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Jasen / cetus

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Bin Wang 提交于 2019-08-29 17:41 . Update cetus-sharding.md

Cetus sharding版使用指南

简介

Cetus sharding版支持对后端的数据库进行分库,可以根据hash/range方式对大表进行分布式部署,提升系统整体的响应和容量。

安装部署

准备

1.MySQL

  • 5.7.17以上版本(分布式事务功能需要)

  • 数据库设计(即分库,根据业务将数据对象分成若干组)

  • 创建用户和密码

  • 确认Cetus可以远程登录MySQL

2.Cetus

3.LVS & keepalived

  • 确定LVS的监听ip和端口

  • 根据实际情况和需求确定多个Cetus的LVS分发权重

  • 配置keepalived.conf

安装

Cetus只支持linux系统,安装过程详见Cetus 安装说明

部署

Cetus 在部署时架构图如下图所示。

Cetus sharding版本部署时架构图

Cetus位于应用程序与MySQL数据库之间,作为前端应用与数据库的通讯。其中,前端应用连接LVS节点,LVS节点映射端口到多个Cetus服务,后者通过自身的连接池连接到后端的数据库。

MySQL和Cetus可以部署在同一台服务器上,也可以部署在各自独立的服务器上,但一般LVS & keepalived与MySQL、Cetus分布在不同的服务器上。

启动

Cetus可以利用bin/cetus启动

bin/cetus --defaults-file=conf/shard.conf [--conf-dir=/home/user/cetus_install/conf/]

​其中Cetus启动时可以添加命令行选项,--defaults-file选项用来加载启动配置文件,且在启动前保证启动配置文件的权限为660;--conf-dir是可选项,用来加载其他配置文件(.json文件),默认为当前目录下conf文件夹。

​Cetus可起动守护进程后台运行,也可在进程意外终止自动启动一个新进程,可通过启动配置选项进行设置。

数据库设计

1.专用术语

1.数据分片

按一定的规则,将数据表横向切分成若干部分并将其部署在一个或多个数据节点上。

2.分片表

即Sharding表,将属于同一张表中的数据根据规则拆分成多个分片,分别存入底层不同的存储节点。

3.分片键

即Sharding Key,Sharding表将根据此分片键再加上拆分规则,从而成为sharding表。

4.拆分方法

目前支持的拆分规则有hash、range,其中hash支持数字类型、字符串类型,range支持数字类型、字符串类型、时间类型(date/datetime)。

Hash分片即数据库中的Hash分区。首先,将Sharding表中Sharding Key的数据进行hash,然后根据制定的分片规则,进行数据存储。Sharding Key常选用数字类型。

Range分片类似数据库中的Range分区。将Sharding表中Sharding Key的数据进行范围分片,根据规则,进行数据存储。Sharding Key常选用数字类型、时间类型(DATE/DATETIME)。

5.全局表

Public表,即全局表,具有相同VDB的存储节点公共表数据是一致的,即都是全量数据,但不同VDB的存储节点公共表是不同的,如果想具有相同公共表,需要前端再处理,例如配置表conf,VDB1和VDB2都需要,需要前端应用分别写入VDB1、VDB2。

6.单点全局表

Single表,即单点全局表,如果表的写操作频繁,且不合适做分片,也不需要跟其他分片表或单点全局表关联,可以把这种类型的表定义为单点全局表。单点全局表数据放在用户指定的唯一一个后端节点,只涉及单点全局表的写操作是单机事务,不会开启分布式事务,减少了事务的代价;缺点是单点全局表只能跟全局表做join关联。

7.VDB

VDB(Virtual DataBase)非物理DB,即逻辑DB,主要对应分片表,表现在业务数据层,即代表此VDB内的数据有相同属性值,可以根据此属性值,进行数据的进一步拆分,从而构成分片表,例如订单数据和用户数据属于同一个VDB,可以根据用户ID进行分片,而仓储和商品可以放入另一个VDB。不同VDB之间的数据不能进行关联查询,只有在同一个VDB内才支持。

