MySQL数据库主从复制集群原理概念以及搭建流程

1.MySQL主从复制集群的核心概念

1.1.什么是主从复制集群

主从复制是指将主数据库的 DDL 和 DML 操作通过二进制日志传到从库服务器中，然后在从库上对这些日志重新执行（也叫重做），从而使得从库和主库的数据保持同步。

MySQL支持一台主库同时向多台从库进行复制， 从库同时也可以作为其他从服务器的主库，实现链状复制。

MySQL 复制的优点主要包含以下三个方面：

• 主库出现问题，可以快速切换到从库提供服务。
• 实现读写分离，降低主库的访问压力。
• 可以在从库中执行备份，以避免备份期间影响主库服务。

1.2.主从复制集群中的专业术语

在MySQL主从复制集群中，主要分为两大部分：文件、线程。

文件：

• 主库
  • Binlog：二进制日志。
• 从库
  • relay-log：中继日志，主库推送过来的Binlog日志都存放在中继日志中。
  • master.info：从库复制主库的信息文件，记录着主库的地址、用户、Binlog等信息。
  • relay-log.info：中继日志的信息文件，该文件记录了上次执行relay-log的位置等信息。

线程：

• 主库
  • binlog_dump_thread：二进制日志投递线程，主要将二进制日志发送给从库的线程。
• 从库
  • IO_Thread：从库的IO线程，用于请求和接收主库的Binlog二进制日志。
  • SQL_Thread：从库的SQL线程，用于将主库发来的二进制日志在数据库中进行数据复制。

1.3.主从复制集群工作原理

MySQL主从复制集群的工作原理主要围绕前面提到的文件和线程。

MySQL主从复制集群的原理：

1）首先从库执行change master to将连接主库的配置信息记录到master.info文件中，此时从库上会开启两个线程：I/O线程和SQL线程。

2）从库上的I/O线程会从master.info文件中读取主库的连接信息。

3）从库I/O线程获取到主库的信息后，会与主库进行身份认证，然后建立连接。

4）当从库I/O线程成功连接到主库后，主库会立即给从库分配一个binlog_dump_thread线程，用于推送Binlog日志到从库。

5）从库I/O线程会根据master.info中记录的Binlog信息（Binlog日志文件、标识位号）与主库的binlog_dump_thread线程请求最新的Binlog日志。

6）这时主库的binlog_dump_thread线程就会去查询是否产生了新的Binlog日志，如果产生了新的Binlog日志，会截取最新的Binlog日志然后推送给从库的I/O线程。

7）从库的I/O线程接收到主库推送的Binlog日志后，会现将其存放在内存的TCP/IP缓存中，然后告知主库的binlog_dump_thread线程，Binlog日志已收到。

8）此时从库的I/O线程会去更新master.info文件中的Binlog位置点信息，记录最新的Binlog标识号。

9）然后从库的I/O线程会将主库推送的Binlog日志写入到磁盘上的relay-log文件中。

10）最后由从库的SQL线程读取relay-log.ifno文件，获取relay-log最新的位置点，然后根据的位置点去relay-log中执行最新的Binlog日志，执行完成后会再次更新relay-log.info文件中记录的relay-log位置点。

这就是完整的主从复制工作原理。

简单来说MySQL主从复制的原理就是，从库的I/O线程读取连接主库的配置信息，然后去连接主库开始主从同步，当I/O线程连接上主库后，主库会立即给I/O线程分配一个Dump线程，用于推送Binlog日志到从库，此时I/O线程会根据master.info文件中记录的Binlog信息，向主库的Dump线程请求最新的BInlog，Dump线程查询到有最新的Binlog产生，会将最新的Binlog截取，然后推送给从库的I/O线程，I/O线程收到Binlog日志后，将其存放在内存的TCP/IP缓存中，然后更新master.info文件中最新的Binlog信息，紧接着将Binlog日志写入到relay-log中，最后由从库的SQL线程从relay-log.info中读取relay-log的位置号，然后执行relay-log中最新的Binlog日志，执行完成后，再次更新relay-log.info中的relay-log位置号，以便于下次再relay-log中读取最新的Binlog日志。

relay-log日志会通过MySQL中的其他线程定期清理。

1.4.主从复制中的小细节

从上面说的主从复制原理来看，好像每次都是从库向主库去请求新数据，那么什么时候从库才应该向主库请求呢？请求的频率如何？

其实是这样的：当主库上产生了新的事务，更新到Binlog日之后，会给binlog_dump_thread线程发送一个“信号”，binlog_dump_thread线程会与从库的I/O线程一直建立连接，binlog_dump_thread线程就会通知从库的I/O线程有新数据产生了，这时从库的I/O线程就带着master.info中记录的最新Binlog标识位号，向binlog_dump_thread线程请求最新的Binlog，然后完成数据同步。

