Docker环境下的前后端分离项目部署与运维（六）搭建MySQL集群

单节点数据库的弊病

大型互联网程序用户群体庞大,所以架构必须要特殊设计
单节点的数据库无法满足性能上的要求
单节点的数据库没有冗余设计,无法满足高可用

单节点MySQL的性能瓶领颈

2016年春节微信红包巨大业务量,数据库承受巨大负载

常见MySQL集群方案

　　mysql 集群方案介绍，建议使用pxc，因为弱一致性会有问题，比如说a节点数据库显示我购买成功，b 节点数据库显示没有成功，这就麻烦了，pxc 方案是在全部节点都写入成功之后才会告诉你成功，是可读可写双向同步的，但是replication是单向的，不同节点的数据库之间都会开放端口进行通讯，如果从防火墙的这个端口关闭，pxc就不会同步成功，也不会返给你成功了。

Replication

速度快，但仅能保证弱一致性，适用于保存价值不高的数据，比如日志、帖子、新闻等。
采用master-slave结构，在master写入会同步到slave，能从slave读出；但在slave写入无法同步到master。
采用异步复制，master写入成功就向客户端返回成功，但是同步slave可能失败，会造成无法从slave读出的结果。

PXC (Percona XtraDB Cluster)

速度慢，但能保证强一致性，适用于保存价值较高的数据，比如订单、客户、支付等。
数据同步是双向的，在任一节点写入数据，都会同步到其他所有节点，在任何节点上都能同时读写。
采用同步复制，向任一节点写入数据，只有所有节点都同步成功后，才会向客户端返回成功。事务在所有节点要么同时提交，要么不提交。

建议PXC使用PerconaServer (MySQL改进版，性能提升很大)

PXC的数据强一致性

同步复制,事务在所有集群节点要么同时提交,要么不提交
Replication采用异步复制,无法保证数据的一致性

PXC集群安装介绍

在Docker中安装PXC集群，使用Docker仓库中的PXC官方镜像：https://hub.docker.com/r/percona/percona-xtradb-cluster

从docker官方仓库中拉下PXC镜像：

docker pull percona/percona-xtradb-cluster

或者本地安装

docker load < /home/soft/pxc.tar.gz

安装完成：

[root@localhost ~]# docker pull percona/percona-xtradb-cluster
Using default tag: latest
Trying to pull repository docker.io/percona/percona-xtradb-cluster ...
latest: Pulling from docker.io/percona/percona-xtradb-cluster
ff144d3c0ab1: Pull complete
eafdff1524b5: Pull complete
c281665399a2: Pull complete
c27d896755b2: Pull complete
c43c51f1cccf: Pull complete
6eb96f41c54d: Pull complete
4966940ec632: Pull complete
2bafadcea292: Pull complete
3c2c0e21b695: Pull complete
52a8c2e9228e: Pull complete
f3f28eb1ce04: Pull complete
d301ece75f56: Pull complete
3d24904bec3c: Pull complete
1053c2982c37: Pull complete
Digest: sha256:17c64dacbb9b62bd0904b4ff80dd5973b2d2d931ede2474170cbd642601383bd
Status: Downloaded newer image for docker.io/percona/percona-xtradb-cluster:latest
[root@localhost ~]# docker images
REPOSITORY                                 TAG                 IMAGE ID            CREATED             SIZE
docker.io/percona/percona-xtradb-cluster   latest              70b3670450ef         months ago         MB

重命名镜像：（名称太长，重命名一下）

docker tag percona/percona-xtradb-cluster:latest pxc

然后原来的镜像就可以删除掉了

[root@localhost ~]# docker images
REPOSITORY                                 TAG                 IMAGE ID            CREATED             SIZE
docker.io/percona/percona-xtradb-cluster   latest              70b3670450ef         months ago         MB
pxc                                        latest              70b3670450ef         months ago         MB
docker.io/java                             latest              d23bdf5b1b1b         years ago          MB
[root@localhost ~]# docker rmi docker.io/percona/percona-xtradb-cluster
Untagged: docker.io/percona/percona-xtradb-cluster:latest
Untagged: docker.io/percona/percona-xtradb-cluster@sha256:17c64dacbb9b62bd0904b4ff80dd5973b2d2d931ede2474170cbd642601383bd
[root@localhost ~]# docker images
REPOSITORY          TAG                 IMAGE ID            CREATED             SIZE
pxc                 latest              70b3670450ef         months ago         MB
docker.io/java      latest              d23bdf5b1b1b         years ago          MB

