Galera Cluster：一种新型的高一致性MySQL集群架构

《Galera Cluster：一种新型的高一致性MySQL集群架构》要点：
本文介绍了Galera Cluster：一种新型的高一致性MySQL集群架构，希望对您有用。如果有疑问，可以联系我们。

1. 何谓Galera Cluster

何谓Galera Cluster?就是集成了Galera插件的MySQL集群,是一种新型的,数据不共享的,高度冗余的高可用方案,目前Galera Cluster有两个版本,分别是Percona Xtradb Cluster及MariaDB Cluster,都是基于Galera的,所以这里都统称为Galera Cluster了,因为Galera本身是具有多主特性的,所以Galera Cluster也就是multi-master的集群架构,如图1所示：

图1 Galera Cluster架构

图1中有三个实例,组成了一个集群,而这三个节点与普通的主从架构不同,它们都可以作为主节点,三个节点是对等的,这种一般称为multi-master架构,当有客户端要写入或者读取数据时,随便连接哪个实例都是一样的,读到的数据是相同的,写入某一个节点之后,集群自己会将新数据同步到其它节点上面,这种架构不共享任何数据,是一种高冗余架构.

一般的使用方法是,在这个集群上面,再搭建一个中间层,这个中间层的功能包括建立连接、管理连接池,负责使三个实例的负载基本平衡,负责在客户端与实例的连接断开之后重连,也可以负责读写分离(在机器性能不同的情况下可以做这样的优化)等等,使用这个中间层之后,由于这三个实例的架构在客户端方面是透明的,客户端只需要指定这个集群的数据源地址,连接到中间层即可,中间层会负责客户端与服务器实例连接的传递工作,由于这个架构支持多点写入,所以完全避免了主从复制经常出现的数据不一致的问题,从而可以做到主从读写切换的高度优雅,在不影响用户的情况下,离线维护等工作,MySQL的高可用,从此开始,非常完美.

2. 为什么需要Galera Cluster

MySQL在互联网时代,可谓是深受世人瞩目的.给社会创造了无限价值,随之而来的是,在MySQL基础之上,产生了形形色色的使用方法、架构及周边产品.本文所关注的是架构,在这方面,已经有很多成熟的被人熟知的产品,比如MHA、MMM等传统组织架构,而这些架构是每个需要数据库高可用服务方案的入门必备选型.

不幸的是,传统架构的使用,一直被人们所诟病,因为MySQL的主从模式,天生的不能完全保证数据一致,很多大公司会花很大人力物力去解决这个问题,而效果却一般,可以说,只能是通过牺牲性能,来获得数据一致性,但也只是在降低数据不一致性的可能性而已.所以现在就急需一种新型架构,从根本上解决这样的问题,天生的摆脱掉主从复制模式这样的“美中不足”之处了.

幸运的是,MySQL的福音来了,Galera Cluster就是我们需要的——从此变得完美的架构.

相比传统的主从复制架构,Galera Cluster解决的最核心问题是,在三个实例(节点)之间,它们的关系是对等的,multi-master架构的,在多节点同时写入的时候,能够保证整个集群数据的一致性,完整性与正确性.

在传统MySQL的使用过程中,也不难实现一种multi-master架构,但是一般需要上层应用来配合,比如先要约定每个表必须要有自增列,并且如果是2个节点的情况下,一个节点只能写偶数的值,而另一个节点只能写奇数的值,同时2个节点之间互相做复制,因为2个节点写入的东西不同,所以复制不会冲突,在这种约定之下,可以基本实现多master的架构,也可以保证数据的完整性与一致性.但这种方式使用起来还是有限制,同时还会出现复制延迟,并且不具有扩展性,不是真正意义上的集群.

3. Galera Cluster如何解决问题

3.1 Galera的引入

现在已经知道,Galera Cluster是MySQL封装了具有高一致性,支持多点写入的同步通信模块Galera而做的,它是建立在MySQL同步基础之上的,使用Galera Cluster时,应用程序可以直接读、写某个节点的最新数据,并且可以在不影响应用程序读写的情况下,下线某个节点,因为支持多点写入,使得Failover变得非常简单.

所有的Galera Cluster,都是对Galera所提供的接口API做了封装,这些API为上层提供了丰富的状态信息及回调函数,通过这些回调函数,做到了真正的多主集群,多点写入及同步复制,这些API被称作是Write-Set Replication API,简称为wsrep API.

通过这些API,Galera Cluster提供了基于验证的复制,是一种乐观的同步复制机制,一个将要被复制的事务(称为写集),不仅包括被修改的数据库行,还包括了这个事务产生的所有Binlog,每一个节点在复制事务时,都会拿这些写集与正在APPLY队列的写集做比对,如果没有冲突的话,这个事务就可以继续提交,或者是APPLY,这个时候,这个事务就被认为是提交了,然后在数据库层面,还需要继续做事务上的提交操作.

这种方式的复制,也被称为是虚拟同步复制,实际上是一种逻辑上的同步,因为每个节点的写入和提交操作还是独立的,更准确的说是异步的,Galera Cluster是建立在一种乐观复制的基础上的,假设集群中的每个节点都是同步的,那么加上在写入时,都会做验证,那么理论上是不会出现不一致的,当然也不能这么乐观,如果出现不一致了,比如主库(相对)插入成功,而从库则出现主键冲突,那说明此时数据库已经不一致,这种时候Galera Cluster采取的方式是将出现不一致数据的节点踢出集群,其实是自己shutdown了.

而通过使用Galera,它在里面通过判断键值的冲突方式实现了真正意义上的multi-master,Galera Cluster在MySQL生态中,在高可用方面实现了非常重要的提升,目前Galera Cluster具备的功能包括如下几个方面：

1. 多主架构：真正的多点读写的集群,在任何时候读写数据,都是最新的.
2. 同步复制：集群不同节点之间数据同步,没有延迟,在数据库挂掉之后,数据不会丢失.
3. 并发复制：从节点在APPLY数据时,支持并行执行,有更好的性能表现.
4. 故障切换：在出现数据库故障时,切的非常容易.
5. 热插拔：在服务期间,如果数据库挂了,只要监控程序发现的够快,不可服务时间就会非常少.在节点故障期间,节点本身对集群的影响非常小.
6. 自动节点克隆：在新增节点,或者停机维护时,增量数据或者基础数据不需要人工手动备份提供,Galera Cluster会自动拉取在线节点数据,最终集群会变为一致.
7. 对应用透明：集群的维护,对应用程序是透明的,几乎感觉不到. 以上几点,足以说明Galera Cluster是一个既稳健,又在数据一致性、完整性及高性能方面有出色表现的高可用解决方案.

（编辑：ASP站长网）