Основы репликации в MySQL

С репликацией серверов MySQL я познакомился относительно недавно, и по мере проведения разных опытов с настройкой, записывал, что у меня получалось. Когда материала набралось достаточно много, появилась идея написать эту статью. Я постарался собрать советы и решения по некоторым самым основным вопросам, с которыми я столкнулся. По ходу дела я буду давать ссылки на документацию и другие источники. Не могу претендовать на полноту описания, но надеюсь, что статья будет полезной.

Небольшое введение

Репликация (от лат. replico -повторяю) — это тиражирование изменений данных с главного сервера БД на одном или нескольких зависимых серверах. Главный сервер будем называть мастером, а зависимые — репликами.
Изменения данных, происходящие на мастере, повторяются на репликах (но не наоборот). Поэтому запросы на изменение данных (INSERT, UPDATE, DELETE и т. д.) выполняются только на мастере, а запросы на чтение данных (проще говоря, SELECT) могут выполняться как на репликах, так и на мастере. Процесс репликации на одной из реплик не влияет на работу других реплик, и практически не влияет на работу мастера.
Репликация производится при помощи бинарных логов, ведущихся на мастере. В них сохраняются все запросы, приводящие (или потенциально приводящие) к изменениям в БД (запросы сохраняются не в явном виде, поэтому если захочется их посмотреть, придется воспользоваться утилитой mysqlbinlog). Бинлоги передаются на реплики (бинлог, скачанный с мастера, называется "relay binlog ") и сохраненные запросы выполняются, начиная с определенной позиции. Важно понимать, что при репликации передаются не сами измененные данные, а только запросы, вызывающие изменения.
При репликации содержимое БД дублируется на нескольких серверах. Зачем необходимо прибегать к дублированию? Есть несколько причин:

• производительность и масштабируемость. Один сервер может не справляться с нагрузкой, вызываемой одновременными операциями чтения и записи в БД. Выгода от создания реплик будет тем больше, чем больше операций чтения приходится на одну операцию записи в вашей системе.
• отказоустойчивость. В случае отказа реплики, все запросы чтения можно безопасно перевести на мастера. Если откажет мастер, запросы записи можно перевести на реплику (после того, как мастер будет восстановлен, он может принять на себя роль реплики).
• резервирование данных. Реплику можно «тормознуть » на время, чтобы выполнить mysqldump, а мастер — нет.
• отложенные вычисления. Тяжелые и медленные SQL-запросы можно выполнять на отдельной реплике, не боясь помешать нормальной работе всей системы.

Кроме того, есть некоторые другие интересные возможности. Поскольку на реплики передаются не сами данные, а запросы, вызывающие их изменения, мы можем использовать различную структуру таблиц на мастере и репликах. В частности, может отличаться тип таблицы (engine) или набор индексов. Например, для осуществления полнотекстового поиска мы можем на реплике использовать тип таблицы MyISAM, несмотря на то, что мастер будет использовать InnoDB.

Настройка репликации

Допустим, у нас есть работающая база данных MySQL, уже наполненная данными и включенная в работу. И по одной из причин, описанных выше, мы собираемся включить репликацию нашего сервера. Наши исходные данные:

• IP-адрес мастера 192.168.1.101, реплики — 192.168.1.102.
• MySQL установлен и настроен
• требуется настроить репликацию БД testdb
• мы можем приостановить работу мастера на некоторое время
• у нас, разумеется, есть root на обеих машинах

Настройки мастера

Обязательно укажем уникальный ID сервера, путь для бинарных логов и имя БД для репликации в секции [mysqld]:
server-id = 1
log-bin = /var/lib/mysql/mysql-bin
replicate-do-db = testdb
Убедитесь, что у вас достаточно места на диске для бинарных логов.

Добавим пользователя replication, под правами которого будет производится репликация. Будет достаточно привилегии "replication slave ":
mysql@master> GRANT replication slave ON "testdb".* TO "replication"@"192.168.1.102" IDENTIFIED BY "password";

Перезагрузим MySQL, чтобы изменения в конфиге вступили в силу:
root@master# service mysqld restart

Если все прошло успешно, команда "show master status " должна показать примерно следующее:
mysql@master> SHOW MASTER STATUS\G
File: mysql-bin.000003
Position: 98
Binlog_Do_DB:
Binlog_Ignore_DB:
Значение position должно увеличиваться по мере того, как вносятся изменения в БД на мастере.

