MySQL高级讲座篇之：如何设计一个基于`Galera Cluster`的无单点故障集群？

各位观众老爷们，晚上好！我是你们今晚的MySQL讲师，咱们今天不聊源码八卦，专啃硬骨头，聊聊如何打造一个坚如磐石，刀枪不入，没了谁地球都照常转的MySQL Galera Cluster 集群。

先说清楚，今天讲的是“无单点故障”，不是绝对意义上的“永生不死”。 毕竟，理论上讲，太阳系毁灭了，集群也得跟着凉凉。 但在可接受的范围内，我们要让这个集群尽可能皮实，能扛住各种突发情况。

一、Galera Cluster 是个什么玩意儿？

Galera Cluster 简单来说，就是一个多主复制（Multi-Master Replication）的解决方案。 传统的MySQL主从复制，主挂了，就得手动切换，费时费力。 Galera不一样，每个节点都可以读写，数据实时同步，某个节点挂了，应用可以自动切换到其他节点，基本无感。

想象一下：你有三台服务器，分别叫 node1, node2, node3。 它们都安装了MySQL，并且组成了Galera Cluster。 你往node1里插入一条数据，这条数据会立刻同步到node2和node3。 如果node1突然宕机了，你的应用可以立刻连接到node2或者node3，继续愉快地工作，完全不用担心数据丢失。

二、设计理念：不仅仅是安装

很多人觉得Galera Cluster就是装几个MySQL，改几个配置那么简单。 图样图森破！ 要想打造一个真正的无单点故障集群，需要从架构、硬件、网络、监控、备份、容灾等多个维度进行考虑。

1. 硬件选型：别省那点钱！

服务器配置越高越好？ 不一定。 关键在于均衡。 CPU、内存、磁盘IO，都要匹配。 比如，CPU太弱，同步数据慢； 内存太小，扛不住高并发； 磁盘IO不行，写入速度慢。

• CPU: 至少8核，主频越高越好。
• 内存: 至少16GB，推荐32GB或更高。
• 磁盘: SSD是王道！ IOPS越高越好。 RAID10可以考虑，兼顾性能和冗余。

2. 网络：高速公路，畅通无阻

Galera Cluster 对网络要求非常高。 节点之间需要高速、低延迟的网络连接。

• 带宽: 至少千兆，推荐万兆。
• 延迟: 越低越好。 同机房最佳，跨机房延迟是噩梦。
• 专用网络: 强烈建议使用专用网络，避免与其他业务争抢带宽。

3. 架构设计：三节点起步，多多益善？

• 节点数量: 至少3个节点。 为什么？ 2个节点会遇到“脑裂”问题，谁说了算？ 3个节点可以投票，少数服从多数。 奇数个节点更好，可以避免平票。
• 节点分布: 尽量分散在不同的物理机房或者可用区，避免单点故障。
• 负载均衡: 使用HAProxy或者Keepalived等负载均衡器，将读写请求分发到不同的节点。

三、实战演练：手把手教你搭建

假设我们有三台服务器，IP地址分别是：

• node1: 192.168.1.101
• node2: 192.168.1.102
• node3: 192.168.1.103

1. 安装MySQL (以CentOS 7为例)

# 安装MySQL Yum Repository
sudo yum install -y https://dev.mysql.com/get/mysql80-community-release-el7-3.noarch.rpm

# 安装MySQL Server
sudo yum install -y mysql-community-server

2. 安装Galera Cluster

# 安装Galera Cluster
sudo yum install -y galera mariadb-wsrep-galera-server

3. 配置MySQL (所有节点)

修改 /etc/my.cnf.d/server.cnf 文件 (路径可能略有不同，取决于你的MySQL版本):

[mysqld]
binlog_format=ROW
default_storage_engine=InnoDB
innodb_autoinc_lock_mode=2
bind-address=0.0.0.0  # 允许所有IP连接，生产环境请限制IP
wsrep_on=ON
wsrep_cluster_name=galera_cluster  # 集群名称，所有节点必须一致
wsrep_cluster_address="gcomm://192.168.1.101,192.168.1.102,192.168.1.103"  # 集群节点IP地址
wsrep_node_address=@@SERVER_IP@@  # 当前节点IP地址，需要替换成实际IP
wsrep_node_name=@@SERVER_HOSTNAME@@  # 当前节点主机名，需要替换成实际主机名
wsrep_sst_method=rsync  # SST方法，建议使用rsync或者xtrabackup
wsrep_provider=/usr/lib64/galera/libgalera_smm.so  # Galera Provider路径
innodb_flush_log_at_trx_commit=1  # 确保数据一致性

