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MYSQL-note22, 备库的并行复制

kids and edu 2021-08-12
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影响主库的并发度的原因就是各种锁,由于 InnoDB 引擎支持行锁,除了所有并发事务都在更新同一行(热点行)这种极端场景外,它对业务并发度的支持还是很友好的

 

而relay log日志在备库上的执行,就是备库上 sql_thread 更新数据 (DATA) 的逻辑,MySQL 5.6 版本之前,只支持单线程复制;为了解决备库执行效率,从单线程复制到最新版本的多线程复制,中间的演化经历了好几个版本

 

基本原理:

coordinator (原来的 sql_thread)不再直接更新数据了,只负责读取中转日志和分发事务。真正更新日志的,变成了 多个worker 线程。而 work 线程的个数,就是由参数 slave_parallel_workers 决定的(建议设置在8~16之间)

 

coordinator 在分发的时候,需要满足以下这两个基本要求:

1)不能造成更新覆盖。这就要求更新同一行的两个事务,必须被分发到同一个 worker 中。

2)同一个事务不能被拆开,必须放到同一个 worker 中。

 

版本一:按表分发策略

基本思路是,如果两个事务更新不同的表,它们就可以并行。因为数据是存储在表里的,所以按表分发可以保证两个 worker 不会更新同一行。如果有跨表的事务,还是要把两张表放在一起考虑的。

 

每个 worker 线程对应一个 hash 表,用于保存当前正在这个 worker 的“执行队列”里的事务所涉及的表。hash 表的 key 是“库名. 表名”,value 是一个数字,表示队列中有多少个事务修改这个表。

 

每个事务在分发的时候,跟所有 worker 的冲突关系包括以下三种情况:

1)如果跟所有 worker 都不冲突,coordinator 线程就会把这个事务分配给最空闲的 woker;

2)如果跟多于一个 worker 冲突,coordinator 线程就进入等待状态,直到和这个事务存在冲突关系的 worker 只剩下 1 个;

3)如果只跟一个 worker 冲突,coordinator 线程就会把这个事务分配给这个存在冲突关系的 worker。

 

缺点:碰到热点表,所有事务都会被分配到同一个 worker 中,就变成单线程复制了。

 

版本二:按行复制

核心思路是:如果两个事务没有更新相同的行,它们在备库上可以并行执行。要求 binlog 格式必须是 row。

 

按行复制和按表复制的数据结构差不多,也是为每个 worker,分配一个 hash 表。要实现按行分发, key就必须是“库名 + 表名 + 唯一键的值”。这个“唯一键”只有主键 id 还是不够的,还需要考虑唯一键。key 应该是“库名 + 表名 + 索引 a 的名字 +a 的值。要求

1)要能够从 binlog 里面解析出表名、主键值和唯一索引的值。主库的 binlog 格式必须是 row;

2)表必须有主键;

3)不能有外键。表上如果有外键,级联更新的行不会记录在 binlog 中,冲突检测就不准确。

 

按行并行策略在决定线程分发的时候,需要消耗更多的计算资源:

1)耗费内存。比如一个语句要删除 100 万行数据,这时候 hash 表就要记录 100 万个项。

2)耗费 CPU。解析 binlog,然后计算 hash 值,对于大事务,这个成本还是很高的

 

版本三:按库并行。

决定分发策略的 hash 表里,key 就是数据库名。这个策略的并行效果,取决于压力模型。如果在主库上有多个 DB,并且各个 DB 的压力均衡,使用这个策略的效果会很好。

 

版本四:MariaDB 并行复制策略

MariaDB 并行复制策略,利用了redo log 组提交 (group commit) 特性:

1)能够在同一组里提交的事务,一定不会修改同一行;

2)主库上可以并行执行的事务,备库上也一定是可以并行执行的。

 

MariaDB 是这么做的:

1)在一组里提交的事务,有相同的 commit_id,下一组就是 commit_id+1;commit_id 直接写到 binlog 里面

2)传到备库时,相同 commit_id 的事务分发到多个 worker 执行

3)这一组全部执行完成后,coordinator 再去取下一批。

之前的思路都是在“分析 binlog,并拆分到 worker”上。而 MariaDB 的这个策略,目标是“模拟主库的并行模式”。

 

缺点:必须等前一个事务完全执行完成,下一组才能开始执行。遇到大事务,只有一个 worker 线程在工作,是对资源的浪费。

 

版本五:官方的并行复制策略

官方的 MySQL5.7 版本也提供了类似的功能,由参数 slave-parallel-type 来控制并行复制策略:

1)配置为 DATABASE,表示使用 MySQL 5.6 版本的按库并行策略;

2)配置为 LOGICAL_CLOCK,表示的就是类似 MariaDB 的策略。

 

MariaDB 策略核心是“所有处于 commit”状态的事务可以并行。事务处于 commit 状态,表示已经通过了锁冲突的检验。其实,不用等到 commit 阶段,只要能够到达 redo log prepare 阶段(参考细化后的2阶段提交图,五步中的第三步),就表示事务已经通过锁冲突的检验了。

 

MySQL 5.7 针对并行度做了优化,并行复制策略的思想是:

1)同时处于 prepare 状态的事务,在备库执行时是可以并行的;

2)处于 prepare 的事务,与处于 commit 的事务之间,在备库执行时也是可以并行的。


 binlog 组提交的两个参数:

1)binlog_group_commit_sync_delay 参数,表示延迟多少微秒后才调用 fsync;

2)binlog_group_commit_sync_no_delay_count 参数,表示累积多少次以后才调用 fsync。

 

两个参数拉长 binlog 从 write 到 fsync 的时间,减少 binlog 的写盘次数。也可以用来制造更多的“同时处于 prepare 阶段的事务”。这样就增加了备库复制的并行度。

 

版本六:基于 WRITESET 的并行复制。

参数 binlog-transaction-dependency-tracking,用来控制是否启用这个新策略。

1)COMMIT_ORDER,就是前面介绍的,根据同时进入 prepare 和 commit 来判断是否可以并行的策略。

2)WRITESET,事务涉及更新行,计算出 hash 值,组成集合 writeset。如果两个事务没有操作相同的行,就可以并行。(这个 hash 值是通过“库名 + 表名 + 索引名 + 值”计算出来的)

3)WRITESET_SESSION,是在 WRITESET 的基础上多了一个约束,即在主库上同一个线程先后执行的两个事务,在备库执行的时候,要保证相同的先后顺序

 

 

 


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