MySQL主从复制第一次复制时，是按照上面说到的10步完成的，第二次复制时，只需要等待主库的binlog_dump_thread线程向从库的I/O线程发送信号，然后I/O线程去请求最新的Binlog，最后由SQL线程复制数据即可。

1.5.搭建主从复制集群的前提条件

搭建MySQL主从复制集群的前提条件如下：

• 首先需要准备多个MySQL实例，最少两个MySQL实例，能够实现一主一从的架构，可以在多个服务器中分布部署独立的MySQL节点，也可以在一台服务器中部署多个MySQL实例。
• 每个MySQL实例都需要由单独的sever_id。
• 身为主库角色的MySQL实例需要开启二进制日志，从库在特定场景下需要开启。
• 主库需要授权一个专门的用户作为主从复制的用户。
• 如果主库是一个运行很多年的数据库，突然要升级为主从复制集群，最好先将主库的数据同步一份到从库中。
• 开启专用的复制线程。

1.6.MySQL主从复制集群的架构信息

本次主从复制的架构是一主两从的结构。

2.搭建MySQL多实例环境

再搭建MySQL主从复制集群之前，首先搭建出多个MySQL实例，由于服务器有限，因此通过两台机器模拟出一主两从的环境。

主从复制集群中有一个节点开启了gtid，所有的节点都需要开启gtid，否则主从将不能同步。

2.1.在mysql-1中搭建身为主库的MySQL实例

mysql-1服务器中的3306端口的MySQL实例再前面已经搭建完成了，就是我们一直在使用的数据库实例，里面有数据，更加方便演示主从集群，下面只是提供一下搭建过程的步骤。

注意每个MySQL节点的server_id都要设置成不同的，如果你的一主两从都是单独在不同服务器中部署的，那么直接参考本小结的数据库实例安装即可，不用再看多实例的步骤了。

1.解压MySQL
[root@mysql-1 ~]# tar xf mysql-5.7.36-linux-glibc2.12-x86_64.tar.gz -C /usr/local/
[root@mysql-1 ~]# mv /usr/local/mysql-5.7.36-linux-glibc2.12-x86_64 /usr/local/mysql

2.设置MySQL的环境变量
[root@mysql-1 ~]# vim /etc/profile
export MYSQL_HOME=/usr/local/mysql
export PATH=$MYSQL_HOME/bin:$PATH
export LD_LIBRARY_PATH=:/usr/local/mysql/lib

3.创建mysql用户
[root@mysql-1 ~]# groupadd -r mysql
[root@mysql-1 ~]# useradd -M -r -s /sbin/nologin -g mysql mysql

4.准备数据目录
[root@mysql-1 ~]# mkdir /data/mysql
[root@mysql-1 ~]# chown -R mysql. /data/mysql

5.初始化数据库
[root@mysql-1 ~]# mysqld --initialize-insecure --user=mysql --basedir=/usr/local/mysql --datadir=/data/mysql

6.准备mysql配置文件
[root@mysql-1 ~]# vim /etc/my.cnf
[mysqld]	
user=mysql								
port=3306							    
server_id=1							#每个MySQL数据库的server_id都设置成不同的
basedir=/usr/local/mysql				
datadir=/data/mysql	
log_bin=mysql-bin
gtid-mode=on
enforce-gtid-consistency=true
socket=/tmp/mysql.sock
log_error=/data/mysql/mysql_err.log
character-set-server=utf8

[mysql]
socket=/tmp/mysql.sock

7.准备服务管理脚本
[root@mysql-1 ~]# vim /etc/systemd/system/mysqld.service 
[Unit]
Description=MySQL Server
Documentation=man:mysqld(8)
Documentation=http://dev.mysql.com/doc/refman/en/using-systemd.html
After=network.target
After=syslog.target
[Install]
WantedBy=multi-user.target
[Service]
User=mysql
Group=mysql
ExecStart=/usr/local/mysql/bin/mysqld --defaults-file=/etc/my.cnf
LimitNOFILE = 5000

