深入理解MySQL主从复制原理以及集群部署流程

本文涉及的产品
云数据库 RDS MySQL,集群系列 2核4GB
推荐场景:
搭建个人博客
RDS MySQL Serverless 基础系列,0.5-2RCU 50GB
日志服务 SLS,月写入数据量 50GB 1个月
简介: 主从复制是指将主数据库的 DDL 和 DML 操作通过二进制日志传到从库服务器中,然后在从库上对这些日志重新执行(也叫重做),从而使得从库和主库的数据保持同步。MySQL支持一台主库同时向多台从库进行复制, 从库同时也可以作为其他从服务器的主库,实现链状复制。

MySQL数据库主从复制集群原理概念以及搭建流程

1.MySQL主从复制集群的核心概念

1.1.什么是主从复制集群

主从复制是指将主数据库的 DDL 和 DML 操作通过二进制日志传到从库服务器中,然后在从库上对这些日志重新执行(也叫重做),从而使得从库和主库的数据保持同步。

MySQL支持一台主库同时向多台从库进行复制, 从库同时也可以作为其他从服务器的主库,实现链状复制。

MySQL 复制的优点主要包含以下三个方面:

  • 主库出现问题,可以快速切换到从库提供服务。
  • 实现读写分离,降低主库的访问压力。
  • 可以在从库中执行备份,以避免备份期间影响主库服务。

1.2.主从复制集群中的专业术语

在MySQL主从复制集群中,主要分为两大部分:文件、线程。

文件:

  • 主库
  • Binlog:二进制日志。
  • 从库
  • relay-log:中继日志,主库推送过来的Binlog日志都存放在中继日志中。
  • master.info:从库复制主库的信息文件,记录着主库的地址、用户、Binlog等信息。
  • relay-log.info:中继日志的信息文件,该文件记录了上次执行relay-log的位置等信息。

线程:

  • 主库
  • binlog_dump_thread:二进制日志投递线程,主要将二进制日志发送给从库的线程。
  • 从库
  • IO_Thread:从库的IO线程,用于请求和接收主库的Binlog二进制日志。
  • SQL_Thread:从库的SQL线程,用于将主库发来的二进制日志在数据库中进行数据复制。

1.3.主从复制集群工作原理

MySQL主从复制集群的工作原理主要围绕前面提到的文件和线程。

MySQL主从复制集群的原理:

1)首先从库执行change master to将连接主库的配置信息记录到master.info文件中,此时从库上会开启两个线程:I/O线程和SQL线程。

2)从库上的I/O线程会从master.info文件中读取主库的连接信息。

3)从库I/O线程获取到主库的信息后,会与主库进行身份认证,然后建立连接。

4)当从库I/O线程成功连接到主库后,主库会立即给从库分配一个binlog_dump_thread线程,用于推送Binlog日志到从库。

5)从库I/O线程会根据master.info中记录的Binlog信息(Binlog日志文件、标识位号)与主库的binlog_dump_thread线程请求最新的Binlog日志。

6)这时主库的binlog_dump_thread线程就会去查询是否产生了新的Binlog日志,如果产生了新的Binlog日志,会截取最新的Binlog日志然后推送给从库的I/O线程。

7)从库的I/O线程接收到主库推送的Binlog日志后,会现将其存放在内存的TCP/IP缓存中,然后告知主库的binlog_dump_thread线程,Binlog日志已收到。

8)此时从库的I/O线程会去更新master.info文件中的Binlog位置点信息,记录最新的Binlog标识号。

9)然后从库的I/O线程会将主库推送的Binlog日志写入到磁盘上的relay-log文件中。

10)最后由从库的SQL线程读取relay-log.ifno文件,获取relay-log最新的位置点,然后根据的位置点去relay-log中执行最新的Binlog日志,执行完成后会再次更新relay-log.info文件中记录的relay-log位置点。

