了解这个MySQL 8.0新特性，添加节点一条命令搞定

作者介绍

陈臣，甲骨文MySQL首席解决方案工程师，公众号《MySQL实战》作者，有大规模的MySQL，Redis，MongoDB，ES的管理和维护经验，擅长MySQL数据库的性能优化及日常操作的原理剖析。

Clone Plugin（克隆插件）是MySQL 8.0.17引入的一个重大特性，实现该特性主要是为Group Replication服务。在Group Replication中，如果要添加一个新的节点，这个节点差异数据的补齐是通过分布式恢复（Distributed Recovery）来实现的。

在MySQL 8.0.17之前，只支持一种恢复方式，即Binlog。如果新节点需要的Binlog在集群中不存在，那么就只能借助于备份工具先做个全量数据的备份恢复，再通过分布式恢复同步增量数据。

这种方式虽然也能达到添加节点的目的，但总归是要借助外部工具，相对来说有一定的使用门槛和工作量。

有了Clone Plugin，只用一条命令，我们就能很方便地添加一个新的节点，无论是在Group Replication还是普通的主从环境中。

一、Clone Plugin的安装

Clone Plugin可通过以下两种方式安装：

1)配置文件中指定

[mysqld]

plugin-load-add=mysql_clone.so

2)动态加载

mysql> install plugin clone soname 'mysql_clone.so';

执行show plugins查看插件是否安装成功。

mysql> show plugins;

+---------------------------------+----------+--------------------+----------------+---------+

+---------------------------------+----------+--------------------+----------------+---------+

...

...

Status为ACTIVE代表插件加载成功。

二、Clone Plugin的使用

Clone Plugin支持两种克隆方式：本地克隆和远程克隆。这两种克隆方式的使用方法如下。

1、本地克隆

本地克隆的原理图如下所示，它可将本地MySQL实例中的数据拷贝到本地服务器的一个目录中。本地克隆只能在实例本地发起。

本地克隆命令的语法如下：

CLONE LOCAL DATA DIRECTORY [=] 'clone_dir';

下面我们看下具体的使用步骤：

1）创建克隆用户

mysql> create user 'clone_user'@'%' identified by 'clone_pass';

mysql> grant backup_admin on *.* to 'clone_user'@'%';

这里的backup_admin是克隆操作必需权限，它允许用户执行LOCK INSTANCE FOR BACKUP命令。

2）创建克隆目录

# mkdir -p /data/backup

# chown -R mysql.mysql /data/backup/

3）执行本地克隆操作

# mysql -uclone_user -pclone_pass

mysql> clone local data directory='/data/backup/3307';

这里的/data/backup/3307是克隆目录，它需满足以下几点要求：

/data/backup必须存在，且MySQL对其有可写权限。

4）查看克隆目录的内容

# ll /data/backup/3307

total 200644

drwxr-x--- 2 mysql mysql 89 Oct 23 22:09 #clone

-rw-r----- 1 mysql mysql 4049 Oct 23 22:09 ib_buffer_pool

-rw-r----- 1 mysql mysql 12582912 Oct 23 22:09 ibdata1

-rw-r----- 1 mysql mysql 50331648 Oct 23 22:09 ib_logfile0

-rw-r----- 1 mysql mysql 50331648 Oct 23 22:09 ib_logfile1

drwxr-x--- 2 mysql mysql 6 Oct 23 22:09 mysql

-rw-r----- 1 mysql mysql 25165824 Oct 23 22:09 mysql.ibd

drwxr-x--- 2 mysql mysql 20 Oct 23 22:09 slowtech

drwxr-x--- 2 mysql mysql 28 Oct 23 22:09 sys

-rw-r----- 1 mysql mysql 33554432 Oct 23 22:09 undo_001

-rw-r----- 1 mysql mysql 16777216 Oct 23 22:09 undo_002

5）可直接基于备份集启动实例

# /usr/local/mysql/bin/mysqld --no-defaults --datadir=/data/backup/3307 --user mysql --port 3307 &

相对于Xtrabackup，Clone Plugin无需Prepare阶段。

2、远程克隆

远程克隆的原理图如下所示，涉及两个实例。其中，被克隆的实例是Donor，接受克隆数据的实例是Recipient。克隆命令需在Recipient上发起。

远程克隆命令的语法如下：

CLONE INSTANCE FROM 'user'@'host':port

IDENTIFIED BY 'password'

