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MySQL 5.6 GTID 原理以及使用

原创 MySQL 作者:haoge0205 时间:2019-11-25 10:54:18 0 删除 编辑

简介

       GTID是MySQL 5.6的新特性,其全称是Global Transaction Identifier,可简化MySQL的主从切换以及Failover。GTID用于在binlog中唯一标识一个事务。当事务提交时,MySQL Server在写binlog的时候,会先写一个特殊的Binlog Event,类型为GTID_Event,指定下一个事务的GTID,然后再写事务的Binlog。主从同步时GTID_Event和事务的Binlog都会传递到从库,从库在执行的时候也是用同样的GTID写binlog,这样主从同步以后,就可通过GTID确定从库同步到的位置了。也就是说,无论是级联情况,还是一主多从情况,都可以通过GTID自动找点儿,而无需像之前那样通过File_name和File_position找点儿了。

 

GTID的表示

        MySQL 5.6使用server_uuid和transaction_id两个共同组成一个GTID。即:GTID = server_uuid:transaction_id

        server_uuid是MySQL Server的只读变量,保存在数据目录下的auto.cnf中,可直接通过cat命令查看。MySQL第一次启动时候创建auto.cnf文件,并生成server_uuid(MySQL使用机器网卡,当前时间,随机数等拼接成一个128bit的uuid,可认为在全宇宙都是唯一的,在未来一百年,使用同样的算法生成的uuid是不会冲突的)。之后MySQL再启动时不会重复生成uuid,而是使用auto.cnf中的uuid。也可以通过MySQL客户端使用如下命令查看server_uuid,看到的实际上是server_uuid的十六进制编码,总共16字节(其中uuid中的横线只是为了便于查看,并没有实际意义)。

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mysql> show  global  variables  like  'server_uuid' ;
+ ---------------+--------------------------------------+
| Variable_name | Value                                |
+ ---------------+--------------------------------------+
| server_uuid   | b3485508-883f-11e5-85fb-e41f136aba3e |
+ ---------------+--------------------------------------+
1 row  in  set  (0.00 sec)

        在同一个集群内,每个MySQL实例的server_uuid必须唯一,否则同步时,会造成IO线程不停的中断,重连。在通过备份恢复数据时,一定要将var目录中的auto.cnf删掉,让MySQL启动时自己生成uuid。

        GTID中还有一部分是transaction_id,同一个server_uuid下的transaction_id一般是递增的。如果一个事务是通过用户线程执行,那么MySQL在生成的GTID时,会使用它自己的server_uuid,然后再递增一个transaction_id作为该事务的GTID。当然,如果事务是通过SQL线程回放relay-log时产生,那么GTID就直接使用binlog里的了。在MySQL 5.6中不用担心binlog里没有GTID,因为如果从库开启了GTID模式,主库也必须开启,否则IO线程在建立连接的时候就中断了。5.6的GTID对MySQL的集群环境要求是非常严格的,要么主从全部开启GTID模式,要么全部关闭GTID模式。

        刚才提到,同一个server_uuid下的transaction_id一般是递增的,难道在某些情况下不是递增的吗?答案是肯定的。MySQL支持通过设置Session级别的变量gtid_next,来指定下一个事务的GTID,格式就是‘server_uuid:transaction_id'。之后还可以改回AUTOMATIC(默认值)

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mysql>  set  gtid_next =  'b694c8b2-883f-11e5-85fb-e41f136aba3e:12000005' ;
Query OK, 0  rows  affected (0.00 sec)
mysql>  begin ;
Query OK, 0  rows  affected (0.00 sec)
mysql>  commit ;
Query OK, 0  rows  affected (0.00 sec)
mysql>  set  gtid_next = AUTOMATIC;
Query OK, 0  rows  affected (0.00 sec)

        一般设置gtid_next是加1,用于主从同步时跳过一个事务。但是如果设置gtid_next之后,导致当前server_uuid下的transaction_id不连续,那么坑爹的地方也就出现了。在改回AUTOMATIC以后,再有事务执行时,MySQL生成transaction_id时,不是按当前最大的transaction_id继续增长,而是补缺口(使用最小的缺失的那个transaction_id作为下一个gtid)。这样的话,即使是同一个server_uuid,也不能通过transaction_id的大小来判断事务的顺序。

        使用server_uuid:transaction_id共同组成一个GTID的好处是,由于server_uuid唯一,即使一个集群内多个节点同时有写入,也不会造成GTID冲突。

GTID的使用

        MySQL通过全局变量gtid_mode控制开启/关闭GTID模式。但是gtid_mode是只读的,可添加到配置文件中,然后重启mysqld来开启GTID模式。相关配置项如下:

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gtid-mode                = ON
enforce_gtid_consistency = 1
log-slave-updates        = 1
log-bin                  = mysql-bin
log-bin-index            = mysql-bin.index

 

