集群之主从同步延迟与解决

Posted 2021-05-02 家园叮咚

一、主从数据库的区别

   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。

(1) 主从分工

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。

(2) 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。

(3) 用途和条件

1)、mysql主从复制用途

 ●实时灾备，用于故障切换
  ●读写分离，提供查询服务
  ●备份，避免影响业务

2)、主从部署必要条件：
  ●主库开启binlog日志（设置log-bin参数）
  ●主从server-id不同
  ●从库服务器能连通主库

二、主从同步的粒度、原理和形式：

(1)、 三种主要实现粒度
详细的主从同步主要有三种形式：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。

(2)、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。

3)、MySQL主从复制原理图如下:

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；

(2)、主从形式

mysql主从复制 灵活
  ● 一主一从
  ● 主主复制
  ● 一主多从---扩展系统读取的性能，因为读是在从库读取的；
  ● 多主一从---5.7开始支持

  ● 联级复制---

三、主从同步的延迟等问题、原因及解决方案：

(1)、mysql数据库从库同步的延迟问题

 1）相关参数：

首先在服务器上执行show slave satus;可以看到很多同步的参数：　

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。

从库同步延迟情况出现的

● 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

(2)、MySql数据库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。

(3)、MySql数据库从库同步的延迟解决方案

1)、架构方面

1.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。

2.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。

3.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。

4.不同业务的mysql物理上放在不同机器，分散压力。

5.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。

2)、硬件方面

1.采用好服务器，比如4u比2u性能明显好，2u比1u性能明显好。

2.存储用ssd或者盘阵或者san，提升随机写的性能。

3.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。

3)、mysql主从同步加速

1、sync_binlog在slave端设置为0

2、–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。

3、直接禁用slave端的binlog

4、slave端，如果使用的存储引擎是innodb，innodb_flush_log_at_trx_commit =2

4)、从文件系统本身属性角度优化 

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

5)、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

1、sync_binlog=1 oMySQL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。

2、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。

3、ls(1) 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

(4)、MySql数据库从库同步其他问题及解决方案

1)、mysql主从复制存在的问题：  ● 主库宕机后，数据可能丢失  ● 从库只有一个sql Thread，主库写压力大，复制很可能延时2)、解决方法：  ● 半同步复制---解决数据丢失的问题  ● 并行复制----解决从库复制延迟的问题

3)、半同步复制mysql semi-sync（半同步复制）半同步复制：  ● 5.5集成到mysql，以插件的形式存在，需要单独安装  ● 确保事务提交后binlog至少传输到一个从库  ● 不保证从库应用完这个事务的binlog  ● 性能有一定的降低，响应时间会更长  ● 网络异常或从库宕机，卡主主库，直到超时或从库恢复4)、主从复制--异步复制原理、半同步复制和并行复制原理比较

a、异步复制原理：

b、半同步复制原理：

事务在主库写完binlog后需要从库返回一个已接受，才放回给客户端；5.5集成到mysql，以插件的形式存在，需要单独安装确保事务提交后binlog至少传输到一个从库不保证从库应用完成这个事务的binlog性能有一定的降低网络异常或从库宕机，卡主库，直到超时或从库恢复

c、并行复制mysql并行复制  ● 社区版5.6中新增  ● 并行是指从库多线程apply binlog  ● 库级别并行应用binlog，同一个库数据更改还是串行的(5.7版并行复制基于事务组)设置set global slave_parallel_workers=10;设置sql线程数为10

原理：从库多线程apply binlog在社区5.6中新增库级别并行应用binlog，同一个库数据更改还是串行的5.7版本并行复制基于事务组