MySQL 8.0 新特性之 Clone Plugin

个人感觉,主要还是为 Group Replication 服务。在 Group Replication 中,如果要添加一个新的节点,这个节点差异数据的补齐是通过分布式恢复( Distributed Recovery )来实现的。

在 MySQL 8.0.17 之前,只支持一种恢复方式,即 Binlog。如果新节点需要的 Binlog 在集群中不存在,这个时候,就只能借助于备份工具先做个全量数据的备份恢复,然后再通过分布式恢复同步增量数据。

这种方式,虽然也能达到添加节点的目的,但总归还是要借助外部工具,相对来说,有一定的使用门槛和工作量。

有了 Clone Plugin,只用一条命令,我们就能很方便地添加一个新的节点,无论是在 Group Replication 还是普通的主从环境中。

本章主要包括以下几部分:

  1. Clone Plugin的安装

  2. Clone Plugin的使用

  3. 如何查看克隆操作的进度

  4. 如何基于克隆数据搭建从库

  5. Clone Plugin的实现细节

  6. Clone Plugin的要求和限制

  7. Clone Plugin与XtraBackup的异同

  8. Clone Plugin的参数解析

一、Clone Plugin的安装

Clone Plugin 可通过以下两种方式安装:

(1)配置文件中指定:

[mysqld]
plugin-load-add=mysql_clone.so

(2)动态加载:

mysql> install plugin clone soname 'mysql_clone.so';

执行 show plugins 查看插件是否安装成功。

mysql> show plugins;
+---------------------------------+----------+--------------------+----------------+---------+
| Name                            | Status   | Type               | Library        | License |
+---------------------------------+----------+--------------------+----------------+---------+
...
| clone                           | ACTIVE   | CLONE              | mysql_clone.so | GPL     |
...

Status 为 ACTIVE 代表插件加载成功。

二、Clone Plugin的使用

Clone Plugin 支持两种克隆方式:本地克隆和远程克隆。

接下来我们看看本地克隆和远程克隆的使用方法。

本地克隆

本地克隆的原理图如下所示,它可将本地 MySQL 实例中的数据拷贝到本地服务器的一个目录中。本地克隆只能在实例本地发起。

本地克隆命令的语法如下:

CLONE LOCAL DATA DIRECTORY [=] 'clone_dir';

这里的 clone_dir 是克隆目录。

下面我们看下具体的使用步骤。

(1)创建克隆用户:

mysql> create user 'clone_user'@'%' identified by 'clone_pass';
mysql> grant backup_admin on *.* to 'clone_user'@'%';

这里的 backup_admin 是克隆操作必需权限,它允许用户执行 LOCK INSTANCE FOR BACKUP 命令。

(2)创建克隆目录:

# mkdir -p /data/backup
# chown -R mysql.mysql /data/backup/

(3)执行本地克隆操作:

# mysql -uclone_user -pclone_pass
mysql> clone local data directory='/data/backup/3307';

这里的 /data/backup/3307 是克隆目录,它需满足以下几点要求:

  1. 克隆目录必须是路径。

  2. /data/backup 必须存在,且 MySQL 对其有可写权限。

  3. 后一级目录 3307 不能存在。

(4)查看克隆目录的内容:

# ll /data/backup/3307
total 200644
drwxr-x--- 2 mysql mysql       89 Oct 23 22:09 #clone
-rw-r----- 1 mysql mysql     4049 Oct 23 22:09 ib_buffer_pool
-rw-r----- 1 mysql mysql 12582912 Oct 23 22:09 ibdata1
-rw-r----- 1 mysql mysql 50331648 Oct 23 22:09 ib_logfile0
-rw-r----- 1 mysql mysql 50331648 Oct 23 22:09 ib_logfile1
drwxr-x--- 2 mysql mysql        6 Oct 23 22:09 mysql
-rw-r----- 1 mysql mysql 25165824 Oct 23 22:09 mysql.ibd
drwxr-x--- 2 mysql mysql       20 Oct 23 22:09 slowtech
drwxr-x--- 2 mysql mysql       28 Oct 23 22:09 sys
-rw-r----- 1 mysql mysql 33554432 Oct 23 22:09 undo_001
-rw-r----- 1 mysql mysql 16777216 Oct 23 22:09 undo_002

(5)可直接基于备份集启动实例:

