MySQL高可用与集群之：`MySQL`的`Failover`和`Switchover`：其在故障切换中的自动化实现。 - 智猿学院-前后端，数据库，人工智能，云计算等领域前沿技术讲座

好的，下面是关于MySQL高可用与集群中Failover和Switchover及其自动化实现的技术讲座文章：

MySQL高可用与集群之：Failover和Switchover：故障切换的自动化实现

大家好，今天我们来深入探讨MySQL高可用架构中的两个核心概念：Failover和Switchover，以及如何实现它们的自动化。理解这两个概念对于构建健壮、可靠的MySQL集群至关重要。

1. Failover和Switchover的概念与区别

首先，我们来明确Failover和Switchover的区别。它们都是为了在主节点出现问题时，保证MySQL服务能够持续运行而采取的措施，但触发条件和处理方式有所不同。

特性	Failover	Switchover
触发条件	主节点意外故障 (例如：宕机、网络中断)	主节点计划内维护 (例如：版本升级、硬件更换)
切换过程	自动触发，通常涉及数据一致性校验和潜在的数据丢失	手动或半自动触发，数据一致性更有保障
目标	尽快恢复服务，牺牲部分数据一致性可能	平滑切换，尽量保证数据零丢失
关注点	快速恢复时间 (RTO – Recovery Time Objective)	数据一致性 (RPO – Recovery Point Objective)

简单来说：

Failover (故障切换): 是在主节点突然失效的情况下，自动将一个备节点提升为新的主节点的过程。它的核心目标是尽快恢复服务，因此可能会牺牲一定程度的数据一致性。
Switchover (切换): 是在主节点正常运行的情况下，有计划地将角色从当前主节点切换到备节点的过程。它的核心目标是保持数据一致性，并尽可能减少停机时间。

2. Failover的自动化实现

Failover的自动化实现通常依赖于以下几个关键组件：

监控系统: 用于实时监控主节点的状态，例如使用ping、MySQL的连接状态、或者更复杂的自定义健康检查脚本。
代理/负载均衡: 例如ProxySQL、HAProxy，用于将客户端的连接请求转发到当前的主节点。在Failover发生时，代理需要能够自动更新其配置，将请求转发到新的主节点。
集群管理工具: 例如MHA (Master High Availability Manager)、Orchestrator、Galera Cluster，负责在检测到主节点故障后，自动执行Failover流程，包括提升备节点、更新代理配置等。
数据同步机制: 例如MySQL Replication、Group Replication，用于将主节点的数据同步到备节点，保证备节点在提升为主节点后，拥有尽可能完整的数据。

下面我们以一个简化的例子，演示如何使用MHA实现Failover的自动化。

2.1 MHA (Master High Availability Manager)

MHA是一个开源的MySQL高可用解决方案，它能够自动检测主节点故障，并执行Failover操作。

2.1.1 MHA架构

MHA主要包含两个组件：

MHA Manager: 运行在独立的服务器上，负责监控MySQL集群的状态，并在主节点故障时执行Failover。
MHA Node: 运行在每台MySQL服务器上，负责执行MHA Manager发送的指令，例如关闭MySQL服务、应用relay log等。

2.1.2 MHA配置

首先，我们需要安装MHA Manager和MHA Node。这里以Debian/Ubuntu为例：

sudo apt-get update
sudo apt-get install mha4mysql-manager mha4mysql-node

安装完成后，我们需要配置MHA Manager。创建一个配置文件/etc/mha4mysql/app1.cnf，内容如下：

[server default]
user=mha_user
password=mha_password
manager_log=/var/log/mha/app1/manager.log
remote_command=ssh -o "StrictHostKeyChecking no"
ssh_user=mha_user

[server1]
host=mysql_master_ip
port=3306
candidate_master=1  # 表示该节点可以被提升为新的主节点

[server2]
host=mysql_slave1_ip
port=3306
candidate_master=1

[server3]
host=mysql_slave2_ip
port=3306
candidate_master=1

解释：

user和password: MHA Manager连接MySQL服务器的用户名和密码。
manager_log: MHA Manager的日志文件路径。
remote_command: 执行远程命令的方式，这里使用SSH。
ssh_user: SSH连接MySQL服务器的用户名。
host: MySQL服务器的IP地址。
port: MySQL服务器的端口号。
candidate_master: 表示该节点是否可以被提升为新的主节点。

