mysql集群 如何做负载均衡

它们是按SMP、NUMA、MPP、集群、分布处理从最紧密到最松散的排列。

SMP(多处理系统):这种系统是在一台计算机里有多个CPU,CPU之间的地位是平等的，它们共享内存空间和I/O设备。其工作方法是由 *** 作系统负责将任务分解成多个并发进程，然后让其在不同的CPU上运行。

NUMA(非统一内存存取):这种系统可以让多处理计算机的CPU比SMP更高效地共享本地内存，CPU可以更快速地存取单一的内存区域，不过如需要也可以用间接方式存取其他区域的内存，这种方法是让某些CPU在给定范围的物理内存中有更大的优先使用权。

MPP(巨型并行处理):这种系统的节点都有自己的CPU，并有自己的专有资源。此种结构相对独立，但各个节点一般没有完全存取I/O的能力。

集群:集群系统是由独立的计算机组成，但有控制管理工具统一管理。

分布处理:它是比我们要构筑的集群系统更松散的连接，一般是任务在不同的地方完成，没有可以作为整体管理的单一实体。

以上的聚合方式有紧有疏，它们都有自己的适用范围，这里就不多说了，有兴趣可自己找些资料看，这里只是想让大家了解它所处的位置。

实现负载均衡的方法

集群的目的是共享和高效地利用资源，提供大型运算，提供负载均衡分配请求压力以及出现故障时能够进行切换实现高可用性。

限于篇幅，本文只对负载均衡的实现做些介绍(针对TurboLinux Cluster Server)。通过对相关软件的分析，实现集群负载的功能是通过流量管理实现的，具体有这样几种实现方法:直接路由(Direct forwarding)、网络地址转换(NAT)、隧道技术(Tunneling)。

直接路由(Direct forwarding)

当参与集群的计算机和作为控制管理的计算机在同一个网段时可以用此法，控制管理的计算机接收到请求包时直接送到参与集群的节点。优点是返回给客户的流量不经过控制主机，速度快开销少。

网络地址转换(NAT)

这种方法可能大家较熟悉，地址转换器有能被外界访问到的合法IP地址，它修改来自专有网络的流出包的地址，外界看起来包是来自地址转换器本身，当外界包送到转换器时，它能判断出应该将包送到内部网的哪个节点。优点是节省IP地址，能对内部进行伪装缺点是效率低，因为返回给请求方的流量经过转换器。

隧道技术(Tunneling)

这种方式是在集群的节点不在同一个网段时可用的转发机制，是将IP包封装在其他网络流量中的方法，为了安全的考虑，应该使用隧道技术中的VPN,也可使用租用专线。

集群所能提供的服务是基于TCP/IP的Web服务、Mail服务、News服务、DNS服务、Proxy服务器等等，下面我们将就具体的产品TurboLinux Cluster Server 来实现一个进行负载均衡集群系统，用于提供Web和FTP的服务。四台服务器的负载均衡实例

所提供的服务:Web、FTP。

系统的实现目的:做一个较完善负载均衡的系统，以便能用到其中的较多的功能。

采用设备状况:使用四台服务器，其中3台装TurboLinux Cluster Server,1台安装Windows 2000 Sever。系统安装1.在两台服务器上安装TurboLinux， apache和wu-ftpd也要安装，因为集群要提供这种服务,安装完后重启，挂接光驱在目录/mnt/cdrom下，执 行./TLCS-install,然后按提示完全安装。

1、集群是什么？

① 集群（cluster）技术是一种较新的技术，通过集群技术，可以在付出较低成本的情况下获得在性能、可靠性、灵活性方面的相对较高的收益，其任务调度则是集群系统中的核心技术。

② 集群是一组相互独立的、通过高速网络互联的计算机，它们构成了一个组，并以单一系统的模式加以管理。一个客户与集群相互作用时，集群像是一个独立的服务器。

③ 集群组成后，可以利用多个计算机和组合进行海量请求处理（ 负载均衡 ），从而获得很高的处理效率，也可以用多个计算机做备份（高可用），使得任何一个机器坏了整个系统还是能正常运行。集群在目前互联网公司是必备的技术，极大提高互联网业务的可用性和可缩放性。