8.启动数据库
[root@mysql-1 ~]# systemctl daemon-reload 
[root@mysql-1 ~]# systemctl start mysqld

9.设置root密码
[root@mysql-1 ~]# mysqladmin -u root -P 3306  password '123456'

10.登陆数据库
[root@mysql-1 ~]# mysql -uroot -p123456
mysql>

2.2.在mysql-2中搭建MySQL多实例

由于服务器数量有限，在mysql-2这台服务器中分别搭建两个从库。

2.2.1.安装数据库软件

1.解压MySQL
[root@mysql-2 ~]# tar xf mysql-5.7.36-linux-glibc2.12-x86_64.tar.gz -C /usr/local/
[root@mysql-2 ~]# mv /usr/local/mysql-5.7.36-linux-glibc2.12-x86_64 /usr/local/mysql

2.设置MySQL的环境变量
[root@mysql-2 ~]# vim /etc/profile
export MYSQL_HOME=/usr/local/mysql
export PATH=$MYSQL_HOME/bin:$PATH
export LD_LIBRARY_PATH=:/usr/local/mysql/lib

3.创建mysql用户
[root@mysql-2 ~]# groupadd -r mysql
[root@mysql-2 ~]# useradd -M -r -s /sbin/nologin -g mysql mysql

2.2.1.搭建第一个3306从库的MySQL实例

搭建第一个从库实例，端口号为3306，server_id为2，数据路径为/data/mysql3306。

1.创建3306从库的数据目录
[root@mysql-2 ~]# mkdir /data/mysql3306
[root@mysql-2 ~]# chown -R mysql.mysql /data/mysql3306/

2.准备3306从库的配置文件
[root@mysql-1 ~]# vim /etc/my3306.cnf
[mysqld]	
user=mysql								
port=3306							    
server_id=2							#每个MySQL数据库的server_id都设置成不同的
basedir=/usr/local/mysql				
datadir=/data/mysql3306	
log_bin=/data/mysql3306/mysql-bin
gtid-mode=on
enforce-gtid-consistency=true
socket=/data/mysql3306/mysql.sock
log_error=/data/mysql3306/mysql_err.log
character-set-server=utf8

[mysql]
socket=/data/mysql3306/mysql.sock

3.初始化3306从库
[root@mysql-2 ~]# mysqld --initialize-insecure --user=mysql --basedir=/usr/local/mysql --datadir=/data/mysql3306

4.准备服务管理脚本
[root@mysql-1 ~]# vim /etc/systemd/system/mysqld3306.service 
[Unit]
Description=MySQL Server
Documentation=man:mysqld(8)
Documentation=http://dev.mysql.com/doc/refman/en/using-systemd.html
After=network.target
After=syslog.target
[Install]
WantedBy=multi-user.target
[Service]
User=mysql
Group=mysql
ExecStart=/usr/local/mysql/bin/mysqld --defaults-file=/etc/my3306.cnf
LimitNOFILE = 5000

5.启动数据库
[root@mysql-1 ~]# systemctl daemon-reload 
[root@mysql-1 ~]# systemctl start mysqld3306

6.设置root密码
[root@mysql-2 ~]# mysqladmin -u root -P 3306 -S /data/mysql3306/mysql.sock password '123456'

7.登陆数据库
[root@mysql-2 ~]# mysql -uroot -p123456 -P3306 -S /data/mysql3306/mysql.sock
mysql>

2.2.2.搭建第二个3307从库的MySQL实例

搭建第一个从库实例，端口号为3306，server_id为2，数据路径为/data/mysql3306。

1.创建3307从库的数据目录
[root@mysql-2 ~]# mkdir /data/mysql3307
[root@mysql-2 ~]# chown -R mysql.mysql /data/mysql3307/

2.准备3307从库的配置文件
[root@mysql-1 ~]# vim /etc/my3307.cnf
[mysqld]	
user=mysql								
port=3307							    
server_id=3							#每个MySQL数据库的server_id都设置成不同的
basedir=/usr/local/mysql				
datadir=/data/mysql3307	
log_bin=/data/mysql3307/mysql-bin
gtid-mode=on
enforce-gtid-consistency=true
socket=/data/mysql3307/mysql.sock
log_error=/data/mysql3307/mysql_err.log
character-set-server=utf8

