MySQL高可用之PXC

1.PXC简介

参考Percona官方https://www.percona.com/software/mysql-database/percona-xtradb-cluster

PXC(Percona XtraDB Cluster)是一个开源的MySQL高可用解决方案。它将Percona Server和XtraBackup与Galera库集成，以实现同步多主复制。基于Galera的高可用方案主要有MariaDB Galera Cluster和Percona XtraDB Cluster，目前PXC架构在成产线上的用的更多而且更成熟一些。PXC相比那些传统的基于主从复制的集群架构MHA和双主，Galera Cluster最突出的特点就是解决了诟病已久的复制延迟问题，基本上可以达到实时同步。而且节点与节点之间，它们相互的关系是对等的。本身Galera Cluster也是一种多主架构。PXC是存在存储引擎实现的同步复制，而且非异步复制，所以其数据的一致性是相当高的。

要搭建PXC架构至少需要三个MySQL实例来组成一个集群，三个实例之间不是主从模式，而是各自为主，所以三者关系是对等的，不分从属，这也叫multi-master架构。客户端读写时，连接那个实例都是一样的，读取到的数据是相同的，写入任意一个实例后，集群会将自己的新写入的数据同步到其他实例上，这种架构不共享任何数据，是一种高冗余的集群架构。

1.1PXC优缺点

优点：

• 实现了MySQL集群的高可用性和数据的强一致性。
• 完成了真正的多节点读写的集群方案。
• 改善了主从复制延迟问题，基本上达到了实时同步。
• 新加入的节点可以自动部署，无需提前手动备份，维护方便。
• 由于是多节点写入，所以DB故障切换和容易。

缺点：

• 加入新节点时开销大。添加新节点时，必须从现有的节点之一复制完成数据集。如果数据是100G，则复制100G。
• 任何更新的事物都需要全局验证通过，才会在其他节点上执行，集群性能受限于性能最差的节点，也就说是我们常说的木桶定律。
• 因为需要保证数据的一致性，PXC采用的实时基于存储引擎来实现同步复制，所以在多节点并发写入时，锁冲突问题比较严重。
• 存在扩大问题。所以节点上都会发生写操作，对于写负载的大场景，不推荐实用PXC。
• 只支持innoDB存储引擎。

1.2 PXC原理

PXC的操作流程大体是这样的，首先客户端向请求连接的写入点提交事务之前，由该节点将需要产生的relication writeset广播出去，然后获取全局事务的id，一并传送到其他的节点上去。其他节点通过certification合并数据之后，发现没有冲突数据，便执行apply_cb和commit_cd操作，否则就discard次事务。

而当前节点（客户端请求的写入节点）通过验证之后，执行commit_cb操作，并返回ok给客户端，如果验证没有通过，则rollback_cb。

在上产线上的PXC集群中，至少要有三台节点。如果其同一台没有通过验证，出现了数据冲突，那么此时采取的方式就是将出现的数据不一致的节点剔出集群，而且它会自动执行shutdown命令自动关机。

1.3 PXC中的重要概念

首先要规模集群中节点的数量，整个集群节点控制在最少三个、至多八个的范围。最少三个是为了防止脑裂现象，因为只有在两个节点的情况下才会出现脑裂。脑裂的表现就是输入任何命令，返回结果都是 unkown command。

当一个新节点要加入PXC集群的时候，需要从集群中各个节点选举出一个doner（提供者）节点作为全量数据的贡献者。PXC有两种节点的数据传输方式，一种叫SST全量传输，另一种叫IST增量传输。SST传输有XtraBackup、mysqldump、rsync三种方式，而增量传输只有XtraBacker。一般数据量不大的时候可以使用SST作为全量全输，但也只是用XtraBackup方式。

