MySQL 8 新特性之Clone Plugin

vivo互联网技术 2020-10-15

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Clone Plugin是MySQL 8.0.17引入的一个重大特性，为什么要实现这个特性呢？个人感觉，主要还是为Group Replication服务。在Group Replication中，添加一个新的节点，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-Binlog。但如果新节点需要的Binlog已经被Purge了，这个时候，只能先借助于备份工具（XtraBackup，mydumper，mysqldump）做个全量数据的同步，然后再通过分布式恢复同步增量数据。

这种方式，虽然也能实现添加节点的目的，但总归还是要借助于外部工具，需要一定的工作量和使用门槛。要知道，其竞争对手，PXC，默认集成了XtraBackup进行State Snapshot Transfer（类似于全量同步），而MongoDB则更进一步，原生就实现了Initial Sync同步全量数据。从易用性来看，单就集群添加节点这一项而言，MySQL确实不如其竞争对手。客户体验上，还有很大的提升空间。

好在MySQL官方也正视到这个差距，终于在MySQL 8.0.17实现了Clone Plugin。当然，对于官方来说，实现这个特性并不算难，毕竟有现成的物理备份工具（MySQL Enterprise Backup）可供借鉴。

本文将从以下几个方面展开：

Clone Plugin的安装
Clone Plugin的使用
如何查看克隆操作的进度
如何基于克隆数据搭建从库
Clone Plugin的实现细节
Clone Plugin的限制
Clone Plugin与XtraBackup的对比
Clone Plugin的参数解析

一、Clone Plugin的安装

Clone Plugin支持以下两种安装方式：

（1）配置文件指定

[mysqld]
plugin-load-add=mysql_clone.so
clone=FORCE_PLUS_PERMANENT
复制

这里的clone，严格来说，不是参数名，而是插件名，可加可不加，FORCE_PLUS_PERMANENT 控制插件的行为。

有四个取值：

ON（开启插件）
OFF（禁用插件），
FORCE（强制开启。如果插件初始化失败，MySQL将不会启动）
FORCE_PLUS_PERMANENT（在FORCE的基础上，不允许通过UNINSTALL PLUGIN命令卸载插件）。

（2）动态加载

[mysqld]
plugin-load-add=mysql_clone.so
clone=FORCE_PLUS_PERMANENT
复制

查看插件是否安装成功

mysql> show plugins;
...
| clone                           | ACTIVE   | CLONE              | mysql_clone.so | GPL     |
...
复制

（滑动可查看）

clone状态显示为”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。

1、本地克隆

本地克隆是在实例本地发起的，其语法如下：

CLONE LOCAL DATA DIRECTORY [=] 'clone_dir';
复制

其中，clone_dir是克隆目录。

下面看个具体的Demo。

创建克隆用户

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

创建克隆目录

# mkdir data/mysql
# chown -R mysql.mysql data/mysql
复制

创建本地克隆

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

其中，“/data/mysql/3307” 是克隆目录，其需满足以下几点要求：

克隆目录必须是绝对路径。
“/data/mysql”必须存在，且MySQL对其有可写权限。
3307不能存在。

查看克隆目录的内容

# ll data/mysql/3307
total 172996
drwxr-x--- 2 mysql mysql       89 May 24 22:37 #clone
-rw-r----- 1 mysql mysql     3646 May 24 22:37 ib_buffer_pool
-rw-r----- 1 mysql mysql 12582912 May 24 22:37 ibdata1
-rw-r----- 1 mysql mysql 50331648 May 24 22:37 ib_logfile0
-rw-r----- 1 mysql mysql 50331648 May 24 22:37 ib_logfile1
drwxr-x--- 2 mysql mysql        6 May 24 22:37 mysql
-rw-r----- 1 mysql mysql 25165824 May 24 22:37 mysql.ibd
drwxr-x--- 2 mysql mysql       20 May 24 22:37 slowtech
drwxr-x--- 2 mysql mysql       28 May 24 22:37 sys
-rw-r----- 1 mysql mysql 10485760 May 24 22:37 undo_001
-rw-r----- 1 mysql mysql 11534336 May 24 22:37 undo_002
复制

