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MySQL 8 新特性之Clone Plugin

Clone Plugin是MySQL 8.0.17引入的一個重大特性,為什麼要實現這個特性呢?個人感覺,主要還是為Group Replication服務。在Group Replication中,新增一個新的節點,差異資料的補齊是通過分散式恢復(Distributed Recovery)來實現的。

 

在MySQL 8.0.17之前,只支援一種恢復方式-Binlog。但如果新節點需要的Binlog已經被Purge了,這個時候,只能先借助於備份工具(XtraBackup,mydumper,mysqldump)做個全量資料的同步,然後再通過分散式恢復同步增量資料。

 

這種方式,雖然也能實現新增節點的目的,但總歸還是要藉助於外部工具,需要一定的工作量和使用門檻。要知道,其競爭對手,PXC,預設集成了XtraBackup進行State Snapshot Transfer(類似於全量同步),而MongoDB則更進一步,原生就實現了Initial Sync同步全量資料。從易用性來看,單就叢集新增節點這一項而言,MySQL確實不如其競爭對手。客戶體驗上,還有很大的提升空間。

 

好在MySQL官方也正視到這個差距,終於在MySQL 8.0.17實現了Clone Plugin。當然,對於官方來說,實現這個特性並不算難,畢竟有現成的物理備份工具(MySQL Enterprise Backup)可供借鑑。

 

本文將從以下幾個方面展開:

  1. Clone Plugin的安裝

  2. Clone Plugin的使用

  3. 如何檢視克隆操作的進度

  4. 如何基於克隆資料搭建從庫

  5. Clone Plugin的實現細節

  6. Clone Plugin的限制

  7. Clone Plugin與XtraBackup的對比

  8. Clone Plugin的引數解析

 

一、Clone Plugin的安裝

Clone Plugin支援以下兩種安裝方式:

(1)配置檔案指定

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

這裡的clone,嚴格來說,不是引數名,而是外掛名,可加可不加,FORCE_PLUS_PERMANENT 控制外掛的行為。

有四個取值:

  • ON(開啟外掛)

  • OFF(禁用外掛),

  • FORCE(強制開啟。如果外掛初始化失敗,MySQL將不會啟動)

  • FORCE_PLUS_PERMANENT(在FORCE的基礎上,不允許通過UNINSTALL PLUGIN命令解除安裝外掛)。

(2)動態載入

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

檢視外掛是否安裝成功

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

clone狀態顯示為”ACTIVE“代表外掛載入成功。

 

二、Clone Plugin的使用

Clone Plugin支援兩種克隆方式:本地克隆和遠端克隆。

 1、 本地克隆

 

本地克隆是在例項本地發起的,其語法如下:

CLONE LOCAL DATA DIRECTORY [=] 'clone_dir';

其中,clone_dir是克隆目錄。

 

下面看個具體的Demo。

建立克隆使用者

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

 

建立克隆目錄

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

 

建立本地克隆

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

其中,“/data/mysql/3307” 是克隆目錄,其需滿足以下幾點要求:

  1. 克隆目錄必須是絕對路徑。

  2. “/data/mysql”必須存在,且MySQL對其有可寫許可權。

  3. 3307不能存在。

 

檢視克隆目錄的內容

# 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

 

相對於Xtrabackup,無需Prepare,直接即可啟動使用。

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

 

2、遠端克隆

 

遠端克隆涉及兩個例項,其中,待克隆的例項是Donor,接受克隆資料的例項是Recipient。克隆命令需在Recipient上發起,語法如下:

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

其中,

host,port 是待克隆例項的(Donor)的IP和埠,user,password是Donor上的克隆使用者和密碼,需要backup_admin許可權,如上面建立的clone_user。

DATA DIRECTORY指定備份目錄,不指定的話,則預設克隆到Recipient的資料目錄下。

REQUIRE [NO] SSL,是否開啟SSL通訊。

 

下面,看個具體Demo。

首先,在Donor例項上建立克隆使用者,載入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';

backup_admin是克隆操作必需許可權。

 

接著,在Recipient例項上建立克隆使用者,載入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';

這裡的clone_admin,隱式含有backup_admin(阻塞DDL)和shutdown(重啟例項)許可權。

 

設定Donor白名單。Recipient只能克隆白名單中的例項。

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

設定該引數需要SYSTEM_VARIABLES_ADMIN許可權。

 

在Recipient上發起克隆命令

# 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)

遠端克隆會依次進行以下操作:

(1)獲取備份鎖。備份鎖和DDL互斥。注意,不僅僅是Recipient,Donor上的備份鎖同樣會獲取。

(2)DROP使用者表空間。注意,DROP的只是使用者資料,不是資料目錄,也不包括mysql,ibdata等系統表空間。

(3)從Donor例項拷貝資料。對於使用者表空間,會直接拷貝,如果是系統表空間 ,則會重新命名為xxx.#clone,不會直接替代原檔案。

# 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
...

(4)重啟例項。在啟動的過程中,會用xxx.#clone替換掉原來的系統表空間檔案。

 

