基于Consul的数据库高可用架构

几个月没有更新博客了，已经长草了，特意来除草。本次主要分享如何利用consul来实现redis以及mysql的高可用。以前的公司mysql是单机单实例，高可用MHA加vip就能搞定，新公司mysql是单机多实例，那么显然这个方案不适用，后来也实现了故障切换调用dns api来修改域名记录，但是还是没有利用consul来实现高可用方便，后面会说明优势。redis单机多实例最正常不过了，那么redis单机多实例高可用也不太好做，当然也可以利用sentinel来实现，当failover以后调用脚本调用dns api修改域名解析也是可以的。也不是那么的优雅，有人会说怎么不用codis，redis cluster，这些方案固然好，但不适合我们，这些方案不够灵活，不能很好的处理热点数据的问题。那么consul是什么呢，接下慢慢说：

consul是HashiCorp公司（曾经开发过vgrant） 推出的一款开源工具， 基于go语言开发， 轻量级， 用于实现分布式系统的服务发现与配置。 与其他类似产品相比， 提供更“一站式”的解决方案。 consul内置有KV存储， 服务注册/发现， 健康检查， HTTP+DNS API， Web UI等多种功能。官网： https://www.consul.io/其他同类服务发现与配置的主流开源产品有:zookeeper和ETCD。

consul的优势：

1. 支持多数据中心， 内外网的服务采用不同的端口进行监听。 多数据中心集群可以避免单数据中心的单点故障, zookeeper和 etcd 均不提供多数据中心功能的支持

2. 支持健康检查. etcd 不提供此功能.

3. 支持 http 和 dns 协议接口. zookeeper 的集成较为复杂,etcd 只支持 http 协议. 有DNS功能， 支持REST API

4. 官方提供web管理界面, etcd 无此功能.

5. 部署简单， 运维友好， 无依赖， go的二进制程序copy过来就能用了， 一个程序搞定， 可以结合ansible来推送。

Consul和其他服务发现工具的对比表：

 

 Consul 架构和角色

1. Consul Cluster由部署和运行了Consul Agent的节点组成。 在Cluster中有两种角色:Server和 Client。
2. Server和Client的角色和Consul Cluster上运行的应用服务无关, 是基于Consul层面的一种角色划分.
3. Consul Server: 用于维护Consul Cluster的状态信息， 实现数据一致性， 响应RPC请求。官方建议是: 至少要运行3个或者3个以上的Consul Server。 多个server之中需要选举一个leader, 这个选举过程Consul基于Raft协议实现. 多个Server节点上的Consul数据信息保持强一致性。 在局域网内与本地客户端通讯，通过广域网与其他数据中心通讯。Consul Client: 只维护自身的状态, 并将HTTP和DNS接口请求转发给服务端。
4. Consul 支持多数据中心， 多个数据中心要求每个数据中心都要安装一组Consul cluster，多个数据中心间基于gossip protocol协议来通讯， 使用Raft算法实现一致性

基础知识就介绍这么多了，更加详细的可以参考官网。下面我们来搭建一下consul，以及如何利用consul实现redis以及mysql的高可用。

测试环境（生产环境consul server部署3个或者5个）：

consul server：192.168.0.10

consul client：192.168.0.20，192.168.0.30，192.168.0.40

 consul的安装非常容易，从https://www.consul.io/downloads.html这里下载以后，解压即可使用，就是一个二进制文件，其他的都没有了。我这里使用的是0.92版本。文件下载以后解压放到/usr/local/bin。就可以使用了。不依赖任何东西。上面的4台服务器都安装。

4台机器都创建目录，分别是放配置文件，以及存放数据的。以及存放redis，mysql的健康检查脚本

mkdir /etc/consul.d/ -p && mkdir /data/consul/ -p

mkidr /data/consul/shell -p

然后把相关配置参数写入配置文件，其实也可以不用写，直接跟在命令后面就行，那样不方便管理。
consul server（192.168.0.10）配置文件（具体参数的意思请查询官网或者文章给的参考链接）：