接下来，我们需要在每台MySQL服务器上创建一个MHA用户，并授予相应的权限：

CREATE USER 'mha_user'@'%' IDENTIFIED BY 'mha_password';
GRANT REPLICATION SLAVE, REPLICATION CLIENT, SUPER ON *.* TO 'mha_user'@'%';
GRANT SELECT ON mysql.slave_master_info TO 'mha_user'@'%';
GRANT SELECT ON mysql.slave_relay_log_info TO 'mha_user'@'%';
FLUSH PRIVILEGES;

确保MHA用户可以通过SSH无密码登录到每台MySQL服务器。可以使用ssh-keygen生成密钥对，并将公钥添加到每台MySQL服务器的~/.ssh/authorized_keys文件中。

2.1.3 MHA Failover测试

配置完成后，我们可以使用以下命令测试MHA的Failover功能：

masterha_check_ssh --conf=/etc/mha4mysql/app1.cnf  # 检查SSH连接是否正常
masterha_check_repl --conf=/etc/mha4mysql/app1.cnf # 检查复制状态是否正常
masterha_manager --conf=/etc/mha4mysql/app1.cnf --wait_on_failover=60 # 启动MHA Manager

然后，我们可以模拟主节点故障，例如使用sudo systemctl stop mysql停止主节点的MySQL服务。MHA Manager会自动检测到故障，并执行Failover操作，将一个备节点提升为新的主节点。

2.2 ProxySQL的自动配置更新

在Failover发生后，我们需要更新ProxySQL的配置，将客户端的请求转发到新的主节点。MHA提供了一个--script选项，可以在Failover完成后，自动执行指定的脚本。

例如，我们可以创建一个脚本/usr/local/bin/update_proxysql.sh，内容如下：

#!/bin/bash

NEW_MASTER_HOST=$1
PROXYSQL_ADMIN_USER="admin"
PROXYSQL_ADMIN_PASSWORD="admin_password"
PROXYSQL_HOST="proxysql_ip"
PROXYSQL_PORT="6032"

mysql -u$PROXYSQL_ADMIN_USER -p$PROXYSQL_ADMIN_PASSWORD -h$PROXYSQL_HOST -P$PROXYSQL_PORT -e "
    UPDATE mysql_servers SET hostgroup_id=1 WHERE hostgroup_id=0;
    UPDATE mysql_servers SET hostgroup_id=0 WHERE host='$NEW_MASTER_HOST';
    LOAD MYSQL SERVERS TO RUNTIME;
    SAVE MYSQL SERVERS TO DISK;
"

解释：

NEW_MASTER_HOST: 新的主节点的IP地址，MHA Manager会自动将其作为参数传递给脚本。
PROXYSQL_ADMIN_USER和PROXYSQL_ADMIN_PASSWORD: ProxySQL的管理员用户名和密码。
PROXYSQL_HOST和PROXYSQL_PORT: ProxySQL的IP地址和端口号。
SQL语句：将原主机的hostgroup_id设置为1，新的主机设置为0，表示新的主机是可写的。

然后，我们需要修改MHA的配置文件/etc/mha4mysql/app1.cnf，添加--script选项：

[server default]
user=mha_user
password=mha_password
manager_log=/var/log/mha/app1/manager.log
remote_command=ssh -o "StrictHostKeyChecking no"
ssh_user=mha_user
script=/usr/local/bin/update_proxysql.sh

[server1]
host=mysql_master_ip
port=3306
candidate_master=1

[server2]
host=mysql_slave1_ip
port=3306
candidate_master=1

[server3]
host=mysql_slave2_ip
port=3306
candidate_master=1

这样，在Failover完成后，MHA Manager会自动执行/usr/local/bin/update_proxysql.sh脚本，更新ProxySQL的配置。