相对于Xtrabackup，无需Prepare，直接即可启动使用。

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

2、远程克隆

远程克隆涉及两个实例，其中，待克隆的实例是Donor，接受克隆数据的实例是Recipient。克隆命令需在Recipient上发起，语法如下：

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

其中，

host，port 是待克隆实例的（Donor）的IP和端口，user，password是Donor上的克隆用户和密码，需要backup_admin权限，如上面创建的clone_user。

DATA DIRECTORY指定备份目录，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，看个具体Demo。

首先，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';
复制

backup_admin是克隆操作必需权限。

接着，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';
复制

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

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';
复制

设置该参数需要SYSTEM_VARIABLES_ADMIN权限。

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';
Query OK, 0 rows affected (36.97 sec)
复制

远程克隆会依次进行以下操作：

（1）获取备份锁。备份锁和DDL互斥。注意，不仅仅是Recipient，Donor上的备份锁同样会获取。

（2）DROP用户表空间。注意，DROP的只是用户数据，不是数据目录，也不包括mysql，ibdata等系统表空间。

（3）从Donor实例拷贝数据。对于用户表空间，会直接拷贝，如果是系统表空间，则会重命名为xxx.#clone，不会直接替代原文件。

# ll data/mysql/3306/data/
...
-rw-r----- 1 mysql mysql     3646 May 25 07:20 ib_buffer_pool
-rw-r----- 1 mysql mysql     3646 May 27 07:31 ib_buffer_pool.#clone
-rw-r----- 1 mysql mysql 12582912 May 27 07:31 ibdata1
-rw-r----- 1 mysql mysql 12582912 May 27 07:31 ibdata1.#clone
-rw-r----- 1 mysql mysql 50331648 May 27 07:32 ib_logfile0
-rw-r----- 1 mysql mysql 50331648 May 27 07:31 ib_logfile0.#clone
...
-rw-r----- 1 mysql mysql 25165824 May 27 07:31 mysql.ibd
-rw-r----- 1 mysql mysql 25165824 May 27 07:31 mysql.ibd.#clone
...
复制

（4）重启实例。在启动的过程中，会用xxx.#clone替换掉原来的系统表空间文件。

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.clone_status和performance_schema.clone_progress这两张表。

首先看看performance_schema.clone_status表。

mysql> select * from performance_schema.clone_status\G
*************************** 1. row ***************************
             ID: 1
            PID: 0
          STATE: Completed
     BEGIN_TIME: 2020-05-27 07:31:24.220
       END_TIME: 2020-05-27 07:33:08.185
         SOURCE: 192.168.244.10:3306
    DESTINATION: LOCAL INSTANCE
       ERROR_NO: 0
  ERROR_MESSAGE:
    BINLOG_FILE: mysql-bin.000009
BINLOG_POSITION: 665197555
  GTID_EXECUTED: 59cd4f8f-8fa1-11ea-a0fe-000c29f66609:1-560
1 row in set (0.06 sec)
复制

顾名思义，该表记录了克隆操作的当前状态。

其中，

PID：Processlist ID。对应show processlist中的Id，如果要终止当前的克隆操作，执行kill processlist_id命令即可。
STATE：克隆操作的状态，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_NO，ERROR_MESSAGE会给出具体的错误编码和错误信息。
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）：克隆操作结束时，主库已经执行的GTID集合，及一致性位置点。可利用这些信息来搭建从库。

