MySQL中脑裂是什么

青灯夜游原创: 2022-06-27 10:59:315365浏览

在MySQL中，脑裂是指在一个高可用（HA）系统中，当联系着的两个节点断开联系时，本来为一个整体的系统，分裂为两个独立节点，这时两个节点开始争抢共享资源，结果会导致系统混乱，数据损坏。对于无状态服务的HA系统，无所谓脑裂不脑裂；但对有状态服务（比如MySQL）的HA，必须要严格防止脑裂。

MySQL中脑裂是什么

本教程操作环境：windows7系统、mysql8版本、Dell G3电脑。

脑裂（split-brain）

指在一个高可用（HA）系统中，当联系着的两个节点断开联系时，本来为一个整体的系统，分裂为两个独立节点，这时两个节点开始争抢共享资源，结果会导致系统混乱，数据损坏。

在一个高可用性集群环境中有一个活动节点和一个或多个备用节点，当活动节点发生故障或停止响应时，它们将接管服务。

在考虑节点之间的网络层之前，这听起来像是一个合理的假设。如果节点之间的网络路径出现故障怎么办？

任何一个节点现在都不能与另一个节点通信，在这种情况下，备用服务器可能会在它认为活动节点发生故障的基础上将自己提升为活动服务器。这导致两个节点都变得“活跃”，因为每个节点都会认为另一个节点已经死了。结果，数据完整性和一致性受到损害，因为两个节点上的数据都会发生变化。这被称为“裂脑” .

对于无状态服务的HA，无所谓脑裂不脑裂；但对有状态服务(比如MySQL)的HA，必须要严格防止脑裂。（但有些生产环境下的系统按照无状态服务HA的那一套去配置有状态服务，结果可想而知...）

如何防止HA集群脑裂

一般采用2个方法 1）仲裁当两个节点出现分歧时，由第3方的仲裁者决定听谁的。这个仲裁者，可能是一个锁服务，一个共享盘或者其它什么东西。

2）fencing 当不能确定某个节点的状态时，通过fencing把对方干掉，确保共享资源被完全释放，前提是必须要有可靠的fence设备。

理想的情况下，以上两者一个都不能少。但是，如果节点没有使用共享资源，比如基于主从复制的数据库HA，也可以安全的省掉fence设备，只保留仲裁。而且很多时候我们的环境里也没有可用的fence设备，比如在云主机里。

那么可不可以省掉仲裁，只留fence设备呢？不可以。因为，当两个节点互相失去联络时会同时fencing对方。如果fencing的方式是reboot，那么两台机器就会不停的重启。如果fencing的方式是power off，那么结局有可能是2个节点同归于尽，也有可能活下来一个。但是如果两个节点互相失去联络的原因是其中一个节点的网卡故障，而活下来的正好又是那个有故障的节点，那么结局一样是悲剧。所以，单纯的双节点，无论如何也防止不了脑裂。

如何实现上面的策略

可以自己完全从头开始实现一套符合上述逻辑的脚本。推荐使用基于成熟的集群软件去搭建，比如Pacemaker+Corosync+合适的资源Agent。Keepalived不太适合用于有状态服务的HA，即使把仲裁和fence那些东西都加到方案里，总觉得别扭。

使用Pacemaker+Corosync的方案也有一些注意事项 1）了解资源Agent的功能和原理了解资源Agent的功能和原理，才能知道它适用的场景。比如pgsql的资源Agent是比较完善的，支持同步和异步流复制，并且可以在两者之前自动切换，并且可以保证同步复制下数据不会丢失。但目前MySQL的资源Agent就很弱了，没有使用GTID又没有日志补偿，很容易丢数据，还是不要用的好，继续用MHA吧（但是，部署MHA时务必要防范脑裂）。

2）确保法定票数(quorum) quorum可以认为是Pacemkaer自带的仲裁机制，集群的所有节点中的多数选出一个协调者，集群的所有指令都由这个协调者发出，可以完美的杜绝脑裂问题。为了使这套机制有效运转，集群中至少有3个节点，并且把no-quorum-policy设置成stop，这也是默认值。（很多教程为了方便演示，都把no-quorum-policy设置成ignore，生产环境如果也这么搞，又没有其它仲裁机制，是很危险的！）

但是，如果只有2个节点该怎么办？

一是拉一个机子借用一下凑足3个节点，再设置location限制，不让资源分配到那个节点上。
二是把多个不满足quorum小集群拉到一起，组成一个大的集群，同样适用location限制控制资源的分配的位置。

