一、高可用架构
·异步复制:应用发起更新(含增加、删除、修改操作)请求,Master 完成相应操作后立即响应应用,Master 向 Slave 异步复制数据。因此异步复制方式下,Slave 不可用不影响主库上的操作,而 Master 不可用有概率会引起数据不一致。
·强同步复制:应用发起更新请求,Master 完成操作后向 Slave 复制数据,Slave 接收到数据后向 Master 返回成功信息,Master 接到 Slave 的反馈后再应答给应用。Master 向 Slave 复制数据是同步进行的,因此 Slave 不可用会影响 Master 上的操作,而 Master 不可用不会引起数据不一致。
注意:使用“强同步”复制时,如果主库与备库之间网络中断或备库出现问题,主库也会被锁住(hang),而此时如果只有一个主库或一个备库,那么是无法做高可用方案的。因为单一服务器服务,如果故障会直接导致部分数据完全丢失,不符合金融级数据安全要求。
·半同步复制:半同步复制是 google 提出的一种同步方案,其原理是正常情况下数据复制方式采用强同步复制方式,当 Master 向 Slave 复制数据出现异常的时候(Slave 不可用或者双节点间的网络异常)退化成异步复制。当异常恢复后,异步复制会恢复成强同步复制。半同步复制意味着 Master 不可用会有较小概率引起数据不一致。
二、常见高可用架构
·共享存储方案:使用共享存储,如 SAN 存储。SAN 的原理是多台数据库服务器共享同一个存储区域,这样多台数据库都可以“读写”同一份数据。当主库发生故障时,第三方高可用软件把文件系统在备库上挂起,然后在备库上启动数据库即完成切换。
·日志同步或流复制同步:数据库最常见复制模式,如 MySQL 数据库。每当写入数据,MySQL Master Server 将自己的 Binary Log 通过复制线程传输给 Slave,Slave 接收到 Binary Log 以后,依照 Binary Log 内容,写入相同数据到文件系统。目前 MySQL 已经提供:
·异步复制:异步复制可以确保得到快速的响应结构,但是不能确保二进制日志确实到达了 Slave 上,即无法保障数据一致性。
·半同步复制:(由 google 提供的同步插件)半同步复制对于客户的请求响应稍微慢点,在超时等情况下,会退化为异步,即基本保障数据一致性,但无法保证数据完全一致性。
·基于触发器的同步:使用触发器记录数据变化,然后同步到另一台数据库上。
·基于中间件的同步:系统不直接连接到底层数据库,而是连接到一个中间件,中间件把数据库变更发送到底层多台数据库上,从而完成数据同步。早几年,由于业务需求,数据库性能、同步机制等问题,某些软件开发商通常采用类似架构。
三、异步多线程强同步复制技术
通过如下视频,你可以了解 TDSQL MySQL 版集中式数据库(以下简称 TDSQL 数据库)的异步多线程强同步复制技术:
同步技术发展过程中,提供了异步复制、半同步等同步技术,这两种技术面向普通用户群体,在用户要求不高、网络条件较好、性能压力不大的情况下,能够基本保障数据同步;但通常情况下,采用异步复制、半同步机制容易经常出现数据不一致问题,直接影响系统可靠性,甚至出现丢失交易数据,带来直接或间接经济损失。
腾讯云业务经过多年积累,自主研发出数据库异步多线程强同步复制方案(Multi-thread Asynchronous Replication,MAR),相比于 Oracle 的 NDB 引擎、Percona XtraDB Cluster 和 MariaDB Galera Cluster,其性能、效率和适用性更具优势。MAR 强同步方案特点如下:
·一致性的同步复制,保证节点间数据强一致性。
·对业务层面完全透明,业务层面无需做读写分离或同步强化工作。
·将串行同步线程异步化,引入线程池能力,大幅度提高性能。
·支持集群架构。
·支持自动成员控制,故障节点自动从集群中移除。
·支持自动节点加入,无需人工干预。
·每个节点都包含完整的数据副本,可以随时切换。
·无需共享存储设备。
腾讯 MAR 方案强同步技术,只有当备机数据同步后,才由主机向应用返回事务应答。对比在跨可用区同样的测试方案下,MAR 技术在 OLTP RW(读写混合,主从架构)场景下的性能是 MySQL 5.7异步的1.2倍。
四、集群架构
通过如下视频,你可以了解 TDSQL 数据库的集群架构:
TDSQL 数据库采用集群架构,一套独立 TDSQL 数据库系统至少需要十余个系统或组件组成,架构简图如下:
其中,TDSQL 数据库最核心的三个主要模块是:决策调度集群(Tschedule)、数据库节点组(SET)和接入网关集群(TProxy),三个模块的交互都是通过配置集群(TzooKeeper)完成。
·数据库节点组(SET):由兼容 MySQL 数据库的引擎、监控和信息采集(Tagent)组成, 其架构有“一个主节点(Master)、若干备节点(Slave_n)、若干异地备份节点(Watcher_m)”,通常情况下:
·部署在跨机架、跨机房的服务器中。
·通过心跳监控和信息采集模块(Tagent)监控,确保集群的健壮性。
·分布式架构下,基于水平拆分,若干个分片(数据库节点组)提供一个“逻辑统一,物理分散”分布式的数据库实例。
·决策调度集群(Tschedule):作为集群的管理调度中心,主要管理 SET 的正常运行,记录并分发数据库全局配置,其包括:
·调度作业集群(Scheduler):帮助数据库管理员或者数据库用户自动调度和运行各种类型的作业,例如数据库备份、收集监控、生成各种报表或者执行业务流程等,TDSQL 数据库把 Schedule、zookeeper、OSS(运营支撑系统)结合起来通过时间窗口激活指定的资源计划,完成数据库在资源管理和作业调度上的各种复杂需求,Oracle 也用 DBMS_SCHEDULER 支持类似的能力。
·程序协调与配置集群(TzooKeeper):它为 TDSQL 数据库提供配置维护、选举决策、路由同步等,并能支撑数据库节点组(分片)的创建、删除、替换等工作,并统一下发和调度所有 DDL(数据库模式定义语言)操作,TzooKeeper 部署数量需大于等于三台。
·运维支撑系统(OSS):一套综合的业务运营和管理平台,同时也是真正融合了数据库管理特点,将网络管理、系统管理、监控服务有机整合在一起。
·决策调度集群独立部署在腾讯云全国三大机房中(跨机房部署,异地容灾)。
·接入网关集群(TProxy):在网络层连接管理 SQL 解析、分配路由(TProxy 非腾讯云网关 TGW)。
·与数据库引擎部署数量相同,分担负载并实现容灾。
·从配置集群(TzooKeeper)拉取数据库节点(分片)状态,提供分片路由,实现透明读写。
·记录并监控 SQL 执行信息,分析 SQL 执行效率,记录并监控用户接入信息,进行安全性鉴权,阻断风险操作。
·TProxy 前端部署为腾讯云网关系统 TGW,对用户提供唯一一个虚拟 IP 服务。
·这种集群架构极大简化了各个节点之间的通信机制,也简化了对于硬件的需求,这就意味着即使是简单的 x86 服务器,也可以搭建出类似于小型机、共享存储等一样稳定可靠的数据库。