社区投稿 | gh-ost 原理剖析

时间 2019-12-31

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原文原文链接

做者简介：
杨奇龙，网名“北在南方”，7年DBA老兵，目前任职于杭州有赞科技DBA，主要负责数据库架构设计和运维平台开发工做，擅长数据库性能调优、故障诊断。

1、简介

上一篇文章（gh-ost 在线 ddl 变动工具）介绍 gh-ost 参数和具体的使用方法、核心特性（可动态调整暂停）、动态修改参数等等。本文分几部分从源码方面解释 gh-ost 的执行过程,数据迁移,切换细节设计。html

2、原理

2.1 执行过程

本例基于在主库上执行 DDL 记录的核心过程。核心代码在 github.com/github/gh-ost/go/logic/migrator.go 的 Migrate()mysql

func (this *Migrator) Migrate() //Migrate executes the complete migration logic. This is the major gh-ost function.

1.检查数据库实例的基础信息

a 测试db是否可连通,
b 权限验证 
  show grants for current_user()
c 获取binlog相关信息,包括row格式和修改binlog格式后的重启replicate
  select @@global.log_bin, @@global.binlog_format
  select @@global.binlog_row_image
d 原表存储引擎是不是innodb,检查表相关的外键,是否有触发器,行数预估等操做，须要注意的是行数预估有两种方式  一个是经过explain 读执行计划 另一个是select count(*) from table ,遇到几百G的大表，后者必定很是慢。    
explain select /* gh-ost */ * from `test`.`b` where 1=1

2.模拟 slave，获取当前的位点信息，建立 binlog streamer 监听 binlog

2019-09-08T22:01:20.944172+08:00    17760 Query    show /* gh-ost readCurrentBinlogCoordinates */ master status
2019-09-08T22:01:20.947238+08:00    17762 Connect    root@127.0.0.1 on  using TCP/IP
2019-09-08T22:01:20.947349+08:00    17762 Query    SHOW GLOBAL VARIABLES LIKE 'BINLOG_CHECKSUM'
2019-09-08T22:01:20.947909+08:00    17762 Query    SET @master_binlog_checksum='NONE'
2019-09-08T22:01:20.948065+08:00    17762 Binlog Dump    Log: 'mysql-bin.000005'  Pos: 795282

3.建立日志记录表 `xx_ghc` 和影子表 `xx_gho` 而且执行 alter 语句将影子表变动为目标表结构。以下日志记录了该过程，gh-ost 会将核心步骤记录到 _b_ghc 中。

2019-09-08T22:01:20.954866+08:00    17760 Query    create /* gh-ost */ table `test`.`_b_ghc` (
            id bigint auto_increment,
            last_update timestamp not null DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP ON UPDATE CURRENT_TIMESTAMP,
            hint varchar(64) charset ascii not null,
            value varchar(4096) charset ascii not null,
            primary key(id),
            unique key hint_uidx(hint)
        ) auto_increment=256
2019-09-08T22:01:20.957550+08:00    17760 Query    create /* gh-ost */ table `test`.`_b_gho` like `test`.`b`
2019-09-08T22:01:20.960110+08:00    17760 Query    alter /* gh-ost */ table `test`.`_b_gho` engine=innodb
2019-09-08T22:01:20.966740+08:00    17760 Query 
   insert /* gh-ost */ into `test`.`_b_ghc`(id, hint, value)values (NULLIF(2, 0), 'state', 'GhostTableMigrated') on duplicate key update last_update=NOW(),value=VALUES(value)

4.insert into `xx_gho` select * from xx 拷贝数据

获取当前的最大主键和最小主键，而后根据命令行传参 chunk 获取数据 insert 到影子表里面git

获取最小主键 select `id` from `test`.`b` order by `id` asc limit 1;
获取最大主键 soelect `id` from `test`.`b` order by `id` desc limit 1;
获取第一个 chunk:
select  /* gh-ost `test`.`b` iteration:0 */ `id` from `test`.`b` where ((`id` > _binary'1') or ((`id` = _binary'1'))) and ((`id` < _binary'21') or ((`id` = _binary'21'))) order by `id` asc limit 1 offset 999;

循环插入到目标表:
insert /* gh-ost `test`.`b` */ ignore into `test`.`_b_gho` (`id`, `sid`, `name`, `score`, `x`) (select `id`, `sid`, `name`, `score`, `x` from `test`.`b` force index (`PRIMARY`)  where (((`id` > _binary'1') or ((`id` = _binary'1'))) and ((`id` < _binary'21') or ((`id` = _binary'21')))) lock in share mode;

循环到最大的id，以后依赖binlog 增量同步

须要注意的是github

rowcopy 过程当中是对原表加上 lock in share mode,防止数据在 copy 的过程当中被修改。这点对后续理解总体的数据迁移很是重要。由于 gh-ost 在 copy 的过程当中不会修改这部分数据记录。对于解析 binlog 得到的 INSERT , UPDATE, DELETE 事件咱们只须要分析 copy 数据以前 log before copy 和 copy 数据以后 log after copy。总体的数据迁移会在后面作详细分析。

