单区域双 AZ 部署 TiDB

本文介绍单区域双可用区 (Availability Zone, AZ) 的部署模式，包括方案架构、示例配置、副本方法及启用该模式的方法。

本文中的区域指的是地理隔离的不同位置，AZ 指的是区域内部划分的相互独立的资源集合，本文所描述的方案同样适用于同一城市两个数据中心（同城双中心）的场景。

简介

TiDB 通常采用多 AZ 部署方案保证集群高可用和容灾能力。多 AZ 部署方案包括单区域多 AZ 部署模式、双区域多 AZ 部署模式等多种部署模式。本文介绍单区域双 AZ 部署方案，即在同一区域部署两个 AZ，成本更低，同样能满足高可用和容灾要求。该部署方案采用自适应同步模式，即 Data Replication Auto Synchronous，简称 DR Auto-Sync。

单区域双 AZ 部署方案下，两个 AZ 通常位于同一个城市或两个相邻城市（例如北京和廊坊），相距 50 km 以内，AZ 间的网络连接延迟小于 1.5 ms，带宽大于 10 Gbps。

部署架构

本文以某市为例，市里有两个 AZ，AZ1 和 AZ2，AZ1 为主用区域，AZ2 为从属区域，分别位于城东和城西。

下图为集群部署架构图，具体如下：

  • 集群采用推荐的 6 副本模式，其中 AZ1 中放 3 个 Voter，AZ2 中放 2 个 Follower 副本和 1 个 Learner 副本。TiKV 按机房的实际情况打上合适的 Label。
  • 副本间通过 Raft 协议保证数据的一致性和高可用，对用户完全透明。

单区域双 AZ 集群架构图

该部署方案定义了三种状态来控制和标示集群的同步状态，该状态约束了 TiKV 的同步方式。集群的复制模式可以自动在三种状态之间自适应切换。要了解切换过程，请参考状态转换。

  • sync：同步复制模式，此时从 AZ (DR) 至少有一个副本与主 AZ (PRIMARY) 进行同步，Raft 算法保证每条日志按 Label 同步复制到 DR。
  • async：异步复制模式，此时不保证 DR 与 PRIMARY 完全同步，Raft 算法使用经典的 majority 方式复制日志。
  • sync-recover：恢复同步，此时不保证 DR 与 PRIMARY 完全同步，Raft 逐步切换成 Label 复制，切换成功后汇报给 PD。

配置

示例

以下 tiup topology.yaml 示例拓扑文件为单区域双 AZ 典型的拓扑配置：

  1. # # Global variables are applied to all deployments and used as the default value of
  2. # # the deployments if a specific deployment value is missing.
  3. global:
  4.   user: "tidb"
  5.   ssh_port: 22
  6.   deploy_dir: "/data/tidb_cluster/tidb-deploy"
  7.   data_dir: "/data/tidb_cluster/tidb-data"
  8. server_configs:
  9.   pd:
  10.     replication.location-labels:  ["az","rack","host"]
  11. pd_servers:
  12.   - host: 10.63.10.10
  13.     name: "pd-10"
  14.   - host: 10.63.10.11
  15.     name: "pd-11"
  16.   - host: 10.63.10.12
  17.     name: "pd-12"
  18. tidb_servers:
  19.   - host: 10.63.10.10
  20.   - host: 10.63.10.11
  21.   - host: 10.63.10.12
  22. tikv_servers:
  23.   - host: 10.63.10.30
  24.     config:
  25.       server.labels: { az: "east", rack: "east-1", host: "30" }
  26.   - host: 10.63.10.31
  27.     config:
  28.       server.labels: { az: "east", rack: "east-2", host: "31" }
  29.   - host: 10.63.10.32
  30.     config:
  31.       server.labels: { az: "east", rack: "east-3", host: "32" }
  32.   - host: 10.63.10.33
  33.     config:
  34.       server.labels: { az: "west", rack: "west-1", host: "33" }
  35.   - host: 10.63.10.34
  36.     config:
  37.       server.labels: { az: "west", rack: "west-2", host: "34" }
  38.   - host: 10.63.10.35
  39.     config:
  40.       server.labels: { az: "west", rack: "west-3", host: "35" }
  41. monitoring_servers:
  42.   - host: 10.63.10.60
  43. grafana_servers:
  44.   - host: 10.63.10.60
  45. alertmanager_servers:
  46.   - host: 10.63.10.60

