具備負(fù)載均衡功能MySQL服務(wù)器集群部署及實現(xiàn)
1. 引言
MySQL是一個高速度、高性能、多線程、開放源代碼，建立在客戶/服務(wù)器(Client/Server)結(jié)構(gòu)上的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(RDBMS)。它始于1979年，最初是Michael Widenius為瑞典TcX公司創(chuàng)建的UNIREG數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，當(dāng)時的UNIREG沒有SQL(Structured Query Language結(jié)構(gòu)化查詢語言)接口，限制了它的應(yīng)用。1996年5月，Widenius開發(fā)出了MySQL的最初版本，開始在Internet上公開發(fā)行。MySQL的開發(fā)人員從一開始就一直關(guān)注它的性能，為此不惜特性集，直到今天，MySQL依然保持本色，以高速度高性能為首要原則。
隨著時間的推移，MySQL也加入了大型數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品的高級特性，如存儲過程、視圖、觸發(fā)器等，使其在企業(yè)級數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中開始被部署應(yīng)用[1]。2008年10月，SUN公司收購了MySQL AB公司，開始進(jìn)入開源領(lǐng)域。隨著重量級操作系統(tǒng)Solaris的開源，SUN MySQL在數(shù)據(jù)庫市場占有的份額將會進(jìn)一步提高。因此，在生產(chǎn)環(huán)境中部署具有負(fù)載均衡功能的MySQL服務(wù)器集群，對于提高企業(yè)數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)的速度、穩(wěn)定性及可伸縮性具有很大的現(xiàn)實意義，也可以有效降低應(yīng)用系統(tǒng)的投資成本。本文將以FreeBSD 7.0-Release操作系統(tǒng)為例，利用MySQL數(shù)據(jù)庫的復(fù)制(Replication)特性，簡要介紹部署MySQL服務(wù)器集群的實現(xiàn)方法和相關(guān)注意事項。
2. 系統(tǒng)模型
本集群的結(jié)構(gòu)為一個主MySQL服務(wù)器(Master)服務(wù)器與多個從屬MySQL服務(wù)器(Slave)建立復(fù)制(replication)連接，主服務(wù)器與從屬服務(wù)器實現(xiàn)一定程度上的數(shù)據(jù)同步，多個從屬服務(wù)器存儲相同的數(shù)據(jù)副本，實現(xiàn)數(shù)據(jù)冗余，提供容錯功能。部署開發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)時，對數(shù)據(jù)庫操作代碼進(jìn)行優(yōu)化，將寫操作(如UPDATE、INSERT)定向到主服務(wù)器，把大量的查詢操作(SELECT)定向到從屬服務(wù)器，實現(xiàn)集群的負(fù)載均衡功能。如果主服務(wù)器發(fā)生故障，從屬服務(wù)器將轉(zhuǎn)換角色成為主服務(wù)器，使應(yīng)用系統(tǒng)為終端用戶提供不間斷的網(wǎng)絡(luò)服務(wù);主服務(wù)器恢復(fù)運行后，將其轉(zhuǎn)換為從屬服務(wù)器，存儲數(shù)據(jù)庫副本，繼續(xù)對終端用戶提供數(shù)據(jù)查詢檢索服務(wù)。
3. 部署實現(xiàn)
本文以一臺主服務(wù)器帶三臺從屬服務(wù)器為例，簡要介紹MySQL服務(wù)器集群的實現(xiàn)方案和具體方法步驟。
3.1 系統(tǒng)部署
由于FreeBSD系統(tǒng)對機(jī)器硬件要求較低，出于降低系統(tǒng)部署成本考慮，主服務(wù)器和從屬服務(wù)器操作系統(tǒng)均采用FreeBSD 7.0-Release，并采用最小化定制安裝，完成以后系統(tǒng)占用磁盤空間僅為254M(不計swap分區(qū)所占空間，它隨具體機(jī)器內(nèi)存容量的變化而變化)。為充分發(fā)揮系統(tǒng)硬件性能，MySQL數(shù)據(jù)庫采用源代碼編譯安裝。
3.1.1 安裝FreeBSD系統(tǒng)