5.增量应用 binlog 迁移数据

核心代码在 gh-ost/go/sql/builder.go 中，这里主要作 DML 转换的解释，固然还有其余函数作辅助工做，好比数据库，表名校验以及语法完整性校验。

解析到delete语句对应转换为delete语句算法

func BuildDMLDeleteQuery(databaseName, tableName string, tableColumns, uniqueKeyColumns *ColumnList, args []interface{}) (result string, uniqueKeyArgs []interface{}, err error) {
   ....省略代码...
    result = fmt.Sprintf(`
            delete /* gh-ost %s.%s */
                from
                    %s.%s
                where
                    %s
        `, databaseName, tableName,
        databaseName, tableName,
        equalsComparison,
    )
    return result, uniqueKeyArgs, nil
}

解析到 insert 语句对应转换为 replace into 语句sql

func BuildDMLInsertQuery(databaseName, tableName string, tableColumns, sharedColumns, mappedSharedColumns *ColumnList, args []interface{}) (result string, sharedArgs []interface{}, err error) {
   ....省略代码...
    result = fmt.Sprintf(`
            replace /* gh-ost %s.%s */ into
                %s.%s
                    (%s)
                values
                    (%s)
        `, databaseName, tableName,
        databaseName, tableName,
        strings.Join(mappedSharedColumnNames, ", "),
        strings.Join(preparedValues, ", "),
    )
    return result, sharedArgs, nil
}

解析到 update 语句对应转换为语句数据库

func BuildDMLUpdateQuery(databaseName, tableName string, tableColumns, sharedColumns, mappedSharedColumns, uniqueKeyColumns *ColumnList, valueArgs, whereArgs []interface{}) (result string, sharedArgs, uniqueKeyArgs []interface{}, err error) {
   ....省略代码...
    result = fmt.Sprintf(`
             update /* gh-ost %s.%s */
                     %s.%s
                set
                    %s
                where
                     %s
         `, databaseName, tableName,
        databaseName, tableName,
        setClause,
        equalsComparison,
    )
    return result, sharedArgs, uniqueKeyArgs, nil
}

数据迁移的数据一致性分析
gh-ost 作 DDL 变动期间对原表和影子表的操做有三种:对原表的 row copy (咱们用 A 操做代替),业务对原表的 DML 操做(B),对影子表的 apply binlog(C)。并且 binlog 是基于 DML 操做产生的，所以对影子表的 apply binlog 必定在对原表的 DML 以后，共有以下几种顺序:安全

经过上面的几种组合操做的分析，咱们能够看到 数据最终是一致的。尤为是当copy 结束以后，只剩下apply binlog，状况更简单。session

6.copy 完数据以后进行原始表和影子表 cut-over 切换

gh-ost 的切换是原子性切换，基本是经过两个会话的操做来完成。做者写了三篇文章解释cut-over操做的思路和切换算法。详细的思路请移步到下面的连接。架构

http://code.openark.org/blog/...
http://code.openark.org/blog/...
http://code.openark.org/blog/...

这里将第三篇文章描述核心切换逻辑摘录出来。其原理是基于 MySQL 内部机制：被 lock table 阻塞以后，执行rename的优先级高于 DML，也即先执行 rename table ，而后执行 DML 。假设 gh-ost 操做的会话是 c10 和 c20 ，其余业务的 DML 请求的会话是 c1-c9, c11-c19, c21-c29。

1 会话 c1..c9: 对b表正常执行DML操做。
2 会话 c10 : 建立_b_del 防止提早rename 表，致使数据丢失。
      create /* gh-ost */ table `test`.`_b_del` (
            id int auto_increment primary key
        ) engine=InnoDB comment='ghost-cut-over-sentry'
        
3 会话 c10 执行LOCK TABLES b WRITE, `_b_del` WRITE。
4 会话c11-c19 新进来的dml或者select请求，可是会由于表b上有锁而等待。
5 会话c20:设置锁等待时间并执行rename
    set session lock_wait_timeout:=1
    rename /* gh-ost */ table `test`.`b` to `test`.`_b_20190908220120_del`, `test`.`_b_gho` to `test`.`b`
  c20 的操做由于c10锁表而等待。
  
6 c21-c29 对于表 b 新进来的请求由于lock table和rename table 而等待。
7 会话c10 经过sql 检查会话c20 在执行rename操做而且在等待mdl锁。
select id
            from information_schema.processlist
            where
                id != connection_id()
                and 17765 in (0, id)
                and state like concat('%', 'metadata lock', '%')
                and info  like concat('%', 'rename', '%')

