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Ubuntu 22.04 MySQL 高可用叢集架構

Ubuntu 22.04 MySQL High Availability Cluster Architecture

前言

在企業級應用中，資料庫的高可用性（High Availability, HA）是確保業務連續性的關鍵要素。MySQL InnoDB Cluster 提供了一個完整的高可用解決方案，整合了 MySQL Group Replication、MySQL Shell 和 MySQL Router，可實現自動故障轉移和負載平衡。本文將詳細說明如何在 Ubuntu 22.04 環境下建立 MySQL 高可用叢集。

MySQL 高可用概述

MySQL 高可用叢集的核心目標是確保資料庫服務的持續運作，即使在單一節點發生故障時也能自動切換至健康節點，最大程度減少服務中斷時間。

高可用性的關鍵指標

可用性等級年停機時間適用場景
99%3.65 天開發環境
99.9%8.76 小時一般業務系統
99.99%52.56 分鐘關鍵業務系統
99.999%5.26 分鐘金融/電商核心系統

架構選項比較

常見 MySQL 高可用方案

方案優點缺點適用場景
主從複製設定簡單、資源消耗低需手動故障轉移讀寫分離、備份
MHA (Master HA)成熟穩定、自動故障轉移需額外管理節點中型企業
Galera Cluster多主架構、強一致性寫入效能受限需多點寫入場景
InnoDB Cluster官方支援、整合度高至少需要三節點企業級應用

本文將聚焦於 MySQL InnoDB Cluster，這是 Oracle 官方推薦的高可用解決方案。

MySQL InnoDB Cluster 概念

InnoDB Cluster 由以下三個核心元件組成：

  1. MySQL Group Replication：提供資料複製與自動故障轉移功能
  2. MySQL Shell：管理與設定叢集的進階命令列工具
  3. MySQL Router：應用程式連線的中介層，提供透明的故障轉移

叢集拓撲結構

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                    │  MySQL Router   │
                    │   (負載平衡)     │
                    └────────┬────────┘
                             │
         ┌───────────────────┼───────────────────┐
         │                   │                   │
         ▼                   ▼                   ▼
┌─────────────┐     ┌─────────────┐     ┌─────────────┐
│   Primary   │     │  Secondary  │     │  Secondary  │
│  (讀/寫)    │◄───►│   (唯讀)    │◄───►│   (唯讀)    │
│  Node 1     │     │   Node 2    │     │   Node 3    │
└─────────────┘     └─────────────┘     └─────────────┘

環境準備

伺服器規劃

角色主機名稱IP 位址說明
Node 1mysql-node1192.168.1.101初始 Primary
Node 2mysql-node2192.168.1.102Secondary
Node 3mysql-node3192.168.1.103Secondary
Routermysql-router192.168.1.100應用連線入口

設定主機名稱解析

在所有節點的 /etc/hosts 中新增：

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sudo vim /etc/hosts

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192.168.1.101 mysql-node1
192.168.1.102 mysql-node2
192.168.1.103 mysql-node3
192.168.1.100 mysql-router

MySQL Shell 安裝

MySQL Shell 是管理 InnoDB Cluster 的核心工具，需在所有節點安裝。

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# 下載 MySQL APT Repository
wget https://dev.mysql.com/get/mysql-apt-config_0.8.29-1_all.deb

# 安裝 MySQL APT 設定
sudo dpkg -i mysql-apt-config_0.8.29-1_all.deb

# 更新套件清單
sudo apt update

# 安裝 MySQL Server 和 MySQL Shell
sudo apt install mysql-server mysql-shell -y

# 確認安裝版本
mysqlsh --version

設定 MySQL 節點

在每個節點編輯 MySQL 設定檔 /etc/mysql/mysql.conf.d/mysqld.cnf：

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sudo vim /etc/mysql/mysql.conf.d/mysqld.cnf

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[mysqld]
# 節點識別碼（每個節點必須唯一）
server_id = 1  # Node 2 設為 2，Node 3 設為 3

