前言
MySQL具有開源免費，運維簡單，性能好等優點，是在汽車之家使用最多的一種資料庫，資料庫作為應用的后端存盤，承擔著資料持久化存盤的功能，是應用可以正常對外提供服務的關鍵組件，資料庫的高可用非常重要，
相對于成熟的商業資料庫軟體，開源的 MySQL高可用需要使用者自己進行設計和研發，本文介紹汽車之家MySQL高可用架構發展歷程，建設實踐情況，
一、高可用定義及度量
在介紹MySQL高可用前，先介紹下高可用定義及關鍵度量指標RPO，RTO，
高可用定義：高可用(High Availability,縮寫HA)是一個IT術語，指系統無中斷執行其功能的能力，代表系統的可用性程度，
高可用度量指標：
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RPO：RPO（Recovery Point Obejective，恢復點目標）是指業務系統所允許的在災難程序中的最大資料丟失量，用來衡量容災系統的資料冗余備份能力，
圖1 RPO計算
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RTO ：RTO（Recovery Time Objective，恢復時間目標）是指資訊系統從災難狀態恢復到可運行狀態所需的時間，用來衡量容災系統的業務恢復能力，
圖2 RTO計算
二、MySQL高可用問題
MySQL高可用問題：如果MySQL資料庫發生宕機故障，是否可以實作資料庫服務不中斷或者故障快速恢復，即實作資料不丟失(RPO)并且故障恢復時間短(RTO)？
故障是難免的，一個可靠的系統需要資料冗余來避免單點故障帶來的資料丟失，提升可靠性，
雖然MySQL有MySQL NDB Cluster, PXC(Percona XtraDB Cluster)等集群架構，但是MySQL主從架構因為結構簡單且成本較低，是最使用廣泛的MySQL架構，MySQL主從架構通過主從復制技術來實作主庫的資料冗余，當主庫故障可以把服務切換到從庫，來避免資料庫服務中斷，
MySQL主從架構的高可用：
圖3 MySQL主從架構
一個典型場景如圖3，MySQL使用主從架構對外提供服務，圖中主庫Master有三個從庫分別是slave1,slave2,slave3,若是主庫故障，為了恢復DB服務，可以選擇一個從庫(slave1)成為新主庫繼續對外提供服務，原slave2，slave3改同步新主庫的資料，
MySQL是一個有資料有狀態的服務，通常主庫寫入資料，通過異步復制二進制日志到從庫執行，來實作主從庫的資料一致性，當故障發生時，如何實作資料不丟失,各節點資料一致，業務影響小會有一定難度及挑戰，
1）挑戰1：如何實作主庫突然故障,主庫資料不丟失？
假想主庫故障突然發生，從庫還沒有接收到主庫的二進制日志，此時就有可能引起資料丟失，
2）挑戰2：如何實作故障后新主從庫架構的搭建及資料一致性保證？
多個從庫對主庫進行復制，有可能各從庫對主庫復制有不同的時延，各從庫之間如何實作資料一致,各節點如何搭建成新的主從架構？
3）挑戰3：如何實作故障自動Failover及業務影響最小？
若DB故障發生,如何讓業務影響最小，甚至無感知，需要"自動故障轉移"來支持，
一個真實線上可以使用的MySQL高可用架構需要考慮如下作業，
圖4 MySQL高可用相關作業
三、常見的MySQL高可用架構
本節介紹幾種常見的MySQL高可用架構，
圖5 主從復制+VIP
MHA(Master High Availability) 是一種相對成熟的MySQL高可用解決方案，MHA是獨立于MySQL的第三方軟體，當主庫故障發生后，MHA會盡最大努力來保證資料不丟失(若原主庫可以登錄，MHA會傳輸二進制日志到從庫節點并執行)，并且完成新主從架構的搭建，
圖6 主從復制+MHA
MySQL Group Replication（簡稱MGR）是MySQL5.7版本出現的新特性，提供高可用、高擴展、高可靠,強一致性的MySQL集群服務，MGR架構由若干個節點共同組成一個復制組，一個事務的提交，必須經過組內大多數節點（N / 2 + 1）決議并通過，才能得以提交,解決了傳統復制可能的資料不一致的問題，
MGR+Proxy高可用架構：雖然MGR可以在主節點故障選舉出新主,但應用層常不能自動修改配置中DB地址為新主IP，可使用MGR+Proxy來實作主節點故障時應用無感應自動切換到新的主節點，
