004.Heartbeat+HAProxy+MySQL半复制高可用架构
一 基础环境
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节点
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系统版本
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MySQL版本
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业务IP
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心跳IP
|
|
Master
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CentOS 7.5
|
MySQL 5.6
|
192.168.88.100
|
192.168.77.100
|
|
Slave
|
CentOS 7.5
|
MySQL 5.6
|
192.168.88.101
|
192.168.77.101
|
|
VIP
|
192.168.88.88
|
|||
关闭防火墙及SELinux；
配置NTP时钟同步；
主机名及hosts：
#public ip
192.168.88.100 master.yewu.com master
192.168.88.101 slave.yewu.com slave
#private ip
192.168.77.100 master-private.ha.com master-private
192.168.77.101 slave-private.ha.com slave-private
二 架构设计
如图所示，两台MySQL主机采用MySQL半同步数据复制机制实现主从复制，采用不同端口实现读写分离，用于提高查询性能。Heartbeat通过心跳检测，避免单点故障，主要用于主机健康状态检查以及实现haproxy两台主机之间的自动失败切换。从而在任何一台主机宕机时，都不会影响对外提供服务（VIP可以漂移），保持MySQL数据库服务的高可用性。
整体架构原理：
主机Master和Slave，分别配置为MySQL半同步复制，且都启动Heartbeat服务，但只有Master启动haproxy服务；
通过Heartbeat启用一个虚IP，实现Master和Slave的自动切换；
在haproxy中配置两对frontend/backend，使用不同的端口，一个端口用于响应读请求，另一个端口用于响应读请求，实现读写分离。
注意：当frontend与backend是同一物理主机时，frontend不能绑定与backend相同的端口。
初始正常状态下，Master上的haproxy通过写端口将写请求转发至主机Master，通过读端口将读请求转发给Master和Slave，实现读负载均衡；
当主机Master异常时，Slave接管服务，此时需要：
- （1）VIP漂移到主机Slave上；
- （2）重置Slave的MySQL Slave角色，使之切换为Master；
- （3）启动Slave上的haproxy，继续接收应用的请求。
当主机Slave异常时，Master上的haproxy会将Slave踢出，其它动作类似如上。
三 安装MySQL
3.1 安装MySQL
[root@master ~]# yum list installed | grep mysql #查看是否存在其他MySQL组件
[root@master ~]# yum -y remove mysql* #为避免冲突引，卸载已存在的组件
[root@master ~]# yum -y install mariadb mariadb-server
[root@master ~]# systemctl start mariadb.service
注意：以上操作在Slave主机上也需要执行。
3.2 初始化MySQL
[root@master ~]# mysql_secure_installation #设置root密码
[root@master ~]# systemctl restart mariadb.service
注意：以上操作在Slave主机上也需要执行。
四 配置MySQL半同步
4.1 加载插件
[root@master ~]# ll /usr/lib64/mysql/plugin/ #查看插件
[root@master ~]# mysql -uroot -p
Enter password:
MariaDB [(none)]> install plugin rpl_semi_sync_master soname 'semisync_master.so';
MariaDB [(none)]> install plugin rpl_semi_sync_slave soname 'semisync_slave.so';
提示：为考虑可能出现的主从切换，需要在主从节点均添加master和slave插件。
MariaDB [(none)]> select * from information_schema.plugins where plugin_name like '%semi%'\G #查看加载情况
提示：主备节点都需要加载。
4.2 配置半同步复制
4.2.1 master my.cf配置
[root@master ~]# vi /etc/my.cnf
[mysqld]
……
server-id=1 #设置主服务器master的id
log-bin=mysql-bin #配置二进制变更日志命名格式
plugin-load=rpl_semi_sync_master=semisync_master.so
rpl_semi_sync_master_enabled=1
rpl_semi_sync_master_timeout=1000
4.2.2 slave my.cf配置
[root@slave ~]# vi /etc/my.cnf
[mysqld]
……
server-id=2 #设置本服务器slave的id
log-bin=mysql-bin #配置二进制变更日志命名格式
plugin-load=rpl_semi_sync_master=semisync_master.so
rpl_semi_sync_master_enabled=1 read-only #设为只读模式，只能从master同步，不能直接写入