三、如何檢視克隆操作的進度

檢視克隆操作的進度主要依託於performance_schema.clone_status和performance_schema.clone_progress這兩張表。

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)

顧名思義,該表記錄了克隆操作的當前狀態。

其中,

PID:Processlist ID。對應show processlist中的Id,如果要終止當前的克隆操作,執行kill processlist_id命令即可。

STATE:克隆操作的狀態,Not Started(克隆尚未開始),In Progress(克隆中),Completed(克隆成功),Failed(克隆失敗)。如果是Failed狀態,ERROR_NO,ERROR_MESSAGE會給出具體的錯誤編碼和錯誤資訊。

BEGIN_TIME,END_TIME:克隆操作開始,結束時間。

SOURCE:Donor例項的地址。

DESTINATION:克隆目錄。“LOCAL INSTANCE”代表當前例項的資料目錄。

GTID_EXECUTED,BINLOG_FILE(BINLOG_POSITION):克隆操作結束時,主庫已經執行的GTID集合,及一致性位置點。可利用這些資訊來搭建從庫。

 

接下來看看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)

該表記錄了克隆操作的進度資訊。

其中,

STAGE:一個克隆操作可依次細分為DROP DATA,FILE COPY,PAGE COPY,REDO COPY,FILE SYNC,RESTART,RECOVERY等7個階段。當前階段結束了才會開始下一個階段。

STATE:當前階段的狀態。有三種狀態:Not Started,In Progress,Completed。

BEGIN_TIME,END_TIME:當前階段的開始時間和結束時間。

THREADS:當前階段使用的併發執行緒數。

ESTIMATE:預估的資料量。

DATA:已經拷貝的資料量。

NETWORK:通過網路傳輸的資料量。如果是本地克隆,該列的值為0。

DATA_SPEED,NETWORK_SPEED:當前資料拷貝的速率和網路傳輸的速率。注意,是當前值。

 

四、如何基於克隆資料搭建從庫

在前面,我們介紹過

performance_schema.clone_status表,該表會記錄Donor例項的一致性位置點資訊。我們可以利用這些資訊來搭建從庫。

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)

 

這裡,區分兩種場景,GTID複製和基於位置點的複製。

1、GTID複製

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

需要注意的是,無需額外執行set global gtid_purged操作。通過克隆資料啟動的例項,gtid_purged已經初始化完畢。

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)

 

2、基於位置點的複製

這裡,同樣要區分兩種場景。

場景1,Recipient要作為Donor的從庫。

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:Donor例項的IP和埠。

master_log_name,master_log_pos:performance_schema.clone_status 中的BINLOG_FILE, BINLOG_POSITION。

 

場景2,Donor本身就是一個從庫,Recipient要作為Donor主庫的從庫。

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;

其中,

master_host_name,master_port_num:Donor主庫的IP和埠。

master_log_name,master_log_pos:mysql.slave_relay_log_info中的Master_log_name,Master_log_pos(分別對應 SHOW SLAVE STATUS 中的 Relay_Master_Log_File,Exec_Master_Log_Pos)。

在搭建從庫時,建議設定--skip-slave-start。該引數預設為OFF,例項啟動後,會自動執行START SLAVE操作。

 

如果Donor是個從庫,Recipient會基於mysql.slave_master_info,

mysql.slave_relay_log_info中的資訊自動建立複製,很多時候,這未必是我們的預期行為。

 

五、Clone Plugin的實現細節

克隆操作可細分為以下5個階段。

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

1、INIT:初始化一個克隆物件。

2、FILE COPY

拷貝所有資料檔案。在拷貝之前,會記錄一個LSN,作為“CLONE START LSN”,這個LSN其實是當前CHECKPOINT的LSN,同時啟動“Page Tracking”特性。

“Page Tracking”會跟蹤“CLONE START LSN”之後被修改的頁,具體來說,會記錄該頁的Tablespace ID和page ID。資料檔案拷貝結束後,會將當前CHECKPOINT的LSN記為“CLONE FILE END LSN”。

3、PAGE COPY

拷貝“CLONE START LSN”和“CLONE FILE END LSN”之間的頁,在拷貝之前,會對這些頁進行排序-基於Tablespace ID和page ID,儘量避免拷貝過程中出現隨機讀寫。同時,開啟“Redo Archiving”特性。

“Redo Archiving”會在後臺開啟一個歸檔執行緒將Redo檔案中的內容按Chunk拷貝到歸檔檔案中。通常來說,歸檔執行緒的拷貝速度會快於Redo日誌的生成速度。即使慢於,在寫入新的Redo日誌時,也會等待歸檔執行緒完成拷貝,不會出現還未拷貝的Redo日誌被覆蓋的情況。當所有修改的頁拷貝完畢後,會獲取例項的一致性位置點資訊,此時的LSN記為“CLONE LSN”。

4、REDO COPY

拷貝歸檔檔案中“CLONE FILE END LSN”與“CLONE LSN”之間的Redo日誌。

5、Done

呼叫snapshot_end()銷燬克隆物件。

 