在主服務(wù)器和從屬服務(wù)器上安裝FreeBSD 7.0-Release，具體安裝方法步驟不是本文主要內(nèi)容，在此略過，如有疑問可以參考FreeBSD系統(tǒng)手冊。需要說明的是為方便用戶系統(tǒng)運行期間的維護(hù)管理，要打開系統(tǒng)的SSH服務(wù)功能，系統(tǒng)安裝配置期間允許root用戶遠(yuǎn)程登錄，正常運行以后要關(guān)閉root用戶的遠(yuǎn)程登錄功能。在/etc/ssh/sshd_config配置文件中對PermitRootLogin設(shè)置為yes為允許root用戶遠(yuǎn)程登錄到系統(tǒng)，設(shè)置為no即為不允許。修改保存文件后執(zhí)行kill –HUP `cat /var/run/sshd.pid`命令即可重啟sshd守護(hù)進(jìn)程，使設(shè)置生效[2]。上述操作需要root用戶權(quán)限。
3.1.2 編譯安裝MySQL
到MySQL的官方網(wǎng)站http://www.mysql.com下載MySQL數(shù)據(jù)庫的安裝源代碼壓縮包，本例下載的是mysql-5.1.30.tar.gz，以root用戶身份登錄到系統(tǒng)，開始安裝MySQL數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。
由于在對MySQL進(jìn)行源代碼編譯安裝時要求使用GNU的C編譯器，而FreeBSD系統(tǒng)本身提供的不是該編譯器，因此用戶必須下載安裝GNU C編譯器[3]。把下載的gnumake-3.81.tar.gz解壓安裝，按如下步驟即可安裝GNU C編譯器：
[root@FreebsdMaster/softwares]# tar –zxvf gnumake-3.81.tar.gz |
GNU C編譯器默認(rèn)安裝到/usr/local/bin，在安裝MySQL時按絕對路徑調(diào)用make命令即可，如# /usr/local/bin/make。
MySQL的編譯安裝比較復(fù)雜，具體操作及相關(guān)注意事項如下：
(1). 解壓mysql-5.1.30.tar.gz，并進(jìn)行配置
[root@FreebsdMaster /softwares]# tar –zxvf mysql-5.1.30.tar.gz |
說明：MySQL默認(rèn)的安裝目錄是/usr/local/mysql，為了增強(qiáng)系統(tǒng)部署的靈活性，緊貼用戶應(yīng)用系統(tǒng)實際情況，可以用—-prefix參數(shù)定制安裝目錄。--with-charset參數(shù)是使MySQL數(shù)據(jù)庫支持中文gb2312字符集，如果需要支持其它字符集，使用--with-extra-charset參數(shù)，格式為—-with-extra-charset=CHARSET1,CHARSET2, … 。
(2). 編譯安裝MySQL
[root@FreebsdMaster /softwares/mysql-5.1.30]# /usr/local/bin/make |
注意一定要按絕對路徑調(diào)用GNU C編譯器，否則編譯過程報錯退出。
(3). 為系統(tǒng)添加mysql用戶組和用戶
[root@FreebsdMaster /]# pw group add mysql |
[root@FreebsdMaster /]# adduser
FreeBSD系統(tǒng)沒有g(shù)roupadd命令，其添加用戶組的命令是pw，添加用戶命令adduser按系統(tǒng)提示操作即可完成。當(dāng)然用 pw user add mysql命令也可以完成添加用戶mysql的功能，但不如adduser命令功能完善。
(4). 更改/app/mysql5目錄及文件屬性
[root@FreebsdMaster /app]# chmod –R mysql mysql5 |
說明：/app/mysql5為MySQL數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)所在目錄，如果用戶部署的應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)量極大，可以將數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)目錄設(shè)在大容量磁盤陣列上。磁盤陣列設(shè)置與具體機(jī)器硬件相關(guān)性很大，具體操作設(shè)置參考具體硬件系統(tǒng)說明和FreeBSD操作手冊。不借助第三方軟件，F(xiàn)reeBSD 7.0-Release系統(tǒng)可以配置RAID0、RAID1磁盤陣列。
(5). 安裝MySQL系統(tǒng)初始數(shù)據(jù)庫
[root@FreebsdMaster /softwares/ mysql-5.1.30]# ./scripts/mysql_install_db.sh --basedir=/app/mysql5 –-data-dir=/app/mysql5/data |