# 啟用 GTID（Group Replication 必要）
gtid_mode = ON
enforce_gtid_consistency = ON

# 二進位日誌設定
log_bin = mysql-bin
binlog_format = ROW
binlog_checksum = NONE

# 允許遠端連線
bind-address = 0.0.0.0

# Group Replication 設定
plugin_load_add = 'group_replication.so'
group_replication_group_name = "aaaaaaaa-bbbb-cccc-dddd-eeeeeeeeeeee"
group_replication_start_on_boot = OFF
group_replication_local_address = "192.168.1.101:33061"
group_replication_group_seeds = "192.168.1.101:33061,192.168.1.102:33061,192.168.1.103:33061"
group_replication_bootstrap_group = OFF

# 效能調校
innodb_buffer_pool_size = 1G
innodb_log_file_size = 256M

重啟 MySQL 服務：

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sudo systemctl restart mysql

建立 InnoDB Cluster

建立叢集管理帳號

在所有節點執行以下操作：

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sudo mysql -u root

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-- 建立叢集管理帳號
CREATE USER 'clusteradmin'@'%' IDENTIFIED BY 'YourClusterPassword123!';

-- 授予必要權限
GRANT ALL PRIVILEGES ON *.* TO 'clusteradmin'@'%' WITH GRANT OPTION;
GRANT CLONE_ADMIN, CONNECTION_ADMIN, GROUP_REPLICATION_ADMIN,
      PERSIST_RO_VARIABLES_ADMIN, REPLICATION_APPLIER,
      REPLICATION_SLAVE_ADMIN, ROLE_ADMIN, SYSTEM_VARIABLES_ADMIN
      ON *.* TO 'clusteradmin'@'%';

FLUSH PRIVILEGES;

使用 MySQL Shell 設定節點

連線至第一個節點：

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mysqlsh clusteradmin@mysql-node1

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// 檢查節點是否符合 InnoDB Cluster 需求
dba.checkInstanceConfiguration('clusteradmin@mysql-node1:3306')

// 設定節點（如需要）
dba.configureInstance('clusteradmin@mysql-node1:3306')

建立叢集

在 MySQL Shell 中執行：

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// 建立叢集
var cluster = dba.createCluster('MyCluster')

// 查看叢集狀態
cluster.status()

// 新增第二個節點
cluster.addInstance('clusteradmin@mysql-node2:3306')

// 新增第三個節點
cluster.addInstance('clusteradmin@mysql-node3:3306')

// 確認叢集狀態
cluster.status()

驗證叢集狀態

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// 詳細狀態資訊
cluster.status({extended: 1})

輸出範例：

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{
    "clusterName": "MyCluster",
    "defaultReplicaSet": {
        "name": "default",
        "primary": "mysql-node1:3306",
        "status": "OK",
        "topology": {
            "mysql-node1:3306": {
                "mode": "R/W",
                "status": "ONLINE"
            },
            "mysql-node2:3306": {
                "mode": "R/O",
                "status": "ONLINE"
            },
            "mysql-node3:3306": {
                "mode": "R/O",
                "status": "ONLINE"
            }
        }
    }
}

MySQL Router 設定

MySQL Router 作為應用程式與叢集之間的中介層，提供自動故障轉移與負載平衡。

安裝 MySQL Router

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sudo apt install mysql-router -y

設定 Router Bootstrap

使用 bootstrap 模式自動設定 Router：

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sudo mysqlrouter --bootstrap clusteradmin@mysql-node1:3306 \
  --directory /etc/mysqlrouter \
  --user=mysqlrouter \
  --conf-use-sockets

啟動 MySQL Router

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# 建立 systemd 服務
sudo cp /etc/mysqlrouter/mysqlrouter.service /etc/systemd/system/