接下来看看performance_schema.clone_progress表。

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 | 2020-05-27 07:31:28.581661 | 2020-05-27 07:31:35.855706 |       1 |         0 |         0 |         0 |          0 |             0 |
|    1 | FILE COPY | Completed | 2020-05-27 07:31:35.855952 | 2020-05-27 07:31:58.270881 |       2 | 482463294 | 482463294 | 482497011 |          0 |             0 |
|    1 | PAGE COPY | Completed | 2020-05-27 07:31:58.271250 | 2020-05-27 07:31:58.719085 |       2 |  10977280 |  10977280 |  11014997 |          0 |             0 |
|    1 | REDO COPY | Completed | 2020-05-27 07:31:58.720128 | 2020-05-27 07:31:58.930804 |       2 |    465408 |    465408 |    465903 |          0 |             0 |
|    1 | FILE SYNC | Completed | 2020-05-27 07:31:58.931094 | 2020-05-27 07:32:01.063325 |       2 |         0 |         0 |         0 |          0 |             0 |
|    1 | RESTART   | Completed | 2020-05-27 07:32:01.063325 | 2020-05-27 07:32:59.844119 |       0 |         0 |         0 |         0 |          0 |             0 |
|    1 | RECOVERY  | Completed | 2020-05-27 07:32:59.844119 | 2020-05-27 07:33:08.185367 |       0 |         0 |         0 |         0 |          0 |             0 |
+------+-----------+-----------+----------------------------+----------------------------+---------+-----------+-----------+-----------+------------+---------------+
7 rows in set (0.00 sec)
复制

该表记录了克隆操作的进度信息。

STAGE：一个克隆操作可依次细分为DROP DATA，FILE COPY，PAGE COPY，REDO COPY，FILE SYNC，RESTART，RECOVERY等7个阶段。当前阶段结束了才会开始下一个阶段。
STATE：当前阶段的状态。有三种状态：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：当前数据拷贝的速率和网络传输的速率。
注意，是当前值。

四、如何基于克隆数据搭建从库

在前面，我们介绍过

performance_schema.clone_status表，该表会记录Donor实例的一致性位置点信息。我们可以利用这些信息来搭建从库。

mysql> select * from performance_schema.clone_status\G
*************************** 1. row ***************************
...
    BINLOG_FILE: mysql-bin.000009
BINLOG_POSITION: 665197555
  GTID_EXECUTED: 59cd4f8f-8fa1-11ea-a0fe-000c29f66609:1-560
1 row in set (0.06 sec)
复制

这里，区分两种场景，GTID复制和基于位置点的复制。

1、GTID复制

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

需要注意的是，无需额外执行set global gtid_purged操作。通过克隆数据启动的实例，gtid_purged已经初始化完毕。

mysql> show global variables like 'gtid_purged';
+---------------+--------------------------------------------+
| Variable_name | Value                                      |
+---------------+--------------------------------------------+
| gtid_purged   | 59cd4f8f-8fa1-11ea-a0fe-000c29f66609:1-560 |
+---------------+--------------------------------------------+
1 row in set (0.00 sec)
复制

2、基于位置点的复制

这里，同样要区分两种场景。

场景1，Recipient要作为Donor的从库。

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;
复制

其中，

master_host_name，master_port_num：

Donor实例的IP和端口。

master_log_name，master_log_pos：

performance_schema.clone_status 中的

BINLOG_FILE, BINLOG_POSITION。

场景2，Donor本身就是一个从库，Recipient要作为Donor主库的从库。

mysql> SELECT MASTER_LOG_NAME, MASTER_LOG_POS FROM mysql.slave_relay_log_info;
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;
复制

其中，

master_host_name，master_port_num：

Donor主库的IP和端口。

master_log_name，master_log_pos：

mysql.slave_relay_log_info中的

Master_log_name，Master_log_pos（分别对应 SHOW SLAVE STATUS 中的

Relay_Master_Log_File，

Exec_Master_Log_Pos）。

在搭建从库时，建议设置--skip-slave-start。该参数默认为OFF，实例启动后，会自动执行START SLAVE操作。

如果Donor是个从库，Recipient会基于mysql.slave_master_info，

mysql.slave_relay_log_info中的信息自动建立复制，很多时候，这未必是我们的预期行为。

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]
复制

1、INIT：初始化一个克隆对象。

2、FILE COPY

拷贝所有数据文件。在拷贝之前，会记录一个LSN，作为“CLONE START LSN”，这个LSN其实是当前CHECKPOINT的LSN，同时启动“Page Tracking”特性。