节点集群中，会因新节点加入故障，同步失效等而发生状态切换，下面举例这些状态的含义：

• open：节点启动成功，尝试连接到集群。
• primary：节点已经在集群中，在新节点加入集群时，选举donor进行数据同步时会产生的状态。
• joiner：节点处于等待接受同步数据文件的状态
• joinerd：节点已经完成同步，尝试保持和集群中其他节点进度一致。
• synced：节点正常提供服务的状态，表示已经同步完成和集群进度保持一致。
• doner：节点处于为新加入的节点，提供全量数据时的状态。

1.4PXC中的重要配置参数

搭建PXC过程中，需要在my.cnf中设置一下参数

• wsrep_cluster_name：指定群集的逻辑名称，对于群集中所有的节点，群集名称必须相同。

• wsrep_cluster_address：指定群集中各个节点的ip地址

• wsrep_node_name：指定当前节点在及群众的逻辑名称

• wsrep_node_address：指定当前节点的IP地址

• wwsrep_provider：指定Galera库路径

• wsrep_sst_method：模式情况下，PXC使用XtraBackup进行SST传输。强烈建议该参数指为xtrabackup-v2

• wsrep_sst_auth：指定认证凭证为SST作为<sst_user><sst_pwd>。必须在引导第一个节点后创建此用户并赋予必要的权限

• pxc_strict_mode：严格模式，官方建议该参数值为ENFORCING。

  在PXC中还有一个特别重要的模块就是Gcache。它的核心功能就是每个节点缓存当前最新的写集。如果有新的节点加入集群，就可以把新数据等待增量传递给新节点，而不需要在使用SST方式了。这样可以让节点更快的加入到集群中。GCache模块涉及了如下参数：

• gcache.size:代表用来缓存写集增量信息的大小。它的默认大小是128MB，通过wsrep_provider_options变量参数来设置。建议调整为2G-4G范围，足够的空间便于缓存更多的增量信息。

• gcache.page_size：可以理解为如果内存不够用（Gcache不足），就直接将写集写入到磁盘文件中。

• gcache.mem_size：代表Gcache中内存缓存的大小，适度调大可以提高整个集群的性能。

1.5 PXC集群状态监控

在集群搭建好之后，可以通过如下状态变量'%wsrep%'来查看集群中各个节点的状态，下面列举出几个重要的参数，便于发现问题。

2.部署PXC

2.1 环境描述

所需文件下载：1111

地址规划：

主机名	IP地址
pxc-node1	192.168.1.61
pxc-node2	192.168.1.64
pxc-node3	192.168.1.65

解决依赖包

yum install -y libev lsof perl-Compress-Raw-Bzip2 perl-Compress-Raw-Zlib perl-DBD-MySQL perl-DBI perl-Digest perl-Digest-MD5 perl-IO-Compress perl-Net-Daemon perl-PlRPC qpress socat openssl openssl-devel

//qpress包可能会装不上，我们进行手动安装,上面以提供所需包

tar xf qpress-11-linux-x64.tar -C /usr/local/bin/

安装XtraBackup

yum -y install percona-xtrabackup-24-2.4.18-1.el7.x86_64.rpm

卸载mariadb

rpm -e mariadb-libs --nodeps

创建mysql用户、组

groupadd -r mysql && useradd -M -s /bin/false -r -g mysql mysql

解压软件包到/usr/local/mysql，并创建数据目录，赋予权限

tar zxf Percona-XtraDB-Cluster-5.7.28-rel31-31.41.1.Linux.x86_64.ssl101.tar.gz 
mv Percona-XtraDB-Cluster-5.7.28-rel31-31.41.1.Linux.x86_64.ssl101 /usr/local/mysql

mkdir /usr/local/mysql/data
chown -R mysql:mysql /usr/local/mysql/

配置环境变量

tail -1 /etc/profile
export PATH=/usr/local/mysql/bin:$PATH
. /etc/profile

准备配置文件，binlog格式必须为row，pxc-node2和pxc-node3上的配置文件相同，但是注意需要更改 server_id、wsrep_node_name、wsrep_node_address