注意：必須考慮Unix系統(tǒng)的文件權(quán)限特性，首先給mysql_install_db.sh腳本添加可執(zhí)行屬性，否則安裝腳本無法執(zhí)行。執(zhí)行chmod +x ./scripts/mysql_install_db.sh命令即可。參數(shù)--basedir=/app/mysql5和--datadir=/app/msyql5/data為必加參數(shù)，否則腳本運行報錯退出，無法安裝系統(tǒng)初始數(shù)據(jù)庫mysql和測試數(shù)據(jù)庫test，mysql數(shù)據(jù)庫包含系統(tǒng)權(quán)限設(shè)置表，沒有這些表數(shù)據(jù)庫服務(wù)進(jìn)程mysqld將無法啟動。
(6). 再次更改/app/mysql5目錄及其文件屬性
[root@FreebsdMaster /app]# chmod –R root mysql5 |
這樣做是為了保證系統(tǒng)安全，防止通過MySQL系統(tǒng)漏洞的入侵行為。MySQL以mysql用戶身份運行，對/data目錄具有完全訪問權(quán)限，對其它目錄則只有系統(tǒng)管理員根據(jù)需要設(shè)置的訪問權(quán)限，確保FreeBSD系統(tǒng)的安全。這里需要特別提醒用戶注意的是要確保mysqld文件(MySQL的守護(hù)進(jìn)程，位于/app/mysql5/libexec目錄下)沒有設(shè)置setuid標(biāo)志位，如果設(shè)置了該標(biāo)志位，入侵者對其它文件就具有其不應(yīng)有的權(quán)限。具體原因參考關(guān)于Unix系統(tǒng)安全的手冊，本文對這個問題不再贅述。
(7). 啟動MySQL服務(wù)器
上述操作全部完成以后，輸入如下命令啟動MySQL數(shù)據(jù)庫服務(wù)守護(hù)進(jìn)程：
[root@FreebsdMaster /]# /app/mysql5/bin/mysqld_safe –user=mysql & |
--user參數(shù)表示以mysql用戶身份運行MySQL數(shù)據(jù)庫服務(wù)守護(hù)進(jìn)程，“&”符號表示以后臺方式運行。輸入 netstat –an|grep 3306命令，如果看到下面的輸出則表示MySQL5.1.30已在用戶系統(tǒng)上編譯安裝成功。其中，3306是MySQL數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)默認(rèn)的監(jiān)聽端口號。
[root@FreebsdMaster /]# netstat –an|grep 3306 tcp4 0 0 *.3306 *.* LISTEN |
按照同樣方法與步驟在其它三臺機(jī)器上安裝FreeBSD 7.0-Release與MySQL5.1.30，為下面的MySQL服務(wù)器集群配置準(zhǔn)備好系統(tǒng)平臺基礎(chǔ)。
#p#
3.2 系統(tǒng)配置
所有系統(tǒng)安裝完畢之后，需要對它們做一些必要的配置方可按照用戶預(yù)先設(shè)計的結(jié)構(gòu)模型實現(xiàn)具有負(fù)載均衡功能的MySQL服務(wù)器集群。
3.2.1 FreeBSD操作系統(tǒng)配置
(1). 調(diào)整內(nèi)核參數(shù)，優(yōu)化操作系統(tǒng)性能
因為是處于生產(chǎn)環(huán)境的服務(wù)器，投入正常運行之前一定要對內(nèi)核參數(shù)進(jìn)行必要的調(diào)整，提升系統(tǒng)性能，加強(qiáng)穩(wěn)定性。簡要說就是去掉不必要的硬件支持選項，使新內(nèi)核占用更少的內(nèi)存，加快啟動速度。不同機(jī)器硬件系統(tǒng)差異很大，用戶可根據(jù)具體系統(tǒng)的硬件情況不斷調(diào)整試驗，最終定制出最優(yōu)化、最安全的FreeBSD系統(tǒng)。一定要屏蔽掉組合鍵Ctrl+Alt+Del的熱重啟功能，防止用戶誤按Ctrl+Alt+Del重啟系統(tǒng)，引起數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)服務(wù)意外中斷。在內(nèi)核配置文件如MYKERNEL中加入：
options SC_DISABLE_REBOOT
重新編譯系統(tǒng)內(nèi)核，重啟后即可屏蔽Ctrl+Alt+Del組合鍵的熱重啟功能。如何定制新內(nèi)核及重新編譯FreeBSD系統(tǒng)，用于可參考FreeBSD系統(tǒng)手冊，此不贅述。
(2). 進(jìn)行其它設(shè)置，增強(qiáng)系統(tǒng)安全性
用戶可根據(jù)以下一般安全準(zhǔn)則設(shè)置自己的FreeBSD系統(tǒng)。
◆選擇一個好的密碼并予以妥善保護(hù)。
