如何利用 `MySQL Shell` 和 `InnoDB Cluster` 实现`高可用`集群的`自动化`管理？

MySQL Shell 与 InnoDB Cluster：自动化高可用集群管理实践

大家好！今天我们来深入探讨如何利用 MySQL Shell 和 InnoDB Cluster 实现高可用集群的自动化管理。InnoDB Cluster 是 MySQL 官方提供的高可用解决方案，而 MySQL Shell 则是一款强大的命令行工具，提供了丰富的 API 和功能，能够极大地简化 InnoDB Cluster 的管理和维护。我们的目标是构建一个能够自动执行诸如集群创建、节点添加、故障转移和升级等操作的系统，从而减少人工干预，提高运维效率。

1. InnoDB Cluster 核心概念回顾

在深入自动化之前，我们先快速回顾一下 InnoDB Cluster 的核心概念：

• Cluster: 由多个 MySQL Server 实例组成的逻辑单元，提供数据一致性和高可用性。
• Group Replication: InnoDB Cluster 的核心技术，基于 Paxos 协议实现数据复制和一致性。
• Primary: 集群中负责处理读写请求的实例。
• Secondary: 集群中只读的实例，用于备份和读扩展。
• MySQL Router: 可选组件，提供读写分离、负载均衡和故障转移功能。

2. MySQL Shell 的自动化基础：JavaScript 和 Python API

MySQL Shell 提供了两种主要的脚本语言 API：JavaScript 和 Python。我们可以使用这两种语言编写脚本，来自动化 InnoDB Cluster 的管理任务。选择哪种语言取决于个人偏好和团队技术栈。本文将主要使用 JavaScript 进行演示，因为它在 MySQL Shell 中是默认语言，且语法相对简洁。

3. 自动化集群创建

创建 InnoDB Cluster 是自动化管理的起点。我们需要编写脚本来完成以下步骤：

1. 连接到集群成员之一（通常是第一个实例）。
2. 检查实例是否满足创建集群的要求。
3. 创建集群对象。
4. 将实例添加到集群中。
5. 验证集群状态。

以下是一个示例 JavaScript 脚本，用于自动化创建 InnoDB Cluster：

// 连接到第一个 MySQL Server 实例
var clusterUser = 'clusteradmin';
var clusterPassword = 'password';
var instance1 = 'mysql://' + clusterUser + ':' + clusterPassword + '@192.168.1.10:3306';

var session = mysql.getSession(instance1);

// 检查实例是否满足要求
try {
  session.checkInstanceState();
  print("Instance is suitable for cluster creation.");
} catch (e) {
  print("Instance is not suitable for cluster creation: " + e);
  exit(1);
}

// 创建集群对象
var cluster = dba.createCluster('mycluster');

// 将实例添加到集群中
try {
  cluster.addInstance(instance1, { waitReplicas: 3 });
  print("Instance added to the cluster successfully.");
} catch (e) {
  print("Failed to add instance to the cluster: " + e);
  exit(1);
}

// 验证集群状态
var status = cluster.status();
print("Cluster status:");
print(status);

//如果需要关闭auto-rejoin-treshold，可以执行以下代码
//cluster.setOption('autoRejoinTreshold', 0)

// 如果需要设置单主模式
//cluster.setPrimaryInstance('instance_address');

说明:

• mysql.getSession() 函数用于建立与 MySQL Server 实例的连接。
• dba.createCluster() 函数用于创建集群对象，mycluster 是集群的名称。
• cluster.addInstance() 函数用于将实例添加到集群中。waitReplicas: 3 表示等待所有实例都同步完成。
• cluster.status() 函数用于获取集群状态。

4. 自动化节点添加

添加节点是集群扩展的常见需求。以下脚本演示了如何自动化添加节点到 InnoDB Cluster：

// 连接到集群
var clusterUser = 'clusteradmin';
var clusterPassword = 'password';
var cluster = dba.getCluster('mycluster');

// 新节点的连接字符串
var instance2 = 'mysql://' + clusterUser + ':' + clusterPassword + '@192.168.1.11:3306';

// 添加节点
try {
  cluster.addInstance(instance2, { waitReplicas: 3 });
  print("Instance added to the cluster successfully.");
} catch (e) {
  print("Failed to add instance to the cluster: " + e);
  exit(1);
}

// 验证集群状态
var status = cluster.status();
print("Cluster status:");
print(status);

说明:

• dba.getCluster() 函数用于获取已存在的集群对象。
• 脚本逻辑与添加初始节点类似，主要区别在于获取集群对象的方式。

5. 自动化故障转移

InnoDB Cluster 的高可用性依赖于自动故障转移。当主节点发生故障时，集群会自动选择一个备用节点作为新的主节点。我们可以使用 MySQL Shell 监控集群状态，并在主节点故障时执行一些自定义操作，例如发送告警、重启故障节点等。