Настройки реплики

Укажем ID сервера, имя БД для репликации и путь к relay-бинлогам в секции [mysqld] конфига, затем перезагрузим MySQL:
server-id = 2
relay-log = /var/lib/mysql/mysql-relay-bin
relay-log-index = /var/lib/mysql/mysql-relay-bin.index
replicate-do-db = testdb

root@replica# service mysqld restart

Переносим данные

Здесь нам придется заблокировать БД для записи. Для этого можно либо остановить работу приложений, либо воспользоваться установкой флажка read_only на мастере (внимание: на пользователей с привилегией SUPER этот флаг не действует). Если у нас есть таблицы MyISAM, сделаем также "flush tables":
mysql@master> FLUSH TABLES WITH READ LOCK;
mysql@master> SET GLOBAL read_only = ON;

Посмотрим состояние мастера командой «show master status» и запомним значения File и Position (после успешной блокировки мастера они не должны изменятся):
File: mysql-bin.000003
Position: 98

Делаем дамп БД, и после завершения операции снимаем блокировку мастера:
mysql@master> SET GLOBAL read_only = OFF;

Переносим дамп на реплику и восстанавливаем из него данные.
Наконец, запускаем репликацию командами "change master to" и "start slave" и посмотрим, все ли прошло хорошо:
mysql@replica> CHANGE MASTER TO MASTER_HOST = "192.168.1.101 ", MASTER_USER = "replication ", MASTER_PASSWORD = "password ", MASTER_LOG_FILE = "mysql-bin.000003 ", MASTER_LOG_POS = 98;
mysql@replica> start slave;
Значения MASTER_LOG_FILE и MASTER_LOG_POS мы берем с мастера.

Посмотрим, как идет репликация командой "show slave status ":
mysql@replica> SHOW SLAVE STATUS\G
Slave_IO_State: Waiting for master to send event
Master_Host: 192.168.1.101
Master_User: replication
Master_Port: 3306
Connect_Retry: 60
Master_Log_File: mysql-bin.000003
Read_Master_Log_Pos: 98
Relay_Log_File: mysql-relay-bin.001152
Relay_Log_Pos: 235
Relay_Master_Log_File: mysql-bin.000003
Slave_IO_Running: Yes
Slave_SQL_Running: Yes
Replicate_Do_DB: testdb,testdb
Replicate_Ignore_DB:
Replicate_Do_Table:
Replicate_Ignore_Table:
Replicate_Wild_Do_Table:
Replicate_Wild_Ignore_Table:
Last_Errno: 0
Last_Error:
Skip_Counter: 0
Exec_Master_Log_Pos: 98
Relay_Log_Space: 235
Until_Condition: None
Until_Log_File:
Until_Log_Pos: 0
Master_SSL_Allowed: No
Master_SSL_CA_File:
Master_SSL_CA_Path:
Master_SSL_Cert:
Master_SSL_Cipher:
Master_SSL_Key:
Seconds_Behind_Master: 5


Наиболее интересные сейчас значения я выделил. При успешном начале репликации их значения должны быть примерно такими, как в листинге (см. описание команды "show slave status " в документации). Значение Seconds_Behind_Master может быть любым целым числом.
Если репликация идет нормально, реплика будет следовать за мастером (номер лога в Master_Log_File и позиция Exec_Master_Log_Pos будут расти). Время отставания реплики от мастера (Seconds_Behind_Master), в идеале, должно быть равно нулю. Если оно не сокращается или растет, возможно, что нагрузка на реплику слишком высока — она просто не успевает повторять изменения, происходящие на мастере.
Если же значение Slave_IO_State пусто, а Seconds_Behind_Master равно NULL, репликация не началась. Смотрите лог MySQL для выяснения причины, устраняйте её и заново запускайте репликацию:
mysql@replica> start slave;

Путем этих нехитрых действий мы получаем реплику, данные которой идентичны данным на мастере.
Кстати, время блокировки мастера — это время создания дампа. Если он создается недопустимо долго, можно попробовать поступить так:

• заблокировать запись в мастер флагом read_only, запомнить позицию и остановить MySQL.
• после этого скопировать файлы БД на реплику и включить мастер.
• начать репликацию обычным способом.
  