2.设计原则

按业务数据的内在联系(例如,支持同一业务模块,或经常需要一起存取或修改等),将数据对象分成若干个组,使同一分组的数据表高度“内聚”,不同分组之间的表高度“独立”;找出每个组中各表共同的“根元”,以此作为分片键,对数据进行分片。

VDB要在业务设计之初确定,后续的底层数据存储以及上层数据操作都会与此息息相关,所以需要开发、DBA一同来设计。

以下是具体样例:

用户VDB(VDB_ACCOUNT)

描述:与用户订单相关联的业务

分片键:ACCOUNT_ID

TB_ORDER(订单表)

TB_ACCOUNT(用户信息表)

TB_PAY_ORDER(支付订单表)

TB_CHARGE_ORDER(充值订单表)

TB_TRANSFER_RECORD(转账记录表)

TB_ACTIVITY_RECORD(活动记录表)

TB_REFUND_ORDER(退款记录表)

产品VDB(VDB_PRODUCT)

描述:与产品相关联的业务

分片键:PERIOD_ID

TB_PRODUCT(商品信息表)

TB_PRODUCT_PERIOD(商品期次表)

主要功能概述

1.连接池功能

Cetus内置了连接池功能。该连接池会在Cetus启动时,使用默认用户自动创建到后端的连接。创建的连接使用的database是配置的默认database,这些选项是由DBA根据后端数据库的实际情况进行的配置。以确保主要的业务请求过来不需要临时建立连接并切换数据库。

2.数据分片功能

Cetus支持对后端的数据库进行分库,可以根据hash/range方式对大表进行分布式部署,提升系统整体的响应和容量。由于分片处理后,数据的整体性被破坏,为了保证查询的结果符合预期,我们需要对SQL进行分析,并改写后发送到不同的后端。

3.分布式事务处理

如果前端执行SQL时,开启了事务(start transaction),则统一采用分布式事务处理(除非开启了单点事务的注释功能),如果未开启事务,直接发送SQL指令, Cetus 在处理时会判断是否开启分布式事务。

4.结果集压缩

由于当连接距离较远网络延迟较大时,结果集较大会很大幅度地增加数据传输时长,降低性能,因此针对高延迟场合,Cetus支持对结果集的压缩来提高性能。

网络延迟越大,开启结果集压缩功能的优势越大,当连接距离较近几乎没有网络延迟时,Cetus无形中增加了压缩和解压步骤,反而降低了性能,因此在延迟较小时不建议使用结果集压缩。

5.安全性管理

安全性管理功能包括后端管理、基本配置管理、查看连接信息、用户密码管理、IP许可管理、远程配置中心管理和整体信息查询。

用户可以通过登录管理端口,查看后端状态,增删改指定后端,查看和修改基本配置(包括连接池配置和从库延迟检测配置),查看当前连接的详细信息,用户连接Cetus的密码查询和增删改,查看以及增删改IP许可(可以为每个用户以及管理员用户指定允许访问的来源ip地址,但是无法为来自不同ip的同一用户提供不同的权限设置),重载远程配置和查看Cetus总体状态等,具体管理操作相见Cetus 分库(sharding)版管理手册

6.状态监控

Cetus内置监控功能,可通过配置选择开启或关闭。开启后Cetus会定期和后端进行通信,检测后端数据库的存活状态和主从延迟时间等。可通过登录管理端口SELECT * FROM backends查看。

后端状态包括unknown(后端初始状态,还未建立连接)、up(能与后端正常建立连接,可以正常提供服务)、down(与后端无法联通,无法正常提供服务)、maintaining(后端正在维护,无法建立连接)和delete(后端已被删除)。

主从延迟检测检测设有阈值slave-delay-down和slave-delay-recover,检测到的从库延迟超过slave-delay-down阈值后端状态将被设置为DOWN,从库延迟少于slave-delay-recover阈值后端状态将恢复为UP。

7.TCP流式

针对结果集过大情况,Cetus 采用了tcp stream流式,不需要先缓存完整结果集才转发给客户端,以避免内存炸裂问题,降低内存消耗,提高性能。

8.域名连接后端

支持利用域名连接数据库后端,Cetus设有相关的启动配置选项disable-dns-cache,选择是否开启解析连接到后端的域名功能,开启后可以通过设置域名并利用域名访问后端。