这就是完整的主从复制工作原理。

简单来说MySQL主从复制的原理就是,从库的I/O线程读取连接主库的配置信息,然后去连接主库开始主从同步,当I/O线程连接上主库后,主库会立即给I/O线程分配一个Dump线程,用于推送Binlog日志到从库,此时I/O线程会根据master.info文件中记录的Binlog信息,向主库的Dump线程请求最新的BInlog,Dump线程查询到有最新的Binlog产生,会将最新的Binlog截取,然后推送给从库的I/O线程,I/O线程收到Binlog日志后,将其存放在内存的TCP/IP缓存中,然后更新master.info文件中最新的Binlog信息,紧接着将Binlog日志写入到relay-log中,最后由从库的SQL线程从relay-log.info中读取relay-log的位置号,然后执行relay-log中最新的Binlog日志,执行完成后,再次更新relay-log.info中的relay-log位置号,以便于下次再relay-log中读取最新的Binlog日志。

relay-log日志会通过MySQL中的其他线程定期清理。

1.4.主从复制中的小细节

从上面说的主从复制原理来看,好像每次都是从库向主库去请求新数据,那么什么时候从库才应该向主库请求呢?请求的频率如何?

其实是这样的:当主库上产生了新的事务,更新到Binlog日之后,会给binlog_dump_thread线程发送一个“信号”,binlog_dump_thread线程会与从库的I/O线程一直建立连接,binlog_dump_thread线程就会通知从库的I/O线程有新数据产生了,这时从库的I/O线程就带着master.info中记录的最新Binlog标识位号,向binlog_dump_thread线程请求最新的Binlog,然后完成数据同步。

MySQL主从复制第一次复制时,是按照上面说到的10步完成的,第二次复制时,只需要等待主库的binlog_dump_thread线程向从库的I/O线程发送信号,然后I/O线程去请求最新的Binlog,最后由SQL线程复制数据即可。

1.5.搭建主从复制集群的前提条件

搭建MySQL主从复制集群的前提条件如下:

  • 首先需要准备多个MySQL实例,最少两个MySQL实例,能够实现一主一从的架构,可以在多个服务器中分布部署独立的MySQL节点,也可以在一台服务器中部署多个MySQL实例。
  • 每个MySQL实例都需要由单独的sever_id。
  • 身为主库角色的MySQL实例需要开启二进制日志,从库在特定场景下需要开启。
  • 主库需要授权一个专门的用户作为主从复制的用户。
  • 如果主库是一个运行很多年的数据库,突然要升级为主从复制集群,最好先将主库的数据同步一份到从库中。
  • 开启专用的复制线程。

1.6.MySQL主从复制集群的架构信息

本次主从复制的架构是一主两从的结构。

IP 主机名 端口 角色 server_id
192.168.20.11 mysql-1 3306 主库 1
192.168.20.12 mysql-2 3306 从库 2
192.168.20.12 mysql-2 3307 从库 3

2.搭建MySQL多实例环境

再搭建MySQL主从复制集群之前,首先搭建出多个MySQL实例,由于服务器有限,因此通过两台机器模拟出一主两从的环境。

主从复制集群中有一个节点开启了gtid,所有的节点都需要开启gtid,否则主从将不能同步。

2.1.在mysql-1中搭建身为主库的MySQL实例

mysql-1服务器中的3306端口的MySQL实例再前面已经搭建完成了,就是我们一直在使用的数据库实例,里面有数据,更加方便演示主从集群,下面只是提供一下搭建过程的步骤。

注意每个MySQL节点的server_id都要设置成不同的,如果你的一主两从都是单独在不同服务器中部署的,那么直接参考本小结的数据库实例安装即可,不用再看多实例的步骤了。

1.解压MySQL

[root@mysql-1 ~]# tar xf mysql-5.7.36-linux-glibc2.12-x86_64.tar.gz -C /usr/local/

[root@mysql-1 ~]# mv /usr/local/mysql-5.7.36-linux-glibc2.12-x86_64 /usr/local/mysql

