使用Docker搭建高可用Mysql数据库集群

前言

这篇文章是搭建高可用，高负载的第二篇。来学习的是搭建Mysql数据库集群，使其能够在模拟高并发的情况下，在其中的一些Mysql结点宕机的情况下也能够正常的访问，不会因为一个结点的宕机，就不能够再提供服务。在上一篇文章中讲到的是环境的搭建，具体参看linux环境搭建，里面详细讲解了环境的搭建，有需要的可以移步去看那篇文章。

具体的其中配置文件可以参看github中有一系列的文件配置信息。有需要学习的小伙伴可以对其进行下载，自行根据博客配置

正文

选择哪一种搭建集群的方式

对于mysql来说有两种搭建集群的方法：Replication与PXC，如下图所示：

对于第一种情况的Replication弱一致性表示是对于当前结点的数据，在集群中的另外一个结点并不一定能够访问到，所以一般也都是价值比较低的数据。对于PXC来说实现的是强一致性，表示对于任意结点中的数据在其他的结点中也都能够访问到。对于阿里的服务器集群，及当下的主流网站，对于数据库集群的搭建都是采用第二种方法，下面来看具体的信息。

PXC

对于数据的同步是双向的，数据在每一个结点上面都可以进行读写。

同步复制，事务在所有集群节点要么同时提交，要么不提交

Replication

对于数据的同步是单向的，就是例如我们在名为Master的结点上写入数据，对于Slave结点上可以读取到Master写入的数据，但是对于在Slave上写入的数据，在Master就不能读取到。

安装docker

既然是要在Docker上配置mysql数据库集群，这里就先在linux服务器上安装Docker（这里说明以下对于dockers也是虚拟机，VM也是虚拟机，为什么说不使用到VM进行虚拟环境的搭建，然后搭建数据库集群？ 因为对于VM来说是重量级的，对于Docker来说是轻量级的。对于VM每一个Vm虚拟机都是切实占用内存空间。但是对于Docker来说多个docker虚拟机来共享分配的空间大小，基础的配置不变，只是在其上进行了进一步的封装，更加便捷与易于管理与维护）

Docker操作的基本命令

1. 先更新软件包,其中的-y表示确定的意思

yum -y update

2. 安装Docker虚拟机。-y也表示确定意思。

yum install -y docker

3. 运行、重启、关闭Docker虚拟机

service docker start
service docker restart
service docker stop

4. 搜索镜像

docker search 镜像名称
eg： docker search java

注意： 这里直接使用Docker的源镜像在国外可能会很慢，所以我们这里使用国内比较好的加速器进行加速。
DaoCloud跳转链接
复制以下代码进入到linux环境下运行，注意若是无法复制，使用XShell连接复制运行。

运行成功以后，输入命令 vi /etc/docker/daemon.json,将下图第一行最后的，去掉。然后重新启动docker输入service docker restart。
5. 下载镜像

docker pull 镜像名称

6. 查看镜像

docker images

7. 删除镜像

docker rmi 镜像名称

8. 运行容器

docker run 启动参数  镜像名称

9. 查看容器列表

docker ps -a

10. 停止、挂起、恢复容器

docker stop 容器ID
docker pause 容器ID
docker unpase 容器ID

11. 查看容器信息

docker inspect 容器ID

12.删除容器

docker rm 容器ID

13. 数据卷管理

docker volume create 数据卷名称  #创建数据卷
docker volume rm 数据卷名称  #删除数据卷
docker volume inspect 数据卷名称  #查看数据卷

14. 网络管理

docker network ls 查看网络信息
docker network create --subnet=网段 网络名称
docker network rm 网络名称

15. 避免VM虚拟机挂起恢复之后，Docker虚拟机断网

vi /etc/sysctl.conf

16. 文件中添加net.ipv4.ip_forward=1这个配置

#重启网络服务
systemctl  restart network

安装PXC集群

1. 前面我们提到我们使用PXC进行集群的搭建，所以先要对PXC镜像进行安装。

docker pull percona/percona-xtradb-cluster

2. 为镜像更改名字：

docker tag percona/percona-xtradb-cluster pxc

3. 创建net1网段

docker network create --subnet=172.18.0.0/16 net1

4. 创建5个数据卷
   docker volume create --name v1
   docker volume create --name v2
   docker volume create --name v3
   docker volume create --name v4
   docker volume create --name v5
   

5. 创建5节点的PXC集群

注意，每个MySQL容器创建之后，因为要执行PXC的初始化和加入集群等工作，耐心等待1分钟左右再用客户端连接MySQL。另外，必须第1个MySQL节点启动成功，用MySQL客户端能连接上之后，再去创建其他MySQL节点。