出于安全考虑，给PXC集群创建Docker内部网络

# 创建网段
docker network create --subnet=172.18.0.0/ net1
# 查看网段
docker network inspect net1
# 删除网段
# docker network rm net1

创建Docker卷：
使用Docker时，业务数据应保存在宿主机中，采用目录映射，这样可以使数据与容器独立。但是容器中的PXC无法直接使用映射目录，解决办法是采用Docker卷来映射

# 创建名称为v1的数据卷，--name可以省略
docker volume create --name v1

查看数据卷

docker inspect v1

结果：

[root@localhost ~]# docker inspect v1
[
    {
        "Driver": "local",
        "Labels": {},
        "Mountpoint": "/var/lib/docker/volumes/v1/_data",#这里是在宿主机的保存位置
        "Name": "v1",
        "Options": {},
        "Scope": "local"
    }
]

删除数据卷

docker volume rm v1

创建5个数据卷

# 创建5个数据卷
docker volume create --name v1
docker volume create --name v2
docker volume create --name v3
docker volume create --name v4
docker volume create --name v5

创建5个PXC容器：

# 创建5个PXC容器构成集群
# 第一个节点
docker run -d -p : -e MYSQL_ROOT_PASSWORD=abc123456 -e CLUSTER_NAME=PXC -e XTRABACKUP_PASSWORD=abc123456 -v v1:/var/lib/mysql --name=node1 --network=net1 --ip 172.18.0.2 pxc
# 在第一个节点启动后要等待一段时间，等候mysql启动完成。
 
# 第二个节点
docker run -d -p : -e MYSQL_ROOT_PASSWORD=abc123456 -e CLUSTER_NAME=PXC -e XTRABACKUP_PASSWORD=abc123456 -e CLUSTER_JOIN=node1 -v v2:/var/lib/mysql --name=node2 --net=net1 --ip 172.18.0.3 pxc
# 第三个节点
docker run -d -p : -e MYSQL_ROOT_PASSWORD=abc123456 -e CLUSTER_NAME=PXC -e XTRABACKUP_PASSWORD=abc123456 -e CLUSTER_JOIN=node1 -v v3:/var/lib/mysql --name=node3 --net=net1 --ip 172.18.0.4 pxc
# 第四个节点
docker run -d -p : -e MYSQL_ROOT_PASSWORD=abc123456 -e CLUSTER_NAME=PXC -e XTRABACKUP_PASSWORD=abc123456 -e CLUSTER_JOIN=node1 -v v4:/var/lib/mysql --name=node4 --net=net1 --ip 172.18.0.5 pxc
# 第五个节点
docker run -d -p : -e MYSQL_ROOT_PASSWORD=abc123456 -e CLUSTER_NAME=PXC -e XTRABACKUP_PASSWORD=abc123456 -e CLUSTER_JOIN=node1 -v v5:/var/lib/mysql --name=node5 --net=net1 --ip 172.18.0.6 pxc

查看：

[root@localhost ~]# docker ps
CONTAINER ID        IMAGE               COMMAND             CREATED              STATUS              PORTS                                   NAMES
f4708ce32209        pxc                 "/entrypoint.sh "   About a minute ago   Up About a minute   -/tcp, 0.0.0.0:->/tcp   node4
bf612f9586bc        pxc                 "/entrypoint.sh "    minutes ago       Up  minutes       -/tcp, 0.0.0.0:->/tcp   node5
9fdde5e6becd        pxc                 "/entrypoint.sh "    minutes ago       Up  minutes       -/tcp, 0.0.0.0:->/tcp   node3
edd5794175b6        pxc                 "/entrypoint.sh "    minutes ago       Up  minutes       -/tcp, 0.0.0.0:->/tcp   node2
33d842de7f42        pxc                 "/entrypoint.sh "    minutes ago       Up  minutes       0.0.0.0:->/tcp, -/tcp   node1