9.insert批量操作

支持在insert语句中写多个value,value之间用","隔开,例如: INSERT INTO table (field1,field2,field3) VALUES ('a',"b","c"), ('a',"b","c"),('a',"b","c");

注意事项

1.连接池使用注意事项

所有的后端MySQL节点,都需要有相同的用户名及口令,在conf/users.json中指定,不在选项中指定的用户,不能用来登录Cetus,不能为每个不同的后端实例单独指定登录信息。用户连接Cetus时的用户名和密码不一定与后端一致,可在conf/users.json中查看。

2.set命令的支持说明

我们支持使用以下session级别的set命令: Set names/autocommit。global级别的set命令统一不支持,其他未列出的set命令不在支持范围内,不建议使用。如果业务确实需要,建议联系DBA将行为配置为默认开启。

支持CLIENT_FOUND_ROWS 全局参数属性的统一设置,同一个Cetus只能选择打开或者关闭,不支持对每个连接单独设置这项属性,可以通过设置启动配置选项来打开,默认关闭。不支持CLIENT_LOCAL_FILES。其他未列出的需要额外设置的特性请测试后再确认。

3.环境变量修改建议

虽然我们支持客户端对连接环境变量进行修改,但是,我们不建议在程序中进行修改。因为一旦变量有改动。我们需要在执行SQL前对连接状态进行复位,会产生额外的请求到服务端,客户端响应的延迟也会增加。

4.代码处理

能用程序代码实现的函数尽量不用 SQL 函数,最好先在程序中计算出结果,再把值传入 SQL,如时间类函数 curdate(),字符串处理类函数 trim()。因为函数用于分库键将无法路由,导致查询语句需要发送到所有后端,单事务可以搞定的事情就变成了分布式事务,性能变差。

程序做分页任务时,尽量自己记录页偏移,因为 Cetus 做偏移时offset 会重写,SQL 把 offset 置为零,数据全部取回后再截取该页需要的数据,这样一来数据量无形中就变大很多倍,且不能有效利用数据库索引,性能比较差,而且一旦数据超出内存阈值前端将接收到错误。

5.不支持 Kill query

不支持在 Sql 执行过程中 kill query操作,一旦 Sql 语句开始执行就不能通过这种方式来终止,此时可以连接Cetus 管理后端,通过执行 show connectionlist 命令查看正在执行的 Sql,从而找到正在执行的后端信息,通过数据库中 kill query的命令进行终止操作。

6.不支持TLS

不支持TLS协议,目前不能在某种程度上使主从架构应用程序通讯本身预防窃听、干扰和消息伪造。

7.不支持多租户

目前分片版本还不支持。

8.不支持动态扩容

目前分库版暂不支持动态扩容,需要手工迁移数据,多数情况下需要“停机”扩容。

9.分区限制

目前只支持一级分区,且最多支持64个分库(全局表的更新数量太大,会导致分布式事务性能急剧恶化),建议4,8,16个分库,暂不支持二级分区;分区的自增主键最好用第三方,比如redis。

10.SQL书写规范

由于SQL需要进行完整解析器,建议大家在书写涉及分片的SQL时,要按照标准书写,在测试环境下测试通过后再上线,请遵循以下规范:

  1. 在Select语句中尽量为表达式列或函数计算列添加别名,比如“select count(*) rowcnt from ...”,以利于提高SQL解释器的分析水平。
  2. Sql文本要简洁,针对sharding表,如果有条件,请务必加sharding key做为过滤条件。
  3. 开启事务推荐使用start transaction。
  4. 少用子查询这种写法,必须用的话,可以用关联查询语法进行替换。
  5. Update/delete操作要根据sharding key进行过滤后操作(仅针对分片表)。
  6. For update语句不建议使用,锁开销严重,建议在应用端处理该业务逻辑,比如引入分布式锁或者先分配给redis等等。

11.SQL支持

Cetus sharding版能支持大多数的SQL语句,目前限制支持的功能有以下几种:

不支持项:

1.不支持COUNT(DISTINCT)/SUM(DISTINCT)/AVG(DISTINCT)

全局表没有限制;针对分片表建议分开操作,即先用 distinct 获取所有后端节点的值,类似 select distinct val from xxx order by val,然后将数据整合到一起做去重计数/去重求和/去重求平均值的工作。

2.不支持LAST_INSERT_ID

目前线上没有发现该用法,如希望获取全局唯一值建议使用 redis 获取,另外Cetus本身也提供了一种方法,select cetus_sequence(),即可返回一个 64 位递增不连续随机数字。

3.不支持存储过程和视图

4.不支持批量sql语句的执行

5.不支持客户端的change user命令

6.不支持having多个条件

7.不支持含有any/all/some的子查询语句

不支持含有any/all/some的子查询语句,例如:select dept_no,emp_no from dept_emp where emp_no > any (select emp_no from dept_emp where dept_no='d001');若需要可转成关联查询语句。

8.不支持load data infile

9.不支持handler语法

10.不支持lock tables语法

11.多个聚合函数情况下,不支持having条件,也不支持聚合函数之间乘除法

限制支持项:

1.ORDER BY的限制

针对全局表没限制;针对分片表,排序字段不超过8个列,ORDER BY需要使用列名或者别名,目前暂且不支持使用数字,ORDER BY目前不支持字段为枚举类型的排序。

2.DISTINCT的限制

针对全局表没有限制;针对分片表,仅支持DISCTINCT字段同时也是ORDER BY字段,例如:select distinct col1 from tab1 order by col1,另外为了在使用上更加友好,对于order by未写全的,Cetus会进行补充,例如:selectdistinct col1,col2 from tab1 order by col1,Cetus会改写为 select distinct col1,col2 fromtab1 order by col1,col2,但如果写成select distinct * from tab1,Cetus则会返回错误,为了效率,提倡使用标准写法,以免造成不必要的资源开销。

3.CASE WHEN/IF 的限制

全局表没有限制;针对分片表,不能用于DML语句中,也不能用在GROUP BY后,可以用于SELECT 后,也可以作为过滤条件。

4.分页查询的限制

由于对分片的支持,我们带来的新限制。在结果集大于特定值时分页时,由于性能开销较大,可能无法返回准确值。

5.JOIN的使用限制

不支持跨库的JOIN,非分片表可以在每个分片中都保存一份,以提高join的使用成功率。

6.Where条件的限制

当Where条件中有分区列时,值不能有函数转换,也不能有算术表达式,必须是原子值,否则处理结果会不准确或者强制走全库查询,增加后端数据库的负担。

目前支持有限的子查询类型以及有限的操作类型:支持子查询作为查询条件使用;支持子查询作为数据源使用。

7.查询业务的限制

在做SQL查询时,应注意以下约束:只支持同一个 VDB 内的关联查询;针对 sharding 表,在查询条件中可以使用 sharding key 的要求加上该过滤条件, 另外,使用 sharding key 时,不建议使用带有函数转换、算术表达式等逻辑处理, 会严重影响效率。

8.PREPARE的限制

不支持服务器端 PREPARE,可以用客户端的 PREPARE 代替。

9.中文列名的限制

对表列的中文列名或别名的使用有限制,使用中文列名或中文别名时必须加引号``。

12.事务处理限制

跨库事务的有限支持,针对同一分区键分布的事务,我们默认通过分布式事务方式执行,如果需要考虑性能,可以考虑在所有数据操作都在同一分区时,手动通过注释走单机事务提交。

不跨分区的事务需要在第一条语句中引用分区键,方便Cetus进行SQL转发和路由,并使用单机事务提升效率。

在分布式事务里面,要求用户尽量不要嵌入 select,因为 select 是会加锁的,会导致性能非常差。

能用单事务就不要走分布式事务,所谓单事务就是此事务确定只会根据分片键定位到一个后端节点。

DML语句的限制:Update/Delete 支持子查询,但子查询中不要有嵌套(仅针对分片表);不支持对 sharding key 列进行 update(仅针对分片表);Insert 使用时要写全列名,例如:insert into a(col1,col2) values(xx,xx);Insert 不支持子查询,如有特殊业务需要用到,可以使用注释(仅针对分片表,详见注释功能);Insert 支持多 value 语句,例如:insert into a(col1,col2) values(x,x),(xx,xx);支持 replace into/insert on duplicate key 语法。