[mysql]
socket=/data/mysql3307/mysql.sock

3.初始化3307从库
[root@mysql-2 ~]# mysqld --initialize-insecure --user=mysql --basedir=/usr/local/mysql --datadir=/data/mysql3307

4.准备服务管理脚本
[root@mysql-1 ~]# vim /etc/systemd/system/mysqld3307.service 
[Unit]
Description=MySQL Server
Documentation=man:mysqld(8)
Documentation=http://dev.mysql.com/doc/refman/en/using-systemd.html
After=network.target
After=syslog.target
[Install]
WantedBy=multi-user.target
[Service]
User=mysql
Group=mysql
ExecStart=/usr/local/mysql/bin/mysqld --defaults-file=/etc/my3307.cnf
LimitNOFILE = 5000

5.启动数据库
[root@mysql-1 ~]# systemctl daemon-reload 
[root@mysql-1 ~]# systemctl start mysqld3307

6.设置root密码
[root@mysql-2 ~]# mysqladmin -u root -P 3307 -S /data/mysql3307/mysql.sock password '123456'

7.登陆数据库
[root@mysql-2 ~]# mysql -uroot -p123456 -P3307 -S /data/mysql3307/mysql.sock
mysql>

2.3.MySQL多个节点搭建完毕

MySQL多个节点已经搭建完毕了，下面来查询每个实例的server_id。

3.配置MySQL主从复制集群

MySQL数据库的多个实例节点已经搭建完成了，下面将这些搭建的数据库实例配置成主从复制集群（一主两从）。

配置MySQL主从复制集群的大致步骤：

• 主库开启Binlog日志，从库复制主库数据要通过Binlog进行复制。
• 主库创建专门用作主从复制的用户。
• 将主库数据进行备份，再从库中恢复。
• 配置从库连接主库的复制信息。
• 启动主从复制集群。

3.1.在主库开启Binlog二进制日志

主库已经开启了Binlog二进制日志，我们来查一下。

mysql> show variables like '%log_bin%';
+---------------------------------+-----------------------------+
| Variable_name                   | Value                       |
+---------------------------------+-----------------------------+
| log_bin                         | ON                          |
| log_bin_basename                | /data/mysql/mysql-bin       |
| log_bin_index                   | /data/mysql/mysql-bin.index |
| log_bin_trust_function_creators | OFF                         |
| log_bin_use_v1_row_events       | OFF                         |
| sql_log_bin                     | ON                          |
+---------------------------------+-----------------------------+
6 rows in set (0.01 sec)

从库复制主库数据，都是通过Binlog进行传输和恢复的。

3.2.在主库上创建主从复制的用户

mysql> grant replication slave on *.* to replicas@'192.168.20.%' identified by '123456';

3.3.将主库数据备份并在从库中进行还原

如果是运行很久的主库，要升级为主从复制集群，那么建议将主库上的数据备份还原到从库上，避免从库一次性同步很多数据，浪费性能。

[root@mysql-1 ~]# mysqldump -uroot -p123456 -A --master-data=2 -R -E --triggers --single-transaction > all_db.sql

在192.168.20.12的两个从库中还原主库的备份数据。

1.将备份上传到从库的服务器上
[root@mysql-1 ~]# scp -rp all_db.sql root@192.168.20.12:/root

2.3306从库还原主库备份数据
[root@mysql-2 ~]# mysql -uroot -p123456 -P3306 -S /data/mysql3306/mysql.sock 
mysql> set sql_log_bin=0;
mysql> source /root/all_db.sql;

3.3307从库还原主库备份数据
[root@mysql-2 ~]# mysql -uroot -p123456 -P3307 -S /data/mysql3307/mysql.sock 
mysql> set sql_log_bin=0;
mysql> source /root/all_db.sql;

3.4.配置从库连接主库的复制信息

接下来我们需要配置从库连接主库的信息，包括让从库知道主库的IP、端口号、复制的用户密码、Binlog相关的信息。

1）获取主库Binlog的信息

从库是通过Binlog复制主库数据的，首先要获取主库Binlog日志的一些信息，包括主库的Binlog日志使用的是哪个、要从Binlog日志中的哪一个事件标识号处开始复制数据。

