MySQL Cluster

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思考并回答以下问题：

MySQL Cluster也称为MySQL集群或者MySQL簇，是一种允许在无共享架构（SNA，share nothing architecture）系统中部署“内存”数据库集群的技术。通过无共享架构，可以使系统使用廉价的硬件获取持续的高可用性。本章首先介绍了MySQL集群的基础知识，重点介绍了MySQL集群的环境搭建方法。

MySQL Cluster简介

MySQL Cluster是一个高性能、可扩展、集群化的数据库技术。MySQL集群是一种分布式架构，通常由一组计算机构成，每台计算机运行至少一个MySQL集群进程，每个MySQL集群进程对应一个“节点”（node）。通过节点间的切换，可以确保集群出现节点故障或者网络故障时的持续高可用性。

说明
在很多情况下，一个“节点”对应一台计算机。但在讨论MySQL集群时，一个“节点”表示的是一个“集群进程”。如果在单台计算机开启了多个集群进程，那么这台计算机上存在了多个节点。

MySQL集群的组成

MySQL集群由4类节点组成：SQL节点、数据节点、管理节点以及客户机节点。

1．客户机节点

为了实现MySQL集群中数据的增、删、改、查，需要通过MySQL客户机编辑、提交SQL语句（这里将MySQL客户机简称为客户机节点）。MySQL集群中最简单的客户机节点是打开CMD命令提示符窗口，然后输入“mysql -h localhost -u root -p”命令，接着连接MySQL 服务器。

2．SQL节点

SQL节点主要用于提供MySQL服务，提供了访问MySQL集群中数据节点中数据的“接口”。在MySQL集群体系中，客户机节点通过SQL节点访问数据节点中的数据，任意一个数据节点都是连接到所有的SQL节点的。当任意一个SQL节点出现故障时，客户机节点都可以将请求转移到其他SQL节点。当然，数据库开发人员应该提供一种当一个SQL节点出现故障时，客户机节点能够自行切换到其他SQL节点的机制。

事实上，MySQL集群主要是通过将NDB Cluster内存集群存储引擎与MySQL服务器集成实现的，因此SQL节点的MySQL服务必须支持NDB存储引擎才能实现MySQL集群。而传统的MySQL服务默认情况下仅支持8种存储引擎（不支持NDB Cluster存储引擎），为了实现MySQL集群，需下载、安装支持MySQL集群的MySQL服务软件。

通常，SQL节点使用命令“mysqld–ndbcluster”启动，或在my.ini配置文件的[mysqld]选项组中添加“ndbcluster”参数，使得SQL节点支持NDB Cluster 存储引擎。每个SQL节点对应一个mysqld.exe进程。

说明
NDB是网络数据库（network database）的缩写。NDB存储引擎支持所有通常的MySQL数据类型和SQL语句，该存储引擎还提供了完整的事务支持，而且是ACID兼容的。

3．数据节点

数据节点用于存储所有属于MySQL集群的数据，这些数据在数据节点之间被复制，以保证在一个或多个数据节点出现故障时，MySQL集群仍然持续可用。可以这样理解：在MySQL集群体系中，客户机节点通过SQL节点访问数据节点中的数据，任意一个SQL节点都是连接到所有的数据节点的，当任意一个数据节点出现故障时，SQL节点都可以将请求转移到另一个数据节点。

数据节点是通过命令“ndbd”启动的，每个数据节点对应一个ndbd.exe进程。

MySQL集群中的事务安全是由数据节点保证的，任意一个事务产生的数据变化会同时反映到所有数据节点中；某个事务在执行过程中，某个数据节点数据更新的失败会导致整个事务的回滚。说明

每个数据节点中都有两个检查点，即本地检查点以及全局检查点。本地检查点的目的是将内存中的数据和硬盘上的数据进行同步。全局检查点是在各节点中进行通信，以保证事务的一致性。

4．管理节点

管理节点用于控制MySQL集群启动时的初始配置，管理MySQL集群内的其他节点。管理节点的初始配置由集群配置文件决定，集群配置文件默认的文件名为config.ini，该配置文件提供了数据节点和SQL节点的全局配置信息，包括数据、索引所占用内存大小、各个节点的IP地址信息、数据存放的目录信息等。

