UDB高可用數據庫內核深度優化
UDB是UCloud提供的云數據庫，支持實例級別的高可用。UCloud數據庫團隊在數據庫原生復制的多個方面進行了深度優化，提升UDB高可用數據庫的功能和性能。
一、UDB高可用數據庫架構
UDB高可用數據庫產品以虛擬IP、HAProxy、單節點UDB數據庫搭建雙節點高可用架構：
- 雙節點的UDB數據庫保證數據庫數據的全量冗余，同時保證數據庫的可用性;
- HAProxy在同一時間只連接一個UDB節點，避免多點寫入帶來的數據沖突問題;
- 雙節點HAProxy保證Proxy的可用性;
- 虛擬IP在HAProxy發生宕機時通過IP漂移的方式對HAProxy進行切換，用戶不需要再次修改IP。
在上述架構中，從節點UDB的數據是否完整、是否與主庫保證數據一致性是整個高可用架構的關鍵，所以用于數據傳輸的半同步復制起著至關重要的作用。針對原生的半同步復制，UDB數據庫作了內核層面的深度優化。
二、UDB數據庫深度優化
UDB數據庫產品是以開源數據庫MySQL Community Server 5.7.16為基線版本，圍繞高可用架構做內核深度優化。
復制流程，如上圖所示，主要經過如下幾個步驟：
- MySQL Server執行SQL成功后，記錄binlog;
- Dump線程讀取binlog后，發送到從機IO線程;
- IO線程將接收到的binlog記錄到relay log中，同時記錄接收進度到master.info中;
- SQL讀取relay log中的日志內容進行復現，同時記錄復制日志的進度到relay-log.info中。
我們在原生復制的基礎上做了內核的深度優化，針對上述流程中的部分步驟，在功能和性能上做了改進，使得 UDB高可用數據庫產品更加穩定。
2.1 Relay log文件記錄的優化
2.1.1 存在的問題
在MySQL中，binlog是以event為基本單位進行記錄，以MySQL 5.7 ROW格式(開啟GTID)的binlog為例，一個DML(insert)會以5個event的格式記錄到binlog中(其他操作均以一個或者多個event組成，不再一一羅列)，分別為：
- GTID_EVENT：記錄當前事務的GTID
- QUERY_EVENT：事務開始
- TABLE_MAP_EVENT：操作對應的表
- WRITE_ROW_EVENT：插入記錄
- XID_EVENT：提交事務
全部event組成一個完整的事務，完整的事務才會被SQL線程正確復現到從庫上。當前IO線程接收binlog時，是以event為單位進行接收，即接收到一個event，記錄到relay log中后再繼續接收下一個。這種做法是低效的，也沒有充分利用到MySQL本身的文件緩存。
2.1.2 優化方案
優化IO線程記錄relay log的方式，將以event為單位記錄，修改為以事務為單位進行記錄。合并IO線程小的IO操作，提高IO性能。
將單個的event寫操作合并為多個event統一寫操作，將小的IO操作合并成較大的IO操作，提高IO性能。
2.2 Master.info文件記錄的優化
2.2.1 存在的問題
Master.info文件在搭建復制時，記錄主庫IP、PORT等連接主庫的相關信息，在復制過程中，記錄IO線程從主庫接收到的binlog的文件名和位置，文件和位置會在每次記錄relay log成功后更新。
在基于GTID搭建復制后，master.info中記錄的binlog文件和位置不再作為復制的依據，所以master.info中記錄的binlog的文件和位置不再是有效的數據，也就沒有必要每次進行更新。
2.2.2 優化方案
在IO線程記錄relay log成功后，更新master.info文件之前，添加判斷。如果開啟了GTID并且使用GTID作為復制的依據(auto_position=1)，那么不再更新master.info中binlog的文件和位置。
其它的master.info操作仍然保留，如change master、shutdown等操作。
2.3 Relay log鎖的優化
2.3.1 存在的問題
在IO線程和SQL線程復制進度相似的情況下，在操作relay log時，會使用同一塊文件緩存，在讀寫文件緩存時，需要加鎖來保證操作的正確性。而IO線程和SQL線程需要頻繁地讀寫這塊公共內存，就需要對同一把鎖頻繁的競爭，從而導致性能下降。
2.3.2 優化方案
將IO線程和SQL線程對relay log的操作拆分開來，不再使用同一塊文件緩存。雖然這樣做會導致SQL線程增加一次讀IO操作。但是消除了對鎖的競爭，大大地提高了IO線程和SQL線程整體的性能。
三、總結
優化后的復制流程圖如下：
數據庫原生復制流程中包括記錄binlog、記錄relay log、記錄master.info、relay-log.info等，針對上述流程中的部分步驟以及其他未列出的優化，在功能和性能上進行改進，UDB高可用數據庫在功能和性能上均得到了明顯的提升，UDB高可用數據庫可以提供更加可靠、高效的服務。