# /usr/local/mysql/bin/mysqld --no-defaults --datadir=/data/backup/3307 --user mysql --port 3307 &

相对于 Xtrabackup ,Clone Plugin 无需 Prepare 阶段。

远程克隆

远程克隆的原理图如下所示,涉及两个实例。其中,被克隆的实例是 Donor ,接受克隆数据的实例是 Recipient 。克隆命令需在 Recipient 上发起。

远程克隆命令的语法如下:

CLONE INSTANCE FROM 'user'@'host':port
IDENTIFIED BY 'password'
[DATA DIRECTORY [=] 'clone_dir']
[REQUIRE [NO] SSL];

这里面,

  • host,port:被克隆实例(Donor)的 IP 和端口。

  • user,password:Donor 上的克隆用户和密码,需要 backup_admin 权限。

  • DATA DIRECTORY:备份目录。不指定的话,则默认克隆到 Recipient 的数据目录下。

  • REQUIRE [NO] SSL:是否开启 SSL 通信。

下面我们看看具体的使用步骤:

(1)在 Donor 实例上创建克隆用户,加载 Clone Plugin :

mysql> create user 'donor_user'@'%' identified by 'donor_pass';
mysql> grant backup_admin on *.* to 'donor_user'@'%';
mysql> install plugin clone soname 'mysql_clone.so';

(2)在 Recipient 实例上创建克隆用户,加载 Clone Plugin :

mysql> create user 'recipient_user'@'%' identified by 'recipient_pass';
mysql> grant clone_admin on *.* to 'recipient_user'@'%';
mysql> install plugin clone soname 'mysql_clone.so';

这里的 clone_admin ,隐式含有 backup_admin 和 shutdown(重启实例)权限。

(3)在 Recipient 实例上设置 Donor 白名单,Recipient 只能克隆白名单中的实例:

mysql> set global clone_valid_donor_list = '192.168.244.10:3306';

设置该参数需要 SYSTEM_VARIABLES_ADMIN 权限。

(4)在 Recipient 上发起克隆命令:

# mysql -urecipient_user -precipient_pass
mysql> clone instance from 'donor_user'@'192.168.244.10':3306 identified by 'donor_pass';

远程克隆会依次执行以下操作:

  1. 获取备份锁 (Backup Lock)。备份锁和 DDL 互斥。注意,获取的不仅仅的是 Recipient 上的备份锁,Donor 上的同样也要获取。

  2. Drop 用户表空间。注意,Drop 的只是用户表空间,不是数据目录,也不包括 ib_buffer_pool、ibdata 等系统文件。

  3. 从 Donor 实例拷贝数据。对于用户表空间,会直接拷贝。对于系统文件 ,则会重命名为 xxx.#clone,不会直接替代原文件。如,

    # ll /data/mysql/3306/data/
    ...
    -rw-r----- 1 mysql mysql      4049 Oct 24 09:11 ib_buffer_pool
    -rw-r----- 1 mysql mysql      4049 Oct 24 10:54 ib_buffer_pool.#clone
    -rw-r----- 1 mysql mysql  12582912 Oct 24 10:55 ibdata1
    -rw-r----- 1 mysql mysql  12582912 Oct 24 10:55 ibdata1.#clone
    ...
    -rw-r----- 1 mysql mysql  25165824 Oct 24 10:55 mysql.ibd
    -rw-r----- 1 mysql mysql          Oct 24 10:54 mysql.ibd.#clone
    ...
    
  4. 重启实例。在启动的过程中,会用 xxx.#clone 替换掉原来的系统文件。

三、如何查看克隆操作的进度

查看克隆操作的进度,主要依托于 performance_schema 中的两张表:clone_status 和 clone_progress 。

下面我们具体看看这两张表的作用及各字段的含义。

首先看看 clone_status 表,该表记录了克隆操作的状态信息。

mysql> select * from performance_schema.clone_status\G
*************************** 1. row ***************************
             ID: 1
            PID: 
          STATE: Completed
     BEGIN_TIME: 2021-10-24 10:54:35.565
       END_TIME: 2021-10-24 10:57:02.382
         SOURCE: 192.168.244.10:3306
    DESTINATION: LOCAL INSTANCE
       ERROR_NO: 
  ERROR_MESSAGE: 
    BINLOG_FILE: mysql-bin.000004
BINLOG_POSITION: 139952824
  GTID_EXECUTED: 453a5124-020e-11ec-8719-000c29f66609:1-17674
1 row in set (0.49 sec)

