MySQL高可用架構之MHA架構全解

2021-07-05 16:01:14

MHA（Master HA）是一款開源的 MySQL 的高可用程式，它為 MySQL 主從複製架構提供了 automating master failover 功能。MHA 在監控到 master 節點故障時，會提升其中擁有最新資料的 slave 節點成為新的master 節點，在此期間，MHA 會通過於其它從節點獲取額外資訊來避免一致性方面的問題。MHA 還提供了 master 節點的線上切換功能，即按需切換 master/slave 節點。
MHA 是由日本人 yoshinorim（原就職於DeNA現就職於FaceBook）開發的比較成熟的 MySQL 高可用方案。MHA 能夠在30秒內實現故障切換，並能在故障切換中，最大可能的保證資料一致性。目前淘寶也正在開發相似產品 TMHA，目前已支援一主一從。

一、介紹

MHA（Master High Availability）目前在MySQL高可用方面是一個相對成熟的解決方案，它由日本DeNA公司youshimaton（現就職於Facebook公司）開發，是一套優秀的作為MySQL高可用性環境下故障切換和主從提升的高可用軟體。在MySQL故障切換過程中，MHA能做到在0~30秒之內自動完成資料庫的故障切換操作，並且在進行故障切換的過程中，MHA能在最大程度上保證資料的一致性，以達到真正意義上的高可用。

二、組成

兩部分組成：MHA Manager（管理節點）和MHA Node（資料節點）。
當master出現故障時，它可以自動將最新資料的slave提升為新的master，然後將所有其他的slave重新指向新的master。整個故障轉移過程對應用程式完全透明。

三、工作過程

在MHA自動故障切換過程中，MHA試圖從宕機的主伺服器上儲存二進位制紀錄檔，最大程度的保證資料的不丟失，但這並不總是可行的。例如，如果主伺服器硬體故障或無法通過ssh存取，MHA沒法儲存二進位制紀錄檔，只進行故障轉移而丟失了最新的資料。使用MySQL 5.5的半同步複製，可以大大降低資料丟失的風險。MHA可以與半同步複製結合起來。如果只有一個slave已經收到了最新的二進位制紀錄檔，MHA可以將最新的二進位制紀錄檔應用於其他所有的slave伺服器上，因此可以保證所有節點的資料一致性。

四、架構

搭建MHA,要求一個複製叢集中必須最少有三臺資料庫伺服器，一主二從，即一臺充當master，一臺充當備用master，另外一臺充當從庫。

（1）從宕機崩潰的master儲存二進位制紀錄檔事件（binlog events）;
（2）識別含有最新更新的slave；
（3）應用差異的中繼紀錄檔（relay log）到其他的slave；
（4）應用從master儲存的二進位制紀錄檔事件（binlog events）；
（5）提升一個slave為新的master；
（6）使其他的slave連線新的master進行復制；

Manager工具包主要功能

masterha_check_ssh              檢查MHA的SSH設定狀況
masterha_check_repl             檢查MySQL複製狀況
masterha_manger                 啟動MHA
masterha_check_status           檢測當前MHA執行狀態
masterha_master_monitor         檢測master是否宕機
masterha_master_switch          控制故障轉移（自動或者手動）
masterha_conf_host              新增或刪除設定的server資訊

Node工具包功能

save_binary_logs                儲存和複製master的二進位制紀錄檔
apply_diff_relay_logs           識別差異的中繼紀錄檔事件並將其差異的事件應用於其他的slave
filter_mysqlbinlog              去除不必要的ROLLBACK事件（MHA已不再使用這個工具）
purge_relay_logs                清除中繼紀錄檔（不會阻塞SQL執行緒）

五、範例展示

部署MHA準備工作：

角色                    ip地址          主機名          server_id                  型別
Monitor host            192.168.0.20    server01            -                      監控複製組
Master                  192.168.0.50    server02            1                      寫入
Candicate master        192.168.0.60    server03            2                      讀
Slave                   192.168.0.70    server04            3                      讀

master對外提供寫服務，備選master（實際的slave，主機名server03）提供讀服務，slave也提供相關的讀服務，一旦master宕機，將會把備選master提升為新的master，slave指向新的master