注意：

• @@SERVER_IP@@ 和 @@SERVER_HOSTNAME@@ 需要替换成实际的IP地址和主机名。
• wsrep_sst_method 是State Snapshot Transfer的方法，用于新节点加入集群时的数据同步。 rsync 简单易用，但是速度较慢。 xtrabackup 速度快，但是需要安装Percona XtraBackup。
• innodb_flush_log_at_trx_commit=1 确保数据一致性，但是会降低性能。 在对数据一致性要求不高的场景下，可以考虑设置为2，提高性能。

4. 启动集群 (只在一个节点上执行)

在第一个节点 (比如 node1) 上执行：

sudo systemctl stop mysql
sudo galera_new_cluster
sudo systemctl start mysql

5. 启动其他节点 (在其他节点上执行)

在其他节点 (比如 node2 和 node3) 上执行：

sudo systemctl start mysql

6. 验证集群状态

连接到任意一个节点，执行以下SQL语句：

SHOW STATUS LIKE 'wsrep%';

关注以下几个关键参数：

• wsrep_cluster_size: 集群节点数量，应该等于3
• wsrep_cluster_status: 集群状态，应该是 Primary
• wsrep_ready: 节点状态，应该是 ON

四、高可用架构：负载均衡，自动切换

仅仅搭建一个Galera Cluster 还不够，还需要一个负载均衡器，将读写请求分发到不同的节点，并且在节点宕机时自动切换。

1. HAProxy

HAProxy是一个高性能的TCP/HTTP负载均衡器。 它可以监控后端节点的健康状态，并且自动将请求转发到健康的节点。

安装HAProxy (以CentOS 7为例)

sudo yum install -y haproxy

配置HAProxy

修改 /etc/haproxy/haproxy.cfg 文件：

frontend mysql_frontend
    bind *:3306  # 监听所有IP的3306端口
    mode tcp
    option tcplog
    default_backend mysql_backend

backend mysql_backend
    mode tcp
    balance roundrobin  # 轮询算法
    option tcp-check
    server node1 192.168.1.101:3306 check inter 2000 rise 2 fall 3  # 节点1
    server node2 192.168.1.102:3306 check inter 2000 rise 2 fall 3  # 节点2
    server node3 192.168.1.103:3306 check inter 2000 rise 2 fall 3  # 节点3

注意：

• check inter 2000 rise 2 fall 3 表示每2秒检查一次节点健康状态，连续2次成功认为节点健康，连续3次失败认为节点宕机。
• balance roundrobin 表示使用轮询算法分发请求。 也可以使用其他算法，比如 leastconn (最少连接数)。

启动HAProxy

sudo systemctl start haproxy
sudo systemctl enable haproxy

2. Keepalived

Keepalived是一个VRRP (Virtual Router Redundancy Protocol) 协议的实现。 它可以创建一个虚拟IP地址，并且在主节点宕机时自动切换到备节点。

安装Keepalived (在两台服务器上安装)

sudo yum install -y keepalived

配置Keepalived (Master节点)

修改 /etc/keepalived/keepalived.conf 文件：

! Configuration File for keepalived

global_defs {
    router_id LVS_DEVEL
}

vrrp_script chk_haproxy {
    script "killall -0 haproxy"   # cheaper than pidof
    interval 2                    # check every 2 seconds
    weight 2
}

vrrp_instance VI_1 {
    state MASTER
    interface eth0  # 网卡名称，需要替换成实际网卡名称
    virtual_router_id 51  # VRRP ID，Master和Backup必须一致
    priority 100  # 优先级，Master必须高于Backup
    advert_int 1

    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 1111
    }

    virtual_ipaddress {
        192.168.1.100/24  # 虚拟IP地址
    }

    track_script {
        chk_haproxy
    }
}

配置Keepalived (Backup节点)

