MySQL基于GTID复制

一、GTID的概述：

1、全局事物标识：global transaction identifieds。

2、GTID事物是全局唯一性的，且一个事务对应一个GTID。

3、一个GTID在一个服务器上只执行一次，避免重复执行导致数据混乱或者主从不一致。

4、GTID用来代替classic的复制方法，不在使用binlog+pos开启复制。而是使用master_auto_postion=1的方式自动匹配GTID断点进行复制。

5、MySQL-5.6.5开始支持的，MySQL-5.6.10后开始完善。

6、在传统的slave端，binlog是不用开启的，但是在GTID中，slave端的binlog是必须开启的，目的是记录执行过的GTID（强制）。

二、GTID的组成部分：

前面是server_uuid：后面是一个序列号

例如：server_uuid：sequence number

7800a22c-95ae-11e4-983d-080027de205a:10

UUID：每个mysql实例的唯一ID，由于会传递到slave，所以也可以理解为源ID。

Sequence number：在每台MySQL服务器上都是从1开始自增长的序列，一个数值对应一个事务。

三、GTID比传统复制的优势：

1、更简单的实现failover，不用以前那样在需要找log_file和log_Pos。

2、更简单的搭建主从复制。

3、比传统复制更加安全。

4、GTID是连续没有空洞的，因此主从库出现数据冲突时，可以用添加空事物的方式进行跳过。

四、GTID的工作原理：

1、master更新数据时，会在事务前产生GTID，一同记录到binlog日志中。
2、slave端的i/o 线程将变更的binlog，写入到本地的relay log中。
3、sql线程从relay log中获取GTID，然后对比slave端的binlog是否有记录。
4、如果有记录，说明该GTID的事务已经执行，slave会忽略。
5、如果没有记录，slave就会从relay log中执行该GTID的事务，并记录到binlog。
6、在解析过程中会判断是否有主键，如果没有就用二级索引，如果没有就用全部扫描。

五、要点：

1、slave在接受master的binlog时，会校验master的GTID是否已经执行过（一个服务器只能执行一次）。

2、为了保证主从数据的一致性，多线程只能同时执行一个GTID。

六、使用GTID搭建mysql的主从复制的主要参数：

[mysqld]
#GTID:
gtid_mode=on
enforce_gtid_consistency=on
server_id=2003306    #每天实例的server_id都要不一样
 
#binlog
log-bin=mysqlbin
log-slave-updates=1   #允许下端接入slave
binlog_format=row      #强烈建议，其他格式可能造成数据不一致
 
#relay log
skip_slave_start=1
注意：建议使用mysql-5.6.5以上的最新版本。

启动GTID的两种方法：

方法一、

1、如果是在已经跑的服务器，你需要重启一下mysql server。
2、启动之前，一定要先关闭master的写入，保证所有slave端都已经和master端数据保持同步。
3、所有slave需要加上skip_slave_start=1的配置参数，避免启动后还是使用老的复制协议。

方法二、

1、如果是新搭建的服务器，直接启动就行了。

七、master-slave搭建的注意事项：

（一）、使用GTID的方式，把salve端挂载master端：

1、启动以后最好不要立即执行事务，而是先change master上。
2、然后在执行事务，当然知不是必须的。
3、使用下面的sql切换slave到新的master。

stop slave;

CHANGE MASTER TO
MASTER_HOST='127.0.0.1',
MASTER_PORT=3306,
MASTER_USER='repl',
MASTER_PASSWORD='repl',
master_auto_position = 1;

