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MariaDB Galera 集群是一种基于同步多主架构的高可用数据库解决方案#xff0c;适合需要高并发、低延迟和数据强一致性的场景。以下是部署和配置 MariaDB Galera 集群的简明步骤#xff1a; 1. 环境准备 节点要求#xff1a;至少 3 个节点#xff08;奇数节点…一、底层原理
MariaDB Galera 集群是一种基于同步多主架构的高可用数据库解决方案适合需要高并发、低延迟和数据强一致性的场景。以下是部署和配置 MariaDB Galera 集群的简明步骤 1. 环境准备 节点要求至少 3 个节点奇数节点避免脑裂确保网络互通。 系统环境所有节点使用相同操作系统如 CentOS 7/8、Ubuntu 20.04。 依赖安装 bash 复制 # CentOS
sudo yum install -y mariadb-server galera# Ubuntu
sudo apt-get install -y mariadb-server galera 2. 配置 MariaDB Galera 集群
修改配置文件 (/etc/my.cnf.d/server.cnf 或 /etc/mysql/mariadb.conf.d/60-galera.cnf)
ini
复制
[galera]
wsrep_on ON
wsrep_provider /usr/lib/galera/libgalera_smm.so# 集群名称所有节点一致
wsrep_cluster_name my_galera_cluster# 当前节点IP和其他节点IP列表以逗号分隔
wsrep_cluster_address gcomm://node1_ip,node2_ip,node3_ip# 当前节点名称唯一
wsrep_node_name node1# 当前节点地址
wsrep_node_address node1_ip# 同步方法推荐使用 mariabackup
wsrep_sst_method mariabackup# SST 认证信息所有节点一致
wsrep_sst_auth sst_user:sst_password# InnoDB 配置调整缓冲池大小
innodb_buffer_pool_size 1G
innodb_log_file_size 256M
创建 SST 用户在每个节点的 MariaDB 中执行
sql
复制
CREATE USER sst_userlocalhost IDENTIFIED BY sst_password;
GRANT RELOAD, PROCESS, LOCK TABLES, REPLICATION CLIENT ON *.* TO sst_userlocalhost; 3. 启动集群 首次启动第一个节点引导集群 bash 复制 sudo systemctl stop mariadb
sudo galera_new_cluster
sudo systemctl start mariadb 启动其他节点 bash 复制 sudo systemctl restart mariadb 4. 验证集群状态 检查集群节点数 sql 复制 SHOW STATUS LIKE wsrep_cluster_size; 输出应为 3假设有 3 个节点。 检查集群健康状态 sql 复制 SHOW STATUS LIKE wsrep_%; 关键指标 wsrep_ready: ON节点可读写 wsrep_connected: ON节点已连接 wsrep_cluster_status: Primary正常状态 5. 常见操作
添加新节点 在新节点上配置相同的 /etc/my.cnf。 直接启动 MariaDB bash 复制 sudo systemctl start mariadb
安全关闭集群 关闭最后一个节点 bash 复制 sudo systemctl stop mariadb 6. 故障排查 日志位置/var/log/mysql/error.log 或 /var/log/mariadb/mariadb.log 常见问题 节点无法加入集群检查防火墙是否开放端口3306, 4567, 4568, 4444。 SST 失败确认 wsrep_sst_auth 的用户名密码正确。 脑裂问题强制重启少数节点并重新加入集群。 7. 优化建议 网络确保节点间低延迟建议内网专用网络。 负载均衡使用 HAProxy 或 ProxySQL 分发读请求。 监控集成 Prometheus Grafana 监控 wsrep 指标。 参考链接 MariaDB Galera 官方文档 Galera Cluster 配置参数详解
如有具体问题如错误日志内容可提供详细信息进一步分析
底层原理
已深度思考用时 24 秒