## 1.關閉防火牆
systemctl stop firewalld
systemctl disable firewalld
setenforce 0

## 2.設定主機名
hostnamectl set-hostname Mysql1
hostnamectl set-hostname Mysql2
hostnamectl set-hostname Mysql3

## 3.節點設定：Master、slave1、slave2組態檔/etc/my.cnf

## a、Master 節點##
vim /etc/my.cnf
[mysqld]
server-id = 1
log_bin = master-bin
log-slave-updates = true
systemctl restart mysqld

##Slave1、Slave2 節點##
vim /etc/my.cnf
server-id = 2 						#三臺伺服器的 server-id 不能一樣
log_bin = master-bin
relay-log = relay-log-bin
relay-log-index = slave-relay-bin.index
systemctl restart mysqld

## 4.建立軟連結
ln -s /usr/local/mysql/bin/mysql /usr/sbin/
ln -s /usr/local/mysql/bin/mysqlbinlog /usr/sbin/

## 5.一主兩從：所有節點進行mysql授權
mysql -uroot -p
grant replication slave on *.* to 'myslave'@'192.168.80.%' identified by '123';		#從資料庫同步使用
grant all privileges on *.* to 'mha'@'192.168.80.%' identified by 'manager';		#manager 使用

grant all privileges on *.* to 'mha'@'Mysql1' identified by 'manager';				#防止從庫通過主機名連線不上主庫
grant all privileges on *.* to 'mha'@'Mysql2' identified by 'manager';
grant all privileges on *.* to 'mha'@'Mysql3' identified by 'manager';

## 主master上可看到二進位制檔案，同步點
show master status;
+-------------------+----------+--------------+------------------+-------------------+
| File              | Position | Binlog_Do_DB | Binlog_Ignore_DB | Executed_Gtid_Set |
+-------------------+----------+--------------+------------------+-------------------+
| master-bin.000002 |     1745 |              |                  |                   |
+-------------------+----------+--------------+------------------+-------------------+

## slave1、slave2節點資料同步結果
show slave statusG		
//確保 IO 和 SQL 執行緒都是 Yes，代表同步正常。
Slave_IO_Running: Yes
Slave_SQL_Running: Yes

# slave1、slave2設定為唯讀模式
set global read_only=1;

# 建立資料庫測試
##在 Master 主庫插入條資料，測試是否同步##
create database test_db;
use test_db;
create table test(id int);
insert into test(id) values (1);

# 從資料庫檢視
select * from test_db.test;
+------+
| id   |
+------+
|    1 |
+------+

安裝 MHA 軟體

（1）所有伺服器上都安裝 MHA 依賴的環境，首先安裝 epel 源

yum install epel-release --nogpgcheck -y

yum install -y perl-DBD-MySQL 
perl-Config-Tiny 
perl-Log-Dispatch 
perl-Parallel-ForkManager 
perl-ExtUtils-CBuilder 
perl-ExtUtils-MakeMaker 
perl-CPAN

（2）安裝 MHA 軟體包，先在所有伺服器上必須先安裝 node 元件

對於每個作業系統版本不一樣，這裡 CentOS7.4 必須選擇 0.57 版本。
在所有伺服器上必須先安裝 node 元件，最後在 MHA-manager 節點上安裝 manager 元件，因為 manager 依賴 node 元件。

cd /opt
tar zxvf mha4mysql-node-0.57.tar.gz
cd mha4mysql-node-0.57
perl Makefile.PL
make && make install

（3）在 MHA manager 節點上安裝 manager 元件

cd /opt
tar zxvf mha4mysql-manager-0.57.tar.gz
cd mha4mysql-manager-0.57
perl Makefile.PL
make && make install