(二)、如果给已经运行的GTID的master端添加一个新的slave

有两种方法：

方法一、适用于master也是新建不久的情况。

1、如果你的master所有的binlog还在。可以选择类似于上面的方法，安装slave，直接change master to到master端。

2、原理是直接获取master所有的GTID并执行。

3、优点：简单方便。

4、缺点：如果binlog太多，数据完全同步需要时间较长，并且master一开始就启用了GTUD。

方法二、适用于拥有较大数据的情况。（推荐）

1、通过master或者其他slave的备份搭建新的slave。（看第三部分）

2、原理：获取master的数据和这些数据对应的GTID范围，然后通过slave设置@@global.gtid_purged跳过备份包含的gtid。

3、优点：是可以避免第一种方法的不足。

4、缺点：相对来说有点复杂。

（三）、通过备份搭建新的slave：（方法二的扩展）

两种方法：

方法一、mysqldump的方式：

1、在备份的时候指定--master-data=2（来保存binlog的文件号和位置的命令）。
2、使用mysqldump的命令在dump文件里可以看到下面两个信息：
  SET @@SESSION.SQL_LOG_BIN=0;
  SET @@GLOBAL.GTID_PURGED='7800a22c-95ae-11e4-983d-080027de205a:1-8';
3、将备份还原到slave后，使用change master to命令挂载master端。

注意：在mysql5.6.9以后的命令才支持这个功能。

方法二、percona Xtrabackup

1、Xtrabackup_binlog_info文件中，包含global.gtid_purged='XXXXXX:XXXX'的信息。
2、然后到slave去手工的 SET GLOBAL.GTID_PURGED='XXXXXX:XXXX'。
3、恢复备份，开启change master to 命令。

注意：如果系统运行了很久，无法找到GTID的变好了，可以通过上面的方式进行查找。

八、GTID如何跳过事务冲突：

1、这个功能主要跳过事务，代替原来的set global sql_slave_skip_counter = 1。

2、由于在这个GTID必须是连续的，正常情况同一个服务器产生的GTID是不会存在空缺的。所以不能简单的skip掉一个事务，只能通过注入空事物的方法替换掉一个实际操作事务。

3、注入空事物的方法：

stop slave;
set gtid_next='xxxxxxx:N';
begin;commit;
set gtid_next='AUTOMAIC';
start slave;

4、这里的xxxxx:N 也就是你的slave sql thread报错的GTID，或者说是你想要跳过的GTID。

九、GTID的参数注释：

[master]>show global variables like '%gtid%';

1、enforce_gtid_consistency：开启gtid的一些安全限制（介意开启）。

2、gtid_executed：全局和seeeion级别都可以用。用来保存已经执行过的GTIDs。
贴士：show  master status\G;输出结果中的Executed_Gtid_Set和gitd_executed一致。reset master时，此值会被清空。

3、gtid_owned：全局和session级别都可用，全局表示所有服务器拥有GTIDs，session级别表示当前client拥有所有GTIDs。（此功能用的少）

4、gtid_mode：是否开启GTID功能。

5、gtid_purged：全局参数，设置在binlog中，已经purged的GTIDs，并且purged掉的GTIDs会包含到gtid_executed中。

贴士：从而导致slave不会再去master请求这些GTIDs，并且Executed_Gtid_Set为空时，才可以设置此值。

6、gtid_next：这个时session级别的参数：
[master]>show session variables like '%gtid_next%';

十、关于GTID的一些功能限制：

（一）、更新非事务引擎：

1、Case重现：
master：对一个innodb表做一个多sql更新的事物，效果是产生一个GTID。
slave：对应的表是MYISAM引擎，执行这个GTID的第一个语句后就会报错，因为非事务引擎一个sql就是一个事务。

2、错误编号：
last_Errno:1756

3、异常恢复方案：
（1）、简单的stop slave; start slave;就能够忽略错误。但是这个时候主从的一致性已经出现问题。需要手工的把slave差的数据补上。
（2）、首先将引擎调整为一样的，slave也改为事务引擎。

（二）、create table ....select statements

1、case重现：
master：直接执行一个create table select * from table;的sql

2、报错：
error 1786

3、原理：
由于create table ...select语句会生成两个sql，一个是DDL创建表SQL，一个是insert into 插入数据的sql。由于DDL会导致自动提交，所以这个sql至少需要两个GTID，但是GTID模式下，只能给这个sql生成一个GTID，如果强制执行会导致和上面更新非事务引擎一样的结果。

（三）、一个sql同事操作innodb引擎和myisam引擎：

case重现：t1表是innodb，t2表是myisam
1、update t1,t2 set t1.id=1000,t2.id=1000 where t1.id=t2.id;
2、报错：1785
3、原理和第二个相同。

