MySQL集群架构之双主模式概述

　　为保证数据库的高可用性，可以采用冗余的方式，但是数据冗余带来的问题是数据一致性问题。主从模式就是该方式的一种集群实现架构，其主要优势就是简单灵活，能满足多种需求。是一种比较主流的用法，同时其劣势也很明显：写操作高可用需自行处理。
　　实际使用MySQL主从模式，一主多从、读写分离等的过程中，如果发生单点故障，从库切换成主库还需要作改动。因此，如果是双主或者多主，就会增加MySQL入口，提升了主库的可用性。因此随着业务的发展，数据库架构可以由主从模式演变为双主模式。双主模式是指两台服务器互为主从，任何一台服务器数据变更，都会通过复制应用到另外一方的数据库中。
　　既然存在两个master，那又出现了一个头大的问题——两个master都可读可写，可读没啥问题，如果双主可写就问题大了：
　　　　1）ID冲突：在A主库写入，当A数据未同步到B主库时，对B主库写入，如果采用自动递增容易发生ID主键的冲突。
　　　　2）更新丢失：同一条记录在两个主库中进行更新，会发生前面覆盖后面的更新丢失。
　　解决方法就是使用高可用的架构模式：其中一个Master提供线上服务，另一个Master作为备胎供高可用切换，Master下游挂载Slave承担读请求。如下图示：

　　　　　　　　　　　　　　　　

 　　随着业务发展，架构会从主从模式演变为双主模式，用双主单写，再引入高可用组件，例如Keepalived和MMM等工具，实现主库故障自动切换等架构已经发展得比较成熟。下面分别介绍：

　　一、MMM架构

　　　　MMM（Master-Master Replication Manager for MySQL）是一套用来管理和监控双主复制，支持双主故障切换 的第三方软件。MMM 使用Perl语言开发，虽然是双主架构，但是业务上同一时间只允许一个节点进行写入操作。下图是基于MMM实现的双主高可用架构：

　　　　　　　　　　　　　　　

　　　　1、MMM故障处理机制　　　

　　　　　　MMM 包含writer和reader两类角色，分别对应写节点和读节点：

　　　　　　　　1）当 writer节点出现故障，程序会自动移除该节点上的VIP；

　　　　　　　　2）写操作切换到 Master2，并将Master2设置为writer；

　　　　　　　　3）将所有Slave节点会指向Master2。

　　　　　　除了管理双主节点，MMM 也会管理 Slave 节点，在出现宕机、复制延迟或复制错误，MMM 会移除该节点的 VIP，直到节点恢复正常。

　　　　2、MMM监控机制

　　　　　　MMM 包含monitor和agent两类程序，功能如下：

　　　　　　1）monitor：监控集群内数据库的状态，在出现异常时发布切换命令，一般和数据库分开部署。

　　　　　　2）agent：运行在每个 MySQL 服务器上的代理进程，monitor 命令的执行者，完成监控的探针工作和具体服务设置，例如设置 VIP（虚拟IP）、指向新同步节点。

　　二、MHA架构

　　　　MHA（Master High Availability）是一套比较成熟的 MySQL 高可用方案，也是一款优秀的故障切换和主从提升的高可用软件。在MySQL故障切换过程中，MHA能做到在30秒之内自动完成数据库的故障切换操作，并且在进行故障切换的过程中，MHA能在最大程度上保证数据的一致性，以达到真正意义上的高可用。MHA还支持在线快速将Master切换到其他主机，通常只需0.5－2秒。

　　　　目前MHA主要支持一主多从的架构，要搭建MHA，要求一个复制集群中必须最少有三台数据库服务器。

　　　　　　　　　　　　　　　　

　　　　MHA由两部分组成：MHA Manager（管理节点）和MHA Node（数据节点）。　　　　　　　　　　

　　　　　　1）MHA Manager可以单独部署在一台独立的机器上管理多个master-slave集群，也可以部署在一台slave节点上。负责检测master是否宕机、控制故障转移、检查MySQL复制状况等。　　　　　　

　　　　　　2）MHA Node运行在每台MySQL服务器上，不管是Master角色，还是Slave角色，都称为Node，是被监控管理的对象节点，负责保存和复制master的二进制日志、识别差异的中继日志事件并将其差异的事件应用于其他的slave、清除中继日志。