但是如果你有很多双节点集群，找不到那么多用于凑数的节点，又不想把这些双节点集群拉到一起凑成一个大的集群（比如觉得不方便管理）。那么可以考虑第三种方法。第三种方法是配置一个抢占资源，以及服务和这个抢占资源的colocation约束，谁抢到抢占资源谁提供服务。这个抢占资源可以是某个锁服务，比如基于zookeeper包装一个，或者干脆自己从头做一个，就像下面这个例子。这个例子是基于http协议的短连接，更细致的做法是使用长连接心跳检测，这样服务端可以及时检出连接断开而释放锁）但是，一定要同时确保这个抢占资源的高可用，可以把提供抢占资源的服务做成lingyig高可用的，也可以简单点，部署3个服务，双节点上个部署一个，第三个部署在另外一个专门的仲裁节点上，至少获取3个锁中的2个才视为取得了锁。这个仲裁节点可以为很多集群提供仲裁服务（因为一个机器只能部署一个Pacemaker实例，否则可以用部署了N个Pacemaker实例的仲裁节点做同样的事情。但是，如非迫不得已，尽量还是采用前面的方法，即满足Pacemaker法定票数，这种方法更简单，可靠。

--------------------------------------------------------------keepalived的脑裂问题----------------------------------------------

1）解决keepalived脑裂问题

检测思路：正常情况下keepalived的VIP地址是在主节点上的，如果在从节点发现了VIP，就设置报警信息。脚本（在从节点上）如下：

[root@slave-ha ~]# vim split-brainc_check.sh
#!/bin/bash
# 检查脑裂的脚本，在备节点上进行部署
LB01_VIP=192.168.1.229
LB01_IP=192.168.1.129
LB02_IP=192.168.1.130
while true
do
  ping -c 2 -W 3 $LB01_VIP &>/dev/null
    if [ $? -eq 0 -a `ip add|grep "$LB01_VIP"|wc -l` -eq 1 ];then
        echo "ha is brain."
    else
        echo "ha is ok"
    fi
    sleep 5
done

执行结果如下：
[root@slave-ha ~]# bash check_split_brain.sh 
ha is ok
ha is ok
ha is ok
ha is ok
当发现异常时候的执行结果：
[root@slave-ha ~]# bash check_split_brain.sh 
ha is ok
ha is ok
ha is ok
ha is ok
ha is brain.
ha is brain.

2）曾经碰到的一个keepalived脑裂的问题（如果启用了iptables，不设置"系统接收VRRP协议"的规则，就会出现脑裂）

曾经在做keepalived+Nginx主备架构的环境时，当重启了备用机器后，发现两台机器都拿到了VIP。这也就是意味着出现了keepalived的脑裂现象，检查了两台主机的网络连通状态，发现网络是好的。然后在备机上抓包：

[root@localhost ~]#  tcpdump -i eth0|grep VRRP  
tcpdump: verbose output suppressed, use -v or -vv for full protocol decode  
listening on eth0, link-type EN10MB (Ethernet), capture size 65535 bytes  
22:10:17.146322 IP 192.168.1.54 > vrrp.mcast.net: VRRPv2, Advertisement, vrid 51, prio 160, authtype simple, intvl 1s, length 20  
22:10:17.146577 IP 192.168.1.96 > vrrp.mcast.net: VRRPv2, Advertisement, vrid 51, prio 50, authtype simple, intvl 1s, length 20  
22:10:17.146972 IP 192.168.1.54 > vrrp.mcast.net: VRRPv2, Advertisement, vrid 51, prio 160, authtype simple, intvl 1s, length 20  
22:10:18.147136 IP 192.168.1.96 > vrrp.mcast.net: VRRPv2, Advertisement, vrid 51, prio 50, authtype simple, intvl 1s, length 20  
22:10:18.147576 IP 192.168.1.54 > vrrp.mcast.net: VRRPv2, Advertisement, vrid 51, prio 160, authtype simple, intvl 1s, length 20  
22:10:25.151399 IP 192.168.1.96 > vrrp.mcast.net: VRRPv2, Advertisement, vrid 51, prio 50, authtype simple, intvl 1s, length 20  
22:10:25.151942 IP 192.168.1.54 > vrrp.mcast.net: VRRPv2, Advertisement, vrid 51, prio 160, authtype simple, intvl 1s, length 20  
22:10:26.151703 IP 192.168.1.96 > vrrp.mcast.net: VRRPv2, Advertisement, vrid 51, prio 50, authtype simple, intvl 1s, length 20  
22:10:26.152623 IP 192.168.1.54 > vrrp.mcast.net: VRRPv2, Advertisement, vrid 51, prio 160, authtype simple, intvl 1s, length 20  
22:10:27.152456 IP 192.168.1.96 > vrrp.mcast.net: VRRPv2, Advertisement, vrid 51, prio 50, authtype simple, intvl 1s, length 20  
22:10:27.153261 IP 192.168.1.54 > vrrp.mcast.net: VRRPv2, Advertisement, vrid 51, prio 160, authtype simple, intvl 1s, length 20  
22:10:28.152955 IP 192.168.1.96 > vrrp.mcast.net: VRRPv2, Advertisement, vrid 51, prio 50, authtype simple, intvl 1s, length 20  
22:10:28.153461 IP 192.168.1.54 > vrrp.mcast.net: VRRPv2, Advertisement, vrid 51, prio 160, authtype simple, intvl 1s, length 20  
22:10:29.153766 IP 192.168.1.96 > vrrp.mcast.net: VRRPv2, Advertisement, vrid 51, prio 50, authtype simple, intvl 1s, length 20  
22:10:29.155652 IP 192.168.1.54 > vrrp.mcast.net: VRRPv2, Advertisement, vrid 51, prio 160, authtype simple, intvl 1s, length 20  
22:10:30.154275 IP 192.168.1.96 > vrrp.mcast.net: VRRPv2, Advertisement, vrid 51, prio 50, authtype simple, intvl 1s, length 20  
22:10:30.154587 IP 192.168.1.54 > vrrp.mcast.net: VRRPv2, Advertisement, vrid 51, prio 160, authtype simple, intvl 1s, length 20  
22:10:31.155042 IP 192.168.1.96 > vrrp.mcast.net: VRRPv2, Advertisement, vrid 51, prio 50, authtype simple, intvl 1s, length 20  
22:10:31.155428 IP 192.168.1.54 > vrrp.mcast.net: VRRPv2, Advertisement, vrid 51, prio 160, authtype simple, intvl 1s, length 20  
22:10:32.155539 IP 192.168.1.96 > vrrp.mcast.net: VRRPv2, Advertisement, vrid 51, prio 50, authtype simple, intvl 1s, length 20  
22:10:32.155986 IP 192.168.1.54 > vrrp.mcast.net: VRRPv2, Advertisement, vrid 51, prio 160, authtype simple, intvl 1s, length 20  
22:10:33.156357 IP 192.168.1.96 > vrrp.mcast.net: VRRPv2, Advertisement, vrid 51, prio 50, authtype simple, intvl 1s, length 20  
22:10:33.156979 IP 192.168.1.54 > vrrp.mcast.net: VRRPv2, Advertisement, vrid 51, prio 160, authtype simple, intvl 1s, length 20  
22:10:34.156801 IP 192.168.1.96 > vrrp.mcast.net: VRRPv2, Advertisement, vrid 51, prio 50, authtype simple, intvl 1s, length 20  
22:10:34.156989 IP 192.168.1.54 > vrrp.mcast.net: VRRPv2, Advertisement, vrid 51, prio 160, authtype simple, intvl 1s, length 20  

