具备负载均衡功能MySQL服务器集群部署及实现(1)

喜欢ヅ旅行 2022-08-26 05:53 18阅读 0赞

3.3.2 准备从属服务器

(1). 停止从属服务器的MySQL数据库服务

输入MySQL系统root用户密码，MySQL服务停止。

(2). 简单copy数据库初始数据

在从属服务器上执行ftp操作，访问主服务器，下载/tmp/mysql-data.tar文件，在/app/mysql5/data目录下执行如下操作，把初始数据copy到Slave服务器：

其它两台Slave服务器执行同样操作，实现数据库初始数据的简单copy。

(3). 重启从属服务器上的MySQL数据库服务

从属服务器已启动，同时启动二进制更新日志功能，为角色转换做好准备。

(4). 登录到从属服务器Slave的MySQL客户端

(5). 启动从属服务器上的复制(replication)线程

在所有从属服务器上执行相同的操作，自此从属服务器已连接到主服务器，开始真正意义上的replication工作。测试从属服务器的复制工作是否正常：

<table style="color:rgb(51,51,51); font-family:宋体; font-size:14px; line-height:28px; background-color:rgb(248,248,248)"> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td style="margin:0px; padding:0px"> <pre style="margin-top:0px; margin-bottom:1em; padding:0px; font-family:'Courier New',monospace; width:450.4375px; overflow:auto; background-color:rgb(230,230,230)">mysql&gt;show slave status\G
************************** 1. row ***************************
Slave_IO_State: Waiting for master to send event
Master_Host: 192.168.1.100
Master_User: repl
Master_Port: 3306
Connect_Retry: 60
Master_Log_File: mysql-master-bin.000001
Read_Master_Log_Pos: 1027
Relay_Log_File: FreebsdSlave1-relay-bin.000005
Relay_Log_Pos: 251
Relay_Master_Log_File: mysql-master-bin.000001
Slave_IO_Running: Yes
Slave_SQL_Running: Yes</pre> </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

看到上述信息说明从属服务器已启动了与replication相关的线程I/O和SQL，一对多的replication已经开始工作。

(6). 功能测试

在主服务器上写入新的数据：

在Slave上执行相同的查询操作：

得到相同的查询结果，说明复制(replication)机制已成功开始工作!

3.3.3 配置网络DNS服务器

在BIND DNS服务器中，为上述三台从属服务器Slave配置同一个名字，客户端的查询检索操作将由DNS服务器定向到其中的一台Slave。因此，对于同一名字，不同的客户端会定向到不同的地址，访问不同的MySQL服务器，从而达到负载均衡的目的。假设用户为三台Slave分配的DNS名字为mysqlslave.yourdomain，DNS服务器区域文件/var/named/yourdomain.zone中应包含如下数据项\[6\]：

当客户端进行查询操作时，提交给主机sqlslave.yourdomain的请求将由DNS服务器随机定向到三台Slave中的一台，由其执行查询作业，返回结果。从而在三台Slave之间实现查询级别的负载均衡。

3.3.4 应用系统程序代码优化

实际应用中，对数据库的写入操作相对查询操作少得多，因此，优化应用程序的数据库连接代码，把写入操作定向到Master服务器，查询操作定向到Slave服务器，提供主服务器和从属服务器之间更新、查询的负载均衡功能。本文以PHP数据库连接代码为例，简要介绍代码优化方法\[7\]。

(1). 准备不同的数据库连接配置文件

准备两个数据库连接文件mysql\_connect\_master.php和mysql\_connect\_slave.php，其文件内容如下：

<table style="color:rgb(51,51,51); font-family:宋体; font-size:14px; line-height:28px; background-color:rgb(248,248,248)"> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td style="margin:0px; padding:0px"> <pre style="margin-top:0px; margin-bottom:1em; padding:0px; font-family:'Courier New',monospace; width:526.671875px; overflow:auto; background-color:rgb(230,230,230)">mysql_connect_master.php文件的内容：// Connect to the Database Server
$linkID = @mysql_connect("sqlmaster.yourdomain", "user", "password") or die("Sorry, could not connect to the database!");
// Select the Database
@mysql_select_db("repl_db") or die("Sorry, Could not select database!");
?&gt;
mysql_connect_slave.php文件的内容：
// Connect to the Database Server
$linkID = @mysql_connect("sqlslave.yourdomain", "user", "password") or die("Sorry, could not connect to the database!");
// Select the Database
@mysql_select_db("repl_db") or die("Sorry, Could not select database!");
?&gt;</pre> </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

(2). 优化程序SQL语句代码

对应用程序中访问数据库的代码段做出如下优化：

<table style="color:rgb(51,51,51); font-family:宋体; font-size:14px; line-height:28px; background-color:rgb(248,248,248)"> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td style="margin:0px; padding:0px"> <pre style="margin-top:0px; margin-bottom:1em; padding:0px; font-family:'Courier New',monospace; width:443.515625px; overflow:auto; background-color:rgb(230,230,230)">&nbsp;...
// $sql is the query string to be committed to MySQL server.
if ( stripos( $sql, " SELECT" ) )
{
include_once("./mysql_connect_slave.php");
...
mysql_close();
}
else
{
include_once("./mysql_connect_master.php");
...
mysql_close();
}
...
?&gt;</pre> </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

