GreatSQL 异步复制及搭建

一、简介

复制就是将一个数据库数据复制到一个或多个数据库上，复制的过程是异步的，其工作原理是通过binlog（二进制日志）记录事务变更然后传送到从库并重放事务，保持数据一致

二、复制过程

1-1 复制过程图

2.1 binlog日志

GreatSQL 复制是基于 binlog 日志来实现复制的

2.1.1 二进制日志输出格式比较

2.2 复制过程

1. 主库把数据更新事件写入二进制日志。

2. 从库的IO线程向主库请求二进制日志事件。

3. 主库的binlog dump线程向从库IO线程发送二进制日志事件。

4. 从库的IO线程将二进制日志事件写入中继日志。

5. 从库的SQL线程应用中继日志中的事件。

2.3 二阶段提交

GreatSQL 包含两种记录数据变更的日志，redolog、binlog为了保证两个日志的对数据变更事件达到一致性，GreatSQL 内部使用XA来实现，其核心是两阶段提交。

2.3.1 事务提交流程

主从复制中，从库是通过binlog日志重放来实现复制。如何保证主从的数据一致性，就需要考虑如下两方面

1. binlog记录的事务一定不比redolog少。

2. binlog与redolog记录的事务的顺序性是一致的。

在两阶段协议中一般分为事务管理器（协调者）和若干事务执行器（参与者）两种角色。GreatSQL 内部实现的两阶段提交中，二进制日志充当了协调组角色，由它来通知InnoDB执行准备、提交和回滚。从实现角度分析，事务提交有准备阶段和提交阶段组成。两阶段提交流程如下图：

1-2事务提交流程

1、事务发起commit请求。

2、调用binlog-hton和innobase-hton的prepare方法完成第一阶段。binlog-hton的方法什么也没有做，innodb的prepare持有prepare_commit_mutex锁，将重做日志刷盘，并将事务状态设置为prepared。

3、如果事务涉及的所有存储引擎的prepare都执行成功，则调用TC_LOG_BIN:log_xid将事务写入到二进制日志。

4、最后，调用存储引擎的commit完成事务的提交，向重做日志写入commit标记，释放prepare_commit_mutex,并将事务设置为trx_not_started状态。

2.3.2 InnoDB恢复

数据库在奔溃恢复时，不同状态的事务，会进行不同的处理。

• trx_commit_in_memory的事务,清除回滚段后，将事务设置为trx_commit_not_started。

• trx_commit_active的事务，直接回滚。

• trx_not_started的事务，表示事务已提交过，跳过。

• trx_commit_prepared的事务，要根据二进制日志来决定事务是否提交，暂时跳过。

在数据库发生奔溃时，数据库根据重做日志进行数据恢复，逐个检查重做日志的每个事务状态。根据1-2的流程，如果已经进行到trx_not_started阶段，也就是存储引擎commit阶段，那么说明重做日志和二进制日志是一致的，正常根据重做日志的内容进行恢复即可。如果事务状态为trx_active，没有写入到二进制日志，就直接回滚。如果事务状态为trx_commit_prepared，要分两种情况：先检查二进制日志是否写入成功，如果没有写入成功，直接回滚，如果写入成功了，那就进行最后一步，调用存储引擎commit，更改事务状态为trx_not_started，也就是真正提交的状态，可以用作数据恢复。

由此可以，GreatSQL是以二进制日志的写入与否作为事务提交成功与否的标志。通过这种方式让InnoDB重做日志和GreatSQL服务器的二进制日志中的事务状态保持一致。两阶段提交很好的保持了数据的一致性和顺序性。

GreatSQL通过innodb_support_xa系统变量来控制innodb是否支持XA事务的两阶段提交，默认是支持。在GreatSQL8中已移除该变量,表示数据库内部一直启用innodb对XA事务两阶段提交的支持。