#创建第1个MySQL节点
docker run -d -p 3306:3306 -e MYSQL_ROOT_PASSWORD=abc123456 -e CLUSTER_NAME=PXC -e XTRABACKUP_PASSWORD=abc123456 -v v1:/var/lib/mysql -v backup:/data --privileged --name=node1 --net=net1 --ip 172.18.0.2 pxc
#创建第2个MySQL节点
docker run -d -p 3307:3306 -e MYSQL_ROOT_PASSWORD=abc123456 -e CLUSTER_NAME=PXC -e XTRABACKUP_PASSWORD=abc123456 -e CLUSTER_JOIN=node1 -v v2:/var/lib/mysql -v backup:/data --privileged --name=node2 --net=net1 --ip 172.18.0.3 pxc
#创建第3个MySQL节点
docker run -d -p 3308:3306 -e MYSQL_ROOT_PASSWORD=abc123456 -e CLUSTER_NAME=PXC -e XTRABACKUP_PASSWORD=abc123456 -e CLUSTER_JOIN=node1 -v v3:/var/lib/mysql --privileged --name=node3 --net=net1 --ip 172.18.0.4 pxc
#创建第4个MySQL节点
docker run -d -p 3309:3306 -e MYSQL_ROOT_PASSWORD=abc123456 -e CLUSTER_NAME=PXC -e XTRABACKUP_PASSWORD=abc123456 -e CLUSTER_JOIN=node1 -v v4:/var/lib/mysql --privileged --name=node4 --net=net1 --ip 172.18.0.5 pxc
#创建第5个MySQL节点
docker run -d -p 3310:3306 -e MYSQL_ROOT_PASSWORD=abc123456 -e CLUSTER_NAME=PXC -e XTRABACKUP_PASSWORD=abc123456 -e CLUSTER_JOIN=node1 -v v5:/var/lib/mysql -v backup:/data --privileged --name=node5 --net=net1 --ip 172.18.0.6 pxc

这个时候，我们就创建了5个SQL节点，我们可以使用本地的Navicat进行测试连接：

此时PXC集群已经搭建完成，对于在一个数据库中进行的更改，在其他数据库中也能够看得到，这里我们在db5中添加一个新表student，添加一定的字段：

发现在db3中，可以看到也有对应的更改。

负载均衡

至于搭建负载均衡，可能很多小伙伴想到的是使用nginx进行负载均衡的搭建，这里来进行一个对比：对于Tcp/IP协议Haprosy已经成功运行了很多年，但是对于Nginx来说才刚刚开始支持，并且对于Haproxy支持的类型也比较多和稳定。

对于以上PXC集群已经搭建完成，这个时候就可以将数据进行同步。但是对于数据库上线以后，我们不能够将所有的数据请求打在同一个节点的上面，既然集群已经搭建完成，我们就需要让所有的节点都参与到数据的读写中，在数据请求到达时候要均匀的分布到每一个结点，所以就需要使用到负载均衡，将所有的节点都能够承担数据的访问请求。

1. 安装Haproxy镜像

docker pull haproxy

2. 使用
   配置文件如下：

global
    #工作目录
    chroot /usr/local/etc/haproxy
    #日志文件，使用rsyslog服务中local5日志设备（/var/log/local5），等级info
    log 127.0.0.1 local5 info
    #守护进程运行
    daemon
​
defaults
    log global
    mode    http
    #日志格式
    option  httplog
![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/20200427222412956.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NDAxNTA0Mw==,size_16,color_FFFFFF,t_70)
    #日志中不记录负载均衡的心跳检测记录
    option  dontlognull
    #连接超时（毫秒）
    timeout connect 5000
    #客户端超时（毫秒）
    timeout client  50000
    #服务器超时（毫秒）
    timeout server  50000
​
#监控界面   
listen  admin_stats
    #监控界面的访问的IP和端口
    bind  0.0.0.0:8888
    #访问协议
    mode        http
    #URI相对地址
    stats uri   /dbs
    #统计报告格式
    stats realm     Global\ statistics
    #登陆帐户信息
    stats auth  admin:abc123456
#数据库负载均衡
listen  proxy-mysql
    #访问的IP和端口
    bind  0.0.0.0:3306  
    #网络协议
    mode  tcp
    #负载均衡算法（轮询算法）
    #轮询算法：roundrobin
    #权重算法：static-rr
    #最少连接算法：leastconn
    #请求源IP算法：source 
    balance  roundrobin
    #日志格式
    option  tcplog
    #在MySQL中创建一个没有权限的haproxy用户，密码为空。Haproxy使用这个账户对MySQL数据库心跳检测
    option  mysql-check user haproxy
    server  MySQL_1 172.18.0.2:3306 check weight 1 maxconn 2000  
    server  MySQL_2 172.18.0.3:3306 check weight 1 maxconn 2000  
    server  MySQL_3 172.18.0.4:3306 check weight 1 maxconn 2000 
    server  MySQL_4 172.18.0.5:3306 check weight 1 maxconn 2000
    server  MySQL_5 172.18.0.6:3306 check weight 1 maxconn 2000
    #使用keepalive检测死链
    option  tcpka  