嗯用户之前问了关于MariaDB Galera集群的部署步骤现在他们又询问“底层原理”。这说明用户已经完成了初步的配置现在想更深入地了解集群是如何工作的。作为新手用户可能在使用过程中遇到了一些问题或者想优化集群性能因此需要理解背后的机制。 首先用户可能想知道Galera集群和传统的主从复制有什么不同。传统的主从是异步的而Galera是同步多主这对数据一致性很重要。用户可能关心数据如何同步以及为什么Galera能保证强一致性。 接下来用户可能对Galera的核心组件感兴趣比如wsrep API、组通信gcomm和认证器。他们可能听说过这些术语但不清楚具体作用。需要解释每个部分的功能以及它们如何协作实现数据同步。 另外关于事务的流程用户可能想知道一个事务在提交时如何在集群中传播确认机制是怎样的。这里需要详细说明事务的认证和应用过程以及为什么需要多数节点确认。 SST和IST的区别也是关键点。用户可能在扩容或恢复节点时遇到过全量同步和增量同步的问题需要解释这两种同步方式的适用场景和原理。 脑裂问题可能让用户头疼特别是在网络分区时。用户想知道Galera如何通过Quorum和权重配置来避免脑裂以及出现问题时如何恢复。 高可用性和数据一致性之间的平衡也是用户关心的。Galera的同步复制虽然保证了强一致性但可能影响性能用户需要了解背后的机制和可能的优化方法。 最后用户可能想了解Galera的局限比如对DDL操作的支持、写扩展问题以及网络延迟的影响。这些信息能帮助他们合理设计架构避免潜在问题。 在回答时需要保持逻辑清晰用简单的类比帮助理解比如将认证过程比作议会投票或者用快递包裹来解释事务传输。同时结合用户之前的部署步骤指出原理部分如何影响实际配置和故障处理比如wsrep_cluster_address的配置或SST用户设置。 总结来说用户需要的是从基础概念到工作机制的全面解析帮助他们不仅知道如何配置还能理解为什么这样配置以及如何应对可能出现的问题。这有助于他们更好地维护和优化Galera集群提升系统的稳定性和性能。
MariaDB Galera 集群的底层原理基于 同步多主复制Synchronous Multi-Master Replication通过 Galera Library 实现数据一致性、高可用性和分布式事务处理。以下是其核心原理的深入解析 1. 核心组件与架构
**(1) WriteSet Replication (wsrep) API 作用Galera 基于 wsrep API 实现节点间数据同步该 API 定义了事务在节点间的复制接口。 关键行为 将事务的二进制变更WriteSet广播到所有节点。 确保事务在所有节点上按相同顺序提交Total Ordering。
(2) 组通信系统Group Communication System, gcomm 功能实现节点间的消息传递和成员管理如节点加入/退出检测。 协议基于 Paxos 变种如 gcomm 协议确保消息的可靠传输和一致性。 端口默认使用 4567集群通信、4568增量状态传输、4444全量状态传输。
(3) 认证器Certifier 作用验证事务是否与其他事务冲突如主键冲突、锁冲突。 过程每个节点独立验证事务通过后标记为“可提交”。 2. 事务处理流程
当一个事务在任意节点提交时Galera 集群会按以下步骤处理 本地事务提交 事务在本地节点执行生成 WriteSet包含事务的二进制变更和元数据。 事务进入本地节点的 prepare 阶段但尚未提交。 广播 WriteSet 本地节点通过 gcomm 将 WriteSet 广播到集群所有节点。 全局认证Certification 所有节点对接收到的 WriteSet 进行冲突检测 检查事务是否与其他事务的 WriteSet 冲突如修改同一行数据。 若无冲突事务被标记为全局有效Certified。 按序提交Total Order Commit 所有节点按 相同的顺序 提交事务保证数据一致性。 事务最终在所有节点上提交同步提交。 确认ACK 发起事务的节点收到多数节点的确认Quorum后向客户端返回成功。 3. 同步复制的关键机制
(1) 全局事务序列Global Transaction Sequence 所有事务被赋予一个全局唯一的序列号GTID确保事务在集群中按统一顺序提交。
(2) 冲突检测Certification-Based Conflict Resolution 乐观锁机制假设事务冲突概率低先执行后验证。 若检测到冲突如两个节点同时修改同一行Galera 会回滚其中一个事务由客户端重试。
(3) 状态传输State Snapshot Transfer, SST IST SST全量同步新节点加入时从现有节点拉取完整数据快照如使用 mariabackup。 IST增量同步节点短暂离线后仅同步缺失的事务通过 GTID 追踪。 4. 避免脑裂Split-Brain
Galera 通过 Quorum 机制 和 权重配置 防止网络分区导致的脑裂 Quorum 要求集群需多数节点存活如 3 节点集群至少 2 节点在线。 自动隔离Non-Primary 状态 若节点失去 Quorum会拒绝写入操作防止数据分歧。 需人工介入修复网络或重新同步。 5. 高可用性与一致性保证
(1) 强一致性Strong Consistency 所有节点数据视图一致CAP 理论中的 CP 模型。 客户端无论连接到哪个节点都能读取最新数据。
(2) 多主写入Multi-Master 任何节点均可处理读写请求无单点故障。 通过全局锁如 wsrep_causal_reads避免读未提交数据。
(3) 自动故障转移 节点故障时集群自动剔除故障节点客户端可重连到其他节点。 6. 性能优化与限制
优点 低延迟事务在本地提交后立即返回后台异步广播 WriteSet。 线性扩展读性能随节点数增加线性提升。
限制 写扩展性所有节点需处理所有写操作写性能受限于最慢节点。 DDL 操作限制某些 DDL如 ALTER TABLE需要特殊处理建议使用 TOI 或 RSU 模式。 网络依赖高网络延迟可能导致事务提交变慢。 7. 与异步复制的本质区别