说明：每当向MySQL服务器提交数据库操作时，加入一个if-else判断语句对变量$sql进行判断定向，如果是SELECT查询操作，将其定向到从属服务器Slave中的一个;如果是其它更新语句，则将其定向到主服务器Master。此处代码段是应用系统实现负载均衡的关键，用户务必根据自己实际情况，写出准确无误的代码。每次对数据库操作完毕都要及时释放数据库连接，以免更新、查询操作分别定向失败，影响系统负载均衡功能。这样做虽然在一定程度上增加Web服务器或应用服务器的开销，但与MySQL服务器集群负载均衡功能带来的大幅性能提升及冗余容错特性相比，这个开销绝对是物超所值!

3.4 注意事项

正确部署实现具有负载均衡功能的MySQL服务器集群必须注意以下事项：

(1). MySQL数据库复制(replication)特性是核心

此处的复制不是简单的copy，从属服务器启动两个线程(thread)：I/O线程和SQL线程，I/O线程接收主服务器对参与复制数据库的更新操作事件(event)，并记入自己的中继二进制更新日志文件(hostname-relay-bin.00000n)，由SQL线程将更新操作写入自己的数据库表项。主从服务器之间复制的不是具体的数据内容，而是具体的以二进制格式记录的操作事件，因而在一定程度上实现主从服务器之间的数据同步。(这种复制类似于生物学意义上的按基因复制，在英语中replication的主要词义就是指该种复制。)

(2). 复制的复杂性

主从数据库服务器间的replication要求Master与Slave上的MySQL版本最好一致，主从服务器必须设置相同的字符集，否则很容易造成复制失败。主服务器上更新权限表内容的FLUSH语句不会被复制\[8\]。

(3). 按照范式化要求设计数据库

生产环境下基于MySQL服务器的应用系统要想稳定运行，按范式化设计系统数据库是基本要求，具体内容可参考相关书籍。

(4). 打开数据库服务器的远程用户连接功能

打开主从服务器的远程用户连接是实现更新、查询操作分别定向的必要条件，否则，来自应用服务器的连接请求失败，影响系统应用正常运行。

(5). 负载均衡功能的实现需要良好的团队合作

BIND DNS服务器实现了从属服务器Slave之间的负载均衡，Slave和Master之间的负载均衡则由应用系统开发人员在程序代码级实现。整个系统的性能提升和冗余容错需要网络管理和应用系统开发团队之间的良好合作，否则负载均衡功能的实现就会失败。

4. 常见问题

(1). 如何估算MySQL服务器集群的性能提升量?

针对本文采用的结构模式，可对应用系统整体性能提升做出大致估算。假设应用系统写操作占10%，读操作占90%，写操作耗时是读操作的2倍，系统的吞吐量(throughput)为T(用reads/s读操作次数/秒来衡量)。把写操作线性转换为读操作，则有：

T= 2Xwrites + 9Xwrites ==>writes=T/11① (不采用主从复制模式，读写操作集中到一个服务器上)

T= 2Xwrites + 9Xwrites/N ==> writes=T/(2+9/N)② (采用一对多的主从复制模式，读操作在从属服务器，写操作在主服务器)

其中，writes为系统单位时间内所能承受的最大写操作次数，N为从属服务器个数，N大于等于2。在不采用主从复制模式时，系统性能writes=T/11;采用本文一对三的复制模式时，系统性能writes=T/5。采用负载均衡模式与不采用系统性能之比为11：5，即2.2：1，考虑到应用服务器的额外开销，系统整体性能提升了整整1倍!从②式可以看出，系统整体性能理论极限为T/2，当然在实际生产环境中不可能达到。具体部署时用户可以根据自己的实际情况估算出合理的从属服务器数量，主要影响因素是网络带宽和机器整体性能\[9\]。

(2). 如何应对主从服务器崩溃?

当某台从属服务器崩溃时，修复故障重启后重新连接到主服务器，根据其master.info文件更新其数据，保持与主服务器的数据同步。如果主服务器崩溃，在某一从属服务器上执行STOP SLAVES; GRANT REPLICATION SLAVE ON \*.\* repl\_db TO‘repl’@’%’IDENTIFIED BY ‘g00r002b’;RESET MASTER;这三个SQL语句，由于从属服务器已启动了二进制更新日志功能，因此具备了角色转换的必要条件。更改其主机名、IP地址及server-id与Master一样，重启MySQL服务器，系统开始正常对外提供服务。其它两台从属服务器则不需执行任何操作，继续执行replication过程。BIND DNS服务器和应用程序也不需做任何调整，继续对系统用户提供不间断服务。主服务器排除故障恢复正常后，将其网络配置改为与现有Master转换角色之前一样的配置，重启MySQL服务，将其角色转换为从属服务器。也就是说，整个集群机器的角色可以相互循环转换，提高系统的冗余性和可靠性。在此需要注意的是，在应用系统调试运行正常之后，在Slave角色服务器的/etc/my.cnf文件\[mysqld\]段加入slave-skip-errors=all，保证集群之间复制(replication)的正常运行。