[root@db-server-yayun-01 ~]# cat /etc/consul.d/server.json 
{
  "data_dir": "/data/consul",
  "datacenter": "dc1",
  "log_level": "INFO",
  "server": true,
  "bootstrap_expect": 1,
  "bind_addr": "192.168.0.10",
  "client_addr": "192.168.0.10",
  "ui":true
}
[root@db-server-yayun-01 ~]# 

consul client（192.168.0.20,192.168.0.30,192.168.0.40）

[root@db-server-yayun-02 ~]# cat /etc/consul.d/client.json 
{
  "data_dir": "/data/consul",
  "enable_script_checks": true,
  "bind_addr": "192.168.0.20",
  "retry_join": ["192.168.0.10"],
  "retry_interval": "30s",
  "rejoin_after_leave": true,
  "start_join": ["192.168.0.10"]
}
[root@db-server-yayun-02 ~]# 

3台服务器的配置文件差异不大，唯一有区别的就是bind_addr地方，自行修改为你自己服务器的ip。我测试环境是虚拟机，有多快网卡，所以必须指定，否则可以绑定0.0.0.0。
下面我们先启动consul server：

nohup consul agent -config-dir=/etc/consul.d > /data/consul/consul.log &

 查看日志：

 

 可以从日志中看到(HTTP: 8500, HTTPS: -1, DNS: 8600)，http端口默认8500，在reload以及web ui会用到，dns端口是8600，在使用dns解析的时候会用到。还可以看到这台机器就是leader，consul: New leader elected: db-server-yayun-01。因为只有一台机器。所以生产环境一定要3个或者5个server。

下面启动3台client，3台client启动命令是一样的。然后查看其中一台client的日志：

nohup consul agent -config-dir=/etc/consul.d > /data/consul/consul.log &

 

可以看到提示agent: Join completed. Synced with 1 initial agents，以及Server: false (bootstrap: false)。这也是client和server的区别。
我们继续执行命令看一下集群：

[root@db-server-yayun-02 ~]# consul members
Node                Address            Status  Type    Build  Protocol  DC
db-server-yayun-01  192.168.0.10:8301  alive   server  0.9.2  2         dc1
db-server-yayun-02  192.168.0.20:8301  alive   client  0.9.2  2         dc1
db-server-yayun-03  192.168.0.30:8301  alive   client  0.9.2  2         dc1
db-server-yayun-04  192.168.0.40:8301  alive   client  0.9.2  2         dc1
[root@db-server-yayun-02 ~]# 

[root@db-server-yayun-02 ~]# consul operator raft list-peers
Node                ID                 Address            State   Voter  RaftProtocol
db-server-yayun-01  192.168.0.10:8300  192.168.0.10:8300  leader  true   2
[root@db-server-yayun-02 ~]# 

我们看看web ui，consul自带的ui，非常轻便。访问：http://192.168.0.10:8500/ui/

到这来consul集群就搭建完成了，是不是很简单。对就是这么简单，但是从上面可以看到，client节点并没有注册服务，显示0 services。这也就是接下来需要讲解的。那么到底如何实现redis及mysql的高可用呢？正式开始：

Consul 使用场景一（redis sentinel）
(1)Redis 哨兵架构下,服务器部署了哨兵,但业务部门没有在app 层面,使用jedis 哨兵驱动来自动发现Redis master,而使用直连IP master。当master挂掉，其他redis节点担当新master后，应用需要手工修改配置，指向新master。
(2)Redis 客户端驱动,还没有读写分离的配置，若想slave的读负载均衡，暂时没好的办法。我们程序都是支持读写分离，所以没影响
(3)Consul 可以满足以上需求，配置两个DNS服务，一个是master的服务，利用consul自身的服务健康检查和探测功能， 自动发现新的master。 然后定义一个slave的服务，基于DNS本身， 能够对slave角色的redis IP做轮询。

架构图如下：

 

同样也可以对mysql做高可用，mha和sentinel的角色一样，架构图如下：

下面就说说redis高可用的实现过程，mysql的我就不说了，mysql用到的健康检查脚本我会贴出来。思路都是一样的。

Consul 服务定义（Redis）

上面已经搭建好了consul集群，server是192.168.0.10 client是20到40. 那么20我们就拿来当redis master，30,40拿来当redis slave。下面定义服务（20,30,40都要存在）：