2.设置MySQL的环境变量

[root@mysql-1 ~]# vim /etc/profile

exportMYSQL_HOME=/usr/local/mysql

exportPATH=$MYSQL_HOME/bin:$PATH

exportLD_LIBRARY_PATH=:/usr/local/mysql/lib

3.创建mysql用户

[root@mysql-1 ~]# groupadd -r mysql

[root@mysql-1 ~]# useradd -M -r -s /sbin/nologin -g mysql mysql

4.准备数据目录

[root@mysql-1 ~]# mkdir /data/mysql

[root@mysql-1 ~]# chown -R mysql. /data/mysql

5.初始化数据库

[root@mysql-1 ~]# mysqld --initialize-insecure --user=mysql --basedir=/usr/local/mysql --datadir=/data/mysql

6.准备mysql配置文件

[root@mysql-1 ~]# vim /etc/my.cnf

[mysqld]    

user=mysql                              

port=3306                              

server_id=1                        #每个MySQL数据库的server_id都设置成不同的

basedir=/usr/local/mysql                

datadir=/data/mysql

log_bin=mysql-bin

gtid-mode=on

enforce-gtid-consistency=true

socket=/tmp/mysql.sock

log_error=/data/mysql/mysql_err.log

character-set-server=utf8

[mysql]

socket=/tmp/mysql.sock

7.准备服务管理脚本

[root@mysql-1 ~]# vim /etc/systemd/system/mysqld.service

[Unit]

Description=MySQL Server

Documentation=man:mysqld(8)

Documentation=http://dev.mysql.com/doc/refman/en/using-systemd.html

After=network.target

After=syslog.target

[Install]

WantedBy=multi-user.target

[Service]

User=mysql

Group=mysql

ExecStart=/usr/local/mysql/bin/mysqld --defaults-file=/etc/my.cnf

LimitNOFILE =5000

8.启动数据库

[root@mysql-1 ~]# systemctl daemon-reload

[root@mysql-1 ~]# systemctl start mysqld

9.设置root密码

[root@mysql-1 ~]# mysqladmin -u root -P 3306  password '123456'

10.登陆数据库

[root@mysql-1 ~]# mysql -uroot -p123456

mysql>

2.2.在mysql-2中搭建MySQL多实例

由于服务器数量有限,在mysql-2这台服务器中分别搭建两个从库。

2.2.1.安装数据库软件

1.解压MySQL

[root@mysql-2 ~]# tar xf mysql-5.7.36-linux-glibc2.12-x86_64.tar.gz -C /usr/local/

[root@mysql-2 ~]# mv /usr/local/mysql-5.7.36-linux-glibc2.12-x86_64 /usr/local/mysql

2.设置MySQL的环境变量

[root@mysql-2 ~]# vim /etc/profile

exportMYSQL_HOME=/usr/local/mysql

exportPATH=$MYSQL_HOME/bin:$PATH

exportLD_LIBRARY_PATH=:/usr/local/mysql/lib

3.创建mysql用户

[root@mysql-2 ~]# groupadd -r mysql

[root@mysql-2 ~]# useradd -M -r -s /sbin/nologin -g mysql mysql

2.2.1.搭建第一个3306从库的MySQL实例

搭建第一个从库实例,端口号为3306,server_id为2,数据路径为/data/mysql3306。

1.创建3306从库的数据目录

[root@mysql-2 ~]# mkdir /data/mysql3306

[root@mysql-2 ~]# chown -R mysql.mysql /data/mysql3306/

2.准备3306从库的配置文件

[root@mysql-1 ~]# vim /etc/my3306.cnf

[mysqld]    

user=mysql                              

port=3306                              

server_id=2                        #每个MySQL数据库的server_id都设置成不同的

basedir=/usr/local/mysql                

datadir=/data/mysql3306

log_bin=/data/mysql3306/mysql-bin

gtid-mode=on

enforce-gtid-consistency=true

socket=/data/mysql3306/mysql.sock

log_error=/data/mysql3306/mysql_err.log

character-set-server=utf8

[mysql]

socket=/data/mysql3306/mysql.sock

3.初始化3306从库

[root@mysql-2 ~]# mysqld --initialize-insecure --user=mysql --basedir=/usr/local/mysql --datadir=/data/mysql3306