（四）、在一个replication grouop 中，所有的mysql必须要统一开启或者关闭GTID功能。

1、case重现：
将一个未开启gtid的slave通过原始的binlog和pos方式连接到开启GTID的master。

2、报错：
The slave IO thread stops because the master has @@GLOBAL.GTID_MODE ON and this server has @@GLOBAL.GTID_MODE OFF。

（五）、在一个replication group中，如果开启GTID以后，就不再允许使用classic的复制方式：

1、case重现：
将一个开启gtid的slave通过原始的binlog和pos方式连接到开启GTID的master。

2、报错：
ERROR 1776(HY000)：Parameters MASTER_LOG_FILE，MASTER_LOG_POS，RELAY_LOG_FILE and RELAY_LOG_POS cannot be set when MASTER_AUTO_POSITION is active。

（六）、GTID_MODE是not online的：

需要重启才能生效，官方暂时不支持平滑的从classic replication切换到GTID replication。
贴士：
由于GTID开启需要重启系统，一个复制组中所有的实例必须统一开启或者关闭GTID,开启GTID以后不能在使用classic复制。
问题：
也就是说在线业务必须统一关闭，然后再启动，会导致服务中断。

解决方案：
1、针对这种情况，社区有两种对应的平滑升级的方案：
一种是booking.com出品，这两个差别在淘宝9月份数据库月报里有说明，加了一个桥接的服务器，既可以运行GTID模式下，也可以运行classic模式下。
另外一种是facebook.com出品。所有的slave可以在开启GTID模式的情况下，可以连接到没有开启GTID模式的master。

2、可以关闭一个部分，停止写操作，但是读不用，将另一部分改成GTID模式。

（七）、Temporary tables。

1、create temporary table和drop temporary table语句一样在GTID环境下不支持。
如果--enforce_gtid_consistency参数开启，并且autocommit=1，那么可以使用。

（八）、关于Errant transaction

1、Errant transaction：所谓的errant transaction也就是没有规范的从master执行，而是直接从slave执行的事务。
2、由于GTID协议的原因，最开始已经提过（参见GTID architecture）。
3、如果slave有errant transaction产生，由于GTID协议中的规则，很容易导致failover失败。主要有两种情况：

a、在slave上做了无用的或者临时的errant transaction操作，如果该slave升级成为master的话，连接到它的所有数据库都会获取到这个事务。如果一样就会产生冲突。

b、由于做了这个errant transaction这个事务以后，其他的slave还没有获取这个errant transaction的GTID，需要从master上发同步给其他的slave，但是主的binlog又被删掉了，这时将会报错。

4、总之：尽量避免产生errant transaction。可以通过：set sql_log_bin=off的方式在slave执行sql，但是也要考虑到数据一致性。

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··············跳过错误
从库已经执行过的事务是'e10c75be-5c1b-11e6-ab7c-000c296078ae:1-5',执行出错的事务是'e10c75be-5c1b-11e6-ab7c-000c296078ae:6'，当前主备的数据其实是一致的，可以通过设置gtid_next跳过这个出错的事务。

在从库上执行以下SQL：

mysql> set gtid_next='e10c75be-5c1b-11e6-ab7c-000c296078ae:6';
Query OK, 0 rows affected (0.00 sec)

mysql> begin;
Query OK, 0 rows affected (0.00 sec)

mysql> commit;
Query OK, 0 rows affected (0.00 sec)

mysql> set gtid_next='AUTOMATIC';
Query OK, 0 rows affected (0.00 sec)

mysql> start slave;
Query OK, 0 rows affected (0.02 sec)

设置gtid_next的方法一次只能跳过一个事务，要批量的跳过事务可以通过设置gtid_purged完成。

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十一、GTID与crash safe salve

crash safe slave是MySQL 5.6提供的功能，意思是说在slave crash后，把slave重新拉起来可以继续从Master进行复制，不会出现复制错误也不会出现数据不一致。