20,30,40的配置文件如下，除了address要修改为对应的服务器地址，其他一样。

[root@db-server-yayun-02 consul.d]# pwd
/etc/consul.d
[root@db-server-yayun-02 consul.d]# ll
total 12
-rw-r--r--. 1 root root 221 Dec  9 09:44 client.json
-rw-r--r--. 1 root root 319 Dec  9 10:48 r-6029-redis-test.json
-rw-r--r--. 1 root root 321 Dec  9 10:48 w-6029-redis-test.json
[root@db-server-yayun-02 consul.d]# 

master的服务定义配置文件：

 

slave的服务定义配置文件：

 

每个agent都注册后， 对应有两个域名:
w-6029-redis-test.service.consul （对应唯一一个master IP）
r-6029-redis-test.service.consul  (对应两个slave IP， 客户端请求时， 随机分配一个）

其中"script": "/data/consul/shell/check_redis_slave.sh 6029 "代表对redis 6029端口进行健康检查，关于更多健康检查请查看官网介绍。

[root@db-server-yayun-03 shell]# pwd
/data/consul/shell
[root@db-server-yayun-03 shell]# ll
total 16
-rwxr-xr-x. 1 root root  480 Dec  9 10:56 check_mysql_master.sh
-rwxr-xr-x. 1 root root 3004 Dec  9 10:55 check_mysql_slave.sh
-rwxr-xr-x. 1 root root  254 Dec  9 10:51 check_redis_master.sh
-rwxr-xr-x. 1 root root  379 Dec  9 10:51 check_redis_slave.sh
[root@db-server-yayun-03 shell]# 

/data/consul/shell目录下面有4个脚本，是对redis和mysql进行健康检查用的。脚本比较简单，大概就是如果只有一个master，那么读写都在master，如果有slave可用，那么读会在slave进行。如果slave复制不正常，或者复制延时，那么slave服务将不会注册。

 

 

 

 

"name": "r-6029-redis-test",这个就是域名了，默认后缀是servers.consul，consul可以利用domain参数修改。配置文件生成以后安装redis，搭建主从复制（省略）。主从复制完成以后就可以重新reload consul了。redis info信息：

127.0.0.1:6029> info replication
# Replication
role:master
connected_slaves:2
slave0:ip=192.168.0.40,port=6029,state=online,offset=6786,lag=0
slave1:ip=192.168.0.30,port=6029,state=online,offset=6786,lag=1
master_repl_offset:6786
repl_backlog_active:1
repl_backlog_size:67108864
repl_backlog_first_byte_offset:2
repl_backlog_histlen:6785
127.0.0.1:6029> 

reload consul（3台client，也就是20-40）：

[root@db-server-yayun-02 ~]# consul reload
Configuration reload triggered
[root@db-server-yayun-02 ~]# 

在其中一台服务器查看consul日志（20）：

[root@db-server-yayun-02 consul]# tail -f consul.log 
    2017/12/09 10:09:59 [INFO] serf: EventMemberJoin: db-server-yayun-04 192.168.0.40
    2017/12/09 11:14:55 [INFO] Caught signal:  hangup
    2017/12/09 11:14:55 [INFO] Reloading configuration...
    2017/12/09 11:14:55 [INFO] agent: Synced service 'r-6029-redis-test'
    2017/12/09 11:14:55 [INFO] agent: Synced service 'w-6029-redis-test'
    2017/12/09 11:14:55 [INFO] agent: Synced check 'service:w-6029-redis-test'
    2017/12/09 11:15:00 [WARN] agent: Check 'service:r-6029-redis-test' is now critical
    2017/12/09 11:15:15 [WARN] agent: Check 'service:r-6029-redis-test' is now critical
    2017/12/09 11:15:30 [WARN] agent: Check 'service:r-6029-redis-test' is now critical
    2017/12/09 11:15:45 [WARN] agent: Check 'service:r-6029-redis-test' is now critical

可以看到r-6029-redis-test，w-6029-redis-test服务都已经注册，但是只有w-6029-redis-test注册成功，也就是写的，因为服务器20上面的redis是master，slave的服务当然无法注册成功。我们通过web ui看看。

 可以看到3个client节点每个节点都已经注册了2个服务。还可以看到我们自定义的输出：

下面我们使用dns来解析看看，是否是我们想要的。我们注册两个服务。r-6029-redis-test，w-6029-redis-test，那么就是就产生了2个域名，分别是r-6029-redis-test.service.consul和w-6029-redis-test.service.consul。我们使用dig来看看：