7．在所有伺服器上設定無密碼認證
（1）在 manager 節點上設定到所有資料庫節點的無密碼認證

-----------------------------------------------------------------------------------------
#manager 元件安裝後在/usr/local/bin 下面會生成幾個工具，主要包括以下幾個：
masterha_check_ssh 				檢查 MHA 的 SSH 設定狀況
masterha_check_repl 			檢查 MySQL 複製狀況
masterha_manger 				啟動 manager的指令碼
masterha_check_status 			檢測當前 MHA 執行狀態
masterha_master_monitor 		檢測 master 是否宕機
masterha_master_switch 			控制故障轉移（自動或者手動）
masterha_conf_host 				新增或刪除設定的 server 資訊
masterha_stop  					關閉manager

#node 元件安裝後也會在/usr/local/bin 下面會生成幾個指令碼（這些工具通常由 MHAManager 的指令碼觸發，無需人為操作）主要如下：
save_binary_logs 				儲存和複製 master 的二進位制紀錄檔
apply_diff_relay_logs 			識別差異的中繼紀錄檔事件並將其差異的事件應用於其他的 slave
filter_mysqlbinlog 				去除不必要的 ROLLBACK 事件（MHA 已不再使用這個工具）
purge_relay_logs 				清除中繼紀錄檔（不會阻塞 SQL 執行緒）

（2）在 mysql1 上設定到資料庫節點 mysql2 和 mysql3 的無密碼認證

ssh-keygen -t rsa 				#一路按確認鍵
ssh-copy-id 192.168.80.10
ssh-copy-id 192.168.80.20
ssh-copy-id 192.168.80.30

（3）在 mysql2 上設定到資料庫節點 mysql1 和 mysql3 的無密碼認證

ssh-keygen -t rsa
ssh-copy-id 192.168.80.20
ssh-copy-id 192.168.80.30

（4）在 mysql3 上設定到資料庫節點 mysql1 和 mysql2 的無密碼認證

ssh-keygen -t rsa
ssh-copy-id 192.168.80.10
ssh-copy-id 192.168.80.30

8．在 manager 節點上設定 MHA
（1）在 manager 節點上覆制相關指令碼到/usr/local/bin 目錄

cp -rp /opt/mha4mysql-manager-0.57/samples/scripts /usr/local/bin
//拷貝後會有四個執行檔案
ll /usr/local/bin/scripts/
----------------------------------------------------------------------------------------------------------
master_ip_failover  		#自動切換時 VIP 管理的指令碼
master_ip_online_change 	#線上切換時 vip 的管理
power_manager 				#故障發生後關閉主機的指令碼
send_report 				#因故障切換後傳送報警的指令碼

（2）複製上述的自動切換時 VIP 管理的指令碼到 /usr/local/bin 目錄，這裡使用master_ip_failover指令碼來管理 VIP 和故障切換

cp /usr/local/bin/scripts/master_ip_failover /usr/local/bin

（3）修改內容如下：（刪除原有內容，直接複製並修改vip相關引數）

vim /usr/local/bin/master_ip_failover
#!/usr/bin/env perl
use strict;
use warnings FATAL => 'all';

use Getopt::Long;

my (
$command, $ssh_user, $orig_master_host, $orig_master_ip,
$orig_master_port, $new_master_host, $new_master_ip, $new_master_port
);
#############################新增內容部分#########################################
my $vip = '192.168.80.200';									#指定vip的地址
my $brdc = '192.168.80.255';								#指定vip的廣播地址
my $ifdev = 'ens33';										#指定vip繫結的網路卡
my $key = '1';												#指定vip繫結的虛擬網路卡序列號
my $ssh_start_vip = "/sbin/ifconfig ens33:$key $vip";		#代表此變數值為ifconfig ens33:1 192.168.80.200
my $ssh_stop_vip = "/sbin/ifconfig ens33:$key down";		#代表此變數值為ifconfig ens33:1 192.168.80.200 down
my $exit_code = 0;											#指定退出狀態碼為0
#my $ssh_start_vip = "/usr/sbin/ip addr add $vip/24 brd $brdc dev $ifdev label $ifdev:$key;/usr/sbin/arping -q -A -c 1 -I $ifdev $vip;iptables -F;";
#my $ssh_stop_vip = "/usr/sbin/ip addr del $vip/24 dev $ifdev label $ifdev:$key";
##################################################################################
GetOptions(
'command=s' => $command,
'ssh_user=s' => $ssh_user,
'orig_master_host=s' => $orig_master_host,
'orig_master_ip=s' => $orig_master_ip,
'orig_master_port=i' => $orig_master_port,
'new_master_host=s' => $new_master_host,
'new_master_ip=s' => $new_master_ip,
'new_master_port=i' => $new_master_port,
);

