MySQL高可用方案--MHA原理

简介

MHA（Master High Availability）目前在MySQL高可用方面是一个相对成熟的解决方案，它由日本DeNA公司youshimaton（现就职于Facebook公司）开发，是日本的一位
MySQL专家采用Perl语言编写的一个脚本管理工具，该工具仅适用于MySQLReplication（二层）环境，目的在于维持Master主库的高可用性。是一套优秀的作为MySQL高可用性
环境下故障切换和主从提升的高可用软件。在MySQL故障切换过程中，MHA能做到在0~30秒之内自动完成数据库的故障切换操作，并且在进行故障切换的过程中，MHA能在最大程度上
保证数据的一致性，以达到真正意义上的高可用。

MHA是自动的master故障转移和Slave提升的软件包.它是基于标准的MySQL复制(异步/半同步).该软件由两部分组成：MHA Manager（管理节点）和MHA Node（数据节点）。
1）MHA Manager可以单独部署在一台独立的机器上管理多个master-slave集群，也可以部署在一台slave节点上。MHA Manager会定时探测集群中的node节点,当发现master
出现故障的时候,它可以自动将具有最新数据的slave提升为新的master,然后将所有其它的slave导向新的master上.整个故障转移过程对应用程序是透明的。
2）MHA Node运行在每台MySQL服务器上，它通过监控具备解析和清理logs功能的脚本来加快故障转移的。

在MHA自动故障切换过程中，MHA试图从宕机的主服务器上保存二进制日志，最大程度的保证数据的不丢失，但这并不总是可行的。例如，如果主服务器硬件故障或无法通过ssh访问，
MHA没法保存二进制日志，只进行故障转移而丢失了最新的数据。使用MySQL 5.5或者以后的版本的半同步复制，可以大大降低数据丢失的风险。MHA可以与半同步复制结合起来。如果只有一个slave
已经收到了最新的二进制日志，MHA可以将最新的二进制日志应用于其他所有的slave服务器上，因此可以保证所有节点的数据一致性。

目前MHA主要支持一主多从的架构，要搭建MHA,要求一个复制集群中必须最少有三台数据库服务器，一主二从，即一台充当master，一台充当备用master，另外一台充当从库，因为至
少需要三台服务器，出于机器成本的考虑，淘宝也在该基础上进行了改造，目前淘宝TMHA已经支持一主一从。

工作架构

展示了如何通过MHA Manager管理多组主从复制。可以将MHA工作原理总结为如下：

具体的工作流程如下:

相较于其它HA软件，MHA的目的在于维持MySQL Replication中Master库的高可用性，其最大特点是可以修复多个Slave之间的差异日志，最终使所有Slave保持数据一致，
然后从中选择一个充当新的Master，并将其它Slave指向它。工作流程主要如下：
1）从宕机崩溃的master保存二进制日志事件（binlog events）;
2）识别含有最新更新的slave；
3）应用差异的中继日志（relay log）到其他的slave；
4）应用从master保存的二进制日志事件（binlog events）；
5）提升一个slave为新的master；
6）使其他的slave连接新的master进行复制；

工作原理

当master出现故障时，通过对比slave之间I/O线程读取master binlog的位置，选取最接近的slave做为latest slave。其它slave通过与latest slave对比生成差异中继日志。
在latest slave上应用从master保存的binlog，同时将latest slave提升为master。最后在其它slave上应用相应的差异中继日志并开始从新的master开始复制。

在MHA实现Master故障切换过程中，MHA Node会试图访问故障的master（通过SSH），如果可以访问（不是硬件故障，比如InnoDB数据文件损坏等），会保存二进制文件，以最大程度
保证数据不丢失。MHA和半同步复制一起使用会大大降低数据丢失的危险。

优势

1）故障切换快
在主从复制集群中，只要从库在复制上没有延迟，MHA通常可以在数秒内实现故障切换。9-10秒内检查到master故障，可以选择在7-10秒关闭master以避免出现裂脑，几秒钟内，
将差异中继日志（relay log）应用到新的master上，因此总的宕机时间通常为10-30秒。恢复新的master后，MHA并行的恢复其余的slave。即使在有数万台slave，也不会
影响master的恢复时间。