以下是一个简单的监控脚本，用于检测主节点故障：

// 连接到集群
var clusterUser = 'clusteradmin';
var clusterPassword = 'password';
var cluster = dba.getCluster('mycluster');

// 监控循环
while (true) {
  var status = cluster.status();
  var primary = status.defaultReplicaSet.primary;

  if (primary === undefined || primary === null) {
    print("Primary instance is down!");
    // 在这里添加故障处理逻辑，例如发送告警
    // sendAlert("Primary instance is down!");
  } else {
    print("Primary instance is: " + primary);
  }

  // 每隔 5 秒检查一次
  sleep(5);
}

function sendAlert(message) {
  // 这里可以实现发送告警的逻辑，例如通过邮件、短信等
  print("Sending alert: " + message);
}

说明:

• 脚本循环检查集群状态，判断是否存在主节点。
• 如果主节点为空，则执行故障处理逻辑。
• sleep(5) 函数使脚本暂停 5 秒，避免过度占用资源。
• sendAlert() 函数是一个占位符，需要根据实际需求实现告警发送逻辑。

6. 自动化升级

自动化升级是自动化管理的重要组成部分。我们可以使用 MySQL Shell 脚本来执行滚动升级，避免服务中断。

以下是一个简化的升级脚本示例：

// 连接到集群
var clusterUser = 'clusteradmin';
var clusterPassword = 'password';
var cluster = dba.getCluster('mycluster');

// 获取所有实例
var instances = cluster.listInstances();

// 循环升级每个实例
for (var i = 0; i < instances.length; i++) {
  var instance = instances[i];
  print("Upgrading instance: " + instance);

  // 连接到实例
  var session = mysql.getSession(instance);

  // 执行升级命令
  try {
    session.sql("CALL mysql.admin_shutdown();");
    print("Instance shutdown successfully.");
    //等待实例关闭
    sleep(10);
    //这里假设已经有脚本可以重启该实例，或者可以通过ssh执行命令
    //可以执行shell 命令，比如调用外部脚本
    //  var result = shell.system('ssh user@'+instance.split(':')[0]+'  /home/mysql/restart.sh');
    //  print("result: "+result)
    print("重启实例");
    sleep(30);  //等待实例重启
    //验证重启状态
    session = mysql.getSession(instance);
    var result = session.sql("select version();");
    print("version:"+result);
    session.close();

    print("Instance upgraded successfully.");
  } catch (e) {
    print("Failed to upgrade instance: " + e);
    exit(1);
  }

  // 等待实例加入集群
  cluster.rejoinInstance(instance, { waitReplicas: 3 });
  print("Instance rejoined the cluster successfully.");
}

print("Cluster upgrade completed successfully.");

说明:

• 脚本循环升级每个实例。
• session.sql() 函数用于执行 SQL 命令。
• mysql.admin_shutdown() 用于关闭MySQL实例.
• cluster.rejoinInstance() 函数用于将升级后的实例重新加入集群。

7. 自动化管理平台的构建思路

虽然我们可以直接使用 MySQL Shell 脚本执行管理任务，但为了更好地管理和监控集群，构建一个自动化管理平台是很有必要的。

以下是一些构建思路：

• Web 界面: 提供友好的用户界面，方便用户执行管理操作。
• API 接口: 提供 RESTful API 接口，方便与其他系统集成。
• 任务调度: 使用任务调度系统（例如 Cron、Airflow）来定期执行管理任务。
• 监控告警: 集成监控系统（例如 Prometheus、Grafana）来实时监控集群状态，并在出现异常时发送告警。
• 配置管理: 使用配置管理工具（例如 Ansible、Chef）来自动化配置 MySQL Server 实例。

8. 实战案例：基于 Ansible 的自动化部署

我们可以结合 Ansible 和 MySQL Shell 来实现 InnoDB Cluster 的自动化部署。以下是一个简单的 Ansible Playbook 示例：

---
- hosts: all
  become: true
  tasks:
    - name: Install MySQL Server
      apt:
        name: mysql-server
        state: present

    - name: Install MySQL Shell
      apt:
        name: mysql-shell
        state: present

    - name: Configure MySQL Server
      template:
        src: mysqld.cnf.j2
        dest: /etc/mysql/mysql.conf.d/mysqld.cnf
      notify: Restart MySQL Server

    - name: Create clusteradmin user
      mysql_user:
        name: clusteradmin
        password: password
        priv: '*.*:ALL'
        host: '%'
      delegate_to: "{{ groups['mysql'][0] }}" # 在第一个 MySQL 实例上执行
      become: true

    - name: Create InnoDB Cluster
      shell: mysqlsh --uri clusteradmin:password@{{ groups['mysql'][0] }}:3306 -f /tmp/create_cluster.js
      delegate_to: "{{ groups['mysql'][0] }}"
      become: true

  handlers:
    - name: Restart MySQL Server
      service:
        name: mysql
        state: restarted

