目录

Galera Cluster 概述

核心架构与组件

WSREP API

Group Communication System (GCP)

同步复制机制

复制流程详解

冲突检测算法

关键特性

多主架构实现

强一致性保障

自动成员管理

性能优化策略

并行复制实现

流控机制详解

批处理与压缩

部署与监控

详细配置指南

监控指标体系

维护命令示例

常见问题与解决方案

脑裂处理方案

SST故障处理

性能调优建议

总结与建议

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Galera Cluster 概述

Galera Cluster 是一个基于同步复制的多主数据库集群解决方案，主要支持 MySQL/MariaDB。它采用先进的认证复制（Certification-Based Replication）机制，确保所有节点数据保持强一致性。其核心特点是：

• 真正的多主架构：所有节点均可读写，无需主从切换
• 同步复制：数据变更实时同步到所有节点
• 自动故障转移：节点故障时自动处理，确保高可用性
• 透明集成：对应用表现为单一数据库实例

典型应用场景包括：

• 金融交易系统：需要强一致性的关键业务
• 电商平台：高并发读写需求
• 实时分析系统：需要最新数据的分析应用

核心架构与组件

WSREP API

WSREP（Write Set Replication）API 是 Galera 的核心接口层，提供以下功能：

1. 事务写集管理：

   • 捕获事务中的行变更（DML操作）
   • 生成包含主键信息的写集（Write Set）
   • 示例：UPDATE customers SET balance=100 WHERE id=5 将生成包含id=5记录的变更集

2. 冲突检测机制：

   • 基于主键的认证测试（Certification Test）
   • 使用全局事务ID（GTID）进行版本控制
   • 冲突解决策略：先提交者获胜（First-Commit-Wins）

3. 节点状态管理：

   • 维护节点状态机（Joining, Donor, Synced等）
   • 处理节点加入/离开事件
   • 协调数据同步过程

Group Communication System (GCP)

GCP 负责集群的底层通信，主要功能包括：

1. 成员管理：

   • 心跳检测（默认每1秒）
   • 故障检测（可配置超时时间）
   • 视图变更通知

2. 消息传递：

   • 使用gcomm协议或外部工具（如Corosync）
   • 支持TCP/UDP多播
   • 消息排序保证（Total Order Broadcast）

3. 典型配置参数：

   wsrep_provider_options = "gmcast.listen_addr=tcp://0.0.0.0:4567;gmcast.peer_timeout=PT3S"
   

同步复制机制

复制流程详解

1. 本地事务阶段：

   • 事务在发起节点执行
   • 生成二进制日志（binlog）
   • 创建写集（包含所有受影响的行数据）

2. 全局认证阶段：

   • 写集广播到所有节点
   • 各节点并行执行认证测试：
     • 检查主键冲突
     • 验证事务依赖关系
   • 通过测试的事务获得全局提交顺序

3. 异步应用阶段：

   • 写集进入回放队列
   • 回放线程（applier）按序应用变更
   • 应用完成后释放客户端连接

冲突检测算法

认证测试的数学表示：

Certify(Tx) = ∀ T ∈ committed_transactions:if WS(Tx) ∩ WS(T) ≠ ∅ ∧ T.seqno < Tx.seqnothen ABORT(Tx)else COMMIT(Tx)

实际执行过程示例：

1. 节点A提交事务T1修改行R1
2. 节点B同时提交事务T2也修改行R1
3. 集群检测到冲突，保留先到达认证阶段的事务

关键特性

多主架构实现

1. 写入流程：

   • 任何节点都能接受写请求
   • 自动路由到最优节点（可配置负载均衡）
   • 典型配置：wsrep_slave_threads=16

2. 冲突处理：

   • 使用序列号（seqno）全局排序
   • 支持人工冲突解决（通过自定义冲突解决函数）

3. 优势场景：

   • 地理分布式部署
   • 读写分离困难的应用
   • 需要快速故障恢复的系统

强一致性保障

1. 一致性级别：

   • 同步（SYNC）：等待所有节点确认
   • 异步（ASYNC）：本地提交即返回
   • 半同步（SEMI-SYNC）：多数节点确认

2. 配置示例：

   wsrep_sync_wait = 1  # 确保读操作能看到最新写入
   

3. 实现原理：

   • 使用全局事务ID（GTID）
   • 每个事务关联唯一标识符
   • 读操作等待相关GTID在所有节点应用

自动成员管理

1. 节点加入流程：

   • 新节点发起加入请求
   • 集群选择Donor节点
   • 执行SST（State Snapshot Transfer）或IST（Incremental State Transfer）

2. 状态转移方法：

   方法	描述	适用场景
   rsync	文件级全量同步	新节点加入
   mariabackup	热备份同步	生产环境首选
   xtrabackup	物理备份同步	MySQL环境

3. 故障检测配置：

   wsrep_provider_options = "evs.keepalive_period=PT1S;evs.suspect_timeout=PT5S"
   

