數(shù)據(jù)庫(kù)從主備到主主的高可用方案設(shè)計(jì)

1、 數(shù)據(jù)庫(kù)從主備到主主的高可用方案設(shè)計(jì)目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc526839700 1.前言 PAGEREF _Toc526839700 h 3 HYPERLINK l _Toc526839701 1.一主一備的架構(gòu)（主備式） PAGEREF _Toc526839701 h 3 HYPERLINK l _Toc526839702 2.一主一從的架構(gòu)（主從式） PAGEREF _Toc526839702 h 4 HYPERLINK l _Toc526839703 3.互為主從的架構(gòu)（主主式） PAGEREF _Toc526839703 h 7前言在互聯(lián)

2、網(wǎng)項(xiàng)目中，當(dāng)業(yè)務(wù)規(guī)模越來(lái)越大，數(shù)據(jù)越來(lái)越多，隨之而來(lái)的就是數(shù)據(jù)庫(kù)壓力會(huì)越來(lái)越大。慢慢就會(huì)發(fā)現(xiàn)，數(shù)據(jù)庫(kù)層可能已經(jīng)成為了整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵點(diǎn)和性能瓶頸了，因此實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)層的高可用就成為了我們項(xiàng)目中經(jīng)常要解決的問(wèn)題。本文介紹如何實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層的高可用方案。在保障數(shù)據(jù)層的高性能與高穩(wěn)定方面，最容易想到的方式就是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分片、多份、冗余等，很多架構(gòu)的本質(zhì)其實(shí)也是基于這幾點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這里先不看細(xì)節(jié)，即先不管底層數(shù)據(jù)源是什么數(shù)據(jù)庫(kù)，我們先只聊架構(gòu)方案，因?yàn)闊o(wú)論底層是關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)，還是NoSQL數(shù)據(jù)庫(kù)，無(wú)論是 Mysql 還是 Redis、MongoDB，我們?cè)诩軜?gòu)設(shè)計(jì)上都是相通的。大體上，單中心雙機(jī)的常見(jiàn)方案有

3、以下這些：一主一備的架構(gòu)（主備式）一主一從的架構(gòu)（主從式）互為主從的架構(gòu)（主主式）以上方案從上至下，依次是從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，從基礎(chǔ)到豐富。下面我們來(lái)具體看看：一主一備的架構(gòu)（主備式） 主備式架構(gòu)是雙機(jī)部署中最簡(jiǎn)單的一種架構(gòu)了，幾乎市面上所有的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)都會(huì)自帶這個(gè)主備功能。如圖，其思路也特別的簡(jiǎn)單：將數(shù)據(jù)庫(kù)部署到兩臺(tái)機(jī)器，其中一臺(tái)機(jī)器（代號(hào)A）作為日常提供數(shù)據(jù)讀寫服務(wù)的機(jī)器，稱為主機(jī)。另外一臺(tái)機(jī)器（代號(hào)B）并不提供線上服務(wù)，但會(huì)實(shí)時(shí)的將主機(jī)的數(shù)據(jù)同步過(guò)來(lái)，稱為備機(jī)。一旦主機(jī)出了故障，通過(guò)人工的方式，手動(dòng)的將主機(jī)踢下線，將備機(jī)改為主機(jī)來(lái)繼續(xù)提供服務(wù)。這個(gè)架構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)都很明顯，優(yōu)點(diǎn)就是幾乎不需要做什么

4、開(kāi)發(fā)改造，各類數(shù)據(jù)庫(kù)就支持這種模式，部署維護(hù)起來(lái)也簡(jiǎn)單，并沒(méi)有引入額外的系統(tǒng)復(fù)雜度和瓶頸。但是缺點(diǎn)呢，就是當(dāng)主機(jī)出現(xiàn)故障的時(shí)候，需要人工去干預(yù)啊，運(yùn)維同學(xué)很辛苦的，而且處理還不一定及時(shí)。再還有一個(gè)缺點(diǎn)就是，主備架構(gòu)會(huì)造成嚴(yán)重浪費(fèi)資源，畢竟需要一臺(tái)與主機(jī)同等配置的備機(jī)長(zhǎng)期備著，但又不作為線上服務(wù)來(lái)使用，你說(shuō)浪費(fèi)不浪費(fèi)。為了解決這個(gè)資源浪費(fèi)問(wèn)題，我們就得想一個(gè)把備機(jī)也用起來(lái)的方案：主從式架構(gòu)。一主一從的架構(gòu)（主從式） 主從式架構(gòu)大體上與上述的主備式架構(gòu)差不多。區(qū)別就是主備式的備機(jī)平時(shí)是不干活的的，主要起到備份的作用。而主從式的備機(jī)改為了從機(jī)，平時(shí)也要提供服務(wù)，跟主機(jī)一樣隨時(shí)隨刻的在干活的。如圖，主