六、Clone Plugin的限制

1、克隆期間,不允許執行DDL命令。同樣,DDL會阻塞克隆命令的執行

2、Clone Plugin不會拷貝Donor的配置引數。

3、Clone Plugin不會拷貝Donor的二進位制日誌檔案。

4、Clone Plugin只會拷貝InnoDB表的資料,對於其它儲存引擎的表,只會拷貝表結構。

5、Donor例項中如果有表通過DATA DIRECTORY指定了絕對路徑,在進行本地克隆時,會提示檔案已存在。在進行遠端克隆時,絕對路徑必須存在且有可寫許可權。

6、不允許通過MySQL Router連線Donor例項。

7、執行CLONE INSTANCE操作時,指定的Donor埠不能為X Protocol埠。

 除此之外,在進行遠端克隆時,還會進行如下檢查:

  • MySQL版本(包括小版本)必須一致,且支援Clone Plugin。

    ERROR 3864 (HY000): Clone Donor MySQL version: 8.0.20 is different from Recipient MySQL version 8.0.19.
  • 主機的作業系統和位數(32位,64位)必須一致。兩者可根據version_compile_os,version_compile_machine引數獲取。

  • Recipient必須有足夠的磁碟空間儲存克隆資料。

  • 字符集(character_set_server),校驗集(collation_server),character_set_filesystem必須一致。

  • innodb_page_size必須一致。會檢查innodb_data_file_path中ibdata的數量和大小。

  • 目前Clone Plugin(8.0.20)的實現,無論是Donor,還是Recipient,同一時間,只能執行一個克隆操作。後續會支援多個克隆操作併發執行。

    ERROR 3634 (HY000): Too many concurrent clone operations. Maximum allowed - 1.
  • Recipient需要重啟,所以其必須通過mysqld_safe或systemd等進行管理。如果是通過mysqld進行啟動,例項關閉後,需要手動啟動。

    ERROR 3707 (HY000): Restart server failed (mysqld is not managed by supervisor process).
  • ACTIVE狀態的Plugin必須一致。

 

七、Clone Plugin與XtraBackup的對比

1、在實現上,兩者都有FILE COPY和REDO COPY階段,但Clone Plugin比XtraBackup多了一個PAGE COPY,由此帶來的好處是,Clone Plugin的恢復速度比XtraBackup更快。

2、XtraBackup沒有Redo Archiving特性,有可能出現未拷貝的Redo日誌被覆蓋的情況。

3、GTID下建立複製,無需額外執行set global gtid_purged操作。

 

八、Clone Plugin的引數解析

clone_autotune_concurrency

是否自動調節克隆過程中併發執行緒數的數量,預設為ON,此時,最大執行緒數受clone_max_concurrency引數控制。若設定為OFF,則併發執行緒數的數量將是固定的,同clone_max_concurrency引數一致。該引數的預設值為16。

 

clone_buffer_size

本地克隆時,中轉緩衝區的大小,預設4M。緩衝區越大,備份速度越快,相應的,對磁碟IO的壓力越大。

 

clone_ddl_timeout

克隆操作需要獲取備份鎖(Backup Lock)。如果在執行CLONE命令時,有DDL在執行,則CLONE命令會被阻塞,等待獲取備份鎖(Waiting for backup lock)。等待的最大時長由clone_ddl_timeout引數決定,預設300(單位秒)。如果在這個時間內還沒獲取到鎖,CLONE命令會失敗,且提示“ERROR 1205 (HY000): Lock wait timeout exceeded; try restarting transaction”。

需要注意的是,如果在執行DDL時,有CLONE命令在執行,DDL同樣會因獲取不到備份鎖被阻塞,只不過,DDL操作的等待時長由lock_wait_timeout引數決定,該引數的預設值為31536000s,即365天。

 

clone_enable_compression

遠端克隆,在傳輸資料時,是否開啟壓縮。開啟壓縮能節省網路頻寬,但相應的,會增加CPU消耗。

 

clone_max_data_bandwidth

遠端克隆時,可允許的最大資料拷貝速率(單位MiB/s)。預設為0,不限制。注意,這裡限制的只是單個執行緒的拷貝速率,如果存在多個執行緒並行拷貝,實際最大拷貝速率=clone_max_data_bandwidth*執行緒數。

 

clone_max_network_bandwidth

遠端克隆時,可允許的最大網路傳輸速率(單位MiB/s)。預設為0,不限制。如果網路頻寬存在瓶頸,可通過該引數進行限速。

 

clone_valid_donor_list

設定Donor白名單,只能克隆白名單中指定的例項。

 

clone_ssl_ca,clone_ssl_cert,clone_ssl_key

SSL相關。

 

九、參考資料

1. InnoDB: Clone local replica:https://dev.mysql.com/worklog/task/?id=9209

2. InnoDB: Clone remote replica:https://dev.mysql.com/worklog/task/?id=9210=

3. InnoDB: Clone Replication Coordinates:https://dev.mysql.com/worklog/task/?id=9211

4. InnoDB: Clone Remote provisioning:https://dev.mysql.com/worklog/task/?id=11636

5. MySQL/InnoDB資料克隆外掛(clone plugin)實現剖析:https://zhuanlan.zhihu.com/p/7932