特性Galera 同步复制传统异步复制数据一致性强一致性所有节点同步提交最终一致性主从延迟故障恢复自动切换无数据丢失可能丢失未同步的数据性能影响事务延迟受网络影响主节点无复制延迟影响适用场景高可用、强一致性场景读写分离、灾备场景 8. 底层原理的实际应用 配置调优 调整 innodb_flush_log_at_trx_commit2 提升性能牺牲部分持久性。 设置 wsrep_slave_threads 匹配 CPU 核心数。 监控指标 wsrep_local_state节点状态4 表示正常同步。 wsrep_flow_control_paused流量控制暂停时间0 表示复制压力大。 总结
MariaDB Galera 的底层原理通过 全局事务序列化、冲突检测和同步提交 实现多主强一致性核心是牺牲部分写性能换取高可用和数据一致性。理解这些机制有助于合理设计集群架构如控制节点数量、优化网络和故障排查如脑裂恢复、SST/IST 问题。
二、用例说明执行流程
在 MariaDB Galera 集群中一个多语句更新事务的完整执行过程涉及 本地事务执行、全局冲突检测、同步提交 等多个阶段。以下是其详细流程 1. 事务启动阶段 客户端连接任意节点如 Node1执行以下多语句事务 sql 复制 START TRANSACTION;
UPDATE accounts SET balance balance - 100 WHERE user_id 1;
UPDATE accounts SET balance balance 100 WHERE user_id 2;
COMMIT; 2. 本地事务执行
(1) 本地节点Node1执行事务 步骤 本地节点解析 SQL在内存中执行事务逻辑。 生成 WriteSet记录事务的二进制变更如 InnoDB 的 redo log。 事务进入 PREPARE 阶段未提交到本地数据库。
(2) WriteSet 结构 包含 全局事务 IDGTID唯一标识事务。 变更数据二进制格式的行级修改。 依赖关系事务的顺序依赖由全局序列号保证。 3. 全局冲突检测Certification
(1) 广播 WriteSet 到集群 Node1 通过组通信层gcomm将 WriteSet 广播到所有节点Node2, Node3。
(2) 各节点独立验证冲突 冲突检测逻辑 检查事务修改的行是否被其他未提交事务锁定。 验证主键冲突、外键约束等。 认证结果 若无冲突标记事务为 Certified可提交。 若冲突如 Node2 已提交一个修改同一行的其他事务标记事务为 Aborted需回滚。 4. 全局有序提交
(1) 确定事务提交顺序 所有节点通过 全局事务序列GTID 商定事务提交顺序。 事务按 相同的全局顺序 提交到所有节点。
(2) 同步提交事务 所有节点按序提交 各节点将 WriteSet 应用到本地数据库无需重新执行 SQL直接应用二进制变更。 提交后的数据在所有节点上完全一致。
(3) 客户端确认 Node1 收到多数节点Quorum的提交确认后向客户端返回 COMMIT 成功。 5. 异常处理与回滚
(1) 冲突回滚 若任意节点检测到冲突发起事务的节点Node1会收到 Certification Failure。 自动回滚事务在 Node1 本地回滚客户端收到错误需重试事务。
(2) 网络故障 部分节点离线 若 Quorum 存在多数节点在线事务在存活节点提交离线节点恢复后通过 IST/SST 同步。 若 Quorum 丢失存活节点进入 Non-Primary 状态拒绝写入。 6. 关键特性与流程对比
(1) 与传统单机 MySQL 的差异
阶段Galera 集群单机 MySQL事务提交同步提交到所有节点仅本地提交冲突解决全局认证阶段检测冲突依赖行锁或 MVCC性能影响延迟取决于最慢节点的响应仅本地磁盘/内存速度
(2) 多语句事务的原子性保证 全有或全无所有语句的变更要么全部提交到所有节点要么全部回滚。 全局锁协调事务涉及的锁信息通过 WriteSet 传递确保全局一致性。 7. 监控与日志
(1) 关键监控指标 SHOW STATUS LIKE wsrep_%; wsrep_local_state_comment节点状态Synced/Donor/Joiner。 wsrep_last_committed最后提交的 GTID。 wsrep_cert_deps_distance事务依赖的间隔反映冲突频率。
(2) 日志分析 错误日志/var/log/mariadb/mariadb.log 查找 Certification failed 或 WSREP: Transaction cancelled。 Galera 调试日志 ini 复制 [galera]
wsrep_debug ON # 启用详细日志 8. 性能优化建议 减少冲突 设计事务时避免热点行如批量更新改为分散操作。 使用乐观锁机制如版本号字段。 调整参数 增加 wsrep_slave_threads 提升并发应用 WriteSet 的能力。 优化 innodb_flush_log_at_trx_commit 2牺牲部分持久性换取性能。 网络优化 使用低延迟、高带宽的专用网络。 启用 TCP 快速打开tcp_fastopen。 总结
MariaDB Galera 集群中多语句更新事务的完整执行流程通过 本地执行、全局认证、有序提交 实现强一致性。其核心是通过牺牲部分写延迟等待多数节点确认换取多主架构下的数据一致性。理解这一流程有助于 设计低冲突的分布式事务逻辑。 快速定位事务失败原因如认证冲突、网络分区。 合理优化集群参数与架构如控制事务粒度、提升网络性能。
三、常见问题
每个pod节点队列容量设置过少导致频繁限流从流控dashboard能够看到限流时机增大队列容量。队列容量加大就会有db延迟导致多节点数据无法强一致在发生宕机故障时候有部分不一致数据丢失风险。