其中,

  • PID:Processlist ID。对应 show processlist 中的 Id ,如果要终止当前的克隆操作,可执行 KILL QUERY processlist_id 。

  • STATE:克隆操作的状态,包括:Not Started(克隆尚未开始),In Progress(克隆中),Completed(克隆成功),Failed(克隆失败)。如果是 Failed 状态,ERROR_MESSAGE 会给出具体的报错信息。

  • BEGIN_TIME,END_TIME:克隆操作开始、结束时间。

  • SOURCE:Donor 实例的地址。

  • DESTINATION:克隆目录。LOCAL INSTANCE 代表当前实例的数据目录。

  • GTID_EXECUTED,BINLOG_FILE(BINLOG_POSITION):克隆操作对应的一致性位置点信息。可利用这些信息搭建从库。

接下来看看 clone_progress 表,该表记录了克隆操作的进度信息。

mysql> select * from performance_schema.clone_progress;
+------+-----------+-----------+----------------------------+----------------------------+---------+-----------+-----------+-----------+------------+---------------+
| ID   | STAGE     | STATE     | BEGIN_TIME                 | END_TIME                   | THREADS | ESTIMATE  | DATA      | NETWORK   | DATA_SPEED | NETWORK_SPEED |
+------+-----------+-----------+----------------------------+----------------------------+---------+-----------+-----------+-----------+------------+---------------+
|    1 | DROP DATA | Completed | 2021-10-24 10:54:48.395548 | 2021-10-24 10:54:58.352278 |       1 |          |          |          |           |              |
|    1 | FILE COPY | Completed | 2021-10-24 10:54:58.352527 | 2021-10-24 10:55:35.908919 |       2 | 616681425 | 616681425 | 616722587 |           |              |
|    1 | PAGE COPY | Completed | 2021-10-24 10:55:35.958036 | 2021-10-24 10:55:36.670272 |       2 |   7077888 |   7077888 |   7102277 |           |              |
|    1 | REDO COPY | Completed | 2021-10-24 10:55:36.671544 | 2021-10-24 10:55:37.160154 |       2 |   4372992 |   4372992 |   4373841 |           |              |
|    1 | FILE SYNC | Completed | 2021-10-24 10:55:37.160412 | 2021-10-24 10:55:39.724808 |       2 |          |          |          |           |              |
|    1 | RESTART   | Completed | 2021-10-24 10:55:39.724808 | 2021-10-24 10:56:55.207049 |        |          |          |          |           |              |
|    1 | RECOVERY  | Completed | 2021-10-24 10:56:55.207049 | 2021-10-24 10:57:02.382057 |        |          |          |          |           |              |
+------+-----------+-----------+----------------------------+----------------------------+---------+-----------+-----------+-----------+------------+---------------+
7 rows in set (.00 sec)

其中,

  • STAGE:一个克隆操作需经过 DROP DATA,FILE COPY,PAGE COPY,REDO COPY,FILE SYNC,RESTART,RECOVERY 这 7 个阶段。当前阶段结束了才会开始下个阶段。

  • STATE:当前阶段的状态,包括:Not Started,In Progress,Completed。

  • BEGIN_TIME,END_TIME:当前阶段的开始时间和结束时间。

  • THREADS:当前阶段使用的并发线程数。

  • ESTIMATE:预估的数据量。

  • DATA:已经拷贝的数据量。

  • NETWORK:通过网络传输的数据量。如果是本地克隆,该列的值为 0。

  • DATA_SPEED,NETWORK_SPEED:当前数据拷贝速率和网络传输速率。注意,是当前值。

四、如何基于克隆数据搭建从库

这里,区分两种场景:GTID 复制和基于位置点的复制。

GTID复制

对于 GTID 复制,无需关心具体的位置点信息,直接设置 MASTER_AUTO_POSITION = 1 即可。具体命令如下:

mysql> CHANGE MASTER TO MASTER_HOST = 'master_host_name', MASTER_PORT = master_port_num,
       ...
       MASTER_AUTO_POSITION = 1;
mysql> START SLAVE;

