UDB是UCloud提供的云數(shù)據(jù)庫，支持實(shí)例級別的高可用。UCloud數(shù)據(jù)庫團(tuán)隊(duì)在數(shù)據(jù)庫原生復(fù)制的多個(gè)方面進(jìn)行了深度優(yōu)化，提升UDB高可用數(shù)據(jù)庫的功能和性能。

一、UDB高可用數(shù)據(jù)庫架構(gòu)

UDB高可用數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品以虛擬IP、HAProxy、單節(jié)點(diǎn)UDB數(shù)據(jù)庫搭建雙節(jié)點(diǎn)高可用架構(gòu)：

• 雙節(jié)點(diǎn)的UDB數(shù)據(jù)庫保證數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的全量冗余，同時(shí)保證數(shù)據(jù)庫的可用性;
• HAProxy在同一時(shí)間只連接一個(gè)UDB節(jié)點(diǎn)，避免多點(diǎn)寫入帶來的數(shù)據(jù)沖突問題;
• 雙節(jié)點(diǎn)HAProxy保證Proxy的可用性;
• 虛擬IP在HAProxy發(fā)生宕機(jī)時(shí)通過IP漂移的方式對HAProxy進(jìn)行切換，用戶不需要再次修改IP。

在上述架構(gòu)中，從節(jié)點(diǎn)UDB的數(shù)據(jù)是否完整、是否與主庫保證數(shù)據(jù)一致性是整個(gè)高可用架構(gòu)的關(guān)鍵，所以用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌胪綇?fù)制起著至關(guān)重要的作用。針對原生的半同步復(fù)制，UDB數(shù)據(jù)庫作了內(nèi)核層面的深度優(yōu)化。

二、UDB數(shù)據(jù)庫深度優(yōu)化

UDB數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品是以開源數(shù)據(jù)庫MySQL Community Server 5.7.16為基線版本，圍繞高可用架構(gòu)做內(nèi)核深度優(yōu)化。

復(fù)制流程，如上圖所示，主要經(jīng)過如下幾個(gè)步驟：

• MySQL Server執(zhí)行SQL成功后，記錄binlog;
• Dump線程讀取binlog后，發(fā)送到從機(jī)IO線程;
• IO線程將接收到的binlog記錄到relay log中，同時(shí)記錄接收進(jìn)度到master.info中;
• SQL讀取relay log中的日志內(nèi)容進(jìn)行復(fù)現(xiàn)，同時(shí)記錄復(fù)制日志的進(jìn)度到relay-log.info中。

我們在原生復(fù)制的基礎(chǔ)上做了內(nèi)核的深度優(yōu)化，針對上述流程中的部分步驟，在功能和性能上做了改進(jìn)，使得 UDB高可用數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品更加穩(wěn)定。

2.1 Relay log文件記錄的優(yōu)化

2.1.1 存在的問題

在MySQL中，binlog是以event為基本單位進(jìn)行記錄，以MySQL 5.7 ROW格式(開啟GTID)的binlog為例，一個(gè)DML(insert)會(huì)以5個(gè)event的格式記錄到binlog中(其他操作均以一個(gè)或者多個(gè)event組成，不再一一羅列)，分別為：

• GTID_EVENT：記錄當(dāng)前事務(wù)的GTID
• QUERY_EVENT：事務(wù)開始
• TABLE_MAP_EVENT：操作對應(yīng)的表
• WRITE_ROW_EVENT：插入記錄
• XID_EVENT：提交事務(wù)

全部event組成一個(gè)完整的事務(wù)，完整的事務(wù)才會(huì)被SQL線程正確復(fù)現(xiàn)到從庫上。當(dāng)前IO線程接收binlog時(shí)，是以event為單位進(jìn)行接收，即接收到一個(gè)event，記錄到relay log中后再繼續(xù)接收下一個(gè)。這種做法是低效的，也沒有充分利用到MySQL本身的文件緩存。

2.1.2 優(yōu)化方案

優(yōu)化IO線程記錄relay log的方式，將以event為單位記錄，修改為以事務(wù)為單位進(jìn)行記錄。合并IO線程小的IO操作，提高IO性能。

將單個(gè)的event寫操作合并為多個(gè)event統(tǒng)一寫操作，將小的IO操作合并成較大的IO操作，提高IO性能。

2.2 Master.info文件記錄的優(yōu)化

2.2.1 存在的問題

Master.info文件在搭建復(fù)制時(shí)，記錄主庫IP、PORT等連接主庫的相關(guān)信息，在復(fù)制過程中，記錄IO線程從主庫接收到的binlog的文件名和位置，文件和位置會(huì)在每次記錄relay log成功后更新。

在基于GTID搭建復(fù)制后，master.info中記錄的binlog文件和位置不再作為復(fù)制的依據(jù)，所以master.info中記錄的binlog的文件和位置不再是有效的數(shù)據(jù)，也就沒有必要每次進(jìn)行更新。

2.2.2 優(yōu)化方案

在IO線程記錄relay log成功后，更新master.info文件之前，添加判斷。如果開啟了GTID并且使用GTID作為復(fù)制的依據(jù)(auto_position=1)，那么不再更新master.info中binlog的文件和位置。

其它的master.info操作仍然保留，如change master、shutdown等操作。

2.3 Relay log鎖的優(yōu)化

2.3.1 存在的問題

在IO線程和SQL線程復(fù)制進(jìn)度相似的情況下，在操作relay log時(shí)，會(huì)使用同一塊文件緩存，在讀寫文件緩存時(shí)，需要加鎖來保證操作的正確性。而IO線程和SQL線程需要頻繁地讀寫這塊公共內(nèi)存，就需要對同一把鎖頻繁的競爭，從而導(dǎo)致性能下降。

2.3.2 優(yōu)化方案

將IO線程和SQL線程對relay log的操作拆分開來，不再使用同一塊文件緩存。雖然這樣做會(huì)導(dǎo)致SQL線程增加一次讀IO操作。但是消除了對鎖的競爭，大大地提高了IO線程和SQL線程整體的性能。

三、總結(jié)

優(yōu)化后的復(fù)制流程圖如下：

數(shù)據(jù)庫原生復(fù)制流程中包括記錄binlog、記錄relay log、記錄master.info、relay-log.info等，針對上述流程中的部分步驟以及其他未列出的優(yōu)化，在功能和性能上進(jìn)行改進(jìn)，UDB高可用數(shù)據(jù)庫在功能和性能上均得到了明顯的提升，UDB高可用數(shù)據(jù)庫可以提供更加可靠、高效的服務(wù)。