Существует несколько способов создать реплику без остановки мастера вообще, но они срабатывают не всегда.

Добавляем реплики

Пусть у нас уже есть работающие мастер и реплика, и нам нужно добавить к ним еще одну. Сделать это даже проще, чем добавить первую реплику к мастеру. И гораздо приятнее то, что нет необходимости останавливать для этого мастер.
Для начала настроим MySQL на второй реплике и убедимся, что мы внесли нужные параметры в конфиг:
server-id = 3
replicate-do-db = testdb

Теперь остановим репликацию на первой реплике:
mysql@replica-1> stop slave;

Реплика продолжит работать нормально, однако данные на ней уже не будут актуальными. Посмотрим статус и запомним позицию мастера, до которой реплика дошла перед остановкой репликации:
mysql@replica-1> SHOW SLAVE STATUS\G

Нам нужные будет значения Master_Log_File и Exec_Master_Log_Pos:
Master_Log_File: mysql-bin.000004
Exec_Master_Log_Pos: 155

Создадим дамп БД и продолжим репликацию на первой реплике:
mysql@replica-1> START SLAVE;

Восстановим данные из дампа на второй реплике. Затем включим репликацию:
mysql@replica-2> CHANGE MASTER TO MASTER_HOST = "192.168.1.101 ", MASTER_USER = "replication ", MASTER_PASSWORD = "password ", MASTER_LOG_FILE = "mysql-bin.000004 ", MASTER_LOG_POS = 155;
mysql@replica-2> START SLAVE;

Значения MASTER_LOG_FILE и MASTER_LOG_POS — это соответственно значения Master_Log_File и Exec_Master_Log_Pos из результата команды «show slave status » на первой реплике.
Репликация должна начаться с той позиции, на которой была остановлена первая реплика (и соответственно, создан дамп). Таким образом, у нас будет две реплики с идентичными данными.

Объединяем реплики

Иногда возникает такая ситуация: на мастере существует две БД, одна из которых реплицируется на одной реплике, а вторая — на другой. Как настроить репликацию двух БД на обеих репликах, не делая их дампы на мастере и не выключая его из работы? Достаточно просто, с использованием команды "start slave until ".
Итак, у нас имеется master с базами данных testdb1 и testdb2, которые реплицируются соответственно на репликах replica-1 и replica-2. Настроим репликацию обеих БД на replica-1 без остановки мастера.
Остановим репликацию на replica-2 командой и запомним позицию мастера:
mysql@replica-2> STOP SLAVE;
mysql@replica-2> SHOW SLAVE STATUS\G
Master_Log_File: mysql-bin.000015
Exec_Master_Log_Pos: 231

Создадим дамп БД testdb2 и возобновим репликацию (на этом манипуляции с replica-2 закончились). Дамп восстановим на replica-1.

Ситуация на replica-1 такая: БД testdb1 находится на одной позиции мастера и продолжает реплицироваться, БД testdb2 восстановлена из дампа с другой позиции. Синхронизируем их.

Остановим репликацию и запомним позицию мастера:
mysql@replica-1> STOP SLAVE;
mysql@replica-1> SHOW SLAVE STATUS\G
Master_Log_File: mysql-bin.000016
Exec_Master_Log_Pos: 501

Убедимся, что в конфиге на replica-1 в секции [mysqld] указано имя второй БД:
replicate-do-db = testdb2

Перезагрузим MySQL, чтобы изменения в конфиге вступили в силу. Кстати, можно было просто перезагрузить MySQL, не останавливая репликацию — из лога мы бы узнали, на какой позиции мастера репликация остановилась.