在 MySQL 5.6,5.7中,通过 Xtrabackup 搭建从库,在建立复制之前,必须执行 SET GLOBAL GTID_PURGED 操作。注意,在 MySQL 8.0 中不要执行。

在 Clone Plugin 中则无需执行。通过克隆数据启动的实例,GTID_PURGED 和 GTID_EXECUTED 默认已初始正确。

基于位置点的复制

具体命令如下:

mysql> SELECT BINLOG_FILE, BINLOG_POSITION FROM performance_schema.clone_status; 
mysql> CHANGE MASTER TO MASTER_HOST = 'master_host_name', MASTER_PORT = master_port_num,
       ...
       MASTER_LOG_FILE = 'master_log_name',
       MASTER_LOG_POS = master_log_pos;
mysql> START SLAVE;

其中,master_host_name,master_port_num 是 Donor 实例的 IP 和端口。

master_log_name,master_log_pos 分别取自 performance_schema.clone_status 中的 BINLOG_FILE 和 BINLOG_POSITION 。

五、Clone Plugin的实现细节

克隆操作可细分为以下 5 个阶段:

[INIT] ---> [FILE COPY] ---> [PAGE COPY] ---> [REDO COPY] -> [Done]

下面我们看看各个阶段的具体作用:

  1. INIT:初始化一个克隆对象。

  2. FILE COPY:拷贝数据文件。

    在拷贝之前,会将当前 CHECKPOINT 的 LSN 记为 CLONE START LSN ,同时启动 Page Tracking 。

    Page Tracking 会跟踪 CLONE START LSN 之后发生修改的页,记录这些页的 tablespace ID 和 page ID 。数据文件拷贝结束后,会将当前 CHECKPOINT 的 LSN 记为 CLONE FILE END LSN 。

  3. PAGE COPY:拷贝 Page Tracking 中记录的页。在拷贝之前,会基于 tablespace ID 和 page ID 对这些页进行排序,避免拷贝过程中的随机读写。同时,开启 Redo Archiving 。

    Redo Archiving 会在后台开启一个归档线程将 Redo log 的内容按 Chunk 拷贝到归档文件中。通常来说,归档线程的拷贝速度会快于Redo 日志的生成速度。即使慢于,在写入新的 Redo 日志时,也会等待归档线程完成拷贝,不会覆盖还未拷贝的 Redo 日志。

    Page Tracking 中的页拷贝完毕后,会获取实例的一致性位置点信息,同时将此时的 LSN 记为 CLONE LSN 。

  4. REDO COPY:拷贝归档文件中 CLONE FILE END LSN 与 CLONE LSN 之间的 Redo 日志。

  5. Done:调用 snapshot_end() 销毁克隆对象。

六、Clone Plugin的要求和限制

在使用 Clone Plugin 时,注意以下限制:

  1. 克隆期间,会阻塞 DDL 。同样,DDL 也会阻塞克隆命令的执行。不过从  MySQL 8.0.27 开始,克隆命令不会阻塞 Donor 上的 DDL 。

  2. Clone Plugin 不会拷贝 Donor 的配置参数。

  3. Clone Plugin 不会拷贝 Donor 的 Binlog。

  4. Clone Plugin 只会拷贝 InnoDB 表的数据,对于其它存储引擎的表,只会拷贝表结构。

  5. Donor 实例中如果有表通过 DATA DIRECTORY 子句设置了路径,在进行本地克隆时,会提示文件已存在。在进行远程克隆时,路径必须存在且有可写权限。

  6. 不允许通过 MySQL Router 连接 Donor 实例。

  7. 执行 CLONE INSTANCE 操作时,指定的 Donor 端口不能为 X Protocol 端口。

除此之外,在进行远程克隆时,还有如下要求:

  • MySQL 版本(包括小版本)必须一致。

  • 主机的操作系统和位数(32 位,64 位)必须一致。两者可基于参数 version_compile_os,version_compile_machine 获取。

  • Recipient 必须有足够的磁盘空间存储克隆数据。

  • 字符集相关参数必须一致,具体包括:character_set_server(字符集),collation_server(校验集)和 character_set_filesystem。