[DATA DIRECTORY [=] 'clone_dir']

[REQUIRE [NO] SSL];

其中，

host，port：被克隆实例（Donor）的 IP 和端口。

user，password：Donor 上的克隆用户和密码，需要 backup_admin 权限。

DATA DIRECTORY：备份目录。不指定的话，则默认克隆到 Recipient 的数据目录下。

REQUIRE [NO] SSL：是否开启 SSL 通信。

下面我们看看具体的使用步骤：

1）在Donor实例上创建克隆用户，加载Clone Plugin

mysql> create user 'donor_user'@'%' identified by 'donor_pass';

mysql> grant backup_admin on *.* to 'donor_user'@'%';

mysql> install plugin clone soname 'mysql_clone.so';

2）在Recipient实例上创建克隆用户，加载Clone Plugin

mysql> create user 'recipient_user'@'%' identified by 'recipient_pass';

mysql> grant clone_admin on *.* to 'recipient_user'@'%';

mysql> install plugin clone soname 'mysql_clone.so';

这里的clone_admin，隐式含有backup_admin和shutdown（重启实例）权限。

3）在Recipient实例上设置Donor白名单，Recipient只能克隆白名单中的实例

mysql> set global clone_valid_donor_list = '192.168.244.10:3306';

设置该参数需要SYSTEM_VARIABLES_ADMIN权限。

4）在Recipient上发起克隆命令

# mysql -urecipient_user -precipient_pass

mysql> clone instance from 'donor_user'@'192.168.244.10':3306 identified by 'donor_pass';

远程克隆会依次执行以下操作：

获取备份锁（Backup Lock）。备份锁和DDL互斥。注意，获取的不仅仅的是Recipient上的备份锁，Donor上的同样也要获取。

Drop用户表空间。注意，Drop的只是用户表空间，不是数据目录，也不包括ib_buffer_pool、ibdata等系统文件。

从Donor实例拷贝数据。对于用户表空间，会直接拷贝。对于系统文件，则会重命名为xxx.#clone，不会直接替代原文件。如：

# ll /data/mysql/3306/data/

...

-rw-r----- 1 mysql mysql 4049 Oct 24 09:11 ib_buffer_pool

-rw-r----- 1 mysql mysql 4049 Oct 24 10:54 ib_buffer_pool.#clone

-rw-r----- 1 mysql mysql 12582912 Oct 24 10:55 ibdata1

-rw-r----- 1 mysql mysql 12582912 Oct 24 10:55 ibdata1.#clone

...

-rw-r----- 1 mysql mysql 25165824 Oct 24 10:55 mysql.ibd

-rw-r----- 1 mysql mysql 0 Oct 24 10:54 mysql.ibd.#clone

...

重启实例。在启动的过程中，会用xxx.#clone替换掉原来的系统文件。

三、如何查看克隆操作的进度

查看克隆操作的进度，主要依托于performance_schema中的两张表：clone_status和clone_progress。

下面我们具体看看这两张表的作用及各字段的含义。

1、clone_status

clone_status表记录了克隆操作的状态信息。

mysql> select * from performance_schema.clone_status\G

*************************** 1. row ***************************

ID: 1

PID: 0

STATE: Completed

BEGIN_TIME: 2021-10-24 10:54:35.565

END_TIME: 2021-10-24 10:57:02.382

SOURCE: 192.168.244.10:3306

DESTINATION: LOCAL INSTANCE

ERROR_NO: 0

ERROR_MESSAGE:

BINLOG_FILE: mysql-bin.000004

BINLOG_POSITION: 139952824

GTID_EXECUTED: 453a5124-020e-11ec-8719-000c29f66609:1-17674

1 row in set (0.49 sec)

其中，

PID：Processlist ID。对应show processlist中的Id，如果要终止当前的克隆操作，可执行KILL QUERY processlist_id。

STATE：克隆操作的状态，包括：Not Started（克隆尚未开始），In Progress（克隆中），Completed（克隆成功），Failed（克隆失败）。如果是Failed状态，ERROR_MESSAGE会给出具体的报错信息。