Теперь проведем репликацию с позиции, на которой была приостановлена replica-2 до позиции, на которой мы только что приостановили репликацию:
mysql@replica-1> CHANGE MASTER TO MASTER_HOST = "192.168.1.101 ", MASTER_USER = "replication ", MASTER_PASSWORD = "password ", MASTER_LOG_FILE = "mysql-bin.000015 ", MASTER_LOG_POS = 231;
mysql@replica-1> start slave until MASTER_LOG_FILE = "mysql-bin.000016 ", MASTER_LOG_POS = 501;

Репликация закончится, как только реплика дойдет до указанной позиции в секции until, после чего обе наши БД будут соответствовать одной и той же позиции мастера (на которой мы остановили репликацию на replica-1). Убедимся в этом:
mysql@replica-1> SHOW SLAVE STATUS\G
mysql@replica-1> START SLAVE;
Master_Log_File: mysql-bin.000016
Exec_Master_Log_Pos: 501

Добавим в конфиг на replica-1 в секции [mysqld] имена обеих БД:
replicate-do-db = testdb1
replicate-do-db = testdb2

Важно: каждая БД должна быть указана на отдельной строке.
Перезагрузим MySQL и продолжим репликацию:
mysql@replica-1> CHANGE MASTER TO MASTER_HOST = "192.168.1.101 ", MASTER_USER = "replication ", MASTER_PASSWORD = "password ", MASTER_LOG_FILE = "mysql-bin.000016 ", MASTER_LOG_POS = 501;
После того, как replica-1 догонит мастер, содержание их БД будет идентично. Объединить БД на replica-2 можно или подобным образом, или сделав полный дамп replica-1.

Рокировка мастера и реплики

Переключить реплику в режим мастера бывает необходимо, например, в случае отказа мастера или при проведении на нем технических работ. Для возможности такого переключения необходимо настроить реплику подобно мастеру, или сделать её пассивным мастером.

Включим ведение бинарных логов (дополнительно к relay-бинлогам) в конфиге в секции [mysqld]:
log-bin = /var/lib/mysql/mysql-bin

И добавим пользователя для ведения репликации:
mysql@master> GRANT replication slave ON ’testdb’.* TO ’replication’@’192.168.1.101′ IDENTIFIED BY "password ";

Пассивный мастер ведет репликацию как и обычная реплика, но кроме этого создает бинарные логии — то есть, мы можем начать репликацию с него. Убедимся в этом командой "show master status ":
mysql@replica> SHOW MASTER STATUS\G
File: mysql-bin.000001
Position: 61
Binlog_Do_DB:
Binlog_Ignore_DB:

Теперь, чтобы перевести пассивный мастер в активный режим, необходимо остановить репликацию на нем и включить репликацию на бывшем активном мастере. Чтобы в момент переключения данные не были утеряны, активный мастер необходимо заблокировать на запись.
mysql@master> FLUSH TABLES WITH READ LOCK
mysql@master> SET GLOBAL read_only = ON;
mysql@replica> STOP SLAVE;
mysql@replica> SHOW MASTER STATUS;
File: mysql-bin.000001
Position: 61
mysql@master> CHANGE MASTER TO MASTER_HOST = "192.168.1.102 ", MASTER_USER = "replication ", MASTER_PASSWORD = "password ", MASTER_LOG_FILE = "mysql-bin.000001 ", MASTER_LOG_POS = 61;
mysql@master> start slave;
Все, так мы поменяли активный мастер. Можно снять с бывшего мастера блокировку.

Заключение

Мы немного разобрались в том, как настраивать репликацию в MySQL и выполнять некоторые основные операции. К сожалению, за рамками статьи остались следующие важные вопросы:

• устранение единичных точек отказа (SPF, Single Points of Failure). При использовании единственного сервера MySQL, его отказ приводил к отказу всей системы. При использовании нескольких серверов, отказ любого из них приведет к отказу системы, если только мы специально не позаботимся об этом. Нам нужно предусмотреть обработку ситуации с отказом мастера и реплики. Одно из существующих средств — MMM, однако, требует доработки напильником.
• балансировка нагрузки. При использовании нескольких реплик нам было бы удобно использовать прозрачный механизм балансировки, особенно если производительность реплик неодинакова. Под Linux возможно использовать стандартное решение — LVS.
• изменение логики работы приложения. В идеальной ситуации, запросы на чтение данных надо направлять на реплики, а на изменение — на мастер. Однако, из-за возможного отставания реплик, такая схема часто неработоспособна и необходимо выявлять такие запросы на чтение, которые все же должны выполнятся на мастере.

Надеюсь осветить эти вопросы в дальнейших статьях.
Спасибо за внимание!