2、负载均衡集群技术

① 负载均衡（Load Balance）：负载均衡集群为企业需求提供了可解决容量问题的有效方案。负载均衡集群使负载可以在计算机集群中尽可能平均地分摊处理。

② 负载通常包括应用程序处理负载和网络流量负载。这样的系统非常适合向使用同一组应用程序的大量用户提供服务。每个节点都可以承担一定的处理负载，并且可以实现处理负载在节点之间的动态分配，以实现负载均衡。对于网络流量负载,当网络服务程序接受了高入网流量，以致无法迅速处理，这时，网络流量就会发送给在其它节点上运行的网络服务程序。也可根据服务器的承载能力，进行服务请求的分发，从而使用户的请求得到更快速的处理。

3、负载均衡集群技术的实现

负载均衡（Load Balance）

负载均衡技术类型：基于 4 层负载均衡技术和基于 7 层负载均衡技术

负载均衡实现方式：硬件负载均衡设备或者软件负载均衡

硬件负载均衡产品： F5 BIG-IP 、Citrix Netscaler  、深信服 、Array 、Radware

软件负载均衡产品： LVS （Linux Virtual Server）、 Haproxy、Nginx、Ats（apache traffic server）

4、实现效果如图

5、负载均衡分类

负载均衡根据所采用的设备对象（ 软/硬件负载均衡 ），应用的OSI网络层次（ 网络层次上的负载均衡 ），及应用的地理结构（ 本地/全局负载均衡 ）等来分类。本文着重介绍的是根据应用的 OSI 网络层次来分类的两个负载均衡类型。

我们先来看一张图，相信很多同学对这张图都不陌生，这是一张网络模型图，包含了 OSI 模型及 TCP/IP 模型，两个模型虽然有一点点区别，但主要的目的是一样的，模型图描述了通信是怎么进行的。它解决了实现有效通信所需要的所有过程，并将这些过程划分为逻辑上的层。层可以简单地理解成数据通信需要的步骤。

根据负载均衡所作用在 OSI 模型的位置不同，负载均衡可以大概分为以下几类：

二层负载均衡（mac）

根据OSI模型分的二层负载，一般是用虚拟mac地址方式，外部对虚拟MAC地址请求，负载均衡接收后分配后端实际的MAC地址响应。

三层负载均衡（ip）

一般采用虚拟IP地址方式，外部对虚拟的ip地址请求，负载均衡接收后分配后端实际的IP地址响应。

四层负载均衡（tcp）

在三层负载均衡的基础上，用ip+port接收请求，再转发到对应的机器。

七层负载均衡（http）

根据虚拟的url或IP，主机名接收请求，再转向相应的处理服务器。

在实际应用中，比较常见的就是四层负载及七层负载。这里也重点说下这两种负载。

6、四层负载均衡（基于IP+端口的负载均衡）

所谓四层负载均衡，也就是主要通过报文中的目标地址和端口，再加上负载均衡设备设置的服务器选择方式，决定最终选择的内部服务器。

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1.在三层负载均衡的基础上，通过发布三层的IP地址（VIP），然后加四层的端口号，来决定哪些流量需要做负载均衡，对需要处理的流量进行NAT处理，转发至后台服务器，并记录下这个TCP或者UDP的流量是由哪台服务器处理的，后续这个连接的所有流量都同样转发到同一台服务器处理。

2.以常见的TCP为例，负载均衡设备在接收到第一个来自客户端的SYN 请求时，即通过上述方式选择一个最佳的服务器，并对报文中目标IP地址进行修改(改为后端服务器IP），直接转发给该服务器。TCP的连接建立，即三次握手是客户端和服务器直接建立的，负载均衡设备只是起到一个类似路由器的转发动作。在某些部署情况下，为保证服务器回包可以正确返回给负载均衡设备，在转发报文的同时可能还会对报文原来的源地址进行修改。