13.分区键的类型

用于分区的列,可以是“int”或“char”类型,“int”对应到MySQL中各种整数类型,“char”对应到各种定长和变长字符串类型,日期类型在SQL中按字符串处理的话可以支持。 后续会支持特定格式的字符型表示的时间类型,如“YYYY-MM-DD” 和 “YYYY-MM-DD HH24:MI:SS” 格式,时间格式不支持针对时区进行转换,统一使用本地时间。

14.分区相关注释

Cetus提供注释功能,用以解决日常维护时的需求(DBA同学经常使用)和一些针对前端业务的特殊需求(例如,强制该SQL只通过主库或者从库进行操作)。

注释书写样式 /*# key=value */。

其中,以“/*#”号开头(“/*” 与“#”之间不允许有空格),“*/”结尾, 中间以键值对形式书写,如果value包含[a-zA-Z0-9_-.]以外的其它特殊字符,需加双引号 。Key/value的值大小写均可,建议统一小写。

Sharding版支持的key类型:table|group|mode|transaction,支持的value包括all/readwrite/readonly/single_node。

注:若使用注释请在连接Cetus时加上-c参数,如 mysql --prompt="proxy> " --comments -hxxx.xxx.xxx.xxx -Pxxxx -uxxxx -pxxx -c

注释功能使用示例如下:

1.Key类型为table的用法

用法:/*#table=employee*/

SQL: select /*# table=employee key=123*/emp_no,emp_name from employee;

说明:将SQL路由到key=123所在的分片上执行。

2.Key类型为group的用法

用法:/*# group=dataA*/

SQL: select /*# group=dataA */ count(*) from employee;

说明:查询后端节点dataA中,表employee的记录数。

3.Key类型为mode的用法

用法:/*# mode=readwrite */

SQL: select /*# mode=readwrite */ count(*) fromemployee;

说明:此查询语句强制选择主库执行,查询操作默认选择从库执行。

4.Key类型为transaction的用法

用法:/*# transaction=single_node */

SQL: update /*# transaction=single_node */ departmentsset dept_name='ecbj' where dept_no='d010';

说明:此dml语句将强制采用非分布式事务,一旦Cetus在执行时判断应该采用分布式事务,会返回错误。

5.复合用法

用法:/*# table=employee key=123*/ /*#mode=readwrite*/

SQL: select /*# table=employee key=123*/ /*#mode=readwrite*/ emp_no,emp_name from employee;

说明:将SQL路由到key=123所在的分片上执行,且强制从该分片的主库读取。

注意:table、group这两个key是互斥的,即table或者group分别可以和mode/transaction共用,但它俩不能同时出现,否则会返回错误。另外,请将注释部分写到第一个关键字之后。注释一旦使用,其优先级高于后续where条件(如果有的话)中的分区路由信息。

Cetus应用示例

1.连接Cetus

    $ mysql --prompt="proxy> " --comments -h**.**.**.** -P**** -u**** -p***
    proxy> 

在连接Cetus时,使用在配置文件中确认好的用户名和密码登陆,登陆的ip和端口为Cetus监听的ip和端口。

可同时启动监听同一个ip不同端口的Cetus。

2.管理Cetus

   $  mysql --prompt="admin> " --comments -h**.**.**.** -P**** -u**** -p***
   admin>  show connectionist;

可以使用在配置文件中的admin用户名和密码,登陆地址为admin-address的MySQL对Cetus进行管理,例如在查询Cetus的连接详细信息时,可以登录后通过命令 show connectionlist,显示从前端到后端端口映射关系,以及涉及到的 xa 信息。

具体使用说明详见Cetus 分库(sharding)版管理手册

3.查看Cetus参数

   $  cd /home/user/cetus_install/
   bin/cetus --help | -h

可以查看帮助,获取Cetus启动配置选项的参数及含义。

C
1
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