DeNA在超过150个MySQL（主要5.0/5.1版本）主从环境下使用了MHA。当mater故障后，MHA在4秒内就完成了故障切换。在传统的主动/被动集群解决方案中，4秒内完成故障切换是不可能的。

2）master故障不会导致数据不一致
当目前的master出现故障时，MHA自动识别slave之间中继日志（relay log）的不同，并应用到所有的slave中。这样所有的salve能够保持同步，只要所有的slave处于存活
状态。和Semi-Synchronous Replication一起使用，（几乎）可以保证没有数据丢失。

3）无需修改当前的MySQL设置
MHA的设计的重要原则之一就是尽可能地简单易用。MHA工作在传统的MySQL版本5.0和之后版本的主从复制环境中。和其它高可用解决方法比，MHA并不需要改变MySQL的部署环境。
MHA适用于异步和半同步的主从复制。

启动/停止/升级/降级/安装/卸载MHA不需要改变（包扩启动/停止）MySQL复制。当需要升级MHA到新的版本，不需要停止MySQL，仅仅替换到新版本的MHA，然后重启MHA　Manager
就好了。

MHA运行在MySQL 5.0开始的原生版本上。一些其它的MySQL高可用解决方案需要特定的版本（比如MySQL集群、带全局事务ID的MySQL等等），但并不仅仅为了master的高可用才迁移应用的。在大多数情况下，已经部署了比较旧MySQL应用，并且不想仅仅为了实现Master的高可用，花太多的时间迁移到不同的存储引擎或更新的前沿发行版。MHA工作的包括5.0/5.1/5.5的原生版本的MySQL上，所以并不需要迁移。

4）无需增加大量的服务器
MHA由MHA Manager和MHA Node组成。MHA Node运行在需要故障切换/恢复的MySQL服务器上，因此并不需要额外增加服务器。MHA Manager运行在特定的服务器上，因此需要
增加一台（实现高可用需要2台），但是MHA Manager可以监控大量（甚至上百台）单独的master，因此，并不需要增加大量的服务器。即使在一台slave上运行MHA Manager也是
可以的。综上，实现MHA并没用额外增加大量的服务。

5）无性能下降
MHA适用与异步或半同步的MySQL复制。监控master时，MHA仅仅是每隔几秒（默认是3秒）发送一个ping包，并不发送重查询。可以得到像原生MySQL复制一样快的性能。

6）适用于任何存储引擎
MHA可以运行在只要MySQL复制运行的存储引擎上，并不仅限制于InnoDB，即使在不易迁移的传统的MyISAM引擎环境，一样可以使用MHA。

软件架构

MHA软件的架构：由两部分组成，Manager工具包和Node工具包
Manager工具包主要包括以下几个工具：
masterha_check_ssh      检查MHA的SSH配置状态
masterha_check_repl     检查MySQL复制的状态
masterha_check_status   检查MHA当前的运行状态
masterha_manger         启动MHA
masterha_master_monitor 检测master是否宕机
masterha_master_switch  控制故障转移(手动或者自动)
masterha_conf_host      添加或者删除配置的server信息

Node工具包（这些工具通常由MHA Manager的脚本触发，无需人为操作）主要包括以下几个工具：
save_binary_logs        保存和复制master的二进制日志
apply_diff_relay_logs   识别差异的中继日志事件并将其差异的事件应用于其他的slave服务器
filter_mysqlbinlog      去除不必要的ROLLBACK事件(MHA已经不在使用这个工具了)
purge_relay_logs        清除中继日志(不会阻塞SQL线程)

MHA如何保持数据的一致性呢？主要通过MHA node的以下几个工具实现，但是这些工具由mha manager触发：
save_binary_logs        如果master的二进制日志可以存取的话，保存复制master的二进制日志，最大程度保证数据不丢失
apply_diff_relay_logs   相对于最新的slave，生成差异的中继日志并将所有差异事件应用到其他所有的slave

注意：
对比的是relay log，relay log越新就越接近于master，才能保证数据是最新的。
purge_relay_logs        删除中继日志而不阻塞sql线程

MHA环境部署

更加精彩部署篇点击链接：https://www.cnblogs.com/brianzhu/p/10155053.html