基于多副本的单集群容灾方案

本文介绍了基于多副本的单集群容灾方案，文档内容组织如下：

• 方案简介
• 搭建集群
• 配置副本
• 监控集群
• 容灾切换

简介

对于重要的生产系统，很多用户需要能够实现区域级别的容灾，并且做到 RPO = 0 和分钟级别的 RTO。TiDB 作为基于 Raft 协议的分布式数据库，其自带的多副本特性可以用于支持区域级别的容灾目标，并同时确保数据的一致性和高可用性。而同区域可用区 (Available Zone, AZ) 之间的网络延迟相对较小，可以把业务流量同时派发到同区域两个 AZ，并通过控制 Region Leader 和 PD Leader 分布实现同区域 AZ 共同负载业务流量。

搭建集群和配置副本

在这一部分当中，会以一个 5 副本的集群为例，演示如何使用 TiUP 创建一个跨 3 个区域的集群，以及如何控制数据和 PD 的分布位置，从而达到容灾的目的。

在下面的示例中，TiDB 集群的区域 1 作为 primary region，区域 2 作为 secondary region，而区域 3 则作为投票使用的第三个区域，一共包含 5 个副本。同理，PD 集群也包含了 5 个副本，其功能和 TiDB 集群的功能基本一致。

1. 创建类似于以下的集群拓扑文件：

   global:
     user: "root"
     ssh_port: 22
     deploy_dir: "/data/tidb_cluster/tidb-deploy"
     data_dir: "/data/tidb_cluster/tidb-data"
   
   server_configs:
     tikv:
       server.grpc-compression-type: gzip
     pd:
       replication.location-labels:  ["Region","AZ"] # PD 会根据 TiKV 节点的 Region 和 AZ 配置来进行副本的调度。
   
   pd_servers:
     - host: tidb-dr-test1
       name: "pd-1"
     - host: tidb-dr-test2
       name: "pd-2"
     - host: tidb-dr-test3
       name: "pd-3"
     - host: tidb-dr-test4
       name: "pd-4"
     - host: tidb-dr-test5
       name: "pd-5"
   
   tidb_servers:
     - host: tidb-dr-test1
     - host: tidb-dr-test3
   
   tikv_servers:  # 在 TiKV 节点中通过 labels 选项来对每个 TiKV 节点所在的 Region 和 AZ 进行标记
     - host: tidb-dr-test1
       config:
         server.labels: { Region: "Region1", AZ: "AZ1" }
     - host: tidb-dr-test2
       config:
         server.labels: { Region: "Region1", AZ: "AZ2" }
     - host: tidb-dr-test3
       config:
         server.labels: { Region: "Region2", AZ: "AZ3" }
     - host: tidb-dr-test4
       config:
         server.labels: { Region: "Region2", AZ: "AZ4" }
     - host: tidb-dr-test5
       config:
         server.labels: { Region: "Region3", AZ: "AZ5" }
   
         raftstore.raft-min-election-timeout-ticks: 50
         raftstore.raft-max-election-timeout-ticks: 60
   
   monitoring_servers:
     - host: tidb-dr-test2
   
   grafana_servers:
     - host: tidb-dr-test2
   
   alertmanager_servers:
     - host: tidb-dr-test2
   

   在上面的配置中，使用了以下一系列配置来针对跨区域容灾场景进行优化：

   • 使用 server.grpc-compression-type：gzip 启用 TiKV 之间的消息压缩，从而降低网络流量。
   • 使用 raftstore.raft-min-election-timeout-ticks 和 raftstore.raft-max-election-timeout-ticks 延长区域 3 参加选举的时间，从而避免该区域中的副本被选举为主节点。

2. 使用上面的配置文件创建集群：

   tiup cluster deploy drtest v6.4.0 ./topo.yaml
   tiup cluster start drtest --init
   tiup cluster display drtest
   

   对集群的副本数和 Leader 限制进行配置：

   tiup ctl:v6.4.0 pd config set max-replicas 5
   tiup ctl:v6.4.0 pd config set label-property reject-leader Region Region3
   
   # 下面的步骤用于向集群中添加一些测试数据，可选
   tiup bench tpcc  prepare -H 127.0.0.1 -P 4000 -D tpcc --warehouses 1
   

   指定 PD leader 的优先级：

   tiup ctl:v6.4.0 pd member leader_priority  pd-1 4
   tiup ctl:v6.4.0 pd member leader_priority  pd-2 3
   tiup ctl:v6.4.0 pd member leader_priority  pd-3 2
   tiup ctl:v6.4.0 pd member leader_priority  pd-4 1
   tiup ctl:v6.4.0 pd member leader_priority  pd-5 0
   