3. Switchover的自动化实现

Switchover的自动化实现相对简单，通常只需要执行以下步骤：

停止向主节点写入数据: 可以暂时关闭应用程序的写操作，或者使用FLUSH TABLES WITH READ LOCK命令锁定所有表。
等待数据同步完成: 确保备节点已经完全同步了主节点的数据。可以使用SHOW SLAVE STATUS命令检查Seconds_Behind_Master是否为0。
将备节点提升为主节点: 执行STOP SLAVE; RESET SLAVE ALL;命令停止备节点的复制，然后修改应用程序的连接配置，将其指向新的主节点。
将原主节点降级为备节点: 修改原主节点的配置文件，将其配置为新的备节点，并启动复制。
恢复向主节点写入数据: 重新启用应用程序的写操作，或者使用UNLOCK TABLES命令解锁所有表。

虽然Switchover可以手动执行，但也可以通过编写脚本来实现自动化。例如，可以使用Ansible、Puppet等自动化工具，定义Switchover的流程，并自动执行。

3.1 Ansible示例

以下是一个简单的Ansible playbook，用于实现MySQL的Switchover：

---
- hosts: mysql_master
  tasks:
    - name: Flush tables with read lock
      mysql_query:
        login_user: root
        login_password: root_password
        query: FLUSH TABLES WITH READ LOCK;
      register: flush_result

    - name: Check seconds behind master
      mysql_query:
        login_user: root
        login_password: root_password
        query: SHOW SLAVE STATUSG
      register: slave_status
      until: slave_status.stdout.find("Seconds_Behind_Master: 0") != -1
      retries: 30
      delay: 10

- hosts: mysql_slave
  tasks:
    - name: Stop slave
      mysql_query:
        login_user: root
        login_password: root_password
        query: STOP SLAVE; RESET SLAVE ALL;

    - name: Change master to
      mysql_replication:
        login_user: root
        login_password: root_password
        master_host: "{{ groups['mysql_master'][0] }}"
        master_port: 3306
        slave_user: repl_user
        slave_password: repl_password
        replicate_from: "{{ groups['mysql_master'][0] }}"

- hosts: mysql_master
  tasks:
    - name: Unlock tables
      mysql_query:
        login_user: root
        login_password: root_password
        query: UNLOCK TABLES;
      when: flush_result.changed

解释：

hosts: mysql_master: 指定在主节点上执行的任务。
hosts: mysql_slave: 指定在备节点上执行的任务。
mysql_query: 执行MySQL查询的模块。
mysql_replication: 配置MySQL复制的模块。
until: 循环执行任务，直到满足条件为止。
retries和delay: 指定重试次数和重试间隔。
when: 指定任务执行的条件。

4. 数据一致性考虑

无论是Failover还是Switchover，数据一致性都是一个重要的考虑因素。

Failover: 由于Failover是在主节点意外故障的情况下发生的，因此可能会导致数据丢失。为了尽量减少数据丢失，可以使用半同步复制 (Semi-Synchronous Replication) 或者Group Replication。
Switchover: 由于Switchover是在主节点正常运行的情况下发生的，因此可以尽量保证数据一致性。可以通过等待数据同步完成，或者使用GTID (Global Transaction Identifier)来保证数据一致性。

5. 总结

Failover和Switchover是MySQL高可用架构中的两个重要组成部分。Failover用于在主节点意外故障时快速恢复服务，而Switchover用于在主节点计划内维护时平滑切换。通过使用MHA、ProxySQL、Ansible等工具，我们可以实现Failover和Switchover的自动化，提高MySQL集群的可用性和可靠性。

6. 架构选择，要结合实际

Failover和Switchover的实现方式有很多种，选择哪种方式取决于具体的应用场景和需求。需要综合考虑数据一致性、恢复时间、成本等因素，选择最适合自己的解决方案。

7. 监控告警，不可或缺

完善的监控和告警系统是高可用架构的基础。我们需要实时监控MySQL集群的状态，并在出现问题时及时告警，以便能够快速响应和处理。

8. 持续演练，熟能生巧

定期进行Failover和Switchover演练，可以帮助我们熟悉流程，发现潜在问题，并不断优化我们的高可用架构。

希望今天的分享对大家有所帮助，谢谢！

MySQL高可用与集群之：Failover和Switchover：故障切换的自动化实现

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