MySQL 主从复制原理及创建过程

前言

mysql 是我工作中常用的数据库，不过仅限于 SQL 操作，通过阿里云的 RDS 可以快速生成一个实例，对于其原理并不甚了解，所以闲暇之余了解了一下，并记录下来，与大家共享、交流。

目录

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一、MySQL复制技术

1. 复制的用途

• 实时灾备，用于故障切换
• 可创建读写分离，提供更好的查询服务
• 把备份等操作都放在从服务器上进行，减少对业务的影响

2. 复制存在的问题

• 主库宕机后，数据可能丢失
• 从库只有一个sql Thread，主库写压力大时，复制很可能延时
• 一主多从，从机不宜过多，主服务器需要同时向多台服务器中写入数据，压力会很大，这个时候推荐使用集群技，这个我之后会试做，在此不做描述

至于宕机后怎么做，复制延迟怎么解决，就不提了，因为我也没遇到过，不敢信口胡说。网上有好多大神给出了这些问题的解决方案，需要时可借鉴一下。

3. 复制的原理

• MySQL 主从复制（replication）是一个异步的复制过程。从一个实例（Master）复制到另一个实例（Slave），整个过程需要由 Master 上的 IO 进程 和 Slave 上的 Sql 进程 与 IO 进程 共同完成。
• 首先 Master 端必须打开 binary log（bin-log），因为整个复制过程实际上就是 Slave 端从 Master 端获取相应的二进制日志，然后在本地完全顺序的执行日志中所记录的各种操作。

原理图如下：

主从复制过程：

1. Slave 端的 IO 进程连接上 Master，向 Master 请求指定日志文件的指定位置（或者从最开始的日志）之后的日志内容；

2. Master 接收到来自 Slave 的 IO 进程的请求后，负责复制的 IO 进程根据 Slave 的请求信息，读取相应日志内容，返回给 Slave 的IO进程，并将本次请求读取的 bin-log 文件名及位置一起返回给 Slave 端；
3. Slave 端的 IO 进程接收到信息后，将接收到的日志内容依次添加到 Slave 端的 relay-log(中继日志) 文件的最末端，并将读取到的 Master 端的 bin-log 的文件名和位置记录到 master-info 文件中，以便在下一次读取的时候能够清楚的告诉 Master ：”我需要从某个 bin-log 的哪个位置开始往后的日志内容，请发给我”；
4. Slave 端的 Sql 进程检测到 relay-log (中继日志)中新增加了内容后，会马上解析 relay-log 的内容成为在 Master 端真实执行时候的那些可执行的内容，并在本地执行。
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过程产生三个线程(thread)：

两个 IO线程：主库会创建一个线程，用来发送 binlog 内容到从库；从库I/O线程读取主库的 binlog 输出线程发送的更新并拷贝这些更新到本地文件，其中包括 relay-log(中继日志) 文件
一个 SQL线程：SQL负责将中继日志应用到 slave 数据库中，完成 AB (主从)复制数据同步。

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主从复制的方式：

1) 同步复制：
Master 服务器操作完成，当操作作为事件写入二进制日志，传递给 slave，存放到中继日志中，然后在本地执行完操作，即反馈同步成功
2) 半同步复制：
主库在执行完客户端提交的事务后不是立刻返回给客户端，而是等待至少一个从库接收到并写到relay log中才返回给客户端。
该功能不是 mysql 官方提供的，是5.5版本时由 google 研发半同步补丁后支持，需要 semi 插件
3) 异步复制：
主库在执行完客户端提交的事务后会立即将结果返给给客户端，并不关心从库是否已经接收并处理

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4. 复制技术

• 传统复制技术
  主从复制，默认是通过pos复制(postion)，就是说在日志文档里，将用户进行的每一项操作都进行编号(pos)，每一个event都有一个起始编号，一个终止编号。我们在配置主从复制时从节点时，要输入master的log_pos值就是这个原因，要求它从哪个pos开始同步数据库里的数据，这是传统复制技术。

• 基于GDIT的复制技术(MySQL5.6 版本之后才出现)
  gtid： global transaction id (全局事务编号)
  启用 GTID 功能之后，MySQL服务器在二进制日志文件中记录每一个操作时，每一个操作都有一个唯一的ID，就叫作GTID，它由 server_uuid + gtid 组成。
  这里参考Groot的博客讲解的很明白。

• GTID 的优、缺点：
  这里参考了张冲andy的博客，总结的比较好。

二、MySQL 主从复制的实现

我在搭建了一个 LAMP 架构的模拟QQ农场后，想起主从复制的问题，所以在此基础上，创建了从主机，过程记录在此。
这次就是一个测试学习的过程，所以一切从简，基于 centos7.4 的系统环境，全部用网络源安装所需资源包（数据库是我自定义的 repo，是 MySQL5.7.18 版本）。

1. 安装并启动

• 安装
  master 端，检查是否安装了 mariadb 数据库，有的话先用命令 rpm -e --nodeps mariadb...卸载
  
  slave 端，方法同 master 端。
  

• 启动
  systemctl start mysqld && systemctl enable mysqld
  查看启动状态
  

2. 编辑配置文件

mkdir -p /mydata/binlog/master
chown -R mysql.mysql /mydata # 这一步很重要，否则mysql重启失败
vim /etc/my.cnf

master 端和 slave 端的 server_id 不可一样，一般用 ipv4 的 IP 末位来标志。

• 重启 mysqld 服务。
  systemctl restart mysqld

3. 配置主从复制

# 将 slave 端的库内容与 master 端同步,执行如下步骤
master 端:
mysqldump -uroot -p --all-databases >> /root/all.sql
slave  端：
mysql -uroot -p < all.sql