3. 创建两个Haproxy容器
   #创建第1个Haproxy负载均衡服务器
   docker run -it -d -p 4001:8888 -p 4002:3306 -v /home/soft/haproxy:/usr/local/etc/haproxy --name h1 --privileged --net=net1 --ip 172.18.0.7 haproxy
   #进入h1容器，启动Haproxy
   docker exec -it h1 bash
   haproxy -f /usr/local/etc/haproxy/haproxy.cfg
   #创建第2个Haproxy负载均衡服务器
   docker run -it -d -p 4003:8888 -p 4004:3306 -v /home/soft/haproxy:/usr/local/etc/haproxy --name h2 --privileged --net=net1 --ip 172.18.0.8 haproxy
   #进入h2容器，启动Haproxy
   docker exec -it h2 bash
   haproxy -f /usr/local/etc/haproxy/haproxy.cfg
   
   完成以上以后我们就可以开始进行本地的验证验证是否成功。前面提到了映射到本地的4001端口，就是说由Docker虚拟机的8888端口映射到linux虚拟机的4001端口，然后我们在本地进行连接的访问处理：
   输入http://XXX.XXX.2.34/4001/dbs 发现对于以下的五个节点都有正常的运行。
   然后我们使用以下语句，挂掉一个结点 docker stop node1 再次查看情况。发现Mysql_1已经停止运行。
   
   这个时候，在本地进行连接:
   
   然后在h1中进行一个更改，会发现对于其他的数据库连接也会有相对应的更改（除去db1，因为前面我们已经把db1给停掉）。

通过以上的操作我们就暂时完成了对多个数据库进行了集群的搭建，使用到的是PXC，数据的强一致性。但是对于我们有了数据库集群，我们访问时候还是会访问到同一个节点，所以需要使用到负载均衡，使得我们搭建的数据库集群，在面对数据请求时候，能够将请求分布在各个节点之上，减少单个结点的压力。

双机热备

前面我们提到使用到了Haproxy技术实现了负载均衡，但是情况如下图所示：对于前端发送过来的请求通过Haproxy将请求数据分发确实能够降低每一个数据库实例的负载，但是若是Haproxy直接出现了故障，前端发起的请求就根本不可能到达后端的数据库，所以对于一个Haproxy不能够成为我们的瓶颈，还是要设置多个Haproxy实现双机热备。

想要实现双机热备技术我们需要先了解一个知识点就是虚拟IP。
在linux的网卡中可以设置多个虚拟ip地址，然后将这些ip地址分配给对应的程序。

具体实现细节

1. 首先我们需要先定义对应的虚拟ip，然后将两个Haproxy定义在两个容器中，这里使用到了KeepAlived，将Haproxy存放在这两个容器中，此时这两个容器来抢占设置的虚拟Ip，如下图所示：对应的两个KeepAlived谁先抢到虚拟ip就被认定为是主服务器，对于备用服务器会和主服务器之间进行心跳检测，如果备用服务器没有收到主服务器的心跳检测响应，就意味着主服务器可能出现了故障，这个时候备用服务器就可以去抢用虚拟IP。
   
2. 以上我们介绍了双机热备的实现原理，现在来整体观看一下具体的实现流程：
   1. 首先最右边是数据库集群，就是我们在最开始搭建的五个数据库结点的集群，然后使用到Haproxy实现负载均衡。
   2. 使用到一个Haproxy进行负载均衡可能就会出现一个Haproxy出现故障时候，对于整个数据库的集群都不能够再访问，所以需要搭建双机热备（两个Haproxy来实现）使用到Keepalived，搭建容器来抢用虚拟ip地址如下图中的172.18.0.15。
   3. 对于这个虚拟ip地址是docker内部的ip地址，需要使用到宿主机的Keepalived来将宿主机的192.168.99.65地址映射到docker内部的虚拟ip地址。
   4. 此时流程执行是：
      1. 访问到节点192.168.99.65时候，keepalived映射到docker内部的*172.18.0.15**。
      2. 对于这个虚拟ip地址两个Haproxy容器来抢占这个ip地址，抢到的是主服务器，没有抢到的就是备用服务器，两者之前会开启心跳检测，在一个发生故障时候，另外一个能够及时替补上。
      3. 最后使用负载均衡访问数据库节点，减少单个数据库结点的压力。
         