[client]
port = 3306
socket = /tmp/mysql.sock
[mysql]
prompt="\u@\h \R:\m:\s[\d]> "
no-auto-rehash
[mysqld]
user = mysql
port = 3306
basedir = /usr/local/mysql
datadir = /usr/local/mysql/data
socket = /tmp/mysql.sock
pid-file = db.pid
character-set-server = utf8mb4
skip_name_resolve = 1
open_files_limit = 65535
back_log = 1024
max_connections = 512
max_connect_errors = 1000000
table_open_cache = 1024
table_definition_cache = 1024
table_open_cache_instances = 64
thread_stack = 512K
external-locking = FALSE
max_allowed_packet = 32M
sort_buffer_size = 4M
join_buffer_size = 4M
thread_cache_size = 768

interactive_timeout = 600
wait_timeout = 600
tmp_table_size = 32M
max_heap_table_size = 32M
slow_query_log = 1
slow_query_log_file = /usr/local/mysql/data/slow.log
log-error = /usr/local/mysql/data/error.log
long_query_time = 0.1
server-id = 1813306
log-bin = /usr/local/mysql/data/mysql-bin
sync_binlog = 1
binlog_cache_size = 4M
max_binlog_cache_size = 1G
max_binlog_size = 1G
expire_logs_days = 7
master_info_repository = TABLE
relay_log_info_repository = TABLE
gtid_mode = on
enforce_gtid_consistency = 1
log_slave_updates
binlog_format = row
relay_log_recovery = 1
relay-log-purge = 1
key_buffer_size = 32M
read_buffer_size = 8M
read_rnd_buffer_size = 4M
bulk_insert_buffer_size = 64M
lock_wait_timeout = 3600
explicit_defaults_for_timestamp = 1
innodb_thread_concurrency = 0
innodb_sync_spin_loops = 100
innodb_spin_wait_delay = 30
transaction_isolation = REPEATABLE-READ
innodb_buffer_pool_size = 1024M
innodb_buffer_pool_instances = 8
innodb_buffer_pool_load_at_startup = 1
innodb_buffer_pool_dump_at_shutdown = 1
innodb_data_file_path = ibdata1:1G:autoextend
innodb_flush_log_at_trx_commit = 1
innodb_log_buffer_size = 32M
innodb_log_file_size = 2G
innodb_log_files_in_group = 2

innodb_io_capacity = 2000
innodb_io_capacity_max = 4000
innodb_flush_neighbors = 0
innodb_write_io_threads = 4
innodb_read_io_threads = 4
innodb_purge_threads = 4
innodb_page_cleaners = 4
innodb_open_files = 65535
innodb_max_dirty_pages_pct = 50
innodb_flush_method = O_DIRECT
innodb_lru_scan_depth = 4000
innodb_checksum_algorithm = crc32

innodb_lock_wait_timeout = 10
innodb_rollback_on_timeout = 1
innodb_print_all_deadlocks = 1
innodb_file_per_table = 1
innodb_online_alter_log_max_size = 4G
internal_tmp_disk_storage_engine = InnoDB
innodb_stats_on_metadata = 0

wsrep_provider=/usr/local/mysql/lib/libgalera_smm.so
wsrep_provider_options="gcache.size=1G"
wsrep_cluster_name=pxc-test
wsrep_cluster_address=gcomm://192.168.1.61,192.168.1.64,192.168.1.65
wsrep_node_name=pxc-node1
wsrep_node_address=192.168.1.61
wsrep_sst_method=xtrabackup-v2
wsrep_sst_auth=sst:pwd@123
pxc_strict_mode=ENFORCING
default_storage_engine=InnoDB
innodb_autoinc_lock_mode=2
[mysqldump]
quick
max_allowed_packet = 32M

各节点完成MySQL初始化

mysqld --defaults-file=/etc/my.cnf --user=mysql --basedir=/usr/local/mysql/ --datadir=/usr/local/mysql/data/  --initialize

