基于主动TCP连接复制的高性能高可用

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1、基于主动TCP连接复制的高性能高可用MySQL数据库集群邵志远金海唐小辉华中科技大学计算机学院，湖北，武汉，430074SHAOZhi-Yuan,JINHaiandTANGXiao-HuiHuazhongUniversityofScienceandTechnology,Wuhan,430074EMAIL地址：zyshao@hust.edu.cn摘要本文提出了一种基于主动TCP连接复制的高性能高可用MySQL数据库集群解决方案。该方案采用集群技术对同时存在的多个TCP连接进行原子多播转换和复制以达到连接容错的效果，同时，对连接流中的只读操作进行分流以达到主动复制的目的。该解决方案将

2、主动TCP连接复制的技术应用到MySQL数据库集群中，从而实现了数据库集群整体的高可用性和高性能。经过原型系统的实现和测试，证明了该方案在复制过程中对数据库写操作造成了比较小的性能损耗的同时极大地提高了数据库集群的只读查询性能，从而更加贴近实际的数据库应用需求。关键字容错计算；高可用性；TCP协议堆栈；集群计算；数据库Abstract—Inthispaper,wepresentaproposalofbuildinghighperformanceandhighavailabilitydatabaseclustersbyusingactivelyreplicatedTCPconnec

3、tions.WeactivelyreplicateasetofTCPconnectionsbyconvertingthemintoatomicmulticastinganddistributingread-onlyrequeststodifferentprocessingunits.ThetechniqueisfurtherusedonMySQLdatabaseclustersandresultsinhighperformanceandhighavailability.Withtheexperimentsconductedontheprototypesystems,wefound

4、thattheclusterexhibitshighperformanceonread-onlydatabasequerieswithlittlesacrificeontheupdateoperations.Andthisjustifiedthepracticalvalueofourproposal.Keywords—Fault-tolerantComputing,HighAvailability,TCP;ClusterComputing;DatabaseSystems1、引言随着计算机应用的普及，数据库已经成为构建电子商务的关键服务之一。人们对数据库服务提出了更快、更可靠的要求

5、。特别是对于商务网站，虽然集群技术很好地解决了提高访问容量的问题（如google等搜索门户网站），但数据库却成为网站的瓶颈，因为为了避免数据一致性问题，网站多采用单一的数据库服务器为所有网页服务提供数据，当访问量提高的时候，每秒钟查询数目增多，单个的数据库服务器往往不堪重负。而人工维护的多副本数据库又往往导致工作量和维护成本的增加。数据库访问的另一个问题是可靠性问题。对于数据的访问往往是系统中的关键任务，这一问题在网站技术的应用中也有体现。如大多数人在浏览网站的时候都碰到过“网页无法打开”的错误，这种错误一旦出现在网上交易的过程中（如在网上买书），浏览者往往无法判断自己提交的交易

6、是否成功。造成这种错误的可能的原因很多，其中一个就是网站的后台数据库崩溃或由于过于繁忙而将接收到的请求丢弃。为了提高数据库系统的性能和可靠性，分布式数据库技术被提出并广为研究，但是可惜的是这一技术仍然处于研究阶段，市场上几乎没有现成的产品，无法解决目前的紧迫的应用问题。同时，提高数据库访问性能的另一个重要问题是兼顾其向后兼容性，即兼容现有的一些程序，如ODBC接口、TCP通讯等，否则会导致系统缺乏其易用性和可用性。在这TCP通讯容错一方面，近几年来人们纷纷提出了很多方案。但是这些方案都有各自的缺点。如方法[3][2]的可扩展性很差；另一些方案[7][8]的网络带宽利用率很底，而且

7、造成的单点的负载很高；还有一些必须针对特定的应用[10]。本文针对上述问题，提出了一种新的基于主动TCP连接复制的高可用方案，并将该方案与数据库系统（在本文中，我们采用被广泛使用的MySQL）相结合，从而形成了一个集高性能和高可用性于一体的数据库服务集群，以提高数据库系统的读性能和连接容错性能。此系统不需要对连接状态作日志及修改客户端的软件（ODBC），集群中的结点越多，数据库的读性能提高得越多。在容错方面，只要有一台服务结点没有失效，集群就仍然能够向外提供数据库的访问功能。本文