1、基于binlog文件位置的复制

在基于binlog文件位置的复制下，要保证crash safe slave，配置下面的参数即可。
relay_log_info_repository = TABLE
relay_log_recovery = ON

这样可行的原因是，relay_log_info_repository = TABLE时，apply event和更新relay_log_info表的操作被包含在同一个事务里，innodb要么让它们同时生效，要么同时不生效,保证位点信息和已经应用的事务精确匹配。同时relay_log_recovery = ON时，会抛弃master_log_info中记录的复制位点，根据relay_log_info的执行位置重新从Master获取binlog，这就回避了由于未同步刷盘导致的binlog文件接受位置和实际不一致以及relay log文件被截断的问题。

在同时使用MTS(multi-threaded slave)时，为保证crash safe slave基于binlog文件位置的复制还需要设置sync_relay_log=1,因为MySQL在Crash恢复时必须先通过读取relay log补齐MTS导致的事务空洞。

2、基于GTID的复制

上面的设置并不适用于基于GTID的复制。在基于GTID的复制下，crash的Slave重启后，从binlog中解析的gtid_executed决定了要apply哪些binlog记录，所以binlog必须和innodb存储引擎的数据保持一致。要做到这一点，需要把sync_binlog和innodb_flush_log_at_trx_commit都设置为1，即所谓的"双1"。

另外MySQL启动时，会从relay log文件中获取已接收的GTIDs并更新Retrieved_Gtid_Set。由于relay log文件可能不完整，所以需要抛弃已接收的relay log文件。因此relay_log_recovery = ON也是必须的。

这样，对于基于GTID的复制，保证crash safe slave的设置就是下面这样。

sync_binlog = 1
innodb_flush_log_at_trx_commit = 1
relay_log_recovery = ON

关于如何设置以确保crash safe slave，官方文档有明确记载，见 17.3.2 Handling an Unexpected Halt of a Replication Slave。

但是其中关于GTID的记载中存在笔误,将relay_log_recovery=1写成了relay_log_recovery=0 (#83711)。同时也没有提到必须设置"双1"，但是"双1"是必要的，否则crash的Slave重启后，可能会重复应用binlog event也可能会遗漏应用binlog event（#70659）。其中遗漏应用binlog event的情况更可怕，因为Slave在不触发SQL错误的情况下就默默的和Master不一致了。

3、设置"双1"对性能的影响

出于安全考虑，强烈推荐设置"双1"。"双1"会增大每个事务的RT，但得益于MySQL的组提交机制，高并发下"双1"对系统整体tps的影响在可接受范围内。

sysbench oltp.lua 10张表每张表100w记录(qps/并发数)

对更新同一行这样无法有效并行的场景，"双1"对性能的影响非常大。

sysbench update_non_index.lua 1张表1条记录(qps/并发数)

对不能有效并行的Slave replay，存在同样的问题。

通过指定tx-rate执行sysbench的update_non_index.lua脚本压测30秒，完成后检查主备延迟。

可以发现在Slave被配置为"双1"的情况下，延迟非常严重,1000以上的QPS就会出现延迟，非"双1"下QPS到5000以上才会出现延迟（主库配置为"双1"）。

sysbench update_non_index.lua 1张表100w条记录 128并发(延迟/qps)

以上测试环境是Percona Server 5.6运行在配置HDD的8 core虚机，由于测试结果和系统IO能力有很大关系，仅供参考。

4、如何在非"双1"下保证crash safe slave

如果是MySQL 5.7可以关闭log_slave_updates，这样MySQL会将已执行的GTIDs实时记录到系统表mysql.gtid_executed中，mysql.gtid_executed是和用户事务一起提交的，因此可以保证和实际的数据一致。

log_slave_updates = OFF
relay_log_recovery = ON

如果是MySQL 5.6可以采用如下变通的方式。

按照基于binlog文件复制时crash safe slave的要求设置

relay_log_info_repository = TABLE
relay_log_info_repository = TABLE
relay_log_recovery = ON

在Slave crash后，根据relay_log_info_repository设置相应的gitd_purged再开启复制，
步骤如下:

1.启动MySQL，但不开启复制
mysqld --skip-slave-start

2.在Slave上修改为基于binlog文件位置的复制
change master to MASTER_AUTO_POSITION = 0

3.启动slave IO线程
start slave io_thread
这里不能启动SQL线程，如果接受到的GTID已经在Slave的gtid_executed里了，会被Slave skip掉。

4.检查binlog传输的开始位置(即Retrieved_Gtid_Set的值)
show slave status\G
假设输出的Retrieved_Gtid_Set值为e10c75be-5c1b-11e6-ab7c-000c296078ae:7-10

5.在Master上检查gtid_executed
show master status
假设输出的Executed_Gtid_Set值为e10c75be-5c1b-11e6-ab7c-000c296078ae:1-10

6.在Slave上设置gitd_purged为binlog传输位置的前面的GTID的集合
reset master;
set global gitd_purged='e10c75be-5c1b-11e6-ab7c-000c296078ae:1-6';

7.修改回auto position的复制
change master to MASTER_AUTO_POSITION = 1

8.启动slave SQL线程
start slave sql_thread

但是，这种变通的方法不适合多线程复制。因为多线程复制可能产生gtid gap和Gap-free low-watermark position，这会导致Salve上重复apply已经apply过的event。后果就是数据不一致或者复制中断，除非设置binlog格式为row模式并且slave_exec_mode=IDEMPOTENT,slave_exec_mode=IDEMPOTENT允许Slave回放binlog时忽略重复键和找不到键的错误，使得binlog回放具有幂等性，但这也意味着如果真的出现了主备数据不一致也会被它忽略。

5、MTS下特有的问题

在同时使用MTS(slave_parallel_workers > 1)时，即使按上面crash safe slave的要求设置了基于GTID的复制，Slave crash后再重启还是会导致复制中断。

通过强制杀掉MySQL所在虚机的方式模拟Slave宕机，然后再启动MySQL，MySQL日志中有如下错误消息：
启动slave时也会报错

mysql> start slave;
ERROR 1872 (HY000): Slave failed to initialize relay log info structure from the repository

出现这种现象的原因在于，relay_log_recovery=1 且 slave_parallel_workers>1的情况下，mysql启动时会进入MTS Group恢复流程，即读取relay log，尝试填补由于多线程复制导致的gap。然后relay log文件由于不是实时刷新的，在relay log文件中找不到gap对应的relay log记录(覆盖了gap的relay log起始和结束位置分别被称为低水位和高水位,低水位点即slave_relay_log_info.Relay_log_pos的值)就会报这个错。

实际上，在GTID模式下，slave在apply event的时候可以跳过重复事件，所以可以安全的从低水位点应用日志，没必要解析relay log文件。 这看上去是一个bug，于是提交了一个bug报告#83713，目前还没有收到回复。

作为回避方法，可以通过清除relay log文件，跳过这个错误。执行步骤如下：

reset slave;
change master to MASTER_AUTO_POSITION = 1
start slave;

在这里，单纯的调reset slave不能把状态清理干净，内部的Relay_log_info.inited标志位仍然处于未被初始化状态,此时调用start slave仍然会失败。因此需要补一刀change master。

6、Master的crash safe

前面一直在讲crash safe slave，Master的crash safe同样重要。 要想Master保持crash safe需要按下面的参数进行设置，否则不仅会丢失事务，gtid_executed还可能和实际的innodb存储引擎中的数据不一致。

sync_binlog = 1
innodb_flush_log_at_trx_commit = 1

在Master配置为"双1"的情况下，Master crash后，如果没有发生failover，可以继续作为Master。 如果发生了failover，可以检查旧Master和新Master上由旧Master执行的事务集合是否一致。
show master status

如果一致，可以按MASTER_AUTO_POSITION = 1的方式将旧Master作为Slave和新Master建立复制关系。否则，考虑做事务补偿或从新Master上拉取备份进行恢复。

在Master配置不是"双1"的情况下，在Master crash后由于难以准确知道旧Master上究竟执行了哪些事务，安全的做法是实施主备切换，并从新Master上拉取备份，把旧Master作为新Master的Slave进行恢复。