        配置方式为gtid_mode=ON/OFF。让人诧异的是gtid_mode的类型为枚举类型,枚举值可以为ON和OFF,所以应该通过ON或者OFF来控制gtid_mode,不要把它配置成0或者1,否则结果可能不符合你的预期。开启gtid_mode时,log-bin和log-slave-updates也必须开启,否则MySQL Server拒绝启动。除此以外,enforce-gtid-consistency也必须开启,否则MySQL Server也拒绝启动。enforce-gtid-consistency是因为开启grid_mode以后,许多MySQL的SQL和GTID是不兼容的。比如开启ROW 格式时,CREATE TABLE ... SELECT,在binlog中会形成2个不同的事务,GTID无法唯一。另外在事务中更新MyISAM表也是不允许的。

        刚才已经提到,当开启GTID模式时,集群中的全部MySQL Server必须同时配置gtid_mod = ON,否则无法同步。

        一旦使用GTID模式同步以后,主从切换就可以使用GTID来自动找点儿了,使用方式是在CHANGE MASTER时指定MASTER_AUTO_POSITION=1。命令如下:

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mysql> CHANGE MASTER  TO  \
     -> MASTER_HOST =  '' , \
     -> MASTER_PORT = 3306, \
     -> MASTER_USER =  'test' , \
     -> MASTER_PASSWORD =  '' , \
     -> MASTER_AUTO_POSITION = 1;

        通过SHOW SLAVE STATUS也可以看到Auto_Position: 1,说明以后START SLAVE将使用GTID自动找点儿,开启GTID之后原理上还支持使用FileName和FilePosition的方式找点儿,但是不建议使用。如果非要使用的话,在CHANGE MASTER的时候要指定MASTER_AUTO_POSITION=0

       MySQL通过若干变量可以查看GTID的执行情况

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mysql> show  global  variables  like  'gtid_%' ;
+ ---------------+----------------------------------------------------------------------------------------------+
| Variable_name | Value                                                                                        |
+ ---------------+----------------------------------------------------------------------------------------------+
| gtid_executed | b694c8b2-883f-11e5-85fb-e41f136aba3e:1-10114525:12000000-12000005                            |
| gtid_mode     |  ON                                                                                            |
| gtid_owned    | b694c8b2-883f-11e5-85fb-e41f136aba3e:10114523#10:10114525#6:10114521#5:10114524#8:10114522#4 |
| gtid_purged   | b694c8b2-883f-11e5-85fb-e41f136aba3e:1-8993295                                               |
+ ---------------+----------------------------------------------------------------------------------------------+
rows  in  set  (0.00 sec)

        这里有4个变量,其中gtid_mode已经介绍过了,其他3个变量的含义如下

        gtid_executed:这既是一个Global级别的变量,又是一个Session级别的变量,是只读变量。Global级别的gtid_executed表示当前实例已经执行过的GTID集合。Session级别的gtid_executed一般情况下是空的。

        gtid_owned:这既是一个Global级别的变量,又是一个Session级别的变量,是只读变量。Global级别的gtid_owned表示当前实例正在执行中的GTID,以及对应的线程id。Session级别的gtid_owned一般情况下是空的。

        gtid_purged:这是一个Global级别的变量,可动态修改。我们知道binlog可以被purge掉,gtid_purged表示当前实例中已经被purge掉的GTID集合,很明显gtid_purged是gtid_executed的子集。但是gtid_purged也不是可以随意修改的,必须在@@global.gtid_executed是空的情况下,才可以动态设置gtid_purged。

GTID相关Binlog

       通过前面的介绍可以知道,GTID可以在binlog中唯一标识一个事务,要了解GTID找点儿原理,就必须知道Binlog的格式,首先看一段Binlog

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at  120
#151222  9:07:58 server id 1026872634  end_log_pos 247 CRC32 0xedf993a8     Previous-GTIDs
# b3485508-883f-11e5-85fb-e41f136aba3e:1-14,
# b694c8b2-883f-11e5-85fb-e41f136aba3e:1-10115960:12000000-12000005
at  247
#151222  9:08:03 server id 1026872625  end_log_pos 295 CRC32 0xc3d3d8ee     GTID [ commit =yes]
SET  @@SESSION.GTID_NEXT=  'b694c8b2-883f-11e5-85fb-e41f136aba3e:10115961' /*!*/;
at  295
#151222  9:08:03 server id 1026872625  end_log_pos 370 CRC32 0x0a32d229     Query   thread_id=18    exec_time=1 error_code=0
BEGIN
/*!*/;
at  370
#151222  9:08:03 server id 1026872625  end_log_pos 480 CRC32 0x3c0e094f     Query   thread_id=18    exec_time=1 error_code=0
use `db`/*!*/;
SET  TIMESTAMP =1450746483/*!*/;
update  tb  set  val = val + 1  where  id = 1
/*!*/;
at  480
#151222  9:08:03 server id 1026872625  end_log_pos 511 CRC32 0x5772f16b     Xid = 6813913
COMMIT /*!*/;
at  511
#151222  9:10:19 server id 1026872625  end_log_pos 559 CRC32 0x3ac30191     GTID [ commit =yes]
SET  @@SESSION.GTID_NEXT=  'b694c8b2-883f-11e5-85fb-e41f136aba3e:10115962' /*!*/;
at  559
#151222  9:10:19 server id 1026872625  end_log_pos 634 CRC32 0x83a74912     Query   thread_id=18    exec_time=0 error_code=0
SET  TIMESTAMP =1450746619/*!*/;
BEGIN
/*!*/;
at  634
#151222  9:10:19 server id 1026872625  end_log_pos 744 CRC32 0x581f6031     Query   thread_id=18    exec_time=0 error_code=0
SET  TIMESTAMP =1450746619/*!*/;
update  tb  set  val = val + 1  where  id = 1
/*!*/;
at  744
#151222  9:10:19 server id 1026872625  end_log_pos 775 CRC32 0x793f8e34     Xid = 6813916
COMMIT /*!*/;

