【MySQL】数据库机房架构与跨城容灾详解(实战篇)（MySQL专栏启动）

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本文目录

本文导读

一、容灾级别

二、同城多活——一地三中心

1、同城多活原理

2、一地三机房架构

三、两地三中心

四、三地五中心

五、数据兜底核对（数据轧差）

1、业务数据轧差

2、DBA数据核对

总结

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本文导读

我们在实际生产环境中，要求不允许丢失任何数据。也就是说，当MySQL数据库由于各种原因而无法使用时（发生宕机、网络异常等），不仅需要快速恢复业务，还需要确保数据一致性。

本文主要讲解数据库机房架构与跨城容灾，包括主从复制的强一致性、同城多活、两地三中心、三地五中心、数据兜底逻辑等进行逐步讲解。

一、容灾级别

高可用性用于处理各种停机问题，停机时间可分为服务器停机、机房停机，甚至城市停机。

机房级宕机：例如机房光纤被阻断、切断，机房整体停电、主备或双备用电源也不可用；

城市级宕机：一般指整个城市的进出口网络和骨干交换机发生故障（这种故障的概率很小）。

如果我们综合考虑，高可用性将成为一种灾难恢复机制，相应的高可用性体系结构的评估标准将提高。主要有三种方案：机房容灾、同城容灾、多地容灾

机房容灾：机房内的数据库服务器不可用，因此切换到同一机房的数据库服务器，以确保业务连续性；

同城容灾：机房不可用，切换本地机房数据库服务器，确保业务连续性；

多地容灾：单个城市的机房整体不可用。切换到跨城市机房的数据库实例以确保业务连续性。

二、同城多活——一地三中心

1、同城多活原理

前面我们谈到的高可用设计，都只是机房内的容灾。详情请参考《MySQL参数调优与实战详解》、《MySQL复制原理与主备一致性同步工作原理解析》、《MySQL复制与高可用水平扩展架构实战》、《MySQL日志系统以及InnoDB背后的技术》

本文主要是同城和跨城的容灾设计，事实上，同城双服务器（同城双活）热备系统与上述文章中双服务器热备用系统没有本质区别，但物理距离要远得多，同城专用网速仍然很快。

双机热备份提供灾难恢复能力，双机互备份避免了过度的资源浪费。

这种设计没有考虑到机房网络的抖动，如果机房1和机房2之间的网络抖动，则事务提交需要从机房2中的服务器接收日志，因此事务提交将被挂起。同时机房网络抖动非常普遍，因此同城灾备核心业务应采用多活架构。如下图所示：

这种架构如果三个机房位于一个城市，则称为“一地三中心”。如果它们位于两个相邻的城市，则称为“两地三中心”。然而，这种同城/同大区灾难恢复要求机房网络之间的延迟不应超过5ms。

数据的副本存储在三个机房中，这里，MySQL的 rpl_semi_sync_master_wait_for_slave_count 半同步复制参数，如果count设置为1，则只要一台半同步备用计算机接收到日志，就可以提交主服务器上的事务。

这种设计确保了除主机房外，其他机房中的数据至少是一个完整的数据。

这样即使机房1和机房2之间存在网络抖动，因为机房1与机房3之间的网络非常好，因此不会影响主服务器上事务的提交。

如果机房1的出口开关或光纤发生故障，那么可以将故障转移到机房2或机房3，因为至少有一条数据是完整的。

2、一地三机房架构

机房2和机房3中的数据用于确保数据一致性，但是，如果要实现读/写分离或备份，则需要为异步复制引入备用节点。因此，生产环境中整体结构如下：

从图中可以看出，我们添加了两个异步复制节点来分离业务的读写。此外，我们还引入了一个延迟备用机，用于从机房3中的备用机进行异步复制，以从数据删除错误中恢复。由于机房1中的主服务器向四个从属服务器发送日志，因此网卡可能会成为瓶颈，一般需要万兆网卡。

三、两地三中心

只需在两城三中心，通过不同城市设置三个机房，当主服务器停机时，数据库将切换到跨城市，跨城市之间的网络延迟超过25ms。

四、三地五中心

跨城灾难恢复一般设计为“三地五中心”架构，如下图所示：

如上图所示，机房1和机房4位于城市1；机房2和机房5位于城市2；机房3位于3号城市，三个城市之间的距离超过200公里，一般允许延迟超过25毫秒。由于有五个机房，ACK设置为2，以确保至少一条数据在两个机房中具有数据。这样，当城市级故障发生时，城市2或城市3中至少有一个完整的数据。

同时，跨城市灾难恢复通常基于同城灾难恢复架构，每个中心都是多活中心。

五、数据兜底核对（数据轧差）

1、业务数据轧差

除了高可用性的灾难恢复架构设计之外，我们还需要做一层底层服务来判断数据的一致性。这里引入数据检查来解决，数据在业务逻辑上是一致的，该担保业务是正确的。

一般使用的方式就是 业务团队 进行异步对账。

例如：1、订单数据与清结算数据进行数据对平（一般为支付金额、优惠金额，结算金额等等）；2、扣减库存的数据与下单数据进行数据对平（库存消耗是否等于订单明细）；3、发券数据是否超过使用的优惠金额；4、当日正向交易金额与反向（退款）交易金额对比；5、待发货、已发货、已收货是否等于交易总数，等等……

2、DBA数据核对

主服务器和从服务器之间的数据是一致的，确保了从属服务器的数据是安全和可访问的。

一般由 数据库团队（DBA） 负责。

通过主从验证服务以确保主从数据的一致性，此检查不依赖于副本，但也是逻辑检查。检查最近一段时间内主服务器和从服务器上更改的记录，以从逻辑上验证它们是否一致。

通过表  last_modify_date 记录每个记录的最后修改时间。通过根据此条件进行筛选，找到最近更新的记录，然后比较每个记录。同时扫描最新的二进制日志，过滤出最近更新的表和主键，然后检查数据。

总结

我们在实际生产环境中，要求不允许丢失任何数据。也就是说，当MySQL数据库由于各种原因而无法使用时（发生宕机、网络异常等），不仅需要快速恢复业务，还需要确保数据一致性。

前面我们谈到的高可用设计，都只是机房内的容灾。详情请参考《MySQL参数调优与实战详解》、《MySQL复制原理与主备一致性同步工作原理解析》、《MySQL复制与高可用水平扩展架构实战》、《MySQL日志系统以及InnoDB背后的技术》。

本文主要讲解数据库机房架构与跨城容灾，包括主从复制的强一致性、同城多活、两地三中心、三地五中心、数据兜底逻辑等进行逐步讲解。