　　　　MHA Manager会定时探测集群中的master节点，当master出现故障时，它可以自动将最新数据的slave提升为新的master，然后将所有其他的slave重新指向新的master，整个故障转移过程对应用程序完全透明。

　　　　MHA故障处理机制：
　　　　　　1）把宕机master的binlog保存下来
　　　　　　2）根据binlog位置点找到最新的slave
　　　　　　3）用最新slave的relay log修复其它slave
　　　　　　4）将保存下来的binlog在最新的slave上恢复
　　　　　　5）将最新的slave提升为master
　　　　　　6）将其它slave重新指向新提升的master，并开启主从复制
　　　　MHA优点：
　　　　　　1）自动故障转移快
　　　　　　2）主库崩溃不存在数据一致性问题
　　　　　　3）性能优秀，支持半同步复制和异步复制
　　　　　　4）一个Manager监控节点可以监控多个集群

　　三、主备切换

　　　　主备延迟问题——主备延迟是由主从数据同步延迟导致的，与数据同步有关的时间点主要包括以下三个：

　　　　　　1）主库 A 执行完成一个事务，写入 binlog，我们把这个时刻记为 T1;

　　　　　　2）之后将binlog传给备库 B，我们把备库 B 接收完 binlog 的时刻记为 T2;

　　　　　　3）备库 B 执行完成这个binlog复制，我们把这个时刻记为 T3。

　　　　所谓主备延迟，就是同一个事务，在备库执行完成的时间和主库执行完成的时间之间的差值，也就是 T3-T1。

　　　　在备库上执行show slave status命令，它可以返回结果信息，seconds_behind_master表示当前备库延迟了多少秒。

　　　　同步延迟主要原因如下：

　　　　　　1）备库机器性能问题：机器性能差，甚至一台机器充当多个主库的备库。

　　　　　　2）分工问题：备库提供了读操作，或者执行一些后台分析处理的操作，消耗大量的CPU资源。

　　　　　　3）大事务操作：大事务耗费的时间比较长，导致主备复制时间长。比如一些大量数据的delete或大表DDL操作都可能会引发大事务。

　　　　主备切换是指将备库变为主库，主库变为备库，有可靠性优先和可用性优先两种策略。

　　　　可靠性优先

　　　　　　主备切换过程一般由专门的HA高可用组件完成，但是切换过程中会存在短时间不可用，因为在切换过程中某一时刻主库A和从库B都处于只读状态。如下图所示：

　　　　　　　　　　　　　　　

 　　　　　　主库由A切换到B，切换的具体流程如下：　　　　　　　

　　　　　　　　1）判断从库B的Seconds_Behind_Master值，当小于某个值才继续下一步

　　　　　　　　2）把主库A改为只读状态（readonly=true）

　　　　　　　　3）等待从库B的Seconds_Behind_Master值降为 0

　　　　　　　　4）把从库B改为可读写状态（readonly=false）

　　　　　　　　5）把业务请求切换至从库B

　　　　可用性优先

　　　　　　不等主从同步完成， 直接把业务请求切换至从库B ，并且让 从库B可读写 ，这样几乎不存在不可用时间，但可能会数据不一致。

　　　　　　　　　　　　　　

　　　　　　如上图所示，在A切换到B过程中，执行两个INSERT操作，过程如下：

　　　　　　　　1）主库A执行完 INSERT c=4 ，得到 (4,4) ，然后开始执行 主从切换

　　　　　　　　2）主从之间有5S的同步延迟，从库B会先执行 INSERT c=5 ，得到 (4,5)

　　　　　　　　3）从库B执行主库A传过来的binlog日志 INSERT c=4 ，得到 (5,4)

　　　　　　　　4）主库A执行从库B传过来的binlog日志 INSERT c=5 ，得到 (5,5)

　　　　　　　　5）此时主库A和从库B会有 两行 不一致的数据

　　　　　　通过上面介绍了解到，主备切换采用可用性优先策略，由于可能会导致数据不一致，所以大多数情况下，优先选择可靠性优先策略。在满足数据可靠性的前提下，MySQL的可用性依赖于同步延时的大小，同步延时越小，可用性就越高。