性能优化策略

并行复制实现

1. 线程模型：

   • 主线程：接收和排序写集
   • 工作线程：并行应用写集
   • 配置建议：wsrep_slave_threads = CPU核心数×2

2. 依赖处理：

   • 相同主键的写集顺序执行
   • 不同主键的写集可以并行
   • 监控指标：wsrep_cert_deps_distance

3. 性能对比：

   单线程：1000 TPS
   8线程：6500 TPS
   16线程：12000 TPS
   

流控机制详解

1. 触发条件：

   • 接收队列长度 > wsrep_flow_control_threshold
   • 应用延迟 > wsrep_flow_control_interval

2. 工作流程：

   • 落后节点发送PAUSE请求
   • 其他节点暂停发送新事务
   • 队列降至阈值后恢复

3. 配置建议：

   wsrep_flow_control_threshold = 65536
   wsrep_flow_control_interval = 100
   

批处理与压缩

1. 传输优化：

   • 写集聚合：wsrep_trx_fragment_size=1MB
   • 压缩算法：支持LZ4、Zstd等
   • 网络节省：典型压缩率30-70%

2. 配置示例：

   wsrep_trx_fragment_unit = 'bytes'
   wsrep_trx_fragment_size = 1024000
   wsrep_slave_threads = 16
   

3. 性能影响：

   • 增加少量CPU开销
   • 显著降低网络延迟
   • 特别适合广域网部署

部署与监控

详细配置指南

1. 基本参数：

   [mysqld]
   binlog_format=ROW
   default_storage_engine=InnoDB
   innodb_autoinc_lock_mode=2
   

2. 集群配置：

   wsrep_provider=/usr/lib/galera/libgalera_smm.so
   wsrep_cluster_name="production_cluster"
   wsrep_cluster_address="gcomm://192.168.1.101,192.168.1.102,192.168.1.103"
   wsrep_node_name="node1"
   wsrep_node_address="192.168.1.101"
   

3. 同步方法选择：

   wsrep_sst_method=mariabackup
   wsrep_sst_auth="sst_user:s3cret"
   

监控指标体系

1. 集群状态：

   • wsrep_cluster_size：节点数量
   • wsrep_cluster_status：集群健康状况
   • wsrep_ready：服务可用性

2. 性能指标：

   指标	健康值	说明
   wsrep_flow_control_paused	<0.1	流控时间占比
   wsrep_local_recv_queue	<100	接收队列长度
   wsrep_local_send_queue	<10	发送队列长度

3. 复制延迟：

   • wsrep_local_bf_aborts：冲突中止次数
   • wsrep_cert_deps_distance：事务依赖距离
   • wsrep_apply_oooe：无序应用比例

维护命令示例

1. 状态检查：

   SHOW STATUS LIKE 'wsrep%';
   

2. 安全重启：

   systemctl stop mysql
   galera_recovery
   systemctl start mysql
   

3. 节点移除：

   SET GLOBAL wsrep_provider_options='pc.ignore_sb=true';
   

常见问题与解决方案

脑裂处理方案

1. 预防措施：

   • 使用奇数节点（3个或更多）
   • 配置网络冗余
   • 设置合理超时：

     evs.inactive_timeout=PT15S
     evs.suspect_timeout=PT5S
     

2. 恢复步骤：

   • 识别存活分区
   • 手动选择主分区
   • 重启其他节点以加入：

     mysqld --wsrep_cluster_address=gcomm://primary_node
     

3. 仲裁方案：

   • 专用仲裁节点
   • 外部仲裁服务
   • 云提供商托管仲裁

SST故障处理

1. 常见错误：

   • 认证失败
   • 磁盘空间不足
   • 网络中断

2. 解决步骤：

   # 检查日志定位原因
   tail -f /var/log/mysql/error.log# 手动执行SST
   mysql -e "SET GLOBAL wsrep_sst_donor='node2'"
   

3. 最佳实践：

   • 预先测试SST过程
   • 监控磁盘空间
   • 使用专用SST账户

性能调优建议

1. 参数优化：

   innodb_buffer_pool_size=12G
   innodb_log_file_size=4G
   wsrep_slave_threads=16
   

2. 架构优化：

   • 读写分离
   • 数据分片
   • 缓存层引入

3. 硬件建议：

   • 10Gbps网络
   • SSD存储
   • 充足内存（>64GB用于大型集群）

总结与建议

Galera Cluster 为MySQL/MariaDB提供了企业级的高可用解决方案，但在实际部署时需要注意：

1. 适用场景：

   • 需要强一致性的关键业务
   • 中等写入负载（<5000 TPS）
   • 网络延迟稳定的环境

2. 限制因素：

   • 所有节点必须具有相同数据
   • 网络分区可能导致服务中断
   • 跨数据中心部署需高带宽

3. 运维建议：

   • 建立完善的监控系统
   • 定期进行故障演练
   • 保持软件版本一致

通过合理配置和持续优化，Galera Cluster可以为企业提供稳定可靠的数据库集群服务。