圖7 MGR復制+Proxy
四、汽車之家MySQL高可用實踐
汽車之家MySQL高可用發展可以分成三個階段：
1）主從復制+VIP 時代：2016年前使用傳統主從復制+VIP/DNS,主庫故障通過VIP自動漂移，DBA手動呼叫腳本進行主從架構切換及域名切換，
2）主從復制+MHA時代：2016年MHA在汽車之家核心業務開始使用,實作了核心業務的故障自動切換，但是此時并沒有自動化高可用平臺來管理資料庫，
3）MGR+自動化平臺時代：2020年MGR高可用架構在汽車之家推廣應用,MGR基于paxos協議的組復制技術保證各節點資料一致性,簡化了主庫故障切換作業，另外資料庫自動化高可用平臺上線，讓汽車之家的MySQL高可用水平得到很大提升，
圖8 汽車之家MySQL高可用發展歷程
1）高可用運維平臺架構
一個高可用系統需要解決兩個問題：如何發現故障？故障發生后如何處理故障？具體到MySQL資料庫的高可用，因為故障恢復細節和MySQL架構有較強關聯,設計者需要重點考慮三個方面：
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故障發現：如何發生準確,快速的發現DB故障，不誤報錯報，
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高可用架構：如何選擇合適的MySQL高可用架構來處理故障的資料一致性問題，
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故障自動化Failover：如何實作"自動故障轉移"來保證DB服務的快速恢復?
圖9 MySQL高可用設計
汽車之家MySQL高可用實作架構圖：
圖10 MySQL高可用實作架構圖
汽車之家MySQL高可用由MGR復制架構+監控平臺+自動化運維平臺三者來實作，
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MGR高可用架構：MGR使用基于paxos協議的組復制，主庫的事務在從庫中會至少存在一份記錄，從而保證故障時資料不會丟失，并且 MGR主庫故障會自動選擇新主庫，進一步級訓了主庫故障切換作業，
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監控平臺：基于Prometheus的監控平臺對DB狀態實時監控，若是發現主庫故障將呼叫資料庫運維平臺相關API，
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自動化運維平臺：運維平臺中的高可用模塊負責故障的自動Failover，高可用模塊會確認DB狀態，故障恢復時新DB集群搭建,修改原來主庫域名后端DB IP等作業，最終實作了主庫故障對應用影響的盡量透明，
圖10的高可用架構圖,描述了經典環境下MySQL高可用實作，監控平臺持續探測主庫狀態，若連續探測3次均發現主庫故障，則呼叫運維平臺的高可用模塊API，發起主庫切換，可以在2-3分鐘內完成FailOver，
2）容器布署MySQL高可用
汽車之家有大量MySQL跑在k8S容器上，容器布署MySQL的高可用實作和物理機布署類似，主要區別是容器MySQL的主庫故障監控由MySQL-Operator負責，而不是外部監控平臺，
圖11 容器布署MySQL高可用實作
容器MySQL-Operator每10秒探測一次MGR主庫狀態，若連續探測3次均為故障，將呼叫運維平臺的高可用模塊API，發起主庫切換，通常可以在1-2分鐘內完成FailOver，
汽車之家MySQL高可用建設，未來計劃做如下作業：
1）網路抖動或大事務有時會引起MySQL集群的主從庫自動切換，計劃進一步調優改進，
2）資料庫故障智能自愈是一個較熱的方向，計劃研究并應用實踐提升資料庫的穩定性，
五、結語
本文介紹了常見的MySQL高可用架構，并重點介紹了汽車之家MySQL高可用體系發展歷程，高可用建設實踐情況，
汽車之家MySQL高可用使用MGR復制架構+自動化運維平臺，實作了物理機及容器MySQL主庫故障的自動Failover，若MySQL主庫down，可以在2-3分鐘內完成主庫的故障切換,資料庫服務的穩定性得到了很好保障，
作者|?潭訓祥
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標籤：MySQL