MySQL集群期间，管理节点会获取其他节点的状态和错误信息，并将这些信息写入集群日志，反馈给集群中的其他所有节点。例如，当数据节点出现新的事件时，数据节点将关于该事件的信息传输到管理节点，然后由管理节点将事件信息写入集群日志，并反馈给其他节点。由于管理节点担任了集群中各个节点的沟通工作，因此在启动其他节点之前，应该首先启动管理节点。管理节点是通过命令“ndb_mgmd”启动的，每个管理节点对应一个ndb_mgmd.exe进程。

说明
管理节点只在集群启动和发生配置变化的时候起作用，集群正常运行期间停止管理节点，整个集群都将保持在线和可用状态。通常只需配置一个管理节点，然而为了排除单点故障需要，可能需要增加管理节点的数量。

MySQL集群架构

可以看出：MySQL集群架构可以简单地分为4个区域，客户机节点、SQL节点、数据节点、管理节点，如图1所示。

图1 MySQL集群架构

MySQL集群中的数据保存在NDB存储引擎的表中（数据节点中），MySQL集群中的表结构保存在MySQL服务器中（SQL节点中）。数据库用户通过客户机节点连接SQL节点访问集群数据，为了保证每个数据节点中的数据均匀分布，在进行数据插入时，SQL节点采用分片的策略将数据均匀分配到不同的数据节点上。管理节点通过管理工具（ndb_mgmd）管理数据节点与SQL节点，MySQL Cluster所有的这些节点构成一个完整的MySQL集群体系。

MySQL Cluster环境搭建

目前支持MySQL Cluster的操作系统有Linux、Mac OS X和Solaris，最新版本的MySQL Cluster支持更多的操作系统，包括Windows操作系统。本章以Windows操作系统为例，讲解MySQL Cluster配置的最简单方法。

准备工作

MySQL集群的准备工作包括下载MySQL集群软件、准备主机以及网络环境。

主机：对于实验目的的MySQL集群主机而言，MySQL集群可以在一台单独的计算机上成功部署，每个数据节点、SQL节点设置不同的目录以及端口号，即可进行MySQL集群实验。为了让读者更好地理解MySQL集群，本书以5台主机为例部署MySQL集群环境。

网络环境：集群内的主机必须可以通过IP地址相互通信（读者可以通过ping命令判断集群内的主机是否连通）。为了提升MySQL集群的性能以及高可用性，MySQL集群通常在单独的子网中部署（不建议跨越公网部署MySQL集群）。除此之外，还要确保集群内所有主机的防火墙关闭，否者可能导致SQL节点与管理节点无法连接。

MySQL集群软件：所需的MySQL集群软件可以在 MySQL Cluster 官网免费下载，最新的MySQL集群软件提供了两种安装程序：图形化安装包msi与zip免安装压缩文件。本章以最新版本的免安装压缩文件mysql-cluster-gpl-7.3.2-win32.zip为例，讲解MySQL集群的配置过程（对于64 位Windows操作系统而言，读者可以下载mysql- cluster-gpl-7.3.2- winx64.zip）。

说明
为了便于学习，读者也可以到本书指定的网址下载MySQL集群软件mysql-cluster-gpl-7.3.2-win32.zip。

假设当前的网络环境存在M、S1、S2、D1、D2五台主机，五台主机的IP 地址如表15-1所示，这些主机可以通过IP地址相互通信，并且它们的防火墙已经关闭。五台主机中，M主机是管理节点，D1和D2主机是数据节点，S1和S2是SQL节点。

表1 MySQL集群环境

对于免安装压缩文件mysql-cluster-gpl-7.3.2-win32.zip，将该文件分别拷贝到M、S1、S2、D1 与D2 五台主机的C盘，接着解压缩至当前文件夹，然后重命名为mysql-cluster，如图2所示。

为了便于启动管理节点、数据节点以及 SQL 节点，将图 15-2 中 bin 目录所在的路径（即C：\mysql-cluster\bin）添加到Path系统环境变量中（方法为：鼠标右键单击我的电脑高级环境变量系统变量Path），如图3所示。

图3 配置MySQL Cluster环境变量说明

如果当前主机存在其他MySQL服务，并且这些MySQL服务bin目录所在的路径已经配置到了 PATH 环境变量，建议删除这些环境变量的配置，或者将图2中bin目录所在的路径配置到Path环境变量最开始处。