exit &main();

sub main {

print "nnIN SCRIPT TEST====$ssh_stop_vip==$ssh_start_vip===nn";

if ( $command eq "stop" || $command eq "stopssh" ) {

my $exit_code = 1;
eval {
print "Disabling the VIP on old master: $orig_master_host n";
&stop_vip();
$exit_code = 0;
};
if ($@) {
warn "Got Error: $@n";
exit $exit_code;
}
exit $exit_code;
}
elsif ( $command eq "start" ) {

my $exit_code = 10;
eval {
print "Enabling the VIP - $vip on the new master - $new_master_host n";
&start_vip();
$exit_code = 0;
};
if ($@) {
warn $@;
exit $exit_code;
}
exit $exit_code;
}
elsif ( $command eq "status" ) {
print "Checking the Status of the script.. OK n";
exit 0;
}
else {
&usage();
exit 1;
}
}
sub start_vip() {
`ssh $ssh_user@$new_master_host " $ssh_start_vip "`;
}
## A simple system call that disable the VIP on the old_master
sub stop_vip() {
`ssh $ssh_user@$orig_master_host " $ssh_stop_vip "`;
}

sub usage {
print
"Usage: master_ip_failover --command=start|stop|stopssh|status --orig_master_host=host --orig_master_ip=ip --orig_master_port=port --new_master_host=host --new_master_ip=ip --new_master_port=portn";
}

（4）建立 MHA 軟體目錄並拷貝組態檔，這裡使用app1.cnf組態檔來管理 mysql 節點伺服器

mkdir /etc/masterha
cp /opt/mha4mysql-manager-0.57/samples/conf/app1.cnf /etc/masterha

vim /etc/masterha/app1.cnf						#刪除原有內容，直接複製並修改節點伺服器的IP地址
[server default]
manager_log=/var/log/masterha/app1/manager.log
manager_workdir=/var/log/masterha/app1
master_binlog_dir=/usr/local/mysql/data
master_ip_failover_script=/usr/local/bin/master_ip_failover
master_ip_online_change_script=/usr/local/bin/master_ip_online_change
password=manager
ping_interval=1
remote_workdir=/tmp
repl_password=123
repl_user=myslave
secondary_check_script=/usr/local/bin/masterha_secondary_check -s 192.168.80.20 -s 192.168.80.30
shutdown_script=""
ssh_user=root
user=mha

[server1]
hostname=192.168.80.10
port=3306

[server2]
candidate_master=1
check_repl_delay=0
hostname=192.168.80.20
port=3306

[server3]
hostname=192.168.80.30
port=3306

說明：

[server default]
manager_log=/var/log/masterha/app1/manager.log　　　　　 　#manager紀錄檔
manager_workdir=/var/log/masterha/app1.log　　　　　　　 　#manager工作目錄
master_binlog_dir=/usr/local/mysql/data/　　　　　　　 　　#master儲存binlog的位置，這裡的路徑要與master裡設定的binlog的路徑一致，以便MHA能找到
master_ip_failover_script=/usr/local/bin/master_ip_failover　　#設定自動failover時候的切換指令碼，也就是上面的那個指令碼
master_ip_online_change_script=/usr/local/bin/master_ip_online_change　　#設定手動切換時候的切換指令碼
password=manager			#設定mysql中root使用者的密碼，這個密碼是前文中建立監控使用者的那個密碼
ping_interval=1				#設定監控主庫，傳送ping包的時間間隔，預設是3秒，嘗試三次沒有迴應的時候自動進行failover
remote_workdir=/tmp			#設定遠端mysql在發生切換時binlog的儲存位置
repl_password=123			#設定複製使用者的密碼
repl_user=myslave			#設定複製使用者的使用者
report_script=/usr/local/send_report　　　　　#設定發生切換後傳送的報警的指令碼
secondary_check_script=/usr/local/bin/masterha_secondary_check -s 192.168.80.20 -s 192.168.80.30	#指定檢查的從伺服器IP地址
shutdown_script=""			#設定故障發生後關閉故障主機指令碼（該指令碼的主要作用是關閉主機防止發生腦裂,這裡沒有使用）
ssh_user=root				#設定ssh的登入使用者名稱
user=mha					#設定監控使用者root

