中讀者們可能已經發現，不管是哪一種方案，都存在自己獨特的優勢，但也都或多或少存在一些限制。這一節將針對上面的幾種主要方案做一個利弊分析，以供大家選擇過程中參考。

1、MySQL Replication

優勢：部署簡單，實施方便，維護也不復雜，是MySQL天生就支持的功能。且主備機之間切換方便，通過第三方軟件或者自行編寫的腳本即可自動完成主備切換。

劣勢：如果Master主機硬件故障且無法恢復，則可能造成部分未傳送到Slave端的數據丟失。

2、MySQL Cluster （NDB）

優勢：可用性非常高，性能非常好。每一份數據至少在不同主機上面存在一份拷貝，且冗余數據拷貝實時同步。

劣勢：維護較為復雜，產品較新，存在部分bug，目前還不一定適用于比較核心的線上系統。

3、GALERA CLUSTER和PERCONA XTRDB CLUSTER（PXC）

優勢：可靠性非常高，所有節點可以同時讀寫每一份數據，至少在不同主機上面存在一份拷貝，且冗余數據拷貝實時同步。

劣勢：隨著集群的規模擴大，性能會越來越差。

4、 不得不提的DRBD磁盤網絡鏡像方案

從架構上來說，它有點類似Replication，只是它是通過第三方的軟件實現數據同步的過程，可靠性比Replication更高，但是也犧牲了性能。

優勢：軟件功能強大，數據在底層塊設備級別跨物理主機鏡像，且可根據性能和可靠性要求配置不同級別的同步。IO操作保持順序，可滿足數據庫對數據一致性的苛刻要求。

劣勢：非分布式文件系統環境無法支持鏡像數據同時可見，即性能和可靠性兩者相互矛盾，無法適用于對二者要求都比較苛刻的環境。維護成本高于MySQL Replication。

說完了各種常用架構的優缺點后，剩下的就是如何選擇合適的架構在現實的生產環境中使用的問題。在這方面每個人都有自己的想法和經驗，具體哪個方案是最優的就見仁見智了。在日常的工作中架構的完善并不是一蹴而就，而是一個不斷演變優化完善的過程。

個推在數據庫方面也經歷了從單點到主從再到主從+高可用的過程，同時也經歷了從單一的MySQL+redis到MySQL+redis+es，最后到現在MySQL+redis+es+codis等等的演變。每一次的演變都是為了解決生產環境下的實際問題和痛點。單從MySQL來說任何一個架構都無法解決所有的問題（痛點），都需要根據實際的情況選擇一個合適架構。MySQL集群實現的方案非常靈活多變，對于MySQL工作者來說如何選擇一個合適的架構也是一種挑戰，同時也是我們不斷鉆研和學習MySQL的動力。