  • 参数 innodb_page_size 必须一致。

  • 无论是 Donor ,还是 Recipient ,同一时间,只能执行一个克隆操作。

  • Recipient 需要重启,所以其必须通过 mysqld_safe 或 systemd 等进程管理工具进行管理,否则的话,实例关闭后,需手动拉起。

七、Clone Plugin与XtraBackup的异同

下面看看 Clone Plugin 和 XtraBackup 的异同点:

  1. 在实现上,两者都有 FILE COPY 和 REDO COPY 阶段,但 Clone Plugin 比 XtraBackup 多了一个 PAGE COPY 阶段。由此带来的好处是,Clone Plugin 的恢复速度比 XtraBackup 快。

  2. XtraBackup 没有 Redo Archiving 特性,有可能出现未拷贝的 Redo 日志被覆盖的情况。

  3. GTID 下建立复制, Clone Plugin 无需额外执行 SET GLOBAL GTID_PURGED 操作。

八、Clone Plugin的参数解析

clone_autotune_concurrency

是否自动调节克隆过程中并发线程数的数量,默认为 ON ,此时,大线程数由参数 clone_max_concurrency  控制。若设置为 OFF ,并发线程数将是固定的,等于 clone_max_concurrency 。后者的默认值为 16 。

clone_block_ddl

克隆过程中是否对 Donor 实例加备份锁。如果加了,则会阻塞 DDL。默认为 OFF,不加。该参数是 MySQL 8.0.27 引入的。

clone_delay_after_data_drop

Drop 完用户表空间,等待多久才执行数据拷贝操作。引入该参数的初衷是某些文件系统(如 VxFS)是异步释放空间的。如果 Drop 完用户表空间,就马上执行数据拷贝操作,有可能会因为空间不足而导致克隆失败。该参数是 MySQL 8.0.29 引入的,默认为 0,不等待。

clone_buffer_size

本地克隆时,中转缓冲区的大小,默认 4M 。缓冲区越大,备份速度越快,相应地,对磁盘 IO 的压力也越大。

clone_ddl_timeout

克隆操作需要获取备份锁。在执行 CLONE 命令时,如果有 DDL 正在执行,则 CLONE 命令会被阻塞,等待获取备份锁(Waiting for backup lock)。等待的大时长由 Recipient 实例上的 clone_ddl_timeout 决定,该参数默认为 300s。如果在这个时间内还没获取到备份锁,CLONE 命令会失败,且提示 ERROR 3862 (HY000): Clone Donor Error: 1205 : Lock wait timeout exceeded; try restarting transaction.

需要注意的是,在执行 DDL 时,如果有 CLONE 命令在执行,DDL 同样也会因为备份锁而阻塞,只不过,DDL 操作的等待时长由lock_wait_timeout 决定,该参数默认为 31536000s,即 365 天。

clone_donor_timeout_after_network_failure

远程克隆时,如果出现了网络错误,克隆操作不会马上终止,而是会等待一段时间。如果在这个时间内,网络恢复了,操作会继续进行。在 MySQL 8.0.24 之前,等待时间是固定的 5 min。从 MySQL 8.0.24 开始,可通过 clone_donor_timeout_after_network_failure 设置这个时间,默认是 5 min。

clone_enable_compression

远程克隆传输数据时,是否开启压缩。默认为 OFF 。开启压缩能节省网络带宽,但相应地,会增加 CPU 消耗。

clone_max_data_bandwidth

远程克隆时,可允许的大数据拷贝速率,单位 MB/s 。默认为 0,不限制。如果 Donor 的磁盘 IO 存在瓶颈,可通过该参数来限速。

注意,这里限制的只是单个线程的拷贝速率。如果是多个线程并行拷贝,实际大拷贝速率 = clone_max_data_bandwidth * 线程数。

clone_max_network_bandwidth

远程克隆时,可允许的大网络传输速率,单位 MiB/s 。默认为 0,不限制。如果网络带宽存在瓶颈,可通过该参数来限速。


clone_valid_donor_list

在 Recipient 上设置 Donor 白名单,Recipient 只能克隆白名单中指定的实例。在执行克隆操作之前,必须设置该参数。

clone_ssl_ca,clone_ssl_cert,clone_ssl_key

SSL 相关。

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一、简述 通常前端调用后端的API,调用到了,等待执行完,拿到返回的数据,进行渲染,流程就完事了。如果想要即时怎么办?如果你想问什么场景非要即时通讯,那可就很多了,比如在线聊天、实…