Placement Rules 规划

为了按照规划的集群拓扑进行部署，你需要使用 Placement Rules 来规划集群副本的放置位置。以 6 副本（3 个 Voter 副本在主 AZ，2 个 Follower 副本和 1 个 Learner 副本在从 AZ）的部署方式为例，可使用 Placement Rules 进行如下副本配置：

  1. cat rule.json
  2. [
  3.   {
  4.     "group_id": "pd",
  5.     "group_index": 0,
  6.     "group_override": false,
  7.     "rules": [
  8.       {
  9.         "group_id": "pd",
  10.         "id": "az-east",
  11.         "start_key": "",
  12.         "end_key": "",
  13.         "role": "voter",
  14.         "count": 3,
  15.         "label_constraints": [
  16.           {
  17.             "key": "az",
  18.             "op": "in",
  19.             "values": [
  20.               "east"
  21.             ]
  22.           }
  23.         ],
  24.         "location_labels": [
  25.           "az",
  26.           "rack",
  27.           "host"
  28.         ]
  29.       },
  30.       {
  31.         "group_id": "pd",
  32.         "id": "az-west",
  33.         "start_key": "",
  34.         "end_key": "",
  35.         "role": "follower",
  36.         "count": 2,
  37.         "label_constraints": [
  38.           {
  39.             "key": "az",
  40.             "op": "in",
  41.             "values": [
  42.               "west"
  43.             ]
  44.           }
  45.         ],
  46.         "location_labels": [
  47.           "az",
  48.           "rack",
  49.           "host"
  50.         ]
  51.       },
  52.       {
  53.         "group_id": "pd",
  54.         "id": "az-west",
  55.         "start_key": "",
  56.         "end_key": "",
  57.         "role": "learner",
  58.         "count": 1,
  59.         "label_constraints": [
  60.           {
  61.             "key": "az",
  62.             "op": "in",
  63.             "values": [
  64.               "west"
  65.             ]
  66.           }
  67.         ],
  68.         "location_labels": [
  69.           "az",
  70.           "rack",
  71.           "host"
  72.         ]
  73.       }
  74.     ]
  75.   }
  76. ]

如果需要使用 rule.json 中的配置，你可以使用以下命令把原有的配置备份到 default.json 文件，再使用 rule.json 中的配置覆盖原有配置：

  1. pd-ctl config placement-rules rule-bundle load --out="default.json"
  2. pd-ctl config placement-rules rule-bundle save --in="rule.json"

如果需要回退配置，你可以还原备份的 default.json 文件或者手动编写如下的 json 文件并将其覆盖到现有的配置文件中：

  1. cat default.json
  2. [
  3.   {
  4.     "group_id": "pd",
  5.     "group_index": 0,
  6.     "group_override": false,
  7.     "rules": [
  8.       {
  9.         "group_id": "pd",
  10.         "id": "default",
  11.         "start_key": "",
  12.         "end_key": "",
  13.         "role": "voter",
  14.         "count": 5
  15.       }
  16.     ]
  17.   }
  18. ]

启用自适应同步模式

副本的复制模式由 PD 节点控制。如果要使用 DR Auto-sync 自适应同步模式，需要按照以下任一方法修改 PD 的配置。

  • 方法一：先配置 PD 的配置文件，然后部署集群。

    1. [replication-mode]
    2. replication-mode = "dr-auto-sync"
    3. [replication-mode.dr-auto-sync]
    4. label-key = "az"
    5. primary = "east"
    6. dr = "west"
    7. primary-replicas = 3
    8. dr-replicas = 2
    9. wait-store-timeout = "1m"