4.准备服务管理脚本

[root@mysql-1 ~]# vim /etc/systemd/system/mysqld3306.service

[Unit]

Description=MySQL Server

Documentation=man:mysqld(8)

Documentation=http://dev.mysql.com/doc/refman/en/using-systemd.html

After=network.target

After=syslog.target

[Install]

WantedBy=multi-user.target

[Service]

User=mysql

Group=mysql

ExecStart=/usr/local/mysql/bin/mysqld --defaults-file=/etc/my3306.cnf

LimitNOFILE =5000

5.启动数据库

[root@mysql-1 ~]# systemctl daemon-reload

[root@mysql-1 ~]# systemctl start mysqld3306

6.设置root密码

[root@mysql-2 ~]# mysqladmin -u root -P 3306 -S /data/mysql3306/mysql.sock password '123456'

7.登陆数据库

[root@mysql-2 ~]# mysql -uroot -p123456 -P3306 -S /data/mysql3306/mysql.sock

mysql>

2.2.2.搭建第二个3307从库的MySQL实例

搭建第一个从库实例,端口号为3306,server_id为2,数据路径为/data/mysql3306。

1.创建3307从库的数据目录

[root@mysql-2 ~]# mkdir /data/mysql3307

[root@mysql-2 ~]# chown -R mysql.mysql /data/mysql3307/

2.准备3307从库的配置文件

[root@mysql-1 ~]# vim /etc/my3307.cnf

[mysqld]    

user=mysql                              

port=3307                              

server_id=3                        #每个MySQL数据库的server_id都设置成不同的

basedir=/usr/local/mysql                

datadir=/data/mysql3307

log_bin=/data/mysql3307/mysql-bin

gtid-mode=on

enforce-gtid-consistency=true

socket=/data/mysql3307/mysql.sock

log_error=/data/mysql3307/mysql_err.log

character-set-server=utf8

[mysql]

socket=/data/mysql3307/mysql.sock

3.初始化3307从库

[root@mysql-2 ~]# mysqld --initialize-insecure --user=mysql --basedir=/usr/local/mysql --datadir=/data/mysql3307

4.准备服务管理脚本

[root@mysql-1 ~]# vim /etc/systemd/system/mysqld3307.service

[Unit]

Description=MySQL Server

Documentation=man:mysqld(8)

Documentation=http://dev.mysql.com/doc/refman/en/using-systemd.html

After=network.target

After=syslog.target

[Install]

WantedBy=multi-user.target

[Service]

User=mysql

Group=mysql

ExecStart=/usr/local/mysql/bin/mysqld --defaults-file=/etc/my3307.cnf

LimitNOFILE =5000

5.启动数据库

[root@mysql-1 ~]# systemctl daemon-reload

[root@mysql-1 ~]# systemctl start mysqld3307

6.设置root密码

[root@mysql-2 ~]# mysqladmin -u root -P 3307 -S /data/mysql3307/mysql.sock password '123456'

7.登陆数据库

[root@mysql-2 ~]# mysql -uroot -p123456 -P3307 -S /data/mysql3307/mysql.sock

mysql>

2.3.MySQL多个节点搭建完毕

MySQL多个节点已经搭建完毕了,下面来查询每个实例的server_id。

3.配置MySQL主从复制集群

MySQL数据库的多个实例节点已经搭建完成了,下面将这些搭建的数据库实例配置成主从复制集群(一主两从)。

IP 主机名 端口 角色
192.168.20.11 mysql-1 3306 主库
192.168.20.12 mysql-2 3306 从库
192.168.20.12 mysql-2 3307 从库

配置MySQL主从复制集群的大致步骤:

  • 主库开启Binlog日志,从库复制主库数据要通过Binlog进行复制。
  • 主库创建专门用作主从复制的用户。
  • 将主库数据进行备份,再从库中恢复。
  • 配置从库连接主库的复制信息。
  • 启动主从复制集群。

3.1.在主库开启Binlog二进制日志

主库已经开启了Binlog二进制日志,我们来查一下。

mysql>showvariableslike'%log_bin%';

+---------------------------------+-----------------------------+

| Variable_name                   |Value                       |

+---------------------------------+-----------------------------+

| log_bin                         |ON                          |

| log_bin_basename                | /data/mysql/mysql-bin       |

| log_bin_index                   | /data/mysql/mysql-bin.index|

| log_bin_trust_function_creators | OFF                         |

| log_bin_use_v1_row_events       | OFF                         |

| sql_log_bin                     |ON                          |

+---------------------------------+-----------------------------+

6 rows inset(0.01 sec)

从库复制主库数据,都是通过Binlog进行传输和恢复的。

3.2.在主库上创建主从复制的用户

mysql>grant replication slaveon*.*to replicas@'192.168.20.%' identified by '123456';

3.3.将主库数据备份并在从库中进行还原

如果是运行很久的主库,要升级为主从复制集群,那么建议将主库上的数据备份还原到从库上,避免从库一次性同步很多数据,浪费性能。

[root@mysql-1 ~]# mysqldump -uroot -p123456 -A --master-data=2 -R -E --triggers --single-transaction > all_db.sql

在192.168.20.12的两个从库中还原主库的备份数据。

1.将备份上传到从库的服务器上

[root@mysql-1 ~]# scp -rp all_db.sql root@192.168.20.12:/root

2.3306从库还原主库备份数据

[root@mysql-2 ~]# mysql -uroot -p123456 -P3306 -S /data/mysql3306/mysql.sock

mysql>set sql_log_bin=0;

mysql>source /root/all_db.sql;

3.3307从库还原主库备份数据

[root@mysql-2 ~]# mysql -uroot -p123456 -P3307 -S /data/mysql3307/mysql.sock

mysql>set sql_log_bin=0;

mysql>source /root/all_db.sql;

3.4.配置从库连接主库的复制信息

接下来我们需要配置从库连接主库的信息,包括让从库知道主库的IP、端口号、复制的用户密码、Binlog相关的信息。

1)获取主库Binlog的信息

从库是通过Binlog复制主库数据的,首先要获取主库Binlog日志的一些信息,包括主库的Binlog日志使用的是哪个、要从Binlog日志中的哪一个事件标识号处开始复制数据。

从Binlog的哪一个事件标识号处开始复制数据,尤为关键,因为主库可能运行的时间长了,也有很多的数据,一定要从合适的位置处开始复制数据,要不然也会产生很大的资源浪费。

我们是用主库头一天的全库备份,然后还原到从库上的,在主库的备份文件中就记录了从库应该从哪一个Binlog事件标识位处开始复制数据。

vim all_db.sql

-- CHANGE MASTER TO MASTER_LOG_FILE='mysql-bin.000001', MASTER_LOG_POS=452;

从备份文件中得知,我们应该让从库从主库Binlog事件标识位号452处,开始复制数据。

如果主库不是运行很久的,不需要备份数据还原到从库,而是直接搭建的主从复制集群,那么直接可以从主库状态信息那里,获取Binlog的标识位号,在配置主从时,一定要指对Binlog标识位号,否则主从将会失败。

mysql>showmasterstatus;

+------------------+----------+--------------+------------------+----------------------------------------+

| File             | Position | Binlog_Do_DB | Binlog_Ignore_DB | Executed_Gtid_Set                      |

+------------------+----------+--------------+------------------+----------------------------------------+

| mysql-bin.000001|      452|              |                  |4f87bad8-fc67-11ec-be7b-005056b791aa:1|

+------------------+----------+--------------+------------------+----------------------------------------+