[server1]
hostname=192.168.80.10
port=3306

[server2]
hostname=192.168.80.20
port=3306
candidate_master=1
#設定為候選master，設定該引數以後，發生主從切換以後將會將此從庫提升為主庫，即使這個從庫不是叢集中最新的slave

check_repl_delay=0
#預設情況下如果一個slave落後master 超過100M的relay logs的話，MHA將不會選擇該slave作為一個新的master， 
因為對於這個slave的恢復需要花費很長時間；通過設定check_repl_delay=0，MHA觸發切換在選擇一個新的master的
時候將會忽略複製延時，這個引數對於設定了candidate_master=1的主機非常有用，因為這個候選主在切換的過程中一定是新的master

[server3]
hostname=192.168.80.30
port=3306

開啟master的虛擬IP

/sbin/ifconfig ens33:1 192.168.80.200/24

10.在 manager 節點上測試 ssh 無密碼認證

masterha_check_ssh -conf=/etc/masterha/app1.cnf

Tue Nov 26 23:09:45 2020 - [warning] Global configuration file /etc/masterha_default.cnf not found. Skipping.
Tue Nov 26 23:09:45 2020 - [info] Reading application default configuration from /etc/masterha/app1.cnf..
Tue Nov 26 23:09:45 2020 - [info] Reading server configuration from /etc/masterha/app1.cnf..
Tue Nov 26 23:09:45 2020 - [info] Starting SSH connection tests..
Tue Nov 26 23:09:46 2020 - [debug] 
Tue Nov 26 23:09:45 2020 - [debug]  Connecting via SSH from root@192.168.80.20(192.168.80.20:22) to root@192.168.80.30(192.168.80.30:22)..
Tue Nov 26 23:09:46 2020 - [debug]   ok.
Tue Nov 26 23:09:47 2020 - [debug] 
Tue Nov 26 23:09:46 2020 - [debug]  Connecting via SSH from root@192.168.80.30(192.168.80.30:22) to root@192.168.80.20(192.168.80.20:22)..
Tue Nov 26 23:09:47 2020 - [debug]   ok.
Tue Nov 26 23:09:47 2020 - [info] All SSH connection tests passed successfully.
# 無密碼認證成功

11.在 manager 節點上測試 mysql 主從連線情況

masterha_check_repl -conf=/etc/masterha/app1.cnf

Tue Nov 26 23:10:29 2020 - [info] Slaves settings check done.
Tue Nov 26 23:10:29 2020 - [info] 
192.168.80.20(192.168.80.20:3306) (current master)
 +--192.168.80.30(192.168.80.30:3306)

Tue Nov 26 23:10:29 2020 - [info] Checking replication health on 192.168.80.30..
Tue Nov 26 23:10:29 2020 - [info]  ok.
Tue Nov 26 23:10:29 2020 - [info] Checking master_ip_failover_script status:
Tue Nov 26 23:10:29 2020 - [info]   /usr/local/bin/master_ip_failover --command=status --ssh_user=root --orig_master_host=192.168.80.20 --orig_master_ip=192.168.80.20 --orig_master_port=3306 


IN SCRIPT TEST====/sbin/ifconfig ens33:1 down==/sbin/ifconfig ens33:1 192.168.80.200===

Checking the Status of the script.. OK 
Tue Nov 26 23:10:29 2020 - [info]  OK.
Tue Nov 26 23:10:29 2020 - [warning] shutdown_script is not defined.
Tue Nov 26 23:10:29 2020 - [info] Got exit code 0 (Not master dead).