   注意

   在可用的 PD 节点中，优先级数值最大的节点会直接当选 leader。

3. 创建 placement rule，并将测试表的主副本固定在区域 1：

   -- 创建两个 placement rules，第一个是区域 1 作为主区域，在系统正常时使用，第二个是区域 2 作为备区域。
   -- 作为主区域，当区域 1 出现问题时，区域 2 会作为主区域。
   MySQL [(none)]> CREATE PLACEMENT POLICY primary_rule_for_region1 PRIMARY_REGION="Region1" REGIONS="Region1, Region2,Region3";
   MySQL [(none)]> CREATE PLACEMENT POLICY secondary_rule_for_region2 PRIMARY_REGION="Region2" REGIONS="Region1,Region2,Region3";
   
   -- 将刚刚创建的规则 primary_rule_for_region1 应用到对应的用户表上。
   ALTER TABLE tpcc.warehouse PLACEMENT POLICY=primary_rule_for_region1;
   ALTER TABLE tpcc.district PLACEMENT POLICY=primary_rule_for_region1;
   
   -- 说明：请根据需要修改上面的数据库名称、表名和 placement rule 的名称。
   
   -- 使用类似下面的查询，用户可以查看每个区域包含的 leader 数量，以确认 leader 迁移是否完成。
   SELECT STORE_ID, address, leader_count, label FROM TIKV_STORE_STATUS ORDER BY store_id;
   

   下面的语句可以产生一个 SQL 脚本，把所有非系统 schema 中的表的 leader 都设置到特定的区域上：

   SET @region_name=primary_rule_for_region1;
   SELECT concat('ALTER TABLE ', table_schema, '.', table_name, ' PLACEMENT POLICY=', @region_name, ';') FROM information_schema.tables WHERE table_schema NOT IN ('METRICS_SCHEMA', 'PERFORMANCE_SCHEMA', 'INFORMATION_SCHEMA','mysql');
   

监控集群

对于部署的集群，你可以通过访问集群中的 Grafana 地址或者 TiDB Dashboard 组件来对集群中的各个 TiKV、TiDB 和 PD 组件的各种性能指标进行监控。根据组件的状态，确定是否进行容灾切换。详细信息，请参考如下文档：

• TiDB 重要监控指标详解
• TiKV 监控指标详解
• PD 重要监控指标详解
• TiDB Dashboard 监控页面

容灾切换

本部分介绍容灾切换，包括计划内切换和计划外切换。

计划内切换

指根据维护需要进行的主备区域切换，可用于验证容灾系统是否可以正常工作。本部分介绍如何在计划内切换主备区域。

1. 执行如下命令，将所有用户表和 PD Leader 都切换到区域 2：

   -- 将之前创建的规则 secondary_rule_for_region2 应用到对应的用户表上。
   ALTER TABLE tpcc.warehouse PLACEMENT POLICY=secondary_rule_for_region2;
   ALTER TABLE tpcc.district PLACEMENT POLICY=secondary_rule_for_region2;
   

   说明：请根据需要修改上面的数据库名称、表名和 placement rule 的名称。

   执行如下命令，调低区域 1 的 PD 节点的优先级，并调高区域 2 的 PD 节点的优先级。

   tiup ctl:v6.4.0 pd member leader_priority pd-1 2
   tiup ctl:v6.4.0 pd member leader_priority pd-2 1
   tiup ctl:v6.4.0 pd member leader_priority pd-3 4
   tiup ctl:v6.4.0 pd member leader_priority pd-4 3
   

2. 观察 Grafana 中 PD 和 TiKV 部分中的内容，确保 PD 的 Leader 和用户表的 Leader 已经迁移到对应的区域。另外，切换回原有区域的步骤与上面的步骤基本相同，本文不做过多的描述。

计划外切换

计划外切换，指灾难发生时的主备区域切换，或者为了验证容灾系统的有效性，而模拟灾难发生时的主备区域切换。

1. 执行类似下面的命令终止区域 1 上所有的 TiKV、TiDB 和 PD 节点:

   tiup cluster stop drtest -N tidb-dr-test1:20160,tidb-dr-test2:20160,tidb-dr-test1:2379,tidb-dr-test2:2379
   

2. 运行类似于下面的命令切换用户表的 leader 到区域 2:

   -- 将之前创建的规则 secondary_rule_for_region2 应用到对应的用户表上。
   ALTER TABLE tpcc.warehouse PLACEMENT POLICY=secondary_rule_for_region2;
   ALTER TABLE tpcc.district PLACEMENT POLICY=secondary_rule_for_region2;
   
   ---可以使用类似下面的查询查看每个区域包含的 leader 数量，以确认 leader 迁移是否完成。
   SELECT STORE_ID, address, leader_count, label FROM TIKV_STORE_STATUS ORDER BY store_id;
   

   当区域 1 恢复正常之后，可以使用类似于上面的命令将用户表的 leader 重新切换到区域 1。