数据库负载均衡的必要性

虽然搭建了集群,但是不使用数据库负载均衡,单节点处理所有请求，负载高，性能差

将请求均匀地发送给集群中的每一个节点。

所有请求发送给单一节点，其负载过高，性能很低，而其他节点却很空闲。
使用Haproxy做负载均衡，可以将请求均匀地发送给每个节点，单节点负载低，性能好

负载均衡中间件对比

　　负载均衡首先是数据库的集群，加入5个集群，每次请求都是第一个的话，有可能第一个数据库就挂掉了，所以更优的方案是对不同的节点都进行请求，这就需要有中间件进行转发，比较好的中间件有nginx，haproxy等，因nginx 支持插件，但是刚刚支持了tcp/ip 协议，haproxy 是一个老牌的中间转发件。如果要用haproxy的话，可以从官方下载镜像，然后呢对镜像进行配置（自己写好配置文件，因为这个镜像是没有配置文件的，配置好之后再运行镜像的时候进行文件夹的映射，配置文件开放3306（数据库请求，然后根据check心跳检测访问不同的数据库，8888 对数据库集群进行监控））。配置文件里面设置用户（用户在数据库进行心跳检测，判断哪个数据库节点是空闲的，然后对空闲的进行访问），还有各种算法（比如轮训），最大连接数，时间等，还有对集群的监控。配置文件写好以后运行这个镜像，镜像运行成功后进入容器启动配置文件。其实haprocy返回的也是一个数据库实例（但是并不存储任何的数据，只是转发请求），这个实例用来check其他节点。

安装Haproxy

从Docker仓库拉取haproxy镜像：https://hub.docker.com/_/haproxy

docker pull haproxy

[root@localhost ~]# docker images
REPOSITORY          TAG                 IMAGE ID            CREATED             SIZE
docker.io/haproxy   latest              11fa4d7ff427         days ago         72.2 MB

创建Haproxy配置文件。供Haproxy容器使用（docker中未生成配置文件，我们需要在宿主机中自己创建配置文件）
配置文件详情参考：https://www.cnblogs.com/wyt007/p/10829184.html

# 启动容器时使用目录映射技术使容器读取该配置文件
touch /home/soft/haproxy/haproxy.cfg

haproxy.cfg

# haproxy.cfg
global
    #工作目录
    chroot /usr/local/etc/haproxy
    #日志文件，使用rsyslog服务中local5日志设备（/var/log/local5），等级info
    log 127.0.0.1 local5 info
    #守护进程运行
    daemon
 
defaults
    log    global
    mode    http
    #日志格式
    option    httplog
    #日志中不记录负载均衡的心跳检测记录
    option    dontlognull
    #连接超时（毫秒）
    timeout connect
    #客户端超时（毫秒）
    timeout client
    #服务器超时（毫秒）
    timeout server  
 
#监控界面
listen  admin_stats
    #监控界面的访问的IP和端口
    bind  0.0.0.0:
    #访问协议
    mode        http
    #URI相对地址
    stats uri   /dbs
    #统计报告格式
    stats realm     Global\ statistics
    #登陆帐户信息
    stats auth  admin:abc123456
#数据库负载均衡
listen  proxy-mysql
    #访问的IP和端口
    bind  0.0.0.0:
    #网络协议
    mode  tcp
    #负载均衡算法（轮询算法）
    #轮询算法：roundrobin
    #权重算法：static-rr
    #最少连接算法：leastconn
    #请求源IP算法：source
    balance  roundrobin
    #日志格式
    option  tcplog
    #在MySQL中创建一个没有权限的haproxy用户，密码为空。Haproxy使用这个账户对MySQL数据库心跳检测
    option  mysql-check user haproxy
    server  MySQL_1 172.18.0.2: check weight  maxconn
    server  MySQL_2 172.18.0.3: check weight  maxconn
    server  MySQL_3 172.18.0.4: check weight  maxconn
    server  MySQL_4 172.18.0.5: check weight  maxconn
    server  MySQL_5 172.18.0.6: check weight  maxconn
    #使用keepalive检测死链
    option  tcpka

在数据库集群中创建空密码、无权限用户haproxy，来供Haproxy对MySQL数据库进行心跳检测
```
create user 'haproxy'@'%' identified by '';
```

创建Haproxy容器(name=h1的原因是为了高可用)