◆對于敏感文件采用適當(dāng)安全等級的加密算法進(jìn)行加密。對于敏感級別不是很高的文件采用系統(tǒng)自帶的crypt工具加密;對于敏感度極高的文件則使用專用加密工具，如PGP、GPG進(jìn)行不對稱加密，提高加密文件的防攻擊能力。
◆仔細(xì)設(shè)置文件訪問權(quán)限，達(dá)到保護(hù)文件目的。
◆保護(hù)好自己的.profile文件。恰當(dāng)設(shè)置.profile文件的訪問權(quán)限，確保只有自己能訪問。
◆仔細(xì)維護(hù)已設(shè)置setuid或setgid標(biāo)志位的任何程序。
◆禁止不加防范地離開已注冊終端。任何時候都必須按常規(guī)正常退出系統(tǒng)，先執(zhí)行clear清屏命令，防止其它用戶看到操作痕跡，再執(zhí)行exit命令退出終端。
◆防范特洛伊木馬程序。正確設(shè)置PATH變量的檢索順序，確保系統(tǒng)目錄位于當(dāng)前目錄的前面。
◆防范病毒的入侵。
◆監(jiān)控最近一次注冊時間，確保沒有他人盜用自己的帳號。
特別提示：對于生產(chǎn)環(huán)境的服務(wù)器，一定要保證服務(wù)器的物理安全，安全措施再完善的系統(tǒng)，一旦被入侵者物理接觸，所有的安全措施將形同虛設(shè)!
Unix系統(tǒng)安全是一個很大的課題，本文只是提及了一些最膚淺的常識，具體內(nèi)容用戶可以參考相關(guān)書籍或網(wǎng)上資源。為確保Unix系統(tǒng)的配置具有高度的安全性，可以使用Internet安全中心(Center for Internet Security，CIS)提供的安全測試工具Benchmarks或評估工具Scoring Tools，檢驗和監(jiān)控系統(tǒng)配置的安全性 [4]。
3.2.2 MySQL數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)配置
為了能使上述系統(tǒng)實現(xiàn)一對多的主從復(fù)制(replication)和冗余機(jī)制，還需要對以上四個MySQL服務(wù)器進(jìn)行一些必要的配置。
(1). 配置主機(jī)名和IP地址
本實現(xiàn)方案中把MySQL服務(wù)器Master主機(jī)名設(shè)為FreebsdMaster，IP地址配置為192.168.1.100，其它三臺Slave依次設(shè)為FreebsdSlave1，192.168.1.101;FreebsdSlave2，192.168.1.102;FreebsdSlave3，IP地址192.168.1.103。
(2). 設(shè)置root用戶密碼
MySQL的root用戶初始密碼為空，為保證系統(tǒng)安全必須為root用戶設(shè)置密碼：
[root@FreebsdMaster /]# /app/mysql5/bin/mysql –uroot –p |
同Unix系統(tǒng)一樣，輸入密碼時屏幕沒有任何回顯，進(jìn)入系統(tǒng)后執(zhí)行SET PASSWORD SQL語句設(shè)置或修改MySQL root用戶密碼。為使應(yīng)用系統(tǒng)服務(wù)器遠(yuǎn)程連接到MySQL數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，除本地root用戶以外，還要設(shè)置一個能從用戶內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)其它終端登錄的root用戶。具體操作如下：
mysql>USE mysql; |
完成上述操作后應(yīng)用系統(tǒng)服務(wù)器就可以連接到MySQL數(shù)據(jù)庫服務(wù)器進(jìn)行各種操作了，這個遠(yuǎn)程root用戶的初始密碼為空，用戶需要從遠(yuǎn)程終端登錄，為其設(shè)置密碼。
(3). 開啟MySQL服務(wù)器的二進(jìn)制更新日志功能
上述MySQL服務(wù)器安裝完成后，安裝程序沒有生成my.cnf配置文件，為此用戶需要手工添加/etc/my.cnf文件。MySQL服務(wù)是由/app/myql5/libexec/mysqld提供的，其尋找my.cnf配置文件的默認(rèn)順序為/etc/my.cnf，~/.my.cnf，/usr/local/mysql/etc/my.cnf。啟動ee編輯器，# ee /etc/my.cnf，在Master機(jī)器的配置文件寫入如下內(nèi)容：
[mysqld] |
在其它三臺Slave機(jī)器的配置文件/etc/my.cnf文件寫入如下內(nèi)容：
[mysqld] |
其中，int為一大于1且互不相等的正整數(shù)，如2，3，4等。務(wù)必要正確設(shè)置每個機(jī)器上的/etc/my.cnf配置文件，尤其是server-id不能有重復(fù)，這是一對多數(shù)據(jù)庫復(fù)制能否成功的關(guān)鍵[5]!