2.3 引导第一个节点以初始化集群

在pxc-node1上启动MySQL

mysqld --defaults-file=/etc/my.cnf --wsrep_new_cluster &
netstat -anput | grep mysql
tcp        0      0 0.0.0.0:4567            0.0.0.0:*               LISTEN      1691/mysqld         
tcp6       0      0 :::3306                 :::*                    LISTEN      1691/mysqld      

错误日志中获取临时密码，登入到MySQL更改root密码

[root@pxc-node1 ~]# grep 'password' /usr/local/mysql/data/error.log 
2021-03-14T11:05:42.083115Z 1 [Note] A temporary password is generated for root@localhost: k-506%(lZJlu

root@localhost 19:09: [(none)]> alter user root@'localhost' identified by '123.com';

创建PXC中的SST传输账号

root@localhost 19:09: [(none)]> grant all privileges on *.* to 'sst'@'localhost' identified by 'pwd@123';
root@localhost 19:13: [(none)]> flush privileges;

2.4 将其他节点添加到集群

在pxc-node2和pxc-node3上启动MySQL，将pxc-node2和pxc-node3加入集群中，过程需要几分钟，耐心等待

mysqld --defaults-file=/etc/my.cnf &
netstat -anput | grep mysql
tcp        0      0 0.0.0.0:4567            0.0.0.0:*               LISTEN      2653/mysqld     

此刻pxc-node2和pxc-node3正在从pxc-node1往本地同步数据

netstat -anput | grep mysql
tcp        0      0 0.0.0.0:4567            0.0.0.0:*               LISTEN      2653/mysqld         
tcp        0      0 192.168.1.64:4567       192.168.1.65:48590      ESTABLISHED 2653/mysqld         
tcp        0      0 192.168.1.64:41942      192.168.1.61:4567       ESTABLISHED 2653/mysqld         
tcp6       0      0 :::3306                 :::*                    LISTEN      2653/mysqld                

已同步数据到本地，因此，直接使用pxc-node1上设置的root用户密码，既能直接登录到MySQL终端

mysql -uroot -p123.com

查看集群状态，可以看到，当前集群中有三台节点

root@localhost 11:30: [(none)]> show global status like '%wsrep_cluster_s%';
+--------------------------+--------------------------------------+
| Variable_name            | Value                                |
+--------------------------+--------------------------------------+
| wsrep_cluster_size       | 3                                    |
| wsrep_cluster_state_uuid | abd434e7-853e-11eb-b686-920f5f5a4d49 |
| wsrep_cluster_status     | Primary                              |
+--------------------------+--------------------------------------+
3 rows in set (0.00 sec)

root@localhost 11:33: [(none)]> show global status like '%wsrep_ready%';
+---------------+-------+
| Variable_name | Value |
+---------------+-------+
| wsrep_ready   | ON    |
+---------------+-------+
1 row in set (0.00 sec)

2.5 验证复制

在其中一台创建库看其他两台是否同步即可。

root@localhost 11:35: [(none)]> create database pxc
root@localhost 11:41: [(none)]> use pxc
root@localhost 11:41: [pxc]> create table test_t1 (
    -> id int primary key auto_increment,
    -> name varchar(22)
    -> );

root@localhost 11:43: [pxc]> insert into test_t1(name) values('zhangsan'),('lisi');

//在其他节点查看是否同步

root@localhost 11:45: [qin]> select * from pxc.test_t1;
+----+----------+
| id | name     |
+----+----------+
|  1 | zhangsan |
|  4 | lisi     |
+----+----------+

-> id int primary key auto_increment,
-> name varchar(22)
-> );

root@localhost 11:43: [pxc]> insert into test_t1(name) values('zhangsan'),('lisi');

//在其他节点查看是否同步

```bash
root@localhost 11:45: [qin]> select * from pxc.test_t1;
+----+----------+
| id | name     |
+----+----------+
|  1 | zhangsan |
|  4 | lisi     |
+----+----------+