        这段Binlog从文件120偏移处(Format_description_log_event之后的第一个Binlog Event)开始截取。可以看到,第一个Binlog Event的类型为:Previous-GTIDs,它存在于每个binlog文件中。当开启GTID时,每个binlog文件都有且只有一个Previous-GTIDs,位置都是在Format_description_log_event之后的第一个Binlog Event处。它的含义是在当前Binlog文件之前执行过的GTID集合,可以充当索引用,使用这个Binlog Event,可以便于快速判断GTID是否位于当前binlog文件中。

        下面看看gtid_purged和gtid_executed是如何构造的。MySQL在启动时打开最老的binlog文件,读取其中的Previous-GTIDs,那么就是@@global.gtid_purged。MySQL在启动时打开最新的binlog文件,读取其中的Previous-GTIDs,构造一个gtid_set,然后再遍历这个最新的binlog文件,把遇到的每个gtid都添加到gtid_set中,当文件遍历完成时,这个gtid_set就是@@global.gtid_executed。

        前面说过只有在@@global.gtid_executed为空的情况下,才可以动态设置@@global.gtid_purged。因此可以通过RESET MASTER的方式来清空@@global.gtid_executed。这一点,类似Ares中的命令:set binlog_group_id=XXX, master_server_id=YYY with reset;(是会删除binlog的)

        通过解析上面的binlog文件,我们也可以看到,每个事务之前,都有一个GTID_log_event,用来指定GTID的值。总体来看,一个MySQL binlog的格式大致如下:

GTID找点儿原理

        我们知道,在未开启GTID模式的情况下,从库用(File_name和File_pos)二元组标识执行到的位置。START SLAVE时,从库会先向主库发送一个BINLOG_DUMP命令,在BINLOG_DUMP命令中指定File_name和File_pos,主库就从这个位置开始发送binlog。

         在开启GTID模式的情况下,如果指定MASTER_AUTO_POSITION=1。START SLAVE时,从库会计算Retrieved_Gtid_Set和Executed_Gtid_Set的并集(通过SHOW SLAVE STATUS可以查看),然后把这个GTID并集发送给主库。主库会使用从库请求的GTID集合和自己的gtid_executed比较,把从库GTID集合里缺失的事务全都发送给从库。如果从库缺失的GTID,已经被主库pruge了呢?从库报1236错误,IO线程中断。

        通过GTID找到点儿的原理还是比较奇怪的,它过于强调主从binlog中GTID集合的一致性,弱化了Binlog执行的顺序性。

        考虑下面这种情况,有个集群已经在使用GTID模式同步,小明想给集群增加一台从库,新做完一台从库,数据和主库一致,但是没有binlog,也就是说新从库的@@global.gtid_executed是空的。但是CHANGE MASTER时可以通过File_name和File_pos找到正确的同步点,然后START SLAVE,一切正常。过了一会儿,小明觉得还可以通过MASTER_AUTO_POSITION = 1的方式重新CHANGE MASTER,然后再START SLAVE。这种情况下,主库一看从库GTID里少了那么多binlog,然后把全部缺失的binglog再给从库发送一遍,那么悲剧就发生了。

        为了解决这个问题,小明新做完从库以后,应该在从库上执行reset master; set global gtid_purged = 'xxxxx',把缺失的GTID集合设置为purged,然后就可以直接使用MASTER_AUTO_POSITION=1自动找点儿了。

        由此可见,开启GTID以后,Binlog和数据文件一样重要,不仅要求主从数据一致,还要求主从Binlog中GTID集合一致。

GTID注意事项

 

1)开启GTID以后,无法使用sql_slave_skip_counter跳过事务。前面介绍过了,使用GTID找点儿时,主库会把从库缺失的GTID,发送给从库,所以skip是没有用的。为了提前发现问题,MySQL在gtid模式下,直接禁止使用set global sql_slave_skip_counter = x。正确的做法是,通过set grid_next= 'zzzz'('zzzz'为待跳过的事务),然后执行BIGIN;COMMIT产生一个空事务,占据这个GTID,再START SLAVE,会发现下一条事务的GTID已经执行过,就会跳过这个事务了

        2)如果一个GTID已经执行过,再遇到重复的GTID,从库会直接跳过,可看作GTID执行的幂等性。

        3)使用限制: https://dev.mysql.com/doc/refman/5.6/en/replication-gtids-restrictions.html


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