設(shè)定好上述/etc/my.cnf文件后啟動Master上的MySQL數(shù)據(jù)庫服務(wù)時就自動開啟了二進(jìn)制更新日志功能。在Slave上啟動MySQL時要加上--log-bin參數(shù)，即可開啟二進(jìn)制更新日志功能。在Slave機(jī)器上啟動MySQL服務(wù)的命令如下：
# /app/mysql5/bin/mysqld_safe --user=mysql --log-bin & |
這樣做的目的為了實現(xiàn)冗余容錯功能。當(dāng)主服務(wù)器Master出現(xiàn)故障停止服務(wù)時，在預(yù)轉(zhuǎn)換角色成為Master的Slave上執(zhí)行STOP SLAVE; RESET MASTER SQL語句，在其它兩臺Slave上執(zhí)行CHANGE MASTER TO SQL語句，執(zhí)行STOP SLAVE; RESET MASTER SQL語句的Slave服務(wù)器即轉(zhuǎn)換成新的Master，其余兩臺機(jī)器則從新的Master復(fù)制數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)(復(fù)制的是更新UPDATE、INSERT等操作，并不是簡單的copy)，從而實現(xiàn)冗余容錯。
3.3 系統(tǒng)實現(xiàn)
完成上述準(zhǔn)備后可以開始實現(xiàn)MySQL數(shù)據(jù)庫的一對多復(fù)制，對應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫訪問代碼進(jìn)行優(yōu)化，使更新操作UPDATE、INSERT等SQL語句定向到Master服務(wù)器，查詢檢索SELECT語句定向到Slave服務(wù)器，從而實現(xiàn)負(fù)載均衡;當(dāng)主服務(wù)器Master出現(xiàn)故障停止服務(wù)時，通過服務(wù)器角色轉(zhuǎn)換實現(xiàn)冗余容錯;上述所有服務(wù)器通過高速核心交換機(jī)連接在一起，協(xié)同工作，提供集群(Cluster)性能。下面，本文就此舉一簡例，具體說明實現(xiàn)(Implementation)步驟。
3.3.1 準(zhǔn)備主服務(wù)器
(1). 在主服務(wù)器上創(chuàng)建示例數(shù)據(jù)庫repl_db
從本地或遠(yuǎn)程終端登錄到Master服務(wù)器，執(zhí)行CREATE DATABASE repl_db;語句，創(chuàng)建示例數(shù)據(jù)庫repl_db。建立表repl_table：
mysql>CREATE TABLE repl_table (f1 INT, f2 VARCHAR(20)) ; |
向表中添加數(shù)據(jù)：
mysql>INSERT INTO repl_table (f1, f2) VALUES(1, ‘first’); |
(2). 授予Slave復(fù)制(Replication)權(quán)限
授予從屬服務(wù)器Slave進(jìn)行復(fù)制的權(quán)限。假設(shè)從屬服務(wù)器連接到主服務(wù)器復(fù)制的用戶名為“repl”，密碼為“g00r002b”：
mysql>GRANT REPLICATION SLAVE ON *.* TO repl@’%’ IDENTIFIED BY ‘g00r002b’;
刷新系統(tǒng)權(quán)限表，鎖定寫入語句操作：
mysql>FLUSH TABLES WITH READ LOCK; |
這時所有寫入操作都被鎖定，包括支持事務(wù)(Transaction)特性的InnoDB類型表的提交(COMMIT)操作也被鎖定，為數(shù)據(jù)庫初始復(fù)制(copy)做好準(zhǔn)備。
(3). 簡單備份repl_db
在此，通過tar命令把數(shù)據(jù)庫初始數(shù)據(jù)備份到/tmp目錄。
# tar –cvf /tmp/mysql-data.tar /app/mysql5/data/repl_db |
(4). 記錄主服務(wù)器狀態(tài)
執(zhí)行SHOW MASTER STATUS 語句：
mysql> SHOW MASTER STATUS; |
記下File和Position兩個參數(shù)的值，從屬服務(wù)器Slave為了復(fù)制(replication)連接到主服務(wù)器Master時要用到這兩個參數(shù)，如果參數(shù)與此不符將導(dǎo)致復(fù)制(replication)失敗!