3.对应的负载均衡器称为四层交换机（L4 switch），主要分析IP层及TCP/UDP层，实现四层负载均衡。此种负载均衡器不理解应用协议（如HTTP/FTP/MySQL等等）要处理的流量进行NAT处理，转发至后台服务器，并记录下这个TCP或者UDP的流量是由哪台服务器处理的，后续这个连接的所有流量都同样转发到同一台服务器处理。

4.实现四层负载均衡的软件有：

F5：硬件负载均衡器，功能很好，但是成本很高。

lvs：重量级的四层负载软件

nginx：轻量级的四层负载软件，带缓存功能，正则表达式较灵活

haproxy：模拟四层转发，较灵活

7、七层的负载均衡（基于虚拟的URL或主机IP的负载均衡)

所谓七层负载均衡，也称为“内容交换”，也就是主要通过报文中的真正有意义的应用层内容，再加上负载均衡设备设置的服务器选择方式，决定最终选择的内部服务器。

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1.在四层负载均衡的基础上（没有四层是绝对不可能有七层的），再考虑应用层的特征，比如同一个Web服务器的负载均衡，除了根据VIP加80端口辨别是否需要处理的流量，还可根据七层的URL、浏览器类别、语言来决定是否要进行负载均衡。举个例子，如果你的Web服务器分成两组，一组是中文语言的，一组是英文语言的，那么七层负载均衡就可以当用户来访问你的域名时，自动辨别用户语言，然后选择对应的语言服务器组进行负载均衡处理。

2.以常见的TCP为例，负载均衡设备如果要根据真正的应用层内容再选择服务器，只能先代理最终的服务器和客户端建立连接(三次握手)后，才可能接受到客户端发送的真正应用层内容的报文，然后再根据该报文中的特定字段，再加上负载均衡设备设置的服务器选择方式，决定最终选择的内部服务器。负载均衡设备在这种情况下，更类似于一个 代理服务器 。负载均衡和前端的客户端以及后端的服务器会分别建立TCP连接。所以从这个技术原理上来看，七层负载均衡明显的对负载均衡设备的要求更高，处理七层的能力也必然会低于四层模式的部署方式。

3.对应的负载均衡器称为七层交换机（L7 switch），除了支持四层负载均衡以外，还有分析应用层的信息，如HTTP协议URI或Cookie信息，实现七层负载均衡。此种负载均衡器能理解应用协议。

4.实现七层负载均衡的软件有：

haproxy：天生负载均衡技能，全面支持七层代理，会话保持，标记，路径转移；

nginx：只在http协议和mail协议上功能比较好，性能与haproxy差不多；

apache：功能较差

Mysql proxy：功能尚可。

8、四层负载与七层负载的区别

举个例子形象的说明：四层负载均衡就像银行的自助排号机，每一个达到银行的客户根据排号机的顺序，选择对应的窗口接受服务；而七层负载均衡像银行大堂经理，先确认客户需要办理的业务，再安排排号。这样办理理财、存取款等业务的客户，会根据银行内部资源得到统一协调处理，加快客户业务办理流程。

总结：从上面的对比看来四层负载与七层负载最大的区别就是效率与功能的区别。四层负载架构设计比较简单，无需解析具体的消息内容，在网络吞吐量及处理能力上会相对比较高，而七层负载均衡的优势则体现在功能多，控制灵活强大。在具体业务架构设计时，使用七层负载或者四层负载还得根据具体的情况综合考虑。

2、Haproxy 实现四层负载

MySQL是一个高速度、高性能、多线程、开放源代码，建立在客户/服务器(Client/Server)结构上的关系型数据库管理系统(RDBMS)。它始于1979年，最初是MichaelWidenius为瑞典TcX公司创建的UNIREG数据库系统，当时的UNIREG没有SQL(StructuredQueryLanguage结构化查询语言)接口，限制了它的应用。