从Binlog的哪一个事件标识号处开始复制数据，尤为关键，因为主库可能运行的时间长了，也有很多的数据，一定要从合适的位置处开始复制数据，要不然也会产生很大的资源浪费。

我们是用主库头一天的全库备份，然后还原到从库上的，在主库的备份文件中就记录了从库应该从哪一个Binlog事件标识位处开始复制数据。

vim all_db.sql
-- CHANGE MASTER TO MASTER_LOG_FILE='mysql-bin.000001', MASTER_LOG_POS=452;

从备份文件中得知，我们应该让从库从主库Binlog事件标识位号452处，开始复制数据。

如果主库不是运行很久的，不需要备份数据还原到从库，而是直接搭建的主从复制集群，那么直接可以从主库状态信息那里，获取Binlog的标识位号，在配置主从时，一定要指对Binlog标识位号，否则主从将会失败。

mysql> show master status;
+------------------+----------+--------------+------------------+----------------------------------------+
| File             | Position | Binlog_Do_DB | Binlog_Ignore_DB | Executed_Gtid_Set                      |
+------------------+----------+--------------+------------------+----------------------------------------+
| mysql-bin.000001 |      452 |              |                  | 4f87bad8-fc67-11ec-be7b-005056b791aa:1 |
+------------------+----------+--------------+------------------+----------------------------------------+
1 row in set (0.00 sec)

2）配置从库连接主库进行复制的参数信息

配置从库连接主库进行复制的参数有很多，不过只需要记住这一条命令：help change master to即可，在MySQL交互式下执行此命令可以打印出从库连接主库的所有配置参数。

1.3306从库配置
[root@mysql-2 ~]# mysql -uroot -p123456 -P3306 -S /data/mysql3306/mysql.sock 
mysql> CHANGE MASTER TO
  MASTER_HOST='192.168.20.11',
  MASTER_USER='replicas',
  MASTER_PASSWORD='123456',
  MASTER_PORT=3306,
  MASTER_LOG_FILE='mysql-bin.000001',
  MASTER_LOG_POS=452,
  MASTER_CONNECT_RETRY=10;
  
1.3307从库配置
[root@mysql-2 ~]# mysql -uroot -p123456 -P3307 -S /data/mysql3307/mysql.sock 
mysql> CHANGE MASTER TO
  MASTER_HOST='192.168.20.11',
  MASTER_USER='replicas',
  MASTER_PASSWORD='123456',
  MASTER_PORT=3306,
  MASTER_LOG_FILE='mysql-bin.000001',
  MASTER_LOG_POS=452,
  MASTER_CONNECT_RETRY=10;  

参数解释：

3.5.启动主从复制线程

1.3306从库配置
[root@mysql-2 ~]# mysql -uroot -p123456 -P3306 -S /data/mysql3306/mysql.sock 
mysql> start slave;

1.3307从库配置
[root@mysql-2 ~]# mysql -uroot -p123456 -P3307 -S /data/mysql3307/mysql.sock 
mysql> start slave;

4.查看主从复制集群状态

1.3306从库配置
[root@mysql-2 ~]# mysql -uroot -p123456 -P3306 -S /data/mysql3306/mysql.sock 
mysql> show slave status\G;

1.3307从库配置
[root@mysql-2 ~]# mysql -uroot -p123456 -P3307 -S /data/mysql3307/mysql.sock 
mysql> show slave status\G;

当每个从库的IO线程和SQL线程的状态都是Yes，就表示主从复制集群搭建完毕了。

MySQL主从配置过程中从库连接主库的配置写错了应该如何解决？

只要不执行start slave，再执行一次change master to会覆盖上一次配置。

1.停止主从复制
mysql>stop slave;

2.清空从库连接主库的信息
mysql> reset slave all;

3.重新设置
mysql> CHANGE MASTER TO
  MASTER_HOST='192.168.20.11',
  MASTER_USER='replicas',
  MASTER_PASSWORD='123456',
  MASTER_PORT=3306,
  MASTER_LOG_FILE='mysql-bin.000001',
  MASTER_LOG_POS=452,
  MASTER_CONNECT_RETRY=10;