5. 结束语

部署与实现具有负载均衡功能的MySQL服务器集群是一项复杂的系统工程，需要多方面良好的协同合作才能做好。服务器的搭建配置、BIND DNS服务器的配置部署，以及应用系统程序的开发都要紧紧围绕实现MySQL服务器集群负载均衡功能这个目标。必须对主服务器的运行状态进行动态监控，如果发生故障，立即执行角色转换过程，确保为终端用户提供可靠、不间断的服务。可以针对具体系统环境写出监控脚本或程序，确保系统的可靠性与稳定性。

3.3.2 准备从属服务器

(1). 停止从属服务器的MySQL数据库服务

输入MySQL系统root用户密码，MySQL服务停止。

(2). 简单copy数据库初始数据

在从属服务器上执行ftp操作，访问主服务器，下载/tmp/mysql-data.tar文件，在/app/mysql5/data目录下执行如下操作，把初始数据copy到Slave服务器：

其它两台Slave服务器执行同样操作，实现数据库初始数据的简单copy。

(3). 重启从属服务器上的MySQL数据库服务

从属服务器已启动，同时启动二进制更新日志功能，为角色转换做好准备。

(4). 登录到从属服务器Slave的MySQL客户端

(5). 启动从属服务器上的复制(replication)线程

在所有从属服务器上执行相同的操作，自此从属服务器已连接到主服务器，开始真正意义上的replication工作。测试从属服务器的复制工作是否正常：

看到上述信息说明从属服务器已启动了与replication相关的线程I/O和SQL，一对多的replication已经开始工作。

(6). 功能测试

在主服务器上写入新的数据：

在Slave上执行相同的查询操作：

得到相同的查询结果，说明复制(replication)机制已成功开始工作!

3.3.3 配置网络DNS服务器

3.3.4 应用系统程序代码优化

(1). 准备不同的数据库连接配置文件

准备两个数据库连接文件mysql\_connect\_master.php和mysql\_connect\_slave.php，其文件内容如下：

<table style="color:rgb(51,51,51); font-family:宋体; font-size:14px; line-height:28px; background-color:rgb(248,248,248)"> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td style="margin:0px; padding:0px"> <pre style="margin-top:0px; margin-bottom:1em; padding:0px; font-family:'Courier New',monospace; width:526.671875px; overflow:auto; background-color:rgb(230,230,230)">mysql_connect_master.php文件的内容：// Connect to the Database Server
$linkID = @mysql_connect("sqlmaster.yourdomain", "user", "password") or die("Sorry, could not connect to the database!");
// Select the Database
@mysql_select_db("repl_db") or die("Sorry, Could not select database!");
?&gt;
mysql_connect_slave.php文件的内容：
// Connect to the Database Server
$linkID = @mysql_connect("sqlslave.yourdomain", "user", "password") or die("Sorry, could not connect to the database!");
// Select the Database
@mysql_select_db("repl_db") or die("Sorry, Could not select database!");
?&gt;</pre> </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

(2). 优化程序SQL语句代码

对应用程序中访问数据库的代码段做出如下优化：

<table style="color:rgb(51,51,51); font-family:宋体; font-size:14px; line-height:28px; background-color:rgb(248,248,248)"> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td style="margin:0px; padding:0px"> <pre style="margin-top:0px; margin-bottom:1em; padding:0px; font-family:'Courier New',monospace; width:443.515625px; overflow:auto; background-color:rgb(230,230,230)">&nbsp;...
// $sql is the query string to be committed to MySQL server.
if ( stripos( $sql, " SELECT" ) )
{
include_once("./mysql_connect_slave.php");
...
mysql_close();
}
else
{
include_once("./mysql_connect_master.php");
...
mysql_close();
}
...
?&gt;</pre> </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

3.4 注意事项

正确部署实现具有负载均衡功能的MySQL服务器集群必须注意以下事项：

(1). MySQL数据库复制(replication)特性是核心

(2). 复制的复杂性

(3). 按照范式化要求设计数据库

生产环境下基于MySQL服务器的应用系统要想稳定运行，按范式化设计系统数据库是基本要求，具体内容可参考相关书籍。

(4). 打开数据库服务器的远程用户连接功能

打开主从服务器的远程用户连接是实现更新、查询操作分别定向的必要条件，否则，来自应用服务器的连接请求失败，影响系统应用正常运行。

(5). 负载均衡功能的实现需要良好的团队合作

**4. 常见问题**

(1). 如何估算MySQL服务器集群的性能提升量?

T= 2Xwrites + 9Xwrites ==>writes=T/11① (不采用主从复制模式，读写操作集中到一个服务器上)