1996年5月，Widenius开发出了MySQL的最初版本，开始在Internet上公开发行。MySQL的开发人员从一开始就一直关注它的性能，为此不惜特性集，直到今天，MySQL依然保持本色，以高速度高性能为首要原则。随着时间的推移，MySQL也加入了大型数据库产品的高级特性，如存储过程、视图、触发器等，使其在企业级数据库系统中开始被部署应用[1]。

2008年10月，SUN公司收购了MySQLAB公司，开始进入开源领域。随着重量级 *** 作系统Solaris的开源，SUNMySQL在数据库市场占有的份额将会进一步提高。因此，在生产环境中部署具有负载均衡功能的MySQL服务器集群，对于提高企业数据库应用系统的速度、稳定性及可伸缩性具有很大的现实意义，也可以有效降低应用系统的投资成本。

一、负载均衡基本思路

在一个服务器集群中，尽可能的平均负载量。通常做法是在服务器前端设置一个负载均衡器（专门的硬件设备），MySQL的负载均衡，通常都离不开数据分片（把数据分割成小块，存储到不同的db节点中）、复制等 *** 作。

负载均衡的主要贡献，除了均发数据库请求，还可提供管理读/写策略。在分发请求时则确定那些节点可写，可读，随即将请求发送到指定节点上执行 *** 作。

二、实现负载均衡的方式：

1、mysql读写分离：

mysql复制时，产生了多个数据副本（备库），为减少服务器压力，备库用于处理读 *** 作，主库可同时处理读写是mysql集群实现读写分离的常用策略。

由于备库的复制是异步的，无法实时同步，读写分离的主要难点也在于备库上的脏数据。通常如果使用备库进行读，一般对数据的实时性要求不能太高。对此，mysql提供了几种常见的读写分离方式，例如基于查询的读写分离、基于脏数据、基于会话等，有兴趣可继续研究。

mysql设置的读写分离，减少了主库的请求量，将大量读的 *** 作发送给备库，实现负载均衡。

2、修改DNS

在高并发负载均衡（一）——企业架构分析和DNS中详细介绍了DNS以及DNS如何实现负载，简言之，通过n个服务器IP指定到一个域名，根据请求的不同标识特征，将请求发送给不同的IP服务器进行处理。

3、引入中间件

mysql官方提供了一个mysql负载的中间件，mysql_proxy，也需要在服务器上进行安装，修改配置文件（mysql的服务器IP）,实质与nginx类似，也是一个代理服务器。

4、利用mysql复制分流查询 *** 作

利用mysql的主从复制可以有效的分流更新 *** 作和查询 *** 作，具体的实现是一个主服务器，承担更新 *** 作，多台从服务器，承担查询 *** 作，主从之间通过复制实现数据的同步。多台从服务器一方面用来确保可用性，一方面可以创建不同的索引满足不同查询的需要。

对于主从之间不需要复制全部表的情况，可以通过在主的服务器上搭建一个虚拟的从服务器，将需要复制到从服务器的表设置成blackhole引擎，然后定义replicate-do-table参数只复制这些表，这样就过滤出需要复制的binlog，减少了传输binlog的带宽。因为搭建的虚拟的从服务器只起到过滤binlog的作用，并没有实际纪录任何数据，所以对主数据库服务器的性能影响也非常的有限。

通过复制分流查询的存在的问题是主数据库上更新频繁或者网络出现问题的时候，主从之间的数据可能存在差异，造成查询结果的异议，应用在设计的时候需要有所考虑。

5、采用分布式数据库架构

mysql从5.0.3开始支持分布式事务，当前分布式事务只对Innodb存储引擎支持。分布式的数据库架构适合大数据量，负载高的情况，有良好的扩展性和高可用性。通过在多台服务器之间分布数据实现在多台服务器之间的负载平均，提高了访问的执行效率。具体实现的时候，可以使用mysql的Cluster功能（NDB引擎）或者自己编写程序来实现全局事务。

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