数据节点的配置

数据节点的配置较为简单，分别将D1与D2主机中mysql-cluster目录中的my-default.ini配置文件重命名为my.ini，然后分别在两个my.ini配置文件中添加[mysql_cluster]选项组，并在该选项组中添加下列参数信息，如下所示。

1
2
[mysql_cluster]
ndb-connectstring = 192.168.4.15

说明
[mysql_cluster]选项组的 ndb-connectstring 参数用于指定当前的数据节点连接哪一台管理节点主机（IP地址为192.168.4.15的M主机提供了管理节点服务）。
至此，MySQL集群中的数据节点已经配置完毕。接下来讲解管理节点的配置方法。

SQL节点的配置

步骤1：在S1、S2主机上注册MySQL服务。
为了方便管理MySQL服务，便于启动、停止SQL节点，分别在S1、S2主机的CMD命令提示符窗口中运行下列命令，注册MySQL服务，执行结果如图15-4所示。
cd C：\mysql-cluster\bin
mysqld.exe -install mysqlcluster
▲图15-4 安装MySQL服务说明
同一台主机的服务名不能重名，否则将提示如图15-4所示的“The service already exists！”错误信息。出现重名问题后，如果不想修改服务名，可以在CMD命令提示符窗口中运行“sc delete mysqlcluster”命令，删除指定的服务（如果该服务正在运行，删除服务时将失败）。
成功注册MySQL服务后，右键单击“我的电脑”，在弹出的菜单中单击“管理”，在弹出的“计算机管理”窗口中双击“服务和应用程序”，然后单击“服务”选项，即可找到刚刚注册的MySQL服务（服务名为“mysqlcluster”），如图15-5所示（建议将MySQL服务的启动类型由自动修改为手动，再进行其他配置工作）。由于名字为“mysqlcluster”的MySQL服务缺失my.ini配置文件，mysqlcluster服务尚不能启动。

步骤2：启动MySQL服务。
分别将S1与S2主机中mysql-cluster目录中的my-default.ini配置文件重命名为“my.ini”，然后单击图15-5 中的“启动”链接，或者在CMD 命令提示符窗口输入命令“net start mysqlcluster”启动MySQL服务，接着在CMD命令提示符窗口输入下面的命令，开启MySQL客户机，并连接MySQL服务器，如图15-6所示（默认情况下，初始密码为空字符串）。
mysql -h localhost -u root -p
▲图15-6 启动MySQL服务
执行MySQL命令“show engines;”，执行结果如图15-7所示。从图15-7中可以看到，当前的MySQL服务默认的存储引擎为InnoDB，并且不支持NDB存储引擎。
▲图15-7 查看MySQL服务存储引擎

▲图15-7 查看MySQL服务存储引擎
步骤3：开启S1、S2 主机MySQL服务的NDB Cluster 存储引擎支持。
单击图15-8中的“停止”链接，或者在CMD命令提示符窗口输入命令“net stop mysqlcluster”，停止S1与S2主机的MySQL服务。分别在S1与S2主机my.ini配置文件的[mysqld]选项组中添加下列参数信息，该参数用于开启MySQL 服务的NDB Cluster 存储引擎支持。
ndbcluster
步骤4：指定管理节点。
分别在S1与S2主机my.ini配置文件的[mysqld]选项组中添加下列参数信息，该参数用于指定当前的SQL节点连接哪一台管理节点主机（IP地址为192.168.4.15的A主机提供了管理节点服务）。
ndb-connectstring = 192.168.4.15
至此，MySQL集群中的数据节点以及SQL节点已经配置完毕，接下来讲解管理节点的配置方法。由于MySQL集群中SQL节点、数据节点以及管理节点的启动顺序有特殊要求，配置管理节点前，暂且不能启动数据节点与SQL节点。
▲图15-8 MySQL服务管理

管理节点的配置

管理节点负责管理MySQL集群内所有其他节点，管理节点的配置比较复杂。管理节点的初始配置由集群配置文件决定，该文件配置了所有管理节点、所有数据节点以及所有SQL节点的基本信息。这里将IP地址为192.168.4.15的M主机作为“管理节点”，在M主机C盘根目录创建conf目录，在该目录下创建config.ini文件作为集群配置文件，并输入如下内容：