安装keepalived

因为我们有两个Haproxy，所以要先进入到对应的haproxy中：

1. 对应的haproxy节点1

#进入h1容器
docker exec -it h1 bash
#更新软件包
apt-get update
#安装VIM
apt-get install vim
#安装Keepalived
apt-get install keepalived
#编辑Keepalived配置文件（参考下方配置文件）
vim /etc/keepalived/keepalived.conf
# 这里若是不想下载vim可以使用 cat追加的方式
#启动Keepalived
service keepalived start
#宿主机执行ping命令
ping 172.18.0.201

将文件内容追加的配置文件中：

进行测试连接：

h1配置文件信息如下：

vrrp_instance  VI_1 {
     
    state  MASTER
    # 对于state的值有两个属性有两个属性，一个是 MASTER（表示主服务器，对于BACKUP表示备用服务器，我们在配置的时候将两个值都设置为MASTER 来共同抢用虚拟ip。）
    interface  eth0
    # 保存到哪一个网卡，是一个虚拟的网卡
    virtual_router_id  51
        # keepalived 0-255 之间
    priority  100
# 权重设置 硬件配置调整数字。
    advert_int  1
    # 心跳检测，1 表示1s。
    authentication {
     
        auth_type  PASS
        auth_pass  123456
    }
    # 心跳检测登录到某一个结点。
    virtual_ipaddress {
     
        172.18.0.201
    }
    # 虚拟ip设置 docker内部能看到
}

2. 对应的haproxy节点2 (配置如同h1所示，这里不再进行逐一演示)

   #进入h2容器
   docker exec -it h2 bash
   #更新软件包
   apt-get update
   #安装VIM
   apt-get install vim
   #安装Keepalived
   apt-get install keepalived
   #编辑Keepalived配置文件
   vim /etc/keepalived/keepalived.conf
   #启动Keepalived
   service keepalived start
   #宿主机执行ping命令
   ping 172.18.0.201

配置文件内容如下：

vrrp_instance  VI_1 {
     
    state  MASTER
    interface  eth0
    virtual_router_id  51
    priority  100
    advert_int  1
    authentication {
     
        auth_type  PASS
        auth_pass  123456
    }
    virtual_ipaddress {
     
        172.18.0.201
    }
}

4. 宿主机安装Keepalived，实现双击热备

   #宿主机执行安装Keepalived
   yum -y install keepalived
   #修改Keepalived配置文件
   vi /etc/keepalived/keepalived.conf
   #启动Keepalived
   service keepalived start
   

   

   Keepalived配置文件如下：
   进入到/etc/keepalived/keepalived.conf 进行修改如下：

   vrrp_instance VI_1 {
          
       state MASTER
       interface ens33
       virtual_router_id 51
       priority 100
       advert_int 1
       authentication {
          
           auth_type PASS
           auth_pass 1111
       }
       virtual_ipaddress {
          
          	192.168.99.150
       }
   }
   
   virtual_server 192.168.99.150 8888 {
          
       delay_loop 3
       lb_algo rr
       lb_kind NAT
       persistence_timeout 50
       protocol TCP
   
       real_server 172.18.0.201 8888 {
          
           weight 1
       }
   }
   
   virtual_server 192.168.99.150 3306 {
          
       delay_loop 3
       lb_algo rr
       lb_kind NAT
       persistence_timeout 50
       protocol TCP
   
       real_server 172.18.0.201 3306 {
          
           weight 1
       }
   }
   

数据的冷热备份

冷备份

数据的备份分为冷备份与热备份之分，对于冷备份来说，需要系统下线将数据进行备份以后，再将系统进行上线处理。当然也有折中的办法，就是对于我们配置的而多个PXC结点，因为其中的数据都是相同的所以可以先下线一个PXC结点，然后进行数据备份完成以后再重新上线即可。

热备份

LVM：是Linux系统自带的一种备份的方式，Linux对某一个分区创建一个快照（就是将当前所有运行的状态记录下来，后面可以恢复到这个快照，就是恢复到创建快照时候机器的所有配置与状态）然后实现对这个分区数据的一个备份。原则上，可以备份任何类型的数据库 mysql，MonoDB，Innodb，但是比较麻烦而且还需要对数据库进行上锁，只能读取，不能够写入。
XtraBackup： 能够实现在写入的同时对数据库进行备份处理，性能比较高，并且还不需要对数据库进行加锁。支持全量备份，与增量备份。
全量备份与增量备份：数据的全部备份就是对数据库进行全部的备份，增量备份就是哪些数据发生了变化就对哪些数据进行备份。对于第一次的备份一定要采用全量备份，后面时候可以采用到增量备份。