8 c10 基于步骤7 执行drop table `_b_del` ,删除命令执行完，b表依然不能写。全部的dml请求都被阻塞。

9 c10 执行UNLOCK TABLES; 此时c20的rename命令第一个被执行。而其余会话c1-c9,c11-c19,c21-c29的请求能够操做新的表b。

划重点(敲黑板)

1 建立 _b_del 表是为了防止 cut-over 提早执行，致使数据丢失。
2 同一个会话先执行 write lock 以后仍是能够 drop 表的。
3 不管 rename table 和 DML 操做谁先执行，被阻塞后 rename table 老是优先于 DML 被执行。
你们能够一边本身执行 gh-ost ，一边开启 general log 查看具体的操做过程。

2019-09-08T22:01:24.086734    17765    create /* gh-ost */ table `test`.`_b_20190908220120_del` (
            id int auto_increment primary key
        ) engine=InnoDB comment='ghost-cut-over-sentry'
2019-09-08T22:01:24.091869    17760 Query    lock /* gh-ost */ tables `test`.`b` write, `test`.`_b_20190908220120_del` write
2019-09-08T22:01:24.188687    17765    START TRANSACTION
2019-09-08T22:01:24.188817    17765      select connection_id()
2019-09-08T22:01:24.188931    17765      set session lock_wait_timeout:=1
2019-09-08T22:01:24.189046    17765      rename /* gh-ost */ table `test`.`b` to `test`.`_b_20190908220120_del`, `test`.`_b_gho` to `test`.`b`
2019-09-08T22:01:24.192293+08:00    17766 Connect    root@127.0.0.1 on test using TCP/IP
2019-09-08T22:01:24.192409    17766      SELECT @@max_allowed_packet
2019-09-08T22:01:24.192487    17766      SET autocommit=true
2019-09-08T22:01:24.192578    17766      SET NAMES utf8mb4
2019-09-08T22:01:24.192693    17766      select id
            from information_schema.processlist
            where
                id != connection_id()
                and 17765 in (0, id)
                and state like concat('%', 'metadata lock', '%')
                and info  like concat('%', 'rename', '%')
2019-09-08T22:01:24.193050    17766 Query    select is_used_lock('gh-ost.17760.lock')
2019-09-08T22:01:24.193194    17760 Query    drop /* gh-ost */ table if exists `test`.`_b_20190908220120_del`
2019-09-08T22:01:24.194858    17760 Query    unlock tables
2019-09-08T22:01:24.194965    17760 Query    ROLLBACK
2019-09-08T22:01:24.197563    17765 Query    ROLLBACK
2019-09-08T22:01:24.197594    17766 Query    show /* gh-ost */ table status from `test` like '_b_20190908220120_del'
2019-09-08T22:01:24.198082    17766 Quit
2019-09-08T22:01:24.298382    17760 Query    drop /* gh-ost */ table if exists `test`.`_b_ghc`

若是 cut-over 过程的各个环节执行失败会发生什么？

其实除了安全，什么都不会发生。

若是c10的create `_b_del` 失败，gh-ost 程序退出。
若是c10的加锁语句失败，gh-ost 程序退出，由于表还未被锁定，dml请求能够正常进行。
若是c10在c20执行rename以前出现异常
 A. c10持有的锁被释放，查询c1-c9，c11-c19的请求能够当即在b执行。
 B. 由于`_b_del`表存在,c20的rename table b to  `_b_del`会失败。
 C. 整个操做都失败了，但没有什么可怕的事情发生，有些查询被阻止了一段时间，咱们须要重试。
若是c10在c20执行rename被阻塞时失败退出,与上述相似，锁释放，则c20执行rename操做由于——b_old表存在而失败，全部请求恢复正常。
若是c20异常失败，gh-ost会捕获不到rename，会话c10继续运行，释放lock，全部请求恢复正常。
若是c10和c20都失败了，没问题:lock被清除，rename锁被清除。 c1-c9，c11-c19，c21-c29能够在b上正常执行。

整个过程对应用程序的影响
应用程序链接保证被阻止，直到交换 ghost 表或直到操做失败。在前者中，他们继续在新表上进行操做。在后者中，他们继续在原表上进行操做。
对复制的影响
slave 由于 binlog 文件中不会复制 lock 语句，只能应用 rename 语句进行原子操做,对复制无损。

7.处理收尾工做

最后一部分操做其实和具体参数有必定关系。最重要必不可少的是

关闭 binlogsyncer 链接
至于中间表，其实和参数有关 --initially-drop-ghost-table --initially-drop-old-table

小结

纵观 gh-ost 的执行过程，查看源码算法设计，尤为是 cut-over 设计思路之精妙，原子操做，任何异常都不会对业务有严重影响。欢迎已经使用过的朋友分享各自遇到的问题，也欢迎还未使用过该工具的朋友大胆尝试。

参考文章

https://www.cnblogs.com/mysql...