# 这里要加 --privileged
docker run -it -d -p : -p : -v /home/soft/haproxy:/usr/local/etc/haproxy --name h1 --net=net1 --ip 172.18.0.7 --privileged haproxy

进入容器
```
docker exec -it h1 bash
```

在容器bash中启动Haproxy

haproxy -f /usr/local/etc/haproxy/haproxy.cfg

接下来便可以在浏览器中打开Haproxy监控界面，端口4001，在配置文件中定义有用户名admin，密码abc123456。
我这边访问的是http://192.168.63.144:4001/dbs，并且要使用用户名密码进行登录（小插曲，使用的是Basic登录，我的Chrome不知为何被屏蔽了，我最后用的火狐）

这时候我们手动挂掉一个Docker节点，看一下变化（我们会发现已经显示挂掉了）
Haproxy不存储数据，只转发数据。可以在数据库中建立Haproxy的连接，端口4002，用户名和密码为数据库集群的用户名和密码

为什么要采用双机热备

　　单节点Haproxy不具备高可用,必须要有冗余设计

　　双机就是两个请求处理程序，比如两个haproxy，当一个挂掉的时候，另外一个可以顶上。热备我理解就是keepalive。在haproxy 容器中安装keepalive。

虚拟IP地址

　　linux系统可以在一个网卡中定义多个IP地址，把这些地址分配给多个应用程序，这些地址就是虚拟IP，Haproxy的双机热备方案最关键的技术就是虚拟IP。

　　关键就是虚拟ip，定义一个虚拟ip，然后比如两个haproxy分别安装keepalive镜像，因为haproxy是ubuntu系统的，所以安装用apt-get，keepalive是作用是抢占虚拟ip，抢到的就是主服务器，没有抢到的就是备用服务器，然后两个keepalive进行心跳检测（就是创建一个用户到对方那里试探，看是否还活着，mysql的集群之间也是心跳检测），如果挂掉抢占ip。所以在启动keepalive 之前首先要编辑好他的配置文件，怎么抢占，权重是什么，虚拟ip是什么，创建的用户交什么。配置完启动完以后可以ping一下看是否正确，然后将虚拟ip映射到局域网的ip

利用Keepalived实现双机热备

定义虚拟IP
在Docker中启动两个Haproxy容器，每个容器中还需要安装Keepalived程序（以下简称KA）
两个KA会争抢虚拟IP，一个抢到后，另一个没抢到就会等待，抢到的作为主服务器，没抢到的作为备用服务器
两个KA之间会进行心跳检测，如果备用服务器没有受到主服务器的心跳响应，说明主服务器发生故障，那么备用服务器就可以争抢虚拟IP，继续工作
我们向虚拟IP发送数据库请求，一个Haproxy挂掉，可以有另一个接替工作

Нaproxy双机热备方案

Docker中创建两个Haproxy，并通过Keepalived抢占Docker内地虚拟IP
Docker内的虚拟IP不能被外网，所以需要借助宿主机Keepalived映射成外网可以访问地虚拟IP

安装Keepalived

进入Haproxy容器，安装Keepalived：

$ docker exec -it h1 bash
apt-get update
apt-get install keepalived

Keepalived配置文件(Keepalived.conf)：
Keepalived的配置文件是/etc/keepalived/keepalived.conf

# vim /etc/keepalived/keepalived.conf
vrrp_instance  VI_1 {
    state  MASTER  # Keepalived的身份（MASTER主服务要抢占IP，BACKUP备服务器不会抢占IP）。
    interface  eth0    # docker网卡设备，虚拟IP所在
    virtual_router_id    # 虚拟路由标识，MASTER和BACKUP的虚拟路由标识必须一致。从0～
    priority    # MASTER权重要高于BACKUP数字越大优先级越高
    advert_int    # MASTER和BACKUP节点同步检查的时间间隔，单位为秒，主备之间必须一致
    authentication {  # 主从服务器验证方式。主备必须使用相同的密码才能正常通信
        auth_type  PASS
        auth_pass
    }
    virtual_ipaddress {  # 虚拟IP。可以设置多个虚拟IP地址，每行一个
        172.18.0.201
    }
}

启动Keepalived
```
service keepalived start
```
启动成功后，通过 ip a 可以查看网卡中虚拟IP是否成功，另外可以在宿主机中ping成功虚拟IP 172.18.0.201