# 在master端为slave授权
mysql> grant replication slave on *.* to 'slave'@'$IP' identified by 'password';
# 从slave端登陆测试
mysql -uslave -p -h $IP

# master端查询一些参数
mysql> select @@server_uuid;    # 这里的值和slave端不可一致，有的人用克隆机做的，这样的话修改其中一台机器的这个值就可以了
mysql> show master status;
mysql> show binlog events in "File列的值";

# slave 端部署
mysql> select @@server_uuid;    # 确认与master端不一样
mysql> show global variables like "%gtid%"; # 确认gtid已经开启
mysql> change master to
    -> MASTER_HOST='192.168.40.135',
    -> MASTER_USER='slave',
    -> MASTER_PASSWORD='...',
    -> MASTER_AUTO_POSITION=1;
mysql> start slave;
mysql> show slave status;

以下是slave端的操作：

到此就可以做测试了，在 master 端执行 DML(data manipulation language) 语句，在slave端看到数据的同步即是成功了。

4. 测试宕机

停掉slave的 mysql 服务，在master端执行DML(data manipulation language) 语句，重启slave端的服务，发现数据是同步的。

master 停掉 mysql 服务，应用切换到从数据库，可以用 keepalived 来配置并实现，在此不做描述。

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三、双主复制

本次测试不需要双主，不过这个功能的实现也很容易，就当做几条命令的笔记在这了。
实现了上面的操作，双主复制就很好操作了，如下：

# 在master端给自己授权
mysql> grant replication slave on *.* to 'master'@'192.168.40.%' identified by 'password';
# 在slave端
mysql> show master status;
查得 log_file 和 log_pos 的值

# 指定master主机
mysql> change master to
    -> MASTER_HOST='192.168.40.138', # slave 端的地址
    -> MASTER_USER='master',
    -> MASTER_PASSWORD='...',
    -> MASTER_LOG_FILE="slave.000001",
    -> MASTER_LOG_POS=154;
mysql> start slave;
mysql> show slave status;

测试双主复制，略…

四、读写分离

实现读写分离的中间件有好多，例如：
mysql-proxy
Atlas —— 360
amoeba ——— 阿里的
mycat
…
本次测试操作，读写分离应用中间件 mycat 实现。

1. 安装包准备和环境配置

• GitHub 上下载 mycat
• java 官网下载 jdk
• 配置服务

# 卸载系统自带jdk
rpm -qa | grep -E 'gcj|jdk'
rpm -e --nodeps java-1.8.0-openjdk-headless java-1.8.0-openjdk java-1.7.0-openjdk java-1.7.0-openjdk-headless

# 解压到 /usr/local 目录下
tar -xf filename -C /usr/local/java
tar -xf filename -C /usr/local/mycat

# 创建用户
useradd -s /sbin/nologin -M mycat
chown -R mycat.mycat /usr/local/mycat
chown -R root.root /usr/local/java

# 配置全局变量
vim /etc/profile
[root@lamp /root] LAMP
# tail -5 /etc/profile
export JAVA_HOME=/usr/local/java
export MYCAT_HOME=/usr/local/mycat
export PATH=$PATH:$JAVA_HOME/bin

# 创建软连接
ln -s /usr/local/mycat/bin/mycat /usr/bin/mycat
# 启动服务
mycat start
netstat -antp | grep -E "8066|9066"

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2. 配置 mycat 虚拟数据库

# 备份原配置文件，以防修改出错，事实上我是出错了，查了好久
cd /usr/local/mycat
cp conf/server.xml{,.bak}
cp conf/schema.xml{,.bak}

vim conf/server.xml
 80     <user name="nimo">
 81         <property name="password">123property>
 82         <property name="schemas">discuzproperty>
         ...
 93     user>
 这里只保留一组<user>标签，这就是我出问题的地方，当时我保留了原配置文件里的，后来备注掉之后，就可以启动了。

vim conf/schema.xml
  1 
  2 
  3 <mycat:schema xmlns:mycat="http://io.mycat/">
  4
  5     <schema name="discuz" checkSQLschema="false" sqlMaxLimit="100" dataNode="dn1">
  6     schema>
  7     <dataNode name="dn1" dataHost="localhost1" database="discuz" />
  8     <dataHost name="localhost1" maxCon="1000" minCon="10" balance="1"
  9               writeType="0" dbType="mysql" dbDriver="native" switchType="1"  slaveThreshold="100">
 10         <heartbeat>select user()heartbeat>
 11         
 12         <writeHost host="hostM1" url="localhost:3306" user="discuz"
 13                    password="Www.1.com">
 14             
 15             <readHost host="hostS2" url="192.168.40.138:3306" user="discuz" password="Www.1.com" />
 16         writeHost>
 17         
 18     dataHost>
 19 mycat:schema>
原配置文件注释掉的内容全被我删掉了，每个标签里的值都是关键，但是我没时间详细备注了，后期如有时间再来补上。

# 重启服务
mycat restart
netstat -antp | grep -E "8066|9066"

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3. 总结

整个学习、操作、测试流程做完，有点儿温故知新的感觉，对 mysql 工作原理和性能实现有了较深的理解，也学习了网友大神们的心得，姑且算是促进了技能的成长和发展吧。
做到这我想到了接下来该进行的内容，Python 与 mysql 的结合，在工作中的应用该是怎样的？

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后记

本文断断续续写完，由于我还有自己的工作，部分内容未能全面表述，甚至可能存在严重的错误，以后有时间再来弥补。也欢迎各路大神来交流指正。