5、從式架構(gòu)中的從機(jī)雖然也在隨時(shí)隨刻提供服務(wù)，但是它只提供讀服務(wù)，并不提供寫服務(wù)。主機(jī)會(huì)實(shí)時(shí)的將線上數(shù)據(jù)同步到從機(jī)，以保證從機(jī)能夠正常的提供讀操作。這種架構(gòu)相比較主備式，對(duì)資源是一種節(jié)約，畢竟從機(jī)也在提供服務(wù)，沒(méi)有白白的浪費(fèi)。并且在主機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，在人工介入之前，好歹從機(jī)也是能夠提供數(shù)據(jù)的讀操作的，畢竟大多數(shù)業(yè)務(wù)都是讀多寫少，因此對(duì)穩(wěn)定性又提高了一個(gè)層次。缺點(diǎn)就是架構(gòu)稍微復(fù)雜了一點(diǎn)，畢竟主機(jī)和從機(jī)都有讀服務(wù)，那么前端業(yè)務(wù)系統(tǒng)就需要用一定策略去判斷該路由到哪一臺(tái)去讀取數(shù)據(jù)。還有就是，延遲問(wèn)題，主機(jī)的數(shù)據(jù)同步到從機(jī)難免會(huì)有一定程度的延遲，這個(gè)延遲可能會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性要求較高的業(yè)務(wù)有一定影響。通過(guò)上面內(nèi)容

6、可以看到，雖然這個(gè)架構(gòu)一定程度解決了資源浪費(fèi)，但并沒(méi)有解決人工干預(yù)的問(wèn)題，當(dāng)出現(xiàn)了故障后還是需要人工去處理。如果想讓架構(gòu)更智能一點(diǎn)，那么我們就需要引入主從雙機(jī)自動(dòng)切換的功能。主從雙機(jī)自動(dòng)切換：是指當(dāng)主機(jī)出現(xiàn)故障后，從機(jī)能夠自動(dòng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)。同時(shí)從機(jī)將自己迅速切換為主機(jī)，將原來(lái)的主機(jī)立即下線服務(wù)，或轉(zhuǎn)換為從機(jī)狀態(tài)。要實(shí)現(xiàn)主從雙機(jī)自動(dòng)切換，有幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)需要考慮：主機(jī)與從機(jī)之間的狀態(tài)如何判斷？ 必須有一個(gè)機(jī)制能監(jiān)測(cè)兩臺(tái)機(jī)器的運(yùn)行狀態(tài)，以此來(lái)決定是否應(yīng)該切換。我們比較常用的狀態(tài)傳遞方式有兩種：雙機(jī)互連模式第三方中介模式雙機(jī)互連模式：是指在主機(jī)和從機(jī)之間建立一條用于狀態(tài)通訊的通道。通過(guò)這個(gè)通道，主機(jī)和從機(jī)之

7、間可以共享服務(wù)狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)對(duì)方宕機(jī)或者停止服務(wù)了，就可以立即將自己切換為主服務(wù)。不過(guò)這種方式需要關(guān)注通道的健壯性，一旦通道自身不穩(wěn)定了，可能會(huì)導(dǎo)致假消息出現(xiàn)，比如主機(jī)并沒(méi)有宕機(jī)，但是通道壞了，導(dǎo)致從機(jī)以為出現(xiàn)了異常，就將自己切換為了主機(jī)，那就出現(xiàn)了2個(gè)主機(jī)了，因此通道本身也是一個(gè)可能的故障點(diǎn)。第三方中介模式：是指在主機(jī)和從機(jī)之外，再建立一個(gè)中介機(jī)器，這個(gè)中介機(jī)器專門用來(lái)維護(hù)各節(jié)點(diǎn)（主機(jī)/從機(jī)）狀態(tài)的，主機(jī)/從機(jī)實(shí)時(shí)的將自身狀態(tài)上報(bào)給中介機(jī)器，中介機(jī)器來(lái)決定是否應(yīng)該切換、何時(shí)切換。MongoDB的Replica Set就是采用的這種模式。除了狀態(tài)判斷，還需要考慮切換的策略是什么？ 也就是說(shuō)發(fā)生

8、異常幾次/多久后開(kāi)始切換，是否有一個(gè)緩沖機(jī)制等。另外切換完成后，當(dāng)原主機(jī)又恢復(fù)正常之后是否需要自動(dòng)再切換回來(lái)等策略。另外就是需要注意在切換過(guò)程中雙機(jī)數(shù)據(jù)如果發(fā)生沖突時(shí)，以哪個(gè)為準(zhǔn)？處理機(jī)制是什么。這些細(xì)節(jié)都是在設(shè)計(jì)主從自動(dòng)切換架構(gòu)時(shí)候，要提前規(guī)劃的。互為主從的架構(gòu)（主主式） 互為主從的架構(gòu)是指兩臺(tái)機(jī)器自己都是主機(jī)，并且也都是作為對(duì)方的從機(jī)。兩臺(tái)機(jī)器都提供完整的讀寫服務(wù)，因此無(wú)需切換，客戶機(jī)在調(diào)用的時(shí)候隨機(jī)挑選一臺(tái)即可，當(dāng)其中一臺(tái)宕機(jī)，另外一臺(tái)還可以繼續(xù)服務(wù)。如圖，采用 互為主從架構(gòu) 有個(gè)復(fù)雜點(diǎn)就是，因?yàn)閮膳_(tái)主機(jī)都接受寫數(shù)據(jù)，那就需要將寫的最新數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)的同步給對(duì)方，需要將數(shù)據(jù)進(jìn)行兩臺(tái)主機(jī)的雙向復(fù)制。而雙向復(fù)制不可避免的會(huì)在一定程度上帶來(lái)數(shù)據(jù)延