可以按照以上步骤，再另外创建一个Haproxy容器，注意映射的宿主机端口不能重复，Haproxy配置一样。然后在容器中安装Keepalived，配置也基本一样（可以修改优先权重）。这样便基本实现了Haproxy双机热备方案
命令如下：

创建Haproxy容器(name=h2的原因是为了高可用)

# 这里要加 --privileged
docker run -it -d -p : -p : -v /home/soft/haproxy:/usr/local/etc/haproxy --name h2 --net=net1 --ip 172.18.0.8 --privileged haproxy

进入容器

docker exec -it h2 bash

在容器bash中启动Haproxy

haproxy -f /usr/local/etc/haproxy/haproxy.cfg

接下来便可以在浏览器中打开Haproxy监控界面，端口4003，在配置文件中定义有用户名admin，密码abc123456。
我这边访问的是http://192.168.63.144:4003/dbs，并且要使用用户名密码进行登录（小插曲，使用的是Basic登录，我的Chrome不知为何被屏蔽了，我最后用的火狐）

安装Keepalived：

apt-get update
apt-get install keepalived

Keepalived配置文件(Keepalived.conf)：
Keepalived的配置文件是/etc/keepalived/keepalived.conf

# vim /etc/keepalived/keepalived.conf
vrrp_instance  VI_1 {
    state  MASTER  # Keepalived的身份（MASTER主服务要抢占IP，BACKUP备服务器不会抢占IP）。
    interface  eth0    # docker网卡设备，虚拟IP所在
    virtual_router_id    # 虚拟路由标识，MASTER和BACKUP的虚拟路由标识必须一致。从0～
    priority    # MASTER权重要高于BACKUP数字越大优先级越高
    advert_int    # MASTER和BACKUP节点同步检查的时间间隔，单位为秒，主备之间必须一致
    authentication {  # 主从服务器验证方式。主备必须使用相同的密码才能正常通信
        auth_type  PASS
        auth_pass
    }
    virtual_ipaddress {  # 虚拟IP。可以设置多个虚拟IP地址，每行一个
        172.18.0.201
    }
}

启动Keepalived

service keepalived start

启动成功后，通过 ip a 可以查看网卡中虚拟IP是否成功，另外可以在宿主机中ping成功虚拟IP 172.18.0.201

实现外网访问虚拟IP

查看当前局域网IP分配情况：

yum install nmap -y
nmap -sP 192.168.1.0/

在宿主机中安装Keepalived
```
yum install keepalived
```

宿主机Keepalived配置如下(/etc/keepalived/keepalived.conf)：

vrrp_instance VI_1 {
    state MASTER
#这里是宿主机的网卡，可以通过ip a查看当前自己电脑上用的网卡名是哪个
    interface ens33
    virtual_router_id
    priority
    advert_int
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass
    }
    virtual_ipaddress {
#这里是指定的一个宿主机上的虚拟ip，一定要和宿主机网卡在同一个网段，
#我的宿主机网卡ip是192.168.63.，所以指定虚拟ip是160
           192.168.63.160
    }
}
 
#接受监听数据来源的端口，网页入口使用
virtual_server 192.168.63.160  {
    delay_loop
    lb_algo rr
    lb_kind NAT
    persistence_timeout
    protocol TCP
#把接受到的数据转发给docker服务的网段及端口，由于是发给docker服务，所以和docker服务数据要一致
    real_server 172.18.0.201  {
        weight
    }
}
 
#接受数据库数据端口，宿主机数据库端口是3306，所以这里也要和宿主机数据接受端口一致
virtual_server 192.168.63.160  {
    delay_loop
    lb_algo rr
    lb_kind NAT
    persistence_timeout
    protocol TCP
#同理转发数据库给服务的端口和ip要求和docker服务中的数据一致
    real_server 172.18.0.201  {
        weight
    }
}

启动Keepalived服务
```
service keepalived start
#service keepalived status
#service keepalived stop
```
之后其他电脑便可以通过虚拟IP 192.168.63.160 的8888和3306端口来访问宿主机Docker中的 172.18.0.201 的相应端口。