“Page Tracking”会跟踪“CLONE START LSN”之后被修改的页，具体来说，会记录该页的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“CLONE START LSN”和“CLONE FILE END LSN”之间的页，在拷贝之前，会对这些页进行排序-基于Tablespace ID和page ID，尽量避免拷贝过程中出现随机读写。同时，开启“Redo Archiving”特性。

“Redo Archiving”会在后台开启一个归档线程将Redo文件中的内容按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，不会出现还未拷贝的Redo日志被覆盖的情况。当所有修改的页拷贝完毕后，会获取实例的一致性位置点信息，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的限制

1、克隆期间，不允许执行DDL命令。同样，DDL会阻塞克隆命令的执行

2、Clone Plugin不会拷贝Donor的配置参数。

3、Clone Plugin不会拷贝Donor的二进制日志文件。

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指定了绝对路径，在进行本地克隆时，会提示文件已存在。在进行远程克隆时，绝对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，还会进行如下检查：

MySQL版本（包括小版本）必须一致，且支持Clone Plugin。

ERROR 3864 (HY000): Clone Donor MySQL version: 8.0.20 is different from Recipient MySQL version 8.0.19.
复制

主机的操作系统和位数（32位，64位）必须一致。两者可根据version_compile_os，version_compile_machine参数获取。
Recipient必须有足够的磁盘空间存储克隆数据。
字符集（character_set_server），校验集（collation_server），character_set_filesystem必须一致。
innodb_page_size必须一致。会检查innodb_data_file_path中ibdata的数量和大小。
目前Clone Plugin（8.0.20）的实现，无论是Donor，还是Recipient，同一时间，只能执行一个克隆操作。后续会支持多个克隆操作并发执行。

ERROR 3634 (HY000): Too many concurrent clone operations. Maximum allowed - 1.
复制

Recipient需要重启，所以其必须通过mysqld_safe或systemd等进行管理。如果是通过mysqld进行启动，实例关闭后，需要手动启动。

ERROR 3707 (HY000): Restart server failed (mysqld is not managed by supervisor process).
复制

ACTIVE状态的Plugin必须一致。

七、Clone Plugin与XtraBackup的对比

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，由此带来的好处是，Clone Plugin的恢复速度比XtraBackup更快。

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，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，最大线程数受clone_max_concurrency参数控制。若设置为OFF，则并发线程数的数量将是固定的，同clone_max_concurrency参数一致。该参数的默认值为16。

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，相应的，对磁盘IO的压力越大。

clone_ddl_timeout

克隆操作需要获取备份锁（Backup Lock）。如果在执行CLONE命令时，有DDL在执行，则CLONE命令会被阻塞，等待获取备份锁（Waiting for backup lock）。等待的最大时长由clone_ddl_timeout参数决定，默认300（单位秒）。如果在这个时间内还没获取到锁，CLONE命令会失败，且提示“ERROR 1205 (HY000): Lock wait timeout exceeded; try restarting transaction”。

需要注意的是，如果在执行DDL时，有CLONE命令在执行，DDL同样会因获取不到备份锁被阻塞，只不过，DDL操作的等待时长由lock_wait_timeout参数决定，该参数的默认值为31536000s，即365天。

clone_enable_compression

远程克隆，在传输数据时，是否开启压缩。开启压缩能节省网络带宽，但相应的，会增加CPU消耗。

clone_max_data_bandwidth

远程克隆时，可允许的最大数据拷贝速率（单位MiB/s）。默认为0，不限制。注意，这里限制的只是单个线程的拷贝速率，如果存在多个线程并行拷贝，实际最大拷贝速率=clone_max_data_bandwidth*线程数。

clone_max_network_bandwidth

远程克隆时，可允许的最大网络传输速率（单位MiB/s）。默认为0，不限制。如果网络带宽存在瓶颈，可通过该参数进行限速。

clone_valid_donor_list

设置Donor白名单，只能克隆白名单中指定的实例。

clone_ssl_ca，clone_ssl_cert，clone_ssl_key

SSL相关。

九、参考资料