UDB高可用数据库内核深度优化 | U刻
  • UDB高可用数据库内核深度优化

    UDB是UCloud提供的云数据库,支持实例级别的高可用。UCloud数据库团队在数据库原生复制的多个方面进行了深度优化,提升UDB高可用数据库的功能和性能。

    一、UDB高可用数据库架构

    UDB高可用数据库产品以虚拟IP、HAProxy、单节点UDB数据库搭建双节点高可用架构:

    • 双节点的UDB数据库保证数据库数据的全量冗余,同时保证数据库的可用性;
    • HAProxy在同一时间只连接一个UDB节点,避免多点写入带来的数据冲突问题;
    • 双节点HAProxy保证Proxy的可用性;
    • 虚拟IP在HAProxy发生宕机时通过IP漂移的方式对HAProxy进行切换,用户不需要再次修改IP。

    在上述架构中,从节点UDB的数据是否完整、是否与主库保证数据一致性是整个高可用架构的关键,所以用于数据传输的半同步复制起着至关重要的作用。针对原生的半同步复制,UDB数据库作了内核层面的深度优化。

    二、UDB数据库深度优化

    UDB数据库产品是以开源数据库MySQL Community Server 5.7.16为基线版本,围绕高可用架构做内核深度优化。

    复制流程,如上图所示,主要经过如下几个步骤:

    • MySQL Server执行SQL成功后,记录binlog;
    • Dump线程读取binlog后,发送到从机IO线程;
    • IO线程将接收到的binlog记录到relay log中,同时记录接收进度到master.info中;
    • SQL读取relay log中的日志内容进行复现,同时记录复制日志的进度到relay-log.info中。

    我们在原生复制的基础上做了内核的深度优化,针对上述流程中的部分步骤,在功能和性能上做了改进,使得 UDB高可用数据库产品更加稳定。

    2.1 Relay log文件记录的优化

    2.1.1 存在的问题
    在MySQL中,binlog是以event为基本单位进行记录,以MySQL 5.7 ROW格式(开启GTID)的binlog为例,一个DML(insert)会以5个event的格式记录到binlog中(其他操作均以一个或者多个event组成,不再一一罗列),分别为:

    • GTID_EVENT:记录当前事务的GTID
    • QUERY_EVENT:事务开始
    • TABLE_MAP_EVENT:操作对应的表
    • WRITE_ROW_EVENT:插入记录
    • XID_EVENT:提交事务

    全部event组成一个完整的事务,完整的事务才会被SQL线程正确复现到从库上。当前IO线程接收binlog时,是以event为单位进行接收,即接收到一个event,记录到relay log中后再继续接收下一个。这种做法是低效的,也没有充分利用到MySQL本身的文件缓存。

    2.1.2 优化方案
    优化IO线程记录relay log的方式,将以event为单位记录,修改为以事务为单位进行记录。合并IO线程小的IO操作,提高IO性能。

    将单个的event写操作合并为多个event统一写操作,将小的IO操作合并成较大的IO操作,提高IO性能。

    2.2 Master.info文件记录的优化

    2.2.1 存在的问题
    Master.info文件在搭建复制时,记录主库IP、PORT等连接主库的相关信息,在复制过程中,记录IO线程从主库接收到的binlog的文件名和位置,文件和位置会在每次记录relay log成功后更新。

    在基于GTID搭建复制后,master.info中记录的binlog文件和位置不再作为复制的依据,所以master.info中记录的binlog的文件和位置不再是有效的数据,也就没有必要每次进行更新。

    2.2.2 优化方案
    在IO线程记录relay log成功后,更新master.info文件之前,添加判断。如果开启了GTID并且使用GTID作为复制的依据(auto_position=1),那么不再更新master.info中binlog的文件和位置。

    其它的master.info操作仍然保留,如change master、shutdown等操作。

    2.3 Relay log锁的优化

    2.3.1 存在的问题
    在IO线程和SQL线程复制进度相似的情况下,在操作relay log时,会使用同一块文件缓存,在读写文件缓存时,需要加锁来保证操作的正确性。而IO线程和SQL线程需要频繁地读写这块公共内存,就需要对同一把锁频繁的竞争,从而导致性能下降。

    2.3.2 优化方案
    将IO线程和SQL线程对relay log的操作拆分开来,不再使用同一块文件缓存。虽然这样做会导致SQL线程增加一次读IO操作。但是消除了对锁的竞争,大大地提高了IO线程和SQL线程整体的性能。

    三、总结

    优化后的复制流程图如下:

    数据库原生复制流程中包括记录binlog、记录relay log、记录master.info、relay-log.info等,针对上述流程中的部分步骤以及其他未列出的优化,在功能和性能上进行改进,UDB高可用数据库在功能和性能上均得到了明显的提升,UDB高可用数据库可以提供更加可靠、高效的服务。

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