1rowinset(0.00 sec)

2)配置从库连接主库进行复制的参数信息

配置从库连接主库进行复制的参数有很多,不过只需要记住这一条命令:help change master to即可,在MySQL交互式下执行此命令可以打印出从库连接主库的所有配置参数。

1.3306从库配置

[root@mysql-2 ~]# mysql -uroot -p123456 -P3306 -S /data/mysql3306/mysql.sock

mysql>CHANGEMASTERTO

 MASTER_HOST='192.168.20.11',

 MASTER_USER='replicas',

 MASTER_PASSWORD='123456',

 MASTER_PORT=3306,

 MASTER_LOG_FILE='mysql-bin.000001',

 MASTER_LOG_POS=452,

 MASTER_CONNECT_RETRY=10;

 

1.3307从库配置

[root@mysql-2 ~]# mysql -uroot -p123456 -P3307 -S /data/mysql3307/mysql.sock

mysql>CHANGEMASTERTO

 MASTER_HOST='192.168.20.11',

 MASTER_USER='replicas',

 MASTER_PASSWORD='123456',

 MASTER_PORT=3306,

 MASTER_LOG_FILE='mysql-bin.000001',

 MASTER_LOG_POS=452,

 MASTER_CONNECT_RETRY=10;  

参数解释:

参数 含义
MASTER_HOST 主库的地址
MASTER_USER 主从复制的专用用户
MASTER_PASSWORD 主从复制用户的密码
MASTER_PORT 主库的端口号
MASTER_LOG_FILE 主库的Binlog日志名
MASTER_LOG_POS 从主库BInlog日志的哪一个标识位处开始复制
MASTER_CONNECT_RETRY 主从连接失败的重试时间间隔

3.5.启动主从复制线程

1.3306从库配置

[root@mysql-2 ~]# mysql -uroot -p123456 -P3306 -S /data/mysql3306/mysql.sock

mysql>startslave;

1.3307从库配置

[root@mysql-2 ~]# mysql -uroot -p123456 -P3307 -S /data/mysql3307/mysql.sock

mysql>startslave;

4.查看主从复制集群状态

1.3306从库配置

[root@mysql-2 ~]# mysql -uroot -p123456 -P3306 -S /data/mysql3306/mysql.sock

mysql>showslavestatus\G;

1.3307从库配置

[root@mysql-2 ~]# mysql -uroot -p123456 -P3307 -S /data/mysql3307/mysql.sock

mysql>showslavestatus\G;

当每个从库的IO线程和SQL线程的状态都是Yes,就表示主从复制集群搭建完毕了。

MySQL主从配置过程中从库连接主库的配置写错了应该如何解决?

只要不执行start slave,再执行一次change master to会覆盖上一次配置。

1.停止主从复制

mysql>stop slave;

2.清空从库连接主库的信息

mysql> reset slaveall;

3.重新设置

mysql>CHANGEMASTERTO

 MASTER_HOST='192.168.20.11',

 MASTER_USER='replicas',

 MASTER_PASSWORD='123456',

 MASTER_PORT=3306,

 MASTER_LOG_FILE='mysql-bin.000001',

 MASTER_LOG_POS=452,

 MASTER_CONNECT_RETRY=10;


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主从复制在数据库管理中广泛应用,主要优点包括提高性能、实现高可用性、数据备份及灾难恢复。通过读写分离、从服务器接管、实时备份和地理分布等机制,有效增强系统的稳定性和数据安全性。主从复制涉及I/O线程和SQL线程,前者负责日志传输,后者负责日志应用,确保数据同步。配置过程中需开启二进制日志、设置唯一服务器ID,并创建复制用户,通过CHANGE MASTER TO命令配置从服务器连接主服务器,实现数据同步。实验部分展示了如何在两台CentOS 7服务器上配置MySQL 5.7主从复制,包括关闭防火墙、配置静态IP、设置域名解析、配置主从服务器、启动复制及验证同步效果。
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