(5). 釋放主服務(wù)器表級寫入鎖定
mysql>UNLOCK TABLES; |
至此，主服務(wù)器解除寫入鎖定，一對多復(fù)制準(zhǔn)備工作已全部完成，準(zhǔn)備接受Slave的復(fù)制(replication)連接。
3.3.2 準(zhǔn)備從屬服務(wù)器
(1). 停止從屬服務(wù)器的MySQL數(shù)據(jù)庫服務(wù)
# /app/mysql5/bin/mysqladmin –uroot –p shutdown |
輸入MySQL系統(tǒng)root用戶密碼，MySQL服務(wù)停止。
(2). 簡單copy數(shù)據(jù)庫初始數(shù)據(jù)
在從屬服務(wù)器上執(zhí)行ftp操作，訪問主服務(wù)器，下載/tmp/mysql-data.tar文件，在/app/mysql5/data目錄下執(zhí)行如下操作，把初始數(shù)據(jù)copy到Slave服務(wù)器：
[root@FreebsdSlave1 /app/mysql5/data]# tar –xvf /tmp/msyql-data.tar |
其它兩臺Slave服務(wù)器執(zhí)行同樣操作，實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫初始數(shù)據(jù)的簡單copy。
(3). 重啟從屬服務(wù)器上的MySQL數(shù)據(jù)庫服務(wù)
# /app/mysql5/bin/mysqld_safe –-user=mysql –-log-bin & |
從屬服務(wù)器已啟動，同時啟動二進(jìn)制更新日志功能，為角色轉(zhuǎn)換做好準(zhǔn)備。
(4). 登錄到從屬服務(wù)器Slave的MySQL客戶端
# /app/mysql/bin/msyql –uroot -p |
(5). 啟動從屬服務(wù)器上的復(fù)制(replication)線程
mysql> CHANGE MASTER TO |
在所有從屬服務(wù)器上執(zhí)行相同的操作，自此從屬服務(wù)器已連接到主服務(wù)器，開始真正意義上的replication工作。測試從屬服務(wù)器的復(fù)制工作是否正常：
mysql>show slave status\G |
看到上述信息說明從屬服務(wù)器已啟動了與replication相關(guān)的線程I/O和SQL，一對多的replication已經(jīng)開始工作。
(6). 功能測試
在主服務(wù)器上寫入新的數(shù)據(jù)：
mysql>INSERT INTO repl_table (f1, f2) VALUES(2, ‘second’);
|
在Slave上執(zhí)行相同的查詢操作：
mysql>SELECT * FROM repl_table; |
得到相同的查詢結(jié)果，說明復(fù)制(replication)機(jī)制已成功開始工作!
3.3.3 配置網(wǎng)絡(luò)DNS服務(wù)器
在BIND DNS服務(wù)器中，為上述三臺從屬服務(wù)器Slave配置同一個名字，客戶端的查詢檢索操作將由DNS服務(wù)器定向到其中的一臺Slave。因此，對于同一名字，不同的客戶端會定向到不同的地址，訪問不同的MySQL服務(wù)器，從而達(dá)到負(fù)載均衡的目的。假設(shè)用戶為三臺Slave分配的DNS名字為mysqlslave.yourdomain，DNS服務(wù)器區(qū)域文件/var/named/yourdomain.zone中應(yīng)包含如下數(shù)據(jù)項[6]：
sqlmaster.yourdomain. IN A 192.168.1.100 |
當(dāng)客戶端進(jìn)行查詢操作時，提交給主機(jī)sqlslave.yourdomain的請求將由DNS服務(wù)器隨機(jī)定向到三臺Slave中的一臺，由其執(zhí)行查詢作業(yè)，返回結(jié)果。從而在三臺Slave之間實現(xiàn)查詢級別的負(fù)載均衡。
3.3.4 應(yīng)用系統(tǒng)程序代碼優(yōu)化
實際應(yīng)用中，對數(shù)據(jù)庫的寫入操作相對查詢操作少得多，因此，優(yōu)化應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)庫連接代碼，把寫入操作定向到Master服務(wù)器，查詢操作定向到Slave服務(wù)器，提供主服務(wù)器和從屬服務(wù)器之間更新、查詢的負(fù)載均衡功能。本文以PHP數(shù)據(jù)庫連接代碼為例，簡要介紹代碼優(yōu)化方法[7]。