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15
16
[NDBD DEFAULT]
NoOfReplicas=2
DataDir=C：/data
[NDB_MGMD]
HostName=192.168.4.15
DataDir=C：/logs
#数据节点
[NDBD]
HostName=192.168.4.11
[NDBD]
HostName=192.168.4.12
#SQL节点
[MYSQLD]
HostName=192.168.4.13
[MYSQLD]
HostName=192.168.4.14

接着在M主机的C盘创建logs目录，在D1与D2主机的C盘创建data目录。需要注意的是：创建config.ini文件时，一定不能隐藏已知文件类型的扩展名。说明
集群配置文件 config.ini 中共有 6 种选项组，分别是[NDB_MGMD DEFAULT]、[NDB_MGMD]、[MYSQLD DEFAULT]、[MYSQLD]、[NDBD DEFAULT]以及[NDBD]。其中，名字中包含有“DEFAULT”的选项组最多出现一次，分别用于配置管理节点、SQL 节点以及数据节点参数的默认值。[NDB_MGMD]、[MYSQLD]以及[NDBD]选项组分别用于单个管理节点、单个 SQL 节点以及单个数据节点的个性化配置。例如，[NDBD DEFAULT]选项组的 DataDir 参数定义了所有数据节点日志信息默认存放的路径；[NDB_MGMD]选项组的 DataDir 参数定义了当前管理节点日志信息存放的路径。每个节点都有各自的个性化配置，例如，每个节点的主机 IP 地址需要使用 HostName参数进行单独的配置。说明
NoOfReplicas=2：表示在集群环境中，定义两个数据节点为一个节点组，同组存储的数据是相同的，继而避免了单点故障。可以看出，该参数定义了相同数据的份数，即数据的冗余次数。NoOfReplicas参数只能设置在[NDBDDEFAULT]选项组中，该参数对所有数据节点有效。NoOfReplicas参数的默认值为2，原因在于：假设当前MySQL集群环境存在两个数据节点D1和D2，需要存储两个数据A和B。如果将NoOfReplicas的值设为1，则数据A存储在节点D1上，数据B存储在节点D2上，此时，节点D1与节点D2中只要有一个节点宕机，数据将不再完整。但如果将NoOfReplicas的值设为2，则数据A存储在节点D1上，数据A的“副本”也将存储在节点D2上；数据B存储在节点D2上，数据B的“副本”也将存储在节点D1上，此时，即便节点D1与节点D2中有一个节点宕机，数据依然完整。

MySQL集群的启动

MySQL集群的启动包括管理节点的启动、数据节点的启动以及SQL节点的启动，启动顺序依次是：先启动管理节点，接着是数据节点，最后是SQL节点。

步骤1：启动管理节点。

在M主机的CMD命令行窗口中运行如下命令，即可启动管理节点，如图15-9所示。
ndb_mgmd ——configdir=c：/conf -f c：/conf/config.ini - initial
▲图15-9 管理节点的启动
管理节点成功启动后，M主机的C：/logs目录中将自动创建ndb_1.pid文件、ndb_1_cluster.log文件以及ndb_1_out.log文件，如图15-10所示。其中，ndb_1_cluster.log文件以及ndb_1_out.log文件用于记录管理节点的日志信息，ndb_1.pid用于记录管理节点的进程ID。