  • 方法二：如果已经部署了集群，则使用 pd-ctl 命令修改 PD 的配置。

    1. config set replication-mode dr-auto-sync
    2. config set replication-mode dr-auto-sync label-key az
    3. config set replication-mode dr-auto-sync primary east
    4. config set replication-mode dr-auto-sync dr west
    5. config set replication-mode dr-auto-sync primary-replicas 3
    6. config set replication-mode dr-auto-sync dr-replicas 2

配置项说明：

  • replication-mode 为待启用的复制模式，以上示例中设置为 dr-auto-sync。默认使用 majority 算法。
  • label-key 用于区分不同的 AZ，需要和 Placement Rules 相匹配。其中主 AZ 为 “east”，从 AZ 为 “west”。
  • primary-replicas 是主 AZ 上 Voter 副本的数量。
  • dr-replicas 是从 AZ 上 Voter 副本的数量。
  • wait-store-timeout 是当出现网络隔离或者故障时，切换到异步复制模式的等待时间。如果超过这个时间还没恢复，则自动切换到异步复制模式。默认时间为 60 秒。

如果需要检查当前集群的复制状态，可以通过以下 API 获取：

  1. curl http://pd_ip:pd_port/pd/api/v1/replication_mode/status
  1. {
  2.   "mode": "dr-auto-sync",
  3.   "dr-auto-sync": {
  4.     "label-key": "az",
  5.     "state": "sync"
  6.   }
  7. }

状态转换

简单来讲，集群的复制模式可以自动在三种状态之间自适应的切换：

  • 当集群一切正常时，会进入同步复制模式来最大化地保障灾备 AZ 的数据完整性。
  • 当 AZ 网络断连或灾备 AZ 发生整体故障时，在经过一段提前设置好的保护窗口之后，集群会进入异步复制状态，来保障业务的可用性。
  • 当 AZ 网络重连或灾备 AZ 整体恢复之后，灾备 AZ 的 TiKV 节点会重新加入到集群，逐步同步数据并最终转为同步复制模式。

状态转换的细节过程如下：

  1. 初始化：集群在初次启动时处于 sync（同步复制）模式，PD 会下发信息给 TiKV，所有 TiKV 节点会严格按照 sync 模式的要求进行工作。

  2. 同步切异步：PD 通过定时检查 TiKV 的心跳信息来判断 TiKV 是否宕机或断连。如果宕机数超过 Primary 和 DR 各自副本的数量 primary-replicas 和 dr-replicas，意味着无法完成同步复制，需要切换状态。当宕机时间超过了 wait-store-timeout 设定的时间，PD 将集群状态切换成 async（异步复制）模式。然后 PD 再将 async 状态下发到所有 TiKV 节点，TiKV 的复制模式由双 AZ 同步方式转为原生的 Raft 大多数落实方式 (majority)。

  3. 异步切同步：PD 通过定时检查 TiKV 的心跳信息来判断 TiKV 是否恢复连接，如果宕机数小于 Primary 和 DR 各自副本的数量，意味着可以切回同步。PD 会将集群复制状态先切换至 sync-recover，再将该状态下发给所有 TiKV 节点。TiKV 的所有 Region 逐步切换成双 AZ 同步复制模式，切换成功后通过心跳将状态同步信息给 PD。PD 记录 TiKV 上 Region 的状态并统计恢复进度。当 TiKV 的所有 Region 都完成了同步复制模式的切换，PD 将集群复制状态切换为 sync。

灾难恢复

本节介绍单区域双 AZ 部署提供的容灾恢复方案。

当处于同步复制状态的集群发生了灾难，可进行 RPO = 0 的数据恢复：

  • 如果主 AZ 发生故障，丢失了大多数 Voter 副本，但是从 AZ 有完整的数据，可在从 AZ 恢复数据。此时需要人工介入，通过专业工具恢复。如需获取支持，请联系 PingCAP 服务与支持。

  • 如果从 AZ 发生故障，丢失了少数 Voter 副本，能自动切换成 async 异步复制模式。

当不处于同步复制状态的集群发生了灾难，不能保证满足 RPO = 0 进行数据恢复：

  • 如果丢失了大多数 Voter 副本，需要人工介入，通过专业工具恢复（恢复方式请联系 TiDB 团队）。