BEGIN_TIME，END_TIME：克隆操作开始、结束时间。

SOURCE：Donor实例的地址。

DESTINATION：克隆目录。LOCAL INSTANCE代表当前实例的数据目录。

GTID_EXECUTED，BINLOG_FILE（BINLOG_POSITION）：克隆操作对应的一致性位置点信息，可利用这些信息搭建从库。

2、clone_progress

clone_progress表记录了克隆操作的进度信息。

mysql> select * from performance_schema.clone_progress;

+------+-----------+-----------+----------------------------+----------------------------+---------+-----------+-----------+-----------+------------+---------------+

+------+-----------+-----------+----------------------------+----------------------------+---------+-----------+-----------+-----------+------------+---------------+

| 1 | DROP DATA | Completed | 2021-10-24 10:54:48.395548 | 2021-10-24 10:54:58.352278 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |

| 1 | FILE COPY | Completed | 2021-10-24 10:54:58.352527 | 2021-10-24 10:55:35.908919 | 2 | 616681425 | 616681425 | 616722587 | 0 | 0 |

| 1 | PAGE COPY | Completed | 2021-10-24 10:55:35.958036 | 2021-10-24 10:55:36.670272 | 2 | 7077888 | 7077888 | 7102277 | 0 | 0 |

| 1 | REDO COPY | Completed | 2021-10-24 10:55:36.671544 | 2021-10-24 10:55:37.160154 | 2 | 4372992 | 4372992 | 4373841 | 0 | 0 |

| 1 | FILE SYNC | Completed | 2021-10-24 10:55:37.160412 | 2021-10-24 10:55:39.724808 | 2 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |

| 1 | RESTART | Completed | 2021-10-24 10:55:39.724808 | 2021-10-24 10:56:55.207049 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |

| 1 | RECOVERY | Completed | 2021-10-24 10:56:55.207049 | 2021-10-24 10:57:02.382057 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |

+------+-----------+-----------+----------------------------+----------------------------+---------+-----------+-----------+-----------+------------+---------------+

7 rows in set (0.00 sec)

其中，

STAGE：一个克隆操作需经过DROP DATA，FILE COPY，PAGE COPY，REDO COPY，FILE SYNC，RESTART，RECOVERY这 7 个阶段。当前阶段结束了才会开始下个阶段。

STATE：当前阶段的状态，包括：Not Started，In Progress，Completed。

BEGIN_TIME，END_TIME：当前阶段的开始时间和结束时间。

THREADS：当前阶段使用的并发线程数。

ESTIMATE：预估的数据量。

DATA：已经拷贝的数据量。

NETWORK：通过网络传输的数据量。如果是本地克隆，该列的值为0。

DATA_SPEED，NETWORK_SPEED：当前数据拷贝速率和网络传输速率。注意，是当前值。

四、如何基于克隆数据搭建从库

需要区分GTID复制和基于位置点的复制两种场景。

1、GTID复制

对于GTID复制，无需关心具体的位置点信息，直接设置MASTER_AUTO_POSITION = 1即可。具体命令如下：

mysql> CHANGE MASTER TO MASTER_HOST = 'master_host_name', MASTER_PORT = master_port_num,

...

MASTER_AUTO_POSITION = 1;

mysql> START SLAVE;

在MySQL 5.6，5.7中，通过Xtrabackup搭建从库，在建立复制之前，必须执行SET GLOBAL GTID_PURGED操作。注意，在MySQL 8.0中不要执行。

在Clone Plugin中则无需执行。通过克隆数据启动的实例，GTID_PURGED和GTID_EXECUTED默认已初始正确。

2、基于位置点的复制

具体命令如下：

mysql> SELECT BINLOG_FILE, BINLOG_POSITION FROM performance_schema.clone_status;

mysql> CHANGE MASTER TO MASTER_HOST = 'master_host_name', MASTER_PORT = master_port_num,

...