4.3 master创建账号并授权
[root@master ~] mysql -uroot -p
Enter password:
MariaDB [(none)]> grant replication slave on *.* to 'repl_user'@'192.168.88.101' identified by 'x12345678';
MariaDB [(none)]> grant replication slave on *.* to 'repl_user'@'slave.yewu.com' identified by 'x12345678';
MariaDB [(none)]> grant all privileges on *.* to 'root'@'192.168.88.%' identified by 'x120952576' with grant option;
MariaDB [(none)]> grant all privileges on *.* to 'root'@'slave.yewu.com' identified by 'x120952576';
MariaDB [(none)]> flush privileges;
MariaDB [(none)]> select host, user from mysql.user; #查看权限
[root@master ~]# systemctl restart mariadb.service
[root@master ~]# mysql -uroot -p
Enter password:
MariaDB [(none)]> show master status;
master：
file：mysql-bin.000001
position：245
提示：主备模式中，仅需要主库授权从库复制即可。
4.4 slave创建账号并授权
[root@slave ~] mysql -uroot -p
Enter password:
MariaDB [(none)]> grant replication slave on *.* to 'repl_user'@'192.168.88.100' identified by 'x12345678';
MariaDB [(none)]> grant replication slave on *.* to 'repl_user'@'master.yewu.com' identified by 'x12345678';
MariaDB [(none)]> grant all privileges on *.* to 'root'@'192.168.88.%' identified by 'x120952576' with grant option;
MariaDB [(none)]> grant all privileges on *.* to 'root'@'master.yewu.com' identified by 'x120952576' with grant option;
MariaDB [(none)]> select host, user from mysql.user; #查看权限
[root@master ~]# systemctl restart mariadb.service
[root@master ~]# mysql -uroot -p
Enter password:
MariaDB [(none)]> show master status;
master：
file：mysql-bin.000001
position：245
提示：主备模式中，仅需要主库授权从库复制即可。
4.4 启动同步
[root@slave ~]# systemctl restart mariadb.service
[root@slave ~]# mysql -uroot -p
Enter password:
MariaDB [(none)]> change master to master_host='192.168.88.100',
master_user='repl_user',
master_password='x12345678',
master_log_file='mysql-bin.000001',
master_port=3306,
master_log_pos=245;
MariaDB [(none)]> start slave;
MariaDB [(none)]> show slave status\G #查看slave状态
提示：
slave的I/O和SQL线程都已经开始运行，而且Seconds_Behind_Master不再是NULL。日志的位置增加了，意味着一些事件被获取并执行了。如果你在master上进行修改，你可以在slave上看到各种日志文件的位置的变化，同样，你也可以看到数据库中数据的变化；
半同步相关概念见附录一。
五 安装HAProxy
5.1 下载及安装
[root@master ~]# wget http://www.haproxy.org/download/1.9/src/haproxy-1.9.0.tar.gz
[root@master ~]# tar -zxvf haproxy-1.9.0.tar.gz
[root@master ~]# cd haproxy-1.9.0/
[root@master haproxy-1.9.0]# make TARGET=linux3100 CPU=x86_64 PREFIX=/usr/local/haprpxy
#编译uname -r #查看系统内核版本号
[root@master haproxy-1.9.0]# make install PREFIX=/usr/local/haproxy
参数解释：
TARGET=linux3100：内核版本，使用uname -r可查看内核。
5.2 创建HAProxy相关配置文件
[root@master ~]# mkdir /usr/local/haproxy/conf #创建配置文件目录
[root@master ~]# mkdir -p /etc/haproxy #创建配置文件目录
[root@master ~]# touch /usr/local/haproxy/haproxy.cfg #创建配置文件
[root@master ~]# ln -s /usr/local/haproxy/conf/haproxy.cfg /etc/haproxy/haproxy.cfg #添加配置文件软连接
