Mysql主从复制原理及延时解决方案

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为什么要使用主从复制？

从数据库(Slave)是主数据库的备份，当主数据库(Master)变化时从数据库要更新，这些数据库软件可以设计更新周期。这是提高信息安全的手段。主从数据库服务器不在一个地理位置上，当发生意外时数据库可以保存。
其中Master负责写操作的负载，也就是说一切写的操作都在Master上进行，而读的操作则分摊到Slave上进行。这样一来的可以大大提高读取的效率。在一般的互联网应用中，经过一些数据调查得出结论，读/写的比例大概在 10：1左右 ，也就是说大量的数据操作是集中在读的操作，这也就是为什么我们会有多个Slave的原因。但是为什么要分离读和写呢？熟悉DB的研发人员都知道，写操作涉及到锁的问题，不管是行锁还是表锁还是块锁，都是比较降低系统执行效率的事情。我们这样的分离是把写操作集中在一个节点上，而读操作其其他的N个节点上进行，从另一个方面有效的提高了读的效率，保证了系统的高可用性。

主从复制基本过程

  1. Mysql的主从同步就是当master（主库）发生数据变化的时候，会实时同步到slave（从库）。
  2. 主从复制可以水平扩展数据库的负载能力，容错，高可用，数据备份。
  3. 不管是delete、update、insert，还是创建函数、存储过程，都是在master上，当master有操作的时候，slave会快速的接受到这些操作，从而做同步。

因此slave(从库)在设置是在my.cnf中设置readonly 尽量避免在从库写入。从库只负责读取。

主从同步的粒度、原理和形式

三种主要实现粒度(statement、row、mixed)

  1. statement: 会将对数据库操作的sql语句写道binlog中
  2. row: 会将每一条数据的变化写道binlog中。
  3. mixed: statement与row的混合。Mysql决定何时写statement格式的binlog, 何时写row格式的binlog。

一般使用row即可

主要的实现原理、具体操作、示意图

  1. 在master机器上的操作：
    当master上的数据发生变化时，该事件变化会按照顺序写入bin-log中。当slave链接到master的时候，master机器会为slave开启binlog dump线程。当master的binlog发生变化的时候，bin-log dump线程会通知slave，并将相应的binlog内容发送给slave。
  2. 在slave机器上操作：
    当主从同步开启的时候，slave上会创建两个线程：I\O线程。该线程连接到master机器，master机器上的binlog dump 线程会将binlog的内容发送给该I\O线程。该I/O线程接收到binlog内容后，再将内容写入到本地的relay log；sql线程。该线程读取到I/O线程写入的ralay log。并且根据relay log。并且根据relay log 的内容对slave数据库做相应的操作。

原理图如下:
d6oYBw

  • 从库生成两个线程，一个I/O线程，一个SQL线程；
  • i/o线程去请求主库 的binlog，并将得到的binlog日志写到relay log（中继日志） 文件中；
  • 主库会生成一个 log dump 线程，用来给从库 i/o线程传binlog；
  • SQL 线程，会读取relay log文件中的日志，并解析成具体操作，来实现主从的操作一致，而最终数据一致；

主从同步的延迟等问题、原因及解决方案

相关参数：

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mysql> SHOW SLAVE STATUS\G
Master_Log_File：                      SLAVE中的I/O线程当前正在读取的主服务器二进制日志文件的名称
Read_Master_Log_Pos：        在当前的主服务器二进制日志中，SLAVE中的I/O线程已经读取的位置
Relay_Log_File：                        SQL线程当前正在读取和执行的中继日志文件的名称
Relay_Log_Pos：                        在当前的中继日志中，SQL线程已读取和执行的位置
Relay_Master_Log_File：      由SQL线程执行的包含多数近期事件的主服务器二进制日志文件的名称
Slave_IO_Running：                 I/O线程是否被启动并成功地连接到主服务器上
Slave_SQL_Running：              SQL线程是否被启动
Seconds_Behind_Master：     从属服务器SQL线程和从属服务器I/O线程之间的时间差距，单位以秒计。

从库同步延迟可能会出现如下状况：

  • show slave status显示参数Seconds_Behind_Master不为0，这个数值可能会很大
  • show slave status显示参数Relay_Master_Log_File和Master_Log_File显示bin-log的编号相差很大，说明bin-log在从库上没有及时同步，所以近期执行的bin-log和当前IO线程所读的bin-log相差很大
  • mysql的从库数据目录下存在大量mysql-relay-log日志，该日志同步完成之后就会被系统自动删除，存在大量日志，说明主从同步延迟很厉害