 

我们可以看到读的域名r-6029-redis-test.service.consul解析到了两台服务器。那么我们就能够对从库进行负载均衡了。那么写的域名呢？

 

和我们预料的没错，解析在了20上面。那么我们如果关闭其中一个从库会是怎样的？

[root@db-server-yayun-03 ~]# ifconfig eth1 | grep -oP '(?<=inet addr:)\S+'         
192.168.0.30
[root@db-server-yayun-03 ~]# pgrep -fl redis-server | awk '{print $1}' | xargs kill
[root@db-server-yayun-03 ~]# 

127.0.0.1:6029> info replication
# Replication
role:master
connected_slaves:1
slave0:ip=192.168.0.40,port=6029,state=online,offset=8200,lag=0
master_repl_offset:8200
repl_backlog_active:1
repl_backlog_size:67108864
repl_backlog_first_byte_offset:2
repl_backlog_histlen:8199
127.0.0.1:6029> 

可以看到只有一个从了，我们再次dig 读域名看看：

 

可以看到踢掉了另外一台机器。如果我再次关闭40这个从呢？

[root@db-server-yayun-04 shell]# ifconfig eth1 | grep -oP '(?<=inet addr:)\S+' 
192.168.0.40
[root@db-server-yayun-04 shell]# pgrep -fl redis-server | awk '{print $1}' | xargs kill
[root@db-server-yayun-04 shell]# 

那么我们的redis就没有可用从库了，那么读写都将在master上面。

 

这里测试的就差不多了，下面结合sentinel来实现高可用。我会恢复刚才的环境。也就是20是master，30,40是slave。10是sentinel。生产环境sentinel也要部署3个或5个。我的10上面已经有sentinel，端口是36029，我直接添加对20的6029监控。

127.0.0.1:36029> sentinel monitor my-test-6029 192.168.0.20 6029 1
OK
127.0.0.1:36029> 

127.0.0.1:36029> info Sentinel
# Sentinel
sentinel_masters:1
sentinel_tilt:0
sentinel_running_scripts:0
sentinel_scripts_queue_length:0
master0:name=my-test-6029,status=ok,address=192.168.0.20:6029,slaves=2,sentinels=1
127.0.0.1:36029> 

再次看看读写域名是否正常了，我已经恢复环境：

 

可以看到已经正常，现在关闭redis master：

[root@db-server-yayun-02 ~]# ifconfig eth1 | grep -oP '(?<=inet addr:)\S+'
192.168.0.20
[root@db-server-yayun-02 ~]# pgrep -fl redis-server | awk '{print $1}' | xargs kill

看看sentinel信息：

127.0.0.1:36029> info Sentinel
# Sentinel
sentinel_masters:1
sentinel_tilt:0
sentinel_running_scripts:0
sentinel_scripts_queue_length:0
master0:name=my-test-6029,status=ok,address=192.168.0.30:6029,slaves=2,sentinels=1
127.0.0.1:36029> 

可以看到master已经是30了，dig域名看看：

 

ok，可以看到已经是我们想要的结果了。最后说说dns的问题。

App端配置域名服务器IP来解析consul后缀的域名，DNS解析及跳转， 有三个方案：
1. 原内网dns服务器,做域名转发，consul后缀的，都转到consul server上（我们线上是采用这个）
2. dns全部跳到consul DNS服务器上，非consul后缀的,使用 recursors 属性跳转到原DNS服务器上
3. dnsmaq 转： server=/consul/10.16.X.X#8600 解析consul后缀的

我们内网dns是用的bind，对于bind的如何做域名转发consul官网也有栗子：https://www.consul.io/docs/guides/forwarding.html，另外也对consul的dns进行了压力测试，不存在性能问题：

 

参考资料：

https://www.consul.io/docs/

https://book-consul-guide.vnzmi.com/

http://www.liangxiansen.cn/2017/04/06/consul/

 

总结:

        对于单机多实例的mysql以及redis，利用consul能够很好的实现高可用，当然要结合mha或者sentinel，最大的好处是consul足够轻量，方便，简单。如果程序支持读写分离的，那么用起来更加方便。从挂掉一个或者多个也不会影响服务。