[root@master ~]# cp -r /root/haproxy-1.9.0/examples/errorfiles /usr/local/haproxy/errorfiles #拷贝错误页面
[root@master ~]# ln -s /usr/local/haproxy/errorfiles /etc/haproxy/errorfiles
#添加软连接
[root@master ~]# mkdir -p /usr/local/haproxy/log #创建日志文件目录
[root@master ~]# touch /usr/local/haproxy/log/haproxy.log #创建日志文件目录
[root@master ~]# ln -s /usr/local/haproxy/log/haproxy.log /var/log/haproxy.log
#添加软连接
[root@master ~]# cp /usr/local/haproxy/sbin/haproxy /usr/sbin/ #拷贝HAProxy命令
[root@master ~]# cp /root/haproxy-1.7.9/examples/haproxy.init /etc/rc.d/init.d/haproxy
#拷贝开机启动文件
[root@master ~]# chmod u+x /etc/rc.d/init.d/haproxy #添加脚本执行权限
[root@master ~]# chkconfig haproxy on #设置开机启动
六 配置HAProxy
6.1 配置master的HAProxy
[root@master ~]# vi /etc/haproxy/haproxy.cfg
global
log 127.0.0.1 local2 # 日志定义级别
chroot /usr/local/haproxy # 当前工作目录
pidfile /var/run/haproxy.pid # 进程id
maxconn 4000 # 最大连接数
user haproxy # 运行改程序的用户
group haproxy
daemon # 后台形式运行
stats socket /usr/local/haproxy/stats defaults
mode tcp # haproxy运行模式（http | tcp | health）
log global # 采用全局定义的日志
option dontlognull # 不记录健康检查的日志信息
option redispatch # serverId对应的服务器挂掉后,强制定向到其他健康的服务器
retries 3 # 三次连接失败则服务器不用
timeout http-request 10s
timeout queue 1m
timeout client 1m # 客户端超时
timeout server 1m # 服务器超时
timeout http-keep-alive 10s
timeout check 10s # 心跳检测
maxconn 600 # 最大连接数 listen stats # 配置haproxy状态页（用来查看的页面）
mode http
bind 0.0.0.0:8888
stats enable
stats refresh 30s #设置统计页面自动刷新的时间
stats uri /stats #设置统计页面url
stats realm Haproxy Manager #设置登录HAProxy统计页面密码框上提示文本
stats auth admin:admin #设置登录HAProxy统计页面用户名和密码设置
#stats hide-version #隐藏统计页面上HAProxy的版本信息
frontend read
bind *:3307 # 监听前端3307端口（表示任何ip访问3307端口都会将数据轮番转发到mysql服务器群组中）
default_backend mysql_read # 后端服务器组名 backend mysql_read
balance roundrobin # 使用轮询方式调度
server mysql1 192.168.88.100:3306 check port 3306 maxconn 300
server mysql2 192.168.88.101:3306 check port 3306 maxconn 300 frontend write
bind *:3308 # 监听前端3308端口（表示任何ip访问3308端口都会将数据轮番转发到mysql服务器群组中）
default_backend mysql_write # 后端服务器组名 backend mysql_write
server mysql1 192.168.88.100:3306 check port 3306 maxconn 300
解释：
更多的HAProxy配置可参考《002.HAProxy安装及常见配置》；
以上配置了两对frontend\backend：
read绑定3307端口接收读请求，其对应的backend为mysql_read，其中定义两个台MySQL服务器，使用轮询策略实现读负载均衡。
write绑定3308端口接收写请求，其对应的backend为mysql_write，其中只定义MySQL Master，即只有它接收写请求。
6.2 配置slave的HAProxy
[root@slave ~]# vi /etc/haproxy/haproxy.cfg
global
log 127.0.0.1 local2 # 日志定义级别
chroot /usr/local/haproxy # 当前工作目录
pidfile /var/run/haproxy.pid # 进程id
maxconn 4000 # 最大连接数
user haproxy # 运行改程序的用户
group haproxy
daemon # 后台形式运行
stats socket /usr/local/haproxy/stats defaults
mode tcp # haproxy运行模式（http | tcp | health）
log global # 采用全局定义的日志
option dontlognull # 不记录健康检查的日志信息
option redispatch # serverId对应的服务器挂掉后,强制定向到其他健康的服务器