从库同步的延迟问题

  1. MySQL数据库主从同步延迟原理mysql主从同步原理：
    主库针对写操作，顺序写binlog，从库单线程去主库顺序读”写操作的binlog”，从库取到binlog在本地原样执行（随机写），来保证主从数据逻辑上一致。mysql的主从复制都是单线程的操作，主库对所有DDL和DML产生binlog，binlog是顺序写，所以效率很高，slave的Slave_IO_Running线程到主库取日志，效率比较高，下一步，问题来了，slave的Slave_SQL_Running线程将主库的DDL和DML操作在slave实施。DML和DDL的IO操作是随即的，不是顺序的，成本高很多，还可能可slave上的其他查询产生lock争用，由于Slave_SQL_Running也是单线程的，所以一个DDL卡主了，需要执行10分钟，那么所有之后的DDL会等待这个DDL执行完才会继续执行，这就导致了延时。有朋友会问：“主库上那个相同的DDL也需要执行10分，为什么slave会延时？”，答案是master可以并发，Slave_SQL_Running线程却不可以。

  2. MySQL数据库主从同步延迟是怎么产生的？
    当主库的TPS并发较高时，产生的DDL数量超过slave一个sql线程所能承受的范围，那么延时就产生了，当然还有就是可能与slave的大型query语句产生了锁等待。首要原因：数据库在业务上读写压力太大，CPU计算负荷大，网卡负荷大，硬盘随机IO太高次要原因：读写binlog带来的性能影响，网络传输延迟。

MySql数据库从库同步的延迟解决方案

  1. 架构方面
  • 业务的持久化层的实现采用分库架构，mysql服务可平行扩展，分散压力。
  • 单个库读写分离，一主多从，主写从读，分散压力。这样从库压力比主库高，保护主库。
  • 服务的基础架构在业务和mysql之间加入memcache或者redis的cache层。降低mysql的读压力。
  • 不同业务的mysql物理上放在不同机器，分散压力。
  • 使用比主库更好的硬件设备作为slave总结，mysql压力小，延迟自然会变小。
  1. 硬件方面
  • 采用好服务器，比如4u比2u性能明显好，2u比1u性能明显好。
  • 存储用ssd或者盘阵或者san，提升随机写的性能。
  • 主从间保证处在同一个交换机下面，并且是万兆环境。
    总结，硬件强劲，延迟自然会变小。一句话，缩小延迟的解决方案就是花钱和花时间。
  1. mysql主从同步加速
  • sync_binlog在slave端设置为0
  • –logs-slave-updates 从服务器从主服务器接收到的更新不记入它的二进制日志。
  • 直接禁用slave端的binlog
  • slave端，如果使用的存储引擎是innodb，innodb_flush_log_at_trx_commit =2
  1. master端修改linux、Unix文件系统中文件的etime属性， 由于每当读文件时OS都会将读取操作发生的时间回写到磁盘上，对于读操作频繁的数据库文件来说这是没必要的，只会增加磁盘系统的负担影响I/O性能。可以通过设置文件系统的mount属性，组织操作系统写atime信息，在linux上的操作为：打开/etc/fstab，加上noatime参数/dev/sdb1 /data reiserfs noatime 1 2然后重新mount文件系统#mount -oremount /data
  2. 同步参数调整主库是写，对数据安全性较高，比如sync_binlog=1，innodb_flush_log_at_trx_commit = 1 之类的设置是需要的而slave则不需要这么高的数据安全，完全可以讲sync_binlog设置为0或者关闭binlog，innodb_flushlog也可以设置为0来提高sql的执行效率

  • sync_binlog=1 MySQL提供一个sync_binlog参数来控制数据库的binlog刷到磁盘上去。默认，sync_binlog=0，表示MySQL不控制binlog的刷新，由文件系统自己控制它的缓存的刷新。这时候的性能是最好的，但是风险也是最大的。一旦系统Crash，在binlog_cache中的所有binlog信息都会被丢失。

    如果sync_binlog>0，表示每sync_binlog次事务提交，MySQL调用文件系统的刷新操作将缓存刷下去。最安全的就是sync_binlog=1了，表示每次事务提交，MySQL都会把binlog刷下去，是最安全但是性能损耗最大的设置。这样的话，在数据库所在的主机操作系统损坏或者突然掉电的情况下，系统才有可能丢失1个事务的数据。但是binlog虽然是顺序IO，但是设置sync_binlog=1，多个事务同时提交，同样很大的影响MySQL和IO性能。虽然可以通过group commit的补丁缓解，但是刷新的频率过高对IO的影响也非常大。