(1). 準(zhǔn)備不同的數(shù)據(jù)庫連接配置文件
準(zhǔn)備兩個數(shù)據(jù)庫連接文件mysql_connect_master.php和mysql_connect_slave.php，其文件內(nèi)容如下：
mysql_connect_master.php文件的內(nèi)容： |
(2). 優(yōu)化程序SQL語句代碼
對應(yīng)用程序中訪問數(shù)據(jù)庫的代碼段做出如下優(yōu)化：
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說明：每當(dāng)向MySQL服務(wù)器提交數(shù)據(jù)庫操作時，加入一個if-else判斷語句對變量$sql進(jìn)行判斷定向，如果是SELECT查詢操作，將其定向到從屬服務(wù)器Slave中的一個;如果是其它更新語句，則將其定向到主服務(wù)器Master。此處代碼段是應(yīng)用系統(tǒng)實現(xiàn)負(fù)載均衡的關(guān)鍵，用戶務(wù)必根據(jù)自己實際情況，寫出準(zhǔn)確無誤的代碼。每次對數(shù)據(jù)庫操作完畢都要及時釋放數(shù)據(jù)庫連接，以免更新、查詢操作分別定向失敗，影響系統(tǒng)負(fù)載均衡功能。這樣做雖然在一定程度上增加Web服務(wù)器或應(yīng)用服務(wù)器的開銷，但與MySQL服務(wù)器集群負(fù)載均衡功能帶來的大幅性能提升及冗余容錯特性相比，這個開銷絕對是物超所值!
3.4 注意事項
正確部署實現(xiàn)具有負(fù)載均衡功能的MySQL服務(wù)器集群必須注意以下事項：
(1). MySQL數(shù)據(jù)庫復(fù)制(replication)特性是核心
此處的復(fù)制不是簡單的copy，從屬服務(wù)器啟動兩個線程(thread)：I/O線程和SQL線程，I/O線程接收主服務(wù)器對參與復(fù)制數(shù)據(jù)庫的更新操作事件(event)，并記入自己的中繼二進(jìn)制更新日志文件(hostname-relay-bin.00000n)，由SQL線程將更新操作寫入自己的數(shù)據(jù)庫表項。主從服務(wù)器之間復(fù)制的不是具體的數(shù)據(jù)內(nèi)容，而是具體的以二進(jìn)制格式記錄的操作事件，因而在一定程度上實現(xiàn)主從服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)同步。(這種復(fù)制類似于生物學(xué)意義上的按基因復(fù)制，在英語中replication的主要詞義就是指該種復(fù)制。)
(2). 復(fù)制的復(fù)雜性
主從數(shù)據(jù)庫服務(wù)器間的replication要求Master與Slave上的MySQL版本最好一致，主從服務(wù)器必須設(shè)置相同的字符集，否則很容易造成復(fù)制失敗。主服務(wù)器上更新權(quán)限表內(nèi)容的FLUSH語句不會被復(fù)制[8]。
(3). 按照范式化要求設(shè)計數(shù)據(jù)庫
生產(chǎn)環(huán)境下基于MySQL服務(wù)器的應(yīng)用系統(tǒng)要想穩(wěn)定運行，按范式化設(shè)計系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫是基本要求，具體內(nèi)容可參考相關(guān)書籍。
(4). 打開數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的遠(yuǎn)程用戶連接功能
打開主從服務(wù)器的遠(yuǎn)程用戶連接是實現(xiàn)更新、查詢操作分別定向的必要條件，否則，來自應(yīng)用服務(wù)器的連接請求失敗，影響系統(tǒng)應(yīng)用正常運行。
(5). 負(fù)載均衡功能的實現(xiàn)需要良好的團(tuán)隊合作
BIND DNS服務(wù)器實現(xiàn)了從屬服務(wù)器Slave之間的負(fù)載均衡，Slave和Master之間的負(fù)載均衡則由應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)人員在程序代碼級實現(xiàn)。整個系統(tǒng)的性能提升和冗余容錯需要網(wǎng)絡(luò)管理和應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)團(tuán)隊之間的良好合作，否則負(fù)載均衡功能的實現(xiàn)就會失敗。
4. 常見問題
(1). 如何估算MySQL服務(wù)器集群的性能提升量?