retries 3 # 三次连接失败则服务器不用
timeout http-request 10s
timeout queue 1m
timeout client 1m # 客户端超时
timeout server 1m # 服务器超时
timeout http-keep-alive 10s
timeout check 10s # 心跳检测
maxconn 600 # 最大连接数 listen stats # 配置haproxy状态页（用来查看的页面）
mode http
bind 0.0.0.0:8888
stats enable
stats refresh 30s #设置统计页面自动刷新的时间
stats uri /stats #设置统计页面url
stats realm Haproxy Manager #设置登录HAProxy统计页面密码框上提示文本
stats auth admin:admin #设置登录HAProxy统计页面用户名和密码设置
#stats hide-version #隐藏统计页面上HAProxy的版本信息
frontend read
bind *:3307 # 监听前端3307端口（表示任何ip访问3307端口都会将数据轮番转发到mysql服务器群组中）
default_backend mysql_read # 后端服务器组名 backend mysql_read
balance roundrobin # 使用轮询方式调度
server mysql1 192.168.88.100:3306 check port 3306 maxconn 300
server mysql2 192.168.88.101:3306 check port 3306 maxconn 300 frontend write
bind *:3308 # 监听前端3308端口（表示任何ip访问3308端口都会将数据轮番转发到mysql服务器群组中）
default_backend mysql_write # 后端服务器组名 backend mysql_write
server mysql1 192.168.88.101:3306 check port 3306 maxconn 300
解释：
更多的HAProxy配置可参考《002.HAProxy安装及常见配置》；
以上配置了两对frontend\backend：
read绑定3307端口接收读请求，其对应的backend为mysql_read，其中定义两个台MySQL服务器，使用轮询策略实现读负载均衡。
write绑定3308端口接收写请求，其对应的backend为mysql_write，其中定义当服务切换到Slave上时，接收读写请求的只有192.168.88.101这台主机。
七 安装Heartbeat
略，见《002.Heartbeat部署及httpd高可用》中的Heartbeat安装部分。
提示：相关安装及主机名等准备步骤参考《002.Heartbeat部署及httpd高可用》即可。
八 配置Heartbeat
8.1 配置authkeys
[root@master ~]# vi /usr/local/heartbeat/etc/ha.d/authkeys
auth 3
3 md5 Yes!
8.2 配置Heartbeat
[root@master ~]# vi /usr/local/heartbeat/etc/ha.d/ha.cf
logfile /var/log/ha-log #记录Heartbeat其他相关日志信息
logfacility local0 #设置heartbeat的日志,这里用的是系统日志
keepalive 2 #设定心跳(监测)时间间隔为2秒
deadtime 15 #宣告死亡时间
warntime 10 #心跳延时时间
initdead 60 #初始化时间
udpport 694 #用于通信的UDP端口
bcast eth1 #接受广播心跳的网卡接口
ucast eth1 192.168.77.101 #置对方机器心跳检测的IP
auto_failback off #关闭自动切回恢复正常的主节点
node master.yewu.com #集群节点的名称，必须匹配uname -n的结果。
node slave.yewu.com
ping 192.168.88.1
respawn hacluster /usr/local/heartbeat/libexec/heartbeat/ipfail
注意： 主机和备机之间进行心跳检测，当备机无法检测到主机的心跳，则开启vip；
如果主机和备机都没有挂掉，由于通信问题导致相互无法连接，则会出现裂脑，即主备都对外声明了vip，导致数据出现故障 ，因此建议主机和备机间应该采用专门只是用于检测心跳的网卡（网络），其他数据（业务）网络应该独立于此心跳网络。
8.3 配置主备切换
[root@master ~]# vi /root/remove_slave.sh
#!/bin/sh
#****************************************************************#
# ScriptName: remove_slave.sh
# Author: xhy
# Create Date: 2018-12-22 09:58
# Modify Author: xhy
# Modify Date: 2018-12-22 09:58
# Version:
#***************************************************************#
user=root
password=x120952576
log=/var/log/mariadb/remove_slave.log
echo "`date`" >> $log
rm -rf /tmp/kill.sql
mysql -u$user -p$password -e "select * into outfile '/tmp/kill.sql' from (select concat('kill ',id,';') from information_schema.processlist where command='sleep' union all select 'set global read_o
nly=OFF;' union all select 'stop slave;' union all select 'reset slave all;') t;"