备机能接收到master发过来的VRRP广播，那为什么还会有脑裂现象？
接着发现重启后iptables开启着，检查了防火墙配置。发现系统不接收VRRP协议。
于是修改iptables，添加允许系统接收VRRP协议的配置：
-A INPUT -i lo -j ACCEPT   
-----------------------------------------------------------------------------------------
我自己添加了下面的iptables规则：
-A INPUT -s 192.168.1.0/24 -d 224.0.0.18 -j ACCEPT       #允许组播地址通信
-A INPUT -s 192.168.1.0/24 -p vrrp -j ACCEPT             #允许VRRP（虚拟路由器冗余协）通信
-----------------------------------------------------------------------------------------

最后重启iptables，发现备机上的VIP没了。
虽然问题解决了，但备机明明能抓到master发来的VRRP广播包，却无法改变自身状态。只能说明网卡接收到数据包是在iptables处理数据包之前发生的事情。

3）预防keepalived脑裂问题

1）可以采用第三方仲裁的方法。由于keepalived体系中主备两台机器所处的状态与对方有关。如果主备机器之间的通信出了网题，就会发生脑裂，此时keepalived体系中会出现双主的情况，产生资源竞争。 2）一般可以引入仲裁来解决这个问题，即每个节点必须判断自身的状态。最简单的一种操作方法是，在主备的keepalived的配置文件中增加check配置，服务器周期性地ping一下网关，如果ping不通则认为自身有问题。 3）最容易的是借助keepalived提供的vrrp_script及track_script实现。如下所示：

# vim /etc/keepalived/keepalived.conf
   ......
   vrrp_script check_local {
    script "/root/check_gateway.sh" 
    interval 5
    }
   ......

   track_script {     
   check_local                   
   }

   脚本内容：
   # cat /root/check_gateway.sh
   #!/bin/sh
   VIP=$1
   GATEWAY=192.168.1.1 
   /sbin/arping -I em1 -c 5 -s $VIP $GATEWAY &>/dev/null

   check_gateway.sh 就是我们的仲裁逻辑，发现ping不通网关，则关闭keepalived service keepalived stop。

4）推荐自己写脚本

写一个while循环，每轮ping网关，累计连续失败的次数，当连续失败达到一定次数则运行service keepalived stop关闭keepalived服务。如果发现又能够ping通网关，再重启keepalived服务。最后在脚本开头再加上脚本是否已经运行的判断逻辑，将该脚本加到crontab里面。

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