2.3.3 日志刷盘频率

两阶段提交只是从流程上保证了日志的一致性，如果日志在写盘期间，数据库发生了崩溃或者服务器宕机，存在日志数据丢失的风险。为了规避此类风险，我们需要配置正确的日志刷盘频率。

重做日志的刷盘频率由innodb_flush_log_at_commit_trx参数控制。二进制日志的刷盘频率由sync_binlog参数控制。

• 重做日志刷盘方式

  1. innodb_flush_log_at_trx_commit参数为1时，表示只要事务提交，立即将重做日志刷盘。

  2. innodb_flush_log_at_trx_commit参数为2时，表示每秒将重做日志缓冲区的内容写入到操作系统页面缓冲，至于什么时候刷盘，由操作系统控制。

  3. innodb_flush_log_at_trx_commit参数为0时，表示每秒将重做日志刷盘。

• 二进制日志刷盘方式

  1. sync_binlog参数为1时，表示只要事务提交，立即将二进制日志刷盘。
  2. sync_binlog参数为N（N>1）时，表示N个二进制日志组提交后，将二进制日志刷盘。
  3. sync_binlog参数为0时，表示二进制日志的刷盘由操作系统控制。

三、异步复制参数

3.1 源库和复制库常用参数说明

四、异步复制部署

4.1 环境准备

使用两台服务器来部署一主一从的异步复制。

Master：192.168.135.183

Slave：192.168.135.142

4.2 部署数据库

安装GreatSQL数据库，见GreatSQL官方文档 https://greatsql.cn/docs/8.0.32-25/4-install-guide/3-install-with-tarball.html

4.3 配置复制

4.3.1 空库

初始安装的数据库没有任何应用数据。可以直接配置就能使用。

• Master上的操作：

  greatsql> reset master;

• Slave上的操作：

  greatsql> reset master;
  greatsql> reset slave all;
  
  greatsql> change master to master_host="192.168.135.183",master_port=3305,master_user='repl',ma    ster_password='!QAZ2wsx',master_auto_position=1;
  
  greatsql> start slave;
  greatsql> show slave status\G

4.3.2 脱机

如果源数据库上存在应用数据，允许在一个接收的脱机时间窗口进行复制，那么我们可以直接把源库的数据文件复制到从库，再启动从库进行主从配置。

• Master上的操作

  1. 创建用于复制的账户，并授予相应的权限。

  2. 停止源数据库服务。

  3. 复制源数据库上的数据文件到从库。

  4. 启动源数据库服务。

• Slave上的操作

  1. 删除从库数据目录中的auto.cnf，从库在启动时会自动生成唯一的server_uuid。检查数据库配置文件确保server_id是唯一的。

  2. 启动从数据库服务。

  3. 配置主从同步关系，并启动主从同步线程。

4.3.3 联机

大多数情况下，复制被要求在不影响线上业务的情况下联机创建，而且还要求对线上源库影响越小越好。在联机情况下，我们通常采用mysqldump和xtrabackup工具复制源库到从库，配置主从同步。

mysqldump联机复制过程

• Master上的操作

  1.创建用于复制的账户

greatsql> create user repl@'%' identified with mysql_native_password by '!QAZ2wsx';
greatsql> grant replication client,replication slave on *.* to repl@'%';
greatsql> flush privileges;

• Slave上的操作

1. 创建源库信息

greatsql> change master to master_host='192.168.135.183',master_port=3305,master_user='repl',master_password='!QAZ2wsx';

2. 使用mysqldump导入数据到从库，建立复制

greatsql> mysqldump --single-transaction --all-databases --master-data=1 --host=192.168.135.183 --port=3306 --user=root --password=!QAZ2wsx --default-character-set=utf8mb4 --apply-slave-statements|mysql -uroot -p!QAZ2wsx -h192.168.135.142 -P3305