▲图15-10 管理节点的日志
同时，M主机的C：/conf目录中将自动创建ndb_1_config.bin.1文件，如图15-11所示。该文件是config.ini 集群配置文件的二进制缓存文件“副本”，以后每次重新启动管理节点时，管理节点将直接加载二进制缓存文件ndb_1_config.bin.1的配置信息。如果config.ini集群配置文件的内容发生了变动，需要删除ndb_1_config.bin.1文件后，再启动管理节点。
步骤2：查看管理节点的状态。
管理节点一旦启动，即可通过管理节点客户机了解管理节点当前的状态信息。打开 M 主机新的CMD命令行窗口，输入ndb_mgm命令，接着输入show命令，即可查看管理节点当前的状态信息，如图15-12所示。
▲图15-11 管理节点的二进制缓存文件
▲图15-12 查看管理节点的状态
图15-12中状态信息的含义依次如下：
① 连接本地主机的管理节点，管理节点默认情况下占用的端口号为1186。
② 管理节点的配置如下：
[ndbd(NDB)] 2 node(s)：两个数据节点。
③ id=2 的数据节点主机 IP 地址为 192.168.4.11，该数据节点没有连接管理节点。集群中的每个节点都有唯一的标识。
④ id=3的数据节点主机IP 地址为192.168.4.12，该数据节点没有连接管理节点。
⑤ [ndb_mgmd(MGM)] 1 node(s)：一个管理节点。
⑥ id=1的管理节点主机IP 地址为192.168.4.15。
⑦ [mysqld(API)] 2 node(s)：两个SQL节点。
⑦ [mysqld(API)] 2 node(s)：两个SQL节点。
⑧ id=4的SQL 节点主机IP 地址为192.168.4.13，该SQL节点没有连接管理节点。
⑨ id=5的SQL 节点主机IP 地址为192.168.4.14，该SQL节点没有连接管理节点。
步骤3：启动D1、D2主机的数据节点。
在D1主机的CMD命令行窗口中运行如下命令，执行结果如图15-13所示，此时D1主机的数据节点服务成功启动。从图15-13中可以看出，管理节点默认情况下占用的是1186端口号。
Ndbd – initial
▲图15-13 启动D1主机的数据节点
D1主机的数据节点服务成功启动后，D1主机的C：/data目录中将自动创建如图15-14所示的文件（或者目录）。
▲图15-14 D1数据节点的文件
在D2主机的CMD命令行窗口中运行如下命令，执行结果如图15-15所示，此时D2主机的数据节点服务成功启动。
Ndbd – initial
▲图15-15 启动D2主机的数据节点
D2主机的数据节点服务成功启动后，D2主机的C：/data目录中将自动创建如图15-16所示的文件（或者目录）。
▲图15-16 D2数据节点的文件说明
第一次启动数据节点时，或者config.ini配置文件改动后，在ndbd命令后建议添加“– initial”参数，以便进行数据节点的初始化工作。以后再次启动数据节点时，无需添加该参数，否则该参数将会使数据节点删除由早期ndbd进程创建的、用于恢复的任何文件，包括恢复用途的日志文件。

步骤4：启动S1、S2主机的MySQL服务。

重新启动S1、S2主机的MySQL服务，重新执行MySQL命令“show engines;”，

重新启动 S1、S2 主机的MySQL服务，重新执行MySQL命令“show engines;”，执行结果如图15-17所示。从图15-17中可以看到，当前的MySQL 服务已经支持NDB Cluster存储引擎。

步骤5：查看管理节点的状态。

打开M主机新的CMD命令行窗口，输入“ndb_mgm”命令，接着输入“show”命令，查看管理节点当前的状态信息，如图15-18所示。从图15-18可以看出：MySQL集群的所有节点已经成功启动。
▲图15-17 查看S1、S2主机的存储引擎
▲图15-18 查看管理节点的状态
15.2.6 集群测试
在S1 主机上打开CMD 命令提示符窗口，并输入“mysql -h localhost -u root -p”命令连接S1 主机的MySQL服务。接着依次输入下面的SQL语句，执行结果如图15-19所示。

1
2
3
4
create database student;
use student;
create table teacher(teacher_no int primary key) engine=ndb;
insert into teacher values(1);

▲图15-19 添加测试数据
由于 teacher 表的存储引擎是 NDB Cluster，teacher 表对应的表结构文件存放在 S1 主机C：\mysql-clusterdata\student目录下，如图15-20所示。
▲图15-20 NDB存储引擎的表结构文件
在另一台S2主机上打开CMD 命令提示符窗口，并输入“mysql -h localhost -u root -p”命令连接S2主机的MySQL服务。接着依次输入下面的SQL语句，执行结果如图15-21所示。
1
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3
show databases;
use student;
select * from teacher;

▲图15-21 集群测试

可以看到：针对S1主机NDB Cluster存储引擎teacher表的数据更新同步到了S2主机。至此MySQL集群的环境搭建工作已经完毕。鉴于目前MySQL Cluster的成熟案例并不太多，为了便于读者快速地部署 MySQL Cluster 环境，上述 MySQL Cluster 环境搭建方法仅仅是集群的最简化配置方法。有关MySQL Cluster 的复杂配置，读者可以登录MySQL Cluster官网查看具体资料。

说明
SQL节点和数据节点在启动的时候需要连接到管理节点读取MySQL集群的配置信息，SQL节点和数据节点启动完成后，管理节点是可以停止工作的。因此MySQL集群过程中，即便管理节点宕机，也不会影响整个集群服务，所以管理节点一般只需要一台主机即可满足应用要求。

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