说明:

• hosts: all 表示 Playbook 将在所有主机上执行。
• become: true 表示使用 sudo 权限执行任务。
• apt 模块用于安装软件包。
• template 模块用于生成配置文件。
• mysql_user 模块用于创建 MySQL 用户。
• shell 模块用于执行 MySQL Shell 命令。
• delegate_to 选项用于指定在哪个主机上执行任务。

9. 安全注意事项

在自动化管理 InnoDB Cluster 时，需要特别注意安全问题：

• 密码管理: 避免在脚本中硬编码密码，可以使用密钥管理工具（例如 HashiCorp Vault）来安全地存储和访问密码。
• 权限控制: 限制自动化脚本的权限，避免滥用。
• 审计日志: 启用审计日志，记录所有管理操作。
• 网络安全: 使用防火墙和网络隔离来保护集群。

10. 各种任务中，不同角色的权限管理

在 InnoDB Cluster 的自动化管理中，合理地进行权限管理至关重要。不同的任务需要不同的权限，避免权限过大导致安全风险。 以下是各种任务需要的最小权限：

任务	所需权限	角色建议
创建集群	CLUSTER_ADMIN, BACKUP_ADMIN, REPLICATION_SLAVE_ADMIN, GROUP_REPLICATION_ADMIN, SUPER，需要对mysql.innodb_cluster_metadata表具有SELECT, INSERT, UPDATE, DELETE权限，以及对mysql.gr_member_routing_metadata表具有SELECT, INSERT, UPDATE, DELETE权限。	clusteradmin
添加/移除实例	CLUSTER_ADMIN, BACKUP_ADMIN, REPLICATION_SLAVE_ADMIN, GROUP_REPLICATION_ADMIN, SUPER，需要对mysql.innodb_cluster_metadata表具有SELECT, INSERT, UPDATE, DELETE权限，以及对mysql.gr_member_routing_metadata表具有SELECT, INSERT, UPDATE, DELETE权限。 添加实例时，还需要在该实例上执行INSTALL PLUGIN group_replication等操作的权限。	clusteradmin
故障转移	通常由集群自动处理，但如果需要手动执行，则需要CLUSTER_ADMIN或SUPER权限。涉及手动设置新的主节点。	clusteradmin/dba
升级	需要停止和重启MySQL实例的权限，通常是系统管理员权限(sudo)。在MySQL内部，可能需要SUPER权限执行某些维护操作。	system_admin/dba
监控集群状态	SELECT 权限访问performance_schema和information_schema中的相关表，例如replication_group_members，replication_group_member_stats等。 只需要读取集群信息的权限，不涉及修改。	monitor/readonly_dba
配置修改（例如group_replication_options）	SUPER 或 SYSTEM_VARIABLES_ADMIN。修改全局变量通常需要较高的权限。	dba
备份和恢复	BACKUP_ADMIN，以及文件系统读写权限。 备份需要读取数据的权限，恢复需要写入数据的权限。	backup_admin

角色建议:

• clusteradmin: 用于创建和管理集群的核心用户，拥有最高的集群管理权限。
• dba: 数据库管理员，负责数据库的日常维护，包括备份、恢复、升级等。
• system_admin: 系统管理员，负责服务器的维护，包括安装、配置、重启等。
• monitor: 用于监控集群状态的用户，只拥有读取权限。
• backup_admin: 用于备份和恢复集群的用户，拥有备份和恢复所需的权限。

最佳实践:

1. 最小权限原则: 只授予用户完成任务所需的最小权限。
2. 角色分离: 将不同的任务分配给不同的角色，避免权限混淆。
3. 权限审计: 定期审计用户的权限，确保权限分配合理。
4. 使用密码管理工具: 使用 Vault 等工具安全地存储和管理密码。
5. 双因素认证: 启用双因素认证，提高安全性。

11. 结论与展望

今天，我们探讨了如何利用 MySQL Shell 和 InnoDB Cluster 实现高可用集群的自动化管理。通过编写脚本和构建自动化管理平台，我们可以极大地简化集群的管理和维护，提高运维效率。然而，自动化管理是一个持续演进的过程，我们需要不断学习和探索新的技术，才能构建更加智能和可靠的自动化系统。

核心要点回顾

• MySQL Shell 提供了强大的 API，可以自动化 InnoDB Cluster 的管理任务。
• 自动化集群创建、节点添加、故障转移和升级是自动化管理的关键环节。
• 构建自动化管理平台可以更好地管理和监控集群。
• 安全问题是自动化管理中需要特别关注的重点。
• 不同任务需要不同权限，遵循最小权限原则。

希望今天的分享对大家有所帮助！谢谢！