# 啟動服務
sudo systemctl daemon-reload
sudo systemctl start mysqlrouter
sudo systemctl enable mysqlrouter

# 確認狀態
sudo systemctl status mysqlrouter

Router 設定檔說明

設定檔位於 /etc/mysqlrouter/mysqlrouter.conf：

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[routing:MyCluster_rw]
bind_address = 0.0.0.0
bind_port = 6446
destinations = metadata-cache://MyCluster/?role=PRIMARY
routing_strategy = first-available
protocol = classic

[routing:MyCluster_ro]
bind_address = 0.0.0.0
bind_port = 6447
destinations = metadata-cache://MyCluster/?role=SECONDARY
routing_strategy = round-robin-with-fallback
protocol = classic
  • 埠 6446：連線至 Primary 節點（讀寫）
  • 埠 6447：連線至 Secondary 節點（唯讀，負載平衡）

故障轉移測試

模擬 Primary 節點故障

在 Primary 節點執行：

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# 停止 MySQL 服務
sudo systemctl stop mysql

觀察故障轉移

在另一節點使用 MySQL Shell 查看：

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var cluster = dba.getCluster()
cluster.status()

系統將自動選舉新的 Primary 節點。

恢復節點

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# 重新啟動 MySQL
sudo systemctl start mysql

在 MySQL Shell 中重新加入叢集：

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cluster.rejoinInstance('clusteradmin@mysql-node1:3306')

監控與管理

叢集健康檢查

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// 檢查叢集狀態
cluster.status({extended: 2})

// 檢查路由資訊
cluster.listRouters()

// 檢查執行個體設定
cluster.checkInstanceState('clusteradmin@mysql-node2:3306')

常用管理指令

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// 設定選項
cluster.setOption('exitStateAction', 'ABORT_SERVER')
cluster.setOption('memberWeight', 50)

// 移除節點
cluster.removeInstance('clusteradmin@mysql-node3:3306')

// 強制重新設定叢集（僅在多數節點失效時使用）
cluster.forceQuorumUsingPartitionOf('clusteradmin@mysql-node1:3306')

// 解散叢集
cluster.dissolve()

效能監控指標

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-- 查看 Group Replication 成員狀態
SELECT * FROM performance_schema.replication_group_members;

-- 查看複製延遲
SELECT * FROM performance_schema.replication_group_member_stats\G

-- 查看交易認證佇列
SELECT COUNT_TRANSACTIONS_IN_QUEUE
FROM performance_schema.replication_group_member_stats;

最佳實踐

網路設定

  • 使用專用網路進行叢集通訊
  • 確保節點間網路延遲低於 10ms
  • 開放必要埠：3306（MySQL）、33061（Group Replication）
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# 防火牆設定
sudo ufw allow 3306/tcp
sudo ufw allow 33061/tcp
sudo ufw allow 6446/tcp
sudo ufw allow 6447/tcp

效能優化

  • 根據記憶體調整 innodb_buffer_pool_size（建議 50-70% 記憶體）
  • 啟用 group_replication_flow_control_mode 控制流量
  • 使用 SSD 儲存以降低 I/O 延遲

安全性建議

  1. 使用 SSL/TLS 加密叢集通訊
  2. 限制管理帳號來源 IP
  3. 定期更換密碼
  4. 啟用審計日誌
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-- 啟用 SSL 複製
SET GLOBAL group_replication_ssl_mode = 'REQUIRED';
SET GLOBAL group_replication_recovery_use_ssl = ON;

備份策略

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# 使用 MySQL Shell 備份
mysqlsh clusteradmin@mysql-node1 -- util dumpInstance /backup/full_backup

# 或使用 mysqldump
mysqldump --all-databases --single-transaction --routines --triggers \
  -u clusteradmin -p > /backup/full_backup.sql

參考資料

結語

MySQL InnoDB Cluster 提供了企業級的高可用解決方案，透過整合 Group Replication、MySQL Shell 和 MySQL Router，可實現自動化的故障轉移和負載平衡。本文詳細說明了從環境準備到叢集建立的完整流程，以及監控管理的最佳實踐。建議在正式部署前，充分測試故障轉移場景，確保叢集能夠滿足業務的可用性需求。

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