修改 /etc/keepalived/keepalived.conf 文件：

! Configuration File for keepalived

global_defs {
    router_id LVS_DEVEL
}

vrrp_script chk_haproxy {
    script "killall -0 haproxy"   # cheaper than pidof
    interval 2                    # check every 2 seconds
    weight 2
}

vrrp_instance VI_1 {
    state BACKUP
    interface eth0  # 网卡名称，需要替换成实际网卡名称
    virtual_router_id 51  # VRRP ID，Master和Backup必须一致
    priority 90  # 优先级，Backup必须低于Master
    advert_int 1

    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 1111
    }

    virtual_ipaddress {
        192.168.1.100/24  # 虚拟IP地址
    }

    track_script {
        chk_haproxy
    }
}

注意：

• interface eth0 需要替换成实际的网卡名称。
• virtual_ipaddress 是虚拟IP地址，客户端连接时应该连接这个IP地址。
• priority 优先级，Master必须高于Backup。
• track_script 监控HAProxy的健康状态，如果HAProxy宕机，Keepalived会切换到Backup节点。

启动Keepalived

sudo systemctl start keepalived
sudo systemctl enable keepalived

五、监控与告警：防患于未然

没有监控的集群，就像没有眼睛的士兵，随时可能掉进坑里。 需要对集群的各个方面进行监控，并且设置告警，及时发现问题。

1. 监控指标

• MySQL:
  • CPU 使用率
  • 内存使用率
  • 磁盘 IO
  • QPS (Queries Per Second)
  • TPS (Transactions Per Second)
  • 连接数
  • Galera Cluster 状态 (wsrep_cluster_size, wsrep_cluster_status, wsrep_ready)
• HAProxy:
  • CPU 使用率
  • 内存使用率
  • 连接数
  • 后端节点健康状态
• 服务器:
  • CPU 使用率
  • 内存使用率
  • 磁盘使用率
  • 网络流量

2. 监控工具

• Prometheus + Grafana: 强大的监控和可视化工具。
• Zabbix: 企业级的监控解决方案。
• Nagios: 老牌的监控工具。

3. 告警方式

• 邮件: 简单易用。
• 短信: 紧急告警。
• 电话: 最高级别的告警。

六、备份与恢复：数据是命根子

即使集群再坚固，也难免遇到意外。 定期备份数据，是保证数据安全的重要手段。

1. 备份策略

• 全量备份: 定期进行全量备份，比如每周一次。
• 增量备份: 每天进行增量备份，只备份自上次全量备份以来修改的数据。

2. 备份工具

• mysqldump: MySQL自带的备份工具，简单易用。
• Percona XtraBackup: 高性能的备份工具，支持在线备份。

3. 备份存储

• 本地磁盘: 速度快，但是存在单点故障风险。
• 远程存储: 安全性高，但是速度较慢。

七、容灾演练：模拟故障，检验成果

定期进行容灾演练，模拟各种故障场景，检验集群的容灾能力。

1. 模拟场景

• 节点宕机: 模拟某个节点突然宕机。
• 网络故障: 模拟节点之间的网络连接中断。
• 磁盘故障: 模拟某个节点的磁盘损坏。

2. 演练步骤

• 停止节点: 使用 systemctl stop mysql 停止某个节点。
• 断开网络: 使用 iptables 模拟网络连接中断。
• 模拟磁盘损坏: 使用 dd 命令向磁盘写入垃圾数据。

3. 观察结果

• 应用是否正常运行？
• 数据是否丢失？
• 切换时间是否符合预期？

八、总结：无单点故障，任重道远

打造一个无单点故障的Galera Cluster集群，不是一蹴而就的事情，需要从架构、硬件、网络、监控、备份、容灾等多个维度进行考虑。 希望今天的讲座能帮助大家更好地理解Galera Cluster，并且能够应用到实际工作中。

记住，没有银弹！ 只有不断学习，不断实践，才能打造一个真正坚如磐石的MySQL集群。

今天的讲座就到这里，谢谢大家！ 散会！ 别忘了点赞，关注，投币三连哦！ （咳咳，串台了…）