    对于高并发事务的系统来说，“sync_binlog”设置为0和设置为1的系统写入性能差距可能高达5倍甚至更多。所以很多MySQL DBA设置的sync_binlog并不是最安全的1，而是2或者是0。这样牺牲一定的一致性，可以获得更高的并发和性能。默认情况下，并不是每次写入时都将binlog与硬盘同步。因此如果操作系统或机器(不仅仅是MySQL服务器)崩溃，有可能binlog中最后的语句丢失了。要想防止这种情况，你可以使用sync_binlog全局变量(1是最安全的值，但也是最慢的)，使binlog在每N次binlog写入后与硬盘同步。即使sync_binlog设置为1,出现崩溃时，也有可能表内容和binlog内容之间存在不一致性。

  • innodb_flush_log_at_trx_commit （这个很管用）抱怨Innodb比MyISAM慢 100倍？那么你大概是忘了调整这个值。默认值1的意思是每一次事务提交或事务外的指令都需要把日志写入（flush）硬盘，这是很费时的。特别是使用电池供电缓存（Battery backed up cache）时。设成2对于很多运用，特别是从MyISAM表转过来的是可以的，它的意思是不写入硬盘而是写入系统缓存。日志仍然会每秒flush到硬 盘，所以你一般不会丢失超过1-2秒的更新。设成0会更快一点，但安全方面比较差，即使MySQL挂了也可能会丢失事务的数据。而值2只会在整个操作系统 挂了时才可能丢数据。

  • ls 命令可用来列出文件的 atime、ctime 和 mtime。
    atime 文件的access time 在读取文件或者执行文件时更改的ctime 文件的create time 在写入文件，更改所有者，权限或链接设置时随inode的内容更改而更改mtime 文件的modified time 在写入文件时随文件内容的更改而更改ls -lc filename 列出文件的 ctimels -lu filename 列出文件的 atimels -l filename 列出文件的 mtimestat filename 列出atime，mtime，ctimeatime不一定在访问文件之后被修改因为：使用ext3文件系统的时候，如果在mount的时候使用了noatime参数那么就不会更新atime信息。这三个time stamp都放在 inode 中.如果mtime,atime 修改,inode 就一定会改, 既然 inode 改了,那ctime也就跟着改了.之所以在 mount option 中使用 noatime, 就是不想file system 做太多的修改, 而改善读取效能

Mysql主从同步延时应用端解决方案

  1. 二次读取
    二次读取的意思就是读从库没读到之后再去主库读一下，只要通过对数据库访问的API进行封装就能实现这个功能。很简单，并且和业务之间没有耦合。但是有个问题，如果有很多二次读取相当于压力还是回到了主库身上，等于读写分离白分了。而且如有人恶意攻击，就一直访问没有的数据，那主库就可能爆了。
  2. 写之后的马上的读操作访问主库
    也就是写操作之后，立马的读操作指定访问主库，之后的读操作采取访问从库。这就等于写死了，和业务强耦合了。
  3. 关键业务读写都由主库承担，非关键业务读写分离
    类似付钱的这种业务，读写都到主库，避免延迟的问题，但是例如改个头像啊，个人签名这种比较不重要的就读写分离，查询都去从库查，毕竟延迟一下影响也不大。
  4. 事务一致性问题
    同一线程且同一数据路连接内，如果有写入操作，则以后的读操作都从主库读取，以保持数据一致性。(与2有共通之处，具体情况具体分析)

如何实现应用端的延时处理
一般有两种方式：代码封装、数据库中间件。

  1. 代码封装
    代码封装的实现很简单，就是抽出一个中间层，让这个中间层来实现读写分离和数据库连接。讲白点就是搞个provider封装了save,select等通常数据库操作，内部save操作的dataSource是主库的，select操作的dataSource是从库的。
    优点: 就是实现简单，并且可以根据业务定制化变化，随心所欲。
    缺点：就是是如果哪个数据库宕机了，发生主从切换了之后，就得修改配置重启。并且如果你的系统很大，一个业务可能包含多个子系统，一个子系统是java写的一个子系统用go写的，这样的话得分别为不同语言实现一套中间层，重复开发。

  2. 数据库中间件
    就是有一个独立的系统，专门来实现读写分离和数据库连接管理，业务服务器和数据库中间件之间是通过标准的SQL协议交流的，所以在业务服务器看来数据库中间件其实就是个数据库。
    优点：因为是通过sql协议的所以可以兼容不同的语言不需要单独写一套，并且有中间件来实现主从切换，业务服务器不需要关心这点。
    缺点：多了一个系统其实就等于多了一个关心。。如果数据库中间件挂了的话对吧，而且多了一个系统就等于多了一个瓶颈，所以对中间件的性能要求也高，并且所有的数据库操作都要经过它。并且中间件实现很复杂，难度比代码封装高多了。

Mysql主从基本原理

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