MySQL Replication Health is OK.
# 主從連線成功

# manager 節點上啟動 MHA
nohup masterha_manager --conf=/etc/masterha/app1.cnf --remove_dead_master_conf --ignore_last_failover < /dev/null > /var/log/masterha/app1/manager.log 2>&1 &

--remove_dead_master_conf：該引數代表當發生主從切換後，老的主庫的 ip 將會從組態檔中移除。
--manger_log：紀錄檔存放位置。
--ignore_last_failover：在預設情況下，如果 MHA 檢測到連續發生宕機，且兩次宕機間隔不足 8 小時的話，
  則不會進行 Failover， 之所以這樣限制是為了避免 ping-pong 效應。該引數代表忽略上次 MHA 觸發切換產生的檔案，
  預設情況下，MHA 發生切換後會在紀錄檔記目錄，也就是上面設定的紀錄檔app1.failover.complete檔案，
  下次再次切換的時候如果發現該目錄下存在該檔案將不允許觸發切換，除非在第一次切換後收到刪除該檔案，
  為了方便，這裡設定為--ignore_last_failover。

# b檢視 MHA 狀態，可以看到當前的 master 是 Mysql1 節點。
masterha_check_status --conf=/etc/masterha/app1.cnf

# a紀錄檔方式檢視
cat /var/log/masterha/app1/manager.log | grep "current master"

# c 檢視 Mysql1 的 VIP 地址 192.168.80.200 是否存在，這個 VIP 地址不會因為 manager 節點停止 MHA 服務而消失。
ifconfig
//若要關閉 manager 服務，可以使用如下命令。
masterha_stop --conf=/etc/masterha/app1.cnf
或者可以直接採用 kill 程序 ID 的方式關閉。

模擬故障

# a在 manager 節點上監控觀察紀錄檔記錄
tail -f /var/log/masterha/app1/manager.log

# b在 Master 節點 Mysql1 上停止mysql服務
systemctl stop mysqld
或
pkill -9 mysql

# c正常自動切換一次後，MHA 程序會退出。HMA 會自動修改 app1.cnf 檔案內容，將宕機的 mysql1 節點刪除。檢視 mysql2 是否接管 VIP
ifconfig
故障切換備選主庫的演演算法：
1．一般判斷從庫的是從（position/GTID）判斷優劣，資料有差異，最接近於master的slave，成為備選主。
2．資料一致的情況下，按照組態檔順序，選擇備選主庫。
3．設定有權重（candidate_master=1），按照權重強制指定備選主。
（1）預設情況下如果一個slave落後master 100M的relay logs的話，即使有權重，也會失效。
（2）如果check_repl_delay=0的話，即使落後很多紀錄檔，也強制選擇其為備選主。

故障修復

1.重啟mysql服務
systemctl restart mysqld
2.修復主從：先檢視二進位制檔案和同步點
show master status;
3.原主庫伺服器 mysql1 執行同步操作
change master to master_host='192.168.80.20',master_user='myslave',master_password='123',master_log_file='master-bin.000001',master_log_pos=1745;
start slave;

4.在 manager 節點上修改組態檔app1.cnf
vi /etc/masterha/app1.cnf
......
secondary_check_script=/usr/local/bin/masterha_secondary_check -s 192.168.80.10 -s 192.168.80.30
......
[server1]
hostname=192.168.80.20
port=3306

[server2]
candidate_master=1
check_repl_delay=0
hostname=192.168.80.10
port=3306

[server3]
hostname=192.168.80.30
port=3306

5.從庫必須設定為唯讀模式：當前從庫為mysql
set global read_only=1;

6.在 manager 節點上啟動 MHA，並檢視VIP是否漂移到mysql2
nohup masterha_manager --conf=/etc/masterha/app1.cnf --remove_dead_master_conf --ignore_last_failover < /dev/null > /var/log/masterha/app1/manager.log 2>&1 &

##檢視 MHA 狀態，可以看到當前的 master 是 Mysql2 節點
masterha_check_status --conf=/etc/masterha/app1.cnf

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