mysql -u$user -p$password < /tmp/kill.sql >> $log
/bin/sed -i 's#read-only#\#read-only#' /etc/my.cnf
提示：对于CentOS7.X系统。MariaDB出于安全性考虑，不允许直接使用into outfile将sql语句输出至文件目录，而是采用文件目录的子目录，如/tmp/kill.sql会输出至/tmp/systemd-private-1……/tmp/kill.sql。可参考如下方式关闭安全保护：
# vi /usr/lib/systemd/system/mariadb.service
#PrivateTmp=true
PrivateTmp=false
# systemctl daemon-reload
# systemctl restart mariadb.service
[root@master ~]# chmod 755 /root/remove_slave.sh
[root@master ~]# scp /root/remove_slave.sh root@192.168.88.101:/root/
8.4 添加MySQL健康检查
[root@master ~]# vi mysql_check.sh
#!/bin/sh
#****************************************************************#
# ScriptName: mysql_check.sh
# Author: xhy
# Create Date: 2018-12-20 16:40
# Modify Author: xhy
# Modify Date: 2018-12-20 16:40
# Version:
#***************************************************************#
MYSQL=/usr/bin/mysql
MYSQL_HOST=localhost
MYSQL_USER=root
MYSQL_PASSWORD=x120952576
date=`date +%y%m%d-%H:%M:`
echo $date
$MYSQL -h $MYSQL_HOST -u $MYSQL_USER -p$MYSQL_PASSWORD -e "show status;" >/dev/null 2>&1
#$mysqlclient --host=$host --port=$port--user=$user --password=$password -e"show databases;" > /dev/null 2>&1
if [ $? == 0 ]
then
echo " $host mysql login successfully "
exit 0
else
echo " $host mysql login faild"
/etc/init.d/heartbeat stop
exit 2
fi
[root@master ~]# chmod 755 /root/mysql_check.sh
[root@master ~]# scp /root/mysql_check.sh root@192.168.88.101:/root/
[root@master ~]# crontab -e #定时任务
*/1 * * * * /root/mysql_check.sh >>/var/log/mariadb/check_mysql.log
[root@slave ~]# crontab -e #定时任务
*/1 * * * * /root/mysql_check.sh >>/var/log/mariadb/check_mysql.log
提示：heartbeat只检测心跳，即可检测设备是否宕机,然后宕机后进行切换，而不会检测上层应用，如MySQL。可手动写入一个脚本检测服务状态，如MySQL。若mysql服务宕掉，则kill掉heartbeat进程从而实现故障转移(类似keepalived)。
8.5 配置haresources
root@master ~]# vi /usr/local/heartbeat/etc/ha.d/resource.d/changemysql
/root/remove_slave.sh
/etc/init.d/haproxy restart
[root@master ~]# chmod 755 /usr/local/heartbeat/etc/ha.d/resource.d/changemysql
[root@master ~]# ll /usr/local/heartbeat/etc/ha.d/resource.d/ #查看现有资源类型
[root@master ~]# vi /usr/local/heartbeat/etc/ha.d/haresources
master.yewu.com IPaddr::192.168.88.88/24/eth0 mariadb changemysql
[root@master ~]# scp /usr/local/heartbeat/etc/ha.d/{ha.cf,haresources,authkeys} 192.168.88.101:/usr/local/heartbeat/etc/ha.d/ #将所有配置复制至slave节点
[root@master ~]# scp /usr/local/heartbeat/etc/ha.d/resource.d/changemysql root@192.168.88.101:/usr/local/heartbeat/etc/ha.d/resource.d/
[root@slave ~]# vi /usr/local/heartbeat/etc/ha.d/ha.cf
ucast eth1 192.168.77.100 #置对方机器心跳检测的IP
解释：haresources中配置mariadb和changemysql，默认Heartbeat会从优先从/usr/local/heartbeat/etc/ha.d/resource.d/查找同名脚本运行，若有相应资源需要启动可复制至此目录，然后会从/etc/init.d/目录下找同名（即MariaDB）运行，由于本架构采用CentOS7.X系统，需要将已编辑完成的mariadb启动脚本（见附件）上传至/etc/init.d/目录；
changemysql脚本用于Heartbeat实现HAProxy的切换及MySQL的主备切换。