針對本文采用的結(jié)構(gòu)模式，可對應(yīng)用系統(tǒng)整體性能提升做出大致估算。假設(shè)應(yīng)用系統(tǒng)寫操作占10%，讀操作占90%，寫操作耗時是讀操作的2倍，系統(tǒng)的吞吐量(throughput)為T(用reads/s讀操作次數(shù)/秒來衡量)。把寫操作線性轉(zhuǎn)換為讀操作，則有：
T= 2Xwrites + 9Xwrites ==>writes=T/11① (不采用主從復(fù)制模式，讀寫操作集中到一個服務(wù)器上)
T= 2Xwrites + 9Xwrites/N ==> writes=T/(2+9/N)② (采用一對多的主從復(fù)制模式，讀操作在從屬服務(wù)器，寫操作在主服務(wù)器)
其中，writes為系統(tǒng)單位時間內(nèi)所能承受的最大寫操作次數(shù)，N為從屬服務(wù)器個數(shù)，N大于等于2。在不采用主從復(fù)制模式時，系統(tǒng)性能writes=T/11;采用本文一對三的復(fù)制模式時，系統(tǒng)性能writes=T/5。采用負(fù)載均衡模式與不采用系統(tǒng)性能之比為11：5，即2.2：1，考慮到應(yīng)用服務(wù)器的額外開銷，系統(tǒng)整體性能提升了整整1倍!從②式可以看出，系統(tǒng)整體性能理論極限為T/2，當(dāng)然在實際生產(chǎn)環(huán)境中不可能達(dá)到。具體部署時用戶可以根據(jù)自己的實際情況估算出合理的從屬服務(wù)器數(shù)量，主要影響因素是網(wǎng)絡(luò)帶寬和機(jī)器整體性能[9]。
(2). 如何應(yīng)對主從服務(wù)器崩潰?
當(dāng)某臺從屬服務(wù)器崩潰時，修復(fù)故障重啟后重新連接到主服務(wù)器，根據(jù)其master.info文件更新其數(shù)據(jù)，保持與主服務(wù)器的數(shù)據(jù)同步。如果主服務(wù)器崩潰，在某一從屬服務(wù)器上執(zhí)行STOP SLAVES; GRANT REPLICATION SLAVE ON *.* repl_db TO‘repl’@’%’IDENTIFIED BY ‘g00r002b’;RESET MASTER;這三個SQL語句，由于從屬服務(wù)器已啟動了二進(jìn)制更新日志功能，因此具備了角色轉(zhuǎn)換的必要條件。更改其主機(jī)名、IP地址及server-id與Master一樣，重啟MySQL服務(wù)器，系統(tǒng)開始正常對外提供服務(wù)。其它兩臺從屬服務(wù)器則不需執(zhí)行任何操作，繼續(xù)執(zhí)行replication過程。BIND DNS服務(wù)器和應(yīng)用程序也不需做任何調(diào)整，繼續(xù)對系統(tǒng)用戶提供不間斷服務(wù)。主服務(wù)器排除故障恢復(fù)正常后，將其網(wǎng)絡(luò)配置改為與現(xiàn)有Master轉(zhuǎn)換角色之前一樣的配置，重啟MySQL服務(wù)，將其角色轉(zhuǎn)換為從屬服務(wù)器。也就是說，整個集群機(jī)器的角色可以相互循環(huán)轉(zhuǎn)換，提高系統(tǒng)的冗余性和可靠性。在此需要注意的是，在應(yīng)用系統(tǒng)調(diào)試運行正常之后，在Slave角色服務(wù)器的/etc/my.cnf文件[mysqld]段加入slave-skip-errors=all，保證集群之間復(fù)制(replication)的正常運行。
5. 結(jié)束語
部署與實現(xiàn)具有負(fù)載均衡功能的MySQL服務(wù)器集群是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要多方面良好的協(xié)同合作才能做好。服務(wù)器的搭建配置、BIND DNS服務(wù)器的配置部署，以及應(yīng)用系統(tǒng)程序的開發(fā)都要緊緊圍繞實現(xiàn)MySQL服務(wù)器集群負(fù)載均衡功能這個目標(biāo)。必須對主服務(wù)器的運行狀態(tài)進(jìn)行動態(tài)監(jiān)控，如果發(fā)生故障，立即執(zhí)行角色轉(zhuǎn)換過程，確保為終端用戶提供可靠、不間斷的服務(wù)。可以針對具體系統(tǒng)環(huán)境寫出監(jiān)控腳本或程序，確保系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性。
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