暂停PXC集群的办法

vi /etc/sysctl.conf
#文件中添加net.ipv4.ip_forward=1这个配置
systemctl restart network

然后把虚拟机挂起

热备份数据

冷备份

冷备份是关闭数据库时候的备份方式，通常做法是拷贝数据文件
是简单安全的一种备份方式，不能在数据库运行时备份。
大型网站无法做到关闭业务备份数据,所以冷备份不是最佳选择

热备份

热备份是在系统运行状态下备份数据
MySQL常见的热备份有LVM和XtraBackup两种方案

LVM：linux的分区备份命令，可以备份任何数据库；但是会对数据库加锁，只能读取；而且命令复杂
XtraBackup：不需要锁表，而且免费

XtraBackup

XtraBackup是一款基于InnoDB的在线热备工具,具有开源免费,支持在线热备,占用磁盘空间小,能够非常快速地备份与恢复mysql数据库

备份过程中不锁表，快速可靠
备份过程中不会打断正在执行地事务
备份数据经过压缩，占用磁盘空间小

全量备份和增量备份

全量备份：备份全部数据。备份过程时间长，占用空间大。第一次备份要使用全量备份
增量备份：只备份变化的那部分数据。备份的时间短，占用空间小。第二次以后使用增量备份

PXC全量备份

备份要在某个PXC节点的容器内进行，但应该把备份数据保存到宿主机内。所以采用目录映射技术。先新建Docker卷：
```
docker volume create backup
```

挑选一个PXC节点node1，将其容器停止并删除，然后重新创建一个增加了backup目录映射的node1容器

docker stop node1
docker rm node1    # 数据库数据保存在Docker卷v1中，不会丢失
# 参数改变：
# . -e CLUSTER_JOIN=node2;原来其他节点是通过node1加入集群的，现在node1重新创建，需要选择一个其他节点加入集群
# . -v backup:/data;将Docker卷backup映射到容器的/data目录
docker run -d -u root -p : -e MYSQL_ROOT_PASSWORD=abc123456 -e CLUSTER_NAME=PXC -e XTRABACKUP_PASSWORD=abc123456 -e CLUSTER_JOIN=node2 -v v1:/var/lib/mysql -v backup:/data --network=net1 --ip 172.18.0.2 --name=node1 pxc

在node1容器中安装 percona-xtrabackup-24

docker exec -it node1 bash
apt-get update
apt-get install percona-xtrabackup-

之后便可以执行如下命令进行全量备份，备份后的数据会保存在 /data/backup/full 目录下：

mkdir /data/backup
mkdir /data/backup/full
#不建议，已过时 innobackupex --backup -u root -p abc123456 --target-dir=/data/backup/full
xtrabackup --backup -uroot -pabc123456 --target-dir=/data/backup/full

官方文档已经不推荐使用 innobackupex，而推荐使用 xtrabackup 命令

PXC全量还原

数据库可以热备份，但是不能热还原，否则会造成业务数据和还原数据的冲突。

对于PXC集群为了避免还原过程中各节点数据同步冲突的问题，我们要先解散原来的集群，删除节点。然后新建节点空白数据库，执行还原，最后再建立起其他集群节点。

还原前还要将热备份保存的未提交的事务回滚，还原之后重启MySQL

停止并删除PXC集群所有节点

docker stop node1 node2 node3 node4 node5
docker rm node1 node2 node3 node4 node5
docker volume rm v1 v2 v3 v4 v5

按照之前的步骤重新创建node1容器，并进入容器，执行冷还原

# 创建卷
docker volume create v1
# 创建容器
docker run -d -p : -e MYSQL_ROOT_PASSWORD=abc123456 -e CLUSTER_NAME=PXC -e XTRABACKUP_PASSWORD=abc123456 -v v1:/var/lib/mysql -v backup:/data --name=node1 --network=net1 --ip 172.18.0.2 pxc
# 以root身份进入容器
docker exec -it -uroot node1 bash
# 删除数据
rm -rf /var/lib/mysql/*
# 准备阶段
xtrabackup --prepare --target-dir=/data/backup/full/
# 执行冷还原
xtrabackup --copy-back --target-dir=/data/backup/full/
# 更改还原后的数据库文件属主
chown -R mysql:mysql /var/lib/mysql
# 退出容器后，重启容器
docker stop node1
docker start node1