九 启动服务
9.1 启动Heartbeat
在此场景中，两个主机的heartbeat服务的启动必须符合顺序，要先启动192.168.88.101，再启动,192.168.88.100。
若顺序相反，则当192.168.88.100获得VIP资源，会执行本地的mysql脚本，这时将会调用/root/remove_slave.sh，重置192.168.88.100在MySQL主从中master角色，导致192.168.88.100转换为slave节点，而VIP却依旧存在于192.168.88.100。此时若外界访问VIP（即访问RS：192.168.88.100），若采用的是写，会导致写入从角色。
必须先后在192.168.88.101好192.168.88.100上执行以下命令：
[root@slave ~]# systemctl start heartbeat.service
[root@slave ~]# systemctl enable heartbeat.service
[root@master ~]# service haproxy start
[root@master ~]# systemctl start heartbeat.service
[root@master ~]# systemctl enable heartbeat.service
十 验证服务
10.1 验证VIP
[root@master ~]# ifconfig
10.2 验证进程
[root@master ~]# ps -ef | grep -E 'heartbeat|haproxy' | grep -v grep
提示：192.168.88.100上有heartbeat、haproxy相关进程，以及mysql_check定时任务。
[root@slave ~]# ps -ef | grep -E 'heartbeat|haproxy' | grep -v grep
提示：192.168.88.100上有heartbeat相关进程，以及mysql_check定时任务。
十一 功能测试
11.1 验证3307端口的读负载均衡转发策略
[root@localhost ~]# mysql -uroot -px120952576 -P3307 -h192.168.88.88 -e "show variables like 'server_id'"
11.2 验证3308端口的读负载均衡转发策略
[root@localhost ~]# mysql -uroot -px120952576 -P3308 -h192.168.88.88 -e "show variables like 'server_id'"
11.3 模拟从库crash
[root@slave ~]# pkill -9 mysqld
[root@localhost ~]# mysql -uroot -px120952576 -P3307 -h192.168.88.88 -e "show variables like 'server_id'"
[root@localhost ~]# mysql -uroot -px120952576 -P3308 -h192.168.88.88 -e "show variables like 'server_id'"
[root@slave ~]# systemctl start mariadb.service #重启从库
[root@localhost ~]# mysql -uroot -px120952576 -P3307 -h192.168.88.88 -e "show variables like 'server_id'" #再次验证3307端口的读负载均衡转发策略
11.4 模拟主库crash
[root@master ~]# pkill -9 mysqld
[root@localhost ~]# mysql -uroot -px120952576 -P3308 -h192.168.88.88 -e "show variables like 'server_id'"
[root@localhost ~]# mysql -uroot -px120952576 -P3307 -h192.168.88.88 -e "show variables like 'server_id'"
高可用原理梳理：
正常情况下，对VIP读（即3307）会被均衡分布到后端192.168.88.100和192.168.88.101，对VIP写（3308）只会转发给192.168.88.100，此功能为HAProxy设置的后端侧露实现；
当192.168.88.101的MySQL crash时（即从库），VIP位于192.168.88.100，对VIP的读（3307）和写（3308），只会分发至192.168.88.100（即主库）；
当192.168.88.100的MySQL crash时（即主库），由于定时任务check_mysql脚本会自动检测到MySQL异常，从而出发Heartbeat停止，于是VIP随之偏移至192.168.88.101（即从库）。此时对VIP的读（3307）和写（3308），只会分发至192.168.88.101（即新的主库）。
附录一：半同步复制概念
异步复制（Asynchronous replication）：MySQL默认的复制机制，指主库在执行完客户端提交的事务后会立即将结果返给给客户端，并不确保从库是否已经接收并处理。此机制存在一个可能的问题，若主库crash掉了，此时主库上已经提交的事务可能并没有复制到从库中，如果此时，强行将从提升为主，可能导致新主上的数据不完整。
全同步复制（Fully synchronous replication）：指当主库执行完一个事务，所有的从库都执行了该事务才返回给客户端。此机制因为需要等待所有从库执行完该事务才能返回，所以全同步复制的性能必然会收到一定影响。
半同步复制（Semisynchronous replication）：介于异步复制和全同步复制之间，主库在执行完客户端提交的事务后不是立刻返回给客户端，而是等待至少一个从库接收到并写到relay log中才返回给客户端。相对于异步复制，半同步复制提高了数据的安全性，但它也造成了一定程度的延迟，这个延迟最少是一个TCP/IP往返的时间，建议半同步复制最好在低延时的网络中使用。
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