重要参数说明：

• --single-transaction参数对innodb表执行非锁定导出。此选项将事务隔离模式设置为repeatable read,并在转储数据之前向服务器发送start transaction sql语句。它仅适用于innodb等事务表，因为它会在发出start transaction时转储数据库一致状态，而不会阻塞任何应用程序。

• --master-data参数为1时会导致转储输出包含类型change master to master_log_file='binlog.000004',master_log_pos=1230;的sql语句，该语句指示主库的二进制日志坐标（文件和偏移量）。如果选项值为2，则chang master to语句将被注释，仅提供信息，不会执行。如果未指定选项值，则默认值为1。

• --apply-slave-statements参数会在change master to之前添加stop slave语句，被宰输出的结尾处添加start slave语句，用于开启复制。

• --deafult-character-set参数指定默认字符集，GreatSQL的默认字符集为utf8mb4。

xtrabackup联机复制过程

• Master上的操作

  1. 在源库上创建全量备份

  $ xtrabackup --defaults-file=/mysql/conf/node13306.cnf --host='192.168.135.183' --port=3306 --user='root' --password='!QAZ2wsx' --backup --target-dir=/mysql/backup 2>backup.log

  2. 准备数据信息备份

  $ xtrabackup --prepare --target-dir=/mysql/backup 2>restore.log

--prepare参数准备备份数据进行恢复。数据文件在准备之前是不一致的，因为它们是在备份程序运行的不同时间复制的，并且在这个时间段，有些数据已经发生变更。其原理是使用redolog进行后滚，使用undolog进行前滚。

• Slave上的操作

  1. 关闭从库，在从库上删除数据库初始化生成的数据库文件。

  $ rm -rf /mysql/dbdata/data/*;rm -rf /mysql/dbdata/log/*

  2. 从源库上拉取备份恢复后的数据文件。

  $ scp  -r [root@192.168.135.183:/mysql/backup/*](mailto:root@192.168.1.111:/mysql/backup/*) /mysql/dbdata/data
  
  $ mv binlog.* ib_logfile* undo_00* ../log/
  
  $ chown -R mysql:mysql /mysql/dbdata

  3. 启动从数据库服务，并配置主从同步。

  greatsql> service mysql start
  
  greatsql> change master to master_host="192.168.135.183",master_port=3305,master_user='repl',ma    ster_password='!QAZ2wsx',master_auto_position=1;

五、异步复制常见问题说明

5.1 show slave 重点指标说明

我们在从库执行show slave status来观察主从同步的状态。

• master_log_file：I/O线程正在读取的master binlog。

• read_master_log_pos：I/O线程已经读取到master binlog的位置。

• relay_log_file：SQL线程正在读取和执行的relay log。

• relay_log_pos：SQL线程已经读取和执行relay log的位置。

• relay_master_log_file：SQL线程最近执行的操作对应的是哪个master binlog。

• relay_master_log_pos：SQL线程最新执行的操作对应的是master binlog的位置。

• retrieved_gtid_set：接收到的gtid集合。

• executed_gtid_set：已执行的gtid集合。

• seconds_behind_master：SQL线程比IO线程慢多少。在网络正常的情况下，可以表示从库比源库慢多少。

5.2 常见错误

主从异步复制中，存在数据库丢失的可能性，导致主从数据不一致。如果数据量比较少的情况下，我们在从库执行相关的操作补齐数据后，对改事务进行跳过。

• 源库删除一行记录，而slave上找不到改行数据进行删除操作。错误代码为1032。

• 源库插入一行数据，而slave上表示改行数据早已存在，导致重复冲突。错误代码为1062。

• 源库上更新一行数据，而slave上表示找不到改行数据执行更新操作，错误代码为1032。

5.3 主从数据校验

可以使用GreatSQL社区的gt-checksum工具对主从数据进行一致性校验，或者使用官方工具checksum进行数据校验。checksum工具对数据库校验时，会给表上读锁，这一点在使用时需要注意。

gt-checksum工具详见：https://gitee.com/GreatSQL/gt-checksum