MASTER_LOG_FILE = 'master_log_name',

MASTER_LOG_POS = master_log_pos;

mysql> START SLAVE;

其中，master_host_name，master_port_num是Donor实例的IP和端口。

master_log_name，master_log_pos 分别取自performance_schema.clone_status中的BINLOG_FILE和BINLOG_POSITION。

五、Clone Plugin的实现细节

克隆操作可细分为以下 5 个阶段：

[INIT] ---> [FILE COPY] ---> [PAGE COPY] ---> [REDO COPY] -> [Done]

下面我们看看各个阶段的具体作用：

1）INIT：初始化一个克隆对象。

2）FILE COPY：拷贝数据文件。

在拷贝之前，会将当前CHECKPOINT的LSN记为CLONE START LSN，同时启动Page Tracking。

Page Tracking会跟踪CLONE START LSN之后发生修改的页，记录这些页的tablespace ID和page ID。数据文件拷贝结束后，会将当前CHECKPOINT的LSN记为CLONE FILE END LSN。

3）PAGE COPY：拷贝Page Tracking中记录的页。

在拷贝之前，会基于tablespace ID和page ID对这些页进行排序，避免拷贝过程中的随机读写。同时，开启Redo Archiving。

Redo Archiving会在后台开启一个归档线程将Redo log的内容按Chunk拷贝到归档文件中。通常来说，归档线程的拷贝速度会快于Redo日志的生成速度。即使慢于，在写入新的Redo日志时，也会等待归档线程完成拷贝，不会覆盖还未拷贝的Redo日志。

Page Tracking中的页拷贝完毕后，会获取实例的一致性位置点信息，同时将此时的LSN记为CLONE LSN。

4）REDO COPY：拷贝归档文件中CLONE FILE END LSN与CLONE LSN之间的Redo日志。

5）Done：调用snapshot_end()销毁克隆对象。

六、Clone Plugin的要求和限制

在使用Clone Plugin时，注意以下限制：

1）克隆期间，会阻塞DDL。同样，DDL也会阻塞克隆命令的执行。不过从MySQL 8.0.27开始，克隆命令不会阻塞Donor上的DDL。

2）Clone Plugin不会拷贝Donor的配置参数。

3）Clone Plugin不会拷贝Donor的Binlog。

4）Clone Plugin只会拷贝InnoDB表的数据，对于其它存储引擎的表，只会拷贝表结构。

5）Donor实例中如果有表通过DATA DIRECTORY子句设置了绝对路径，在进行本地克隆时，会提示文件已存在。在进行远程克隆时，绝对路径必须存在且有可写权限。

6）不允许通过MySQL Router连接Donor实例。

7）执行CLONE INSTANCE操作时，指定的Donor端口不能为X Protocol端口。

除此之外，在进行远程克隆时，还有如下要求：

MySQL版本（包括小版本）必须一致。

主机的操作系统和位数（32位，64位）必须一致。两者可基于参数version_compile_os，version_compile_machine获取。

Recipient必须有足够的磁盘空间存储克隆数据。

字符集相关参数必须一致，具体包括：character_set_server（字符集），collation_server（校验集）和character_set_filesystem。

参数innodb_page_size必须一致。

无论是Donor，还是Recipient，同一时间，只能执行一个克隆操作。

Recipient需要重启，所以其必须通过mysqld_safe或systemd等进程管理工具进行管理，否则实例关闭后需手动拉起。

七、Clone Plugin与XtraBackup的异同

1）在实现上，两者都有FILE COPY和REDO COPY阶段，但Clone Plugin比XtraBackup多了一个PAGE COPY阶段。由此带来的好处是，Clone Plugin的恢复速度比XtraBackup快。

2）XtraBackup没有Redo Archiving特性，有可能出现未拷贝的Redo日志被覆盖的情况。

3）GTID下建立复制，Clone Plugin无需额外执行SET GLOBAL GTID_PURGED操作。

八、Clone Plugin的参数解析

1）clone_autotune_concurrency

是否自动调节克隆过程中并发线程数的数量，默认为ON ，此时，最大线程数由参数 clone_max_concurrency控制。若设置为OFF ，并发线程数将是固定的，等于clone_max_concurrency。后者的默认值为16 。

2）clone_block_ddl

克隆过程中是否对Donor实例加备份锁。如果加了，则会阻塞DDL。默认为OFF，不加。该参数是MySQL 8.0.27引入的。

3）clone_delay_after_data_drop

Drop完用户表空间，等待多久才执行数据拷贝操作。引入该参数的初衷是某些文件系统（如 VxFS）是异步释放空间的。如果Drop完用户表空间，就马上执行数据拷贝操作，有可能会因为空间不足而导致克隆失败。该参数是MySQL 8.0.29引入的，默认为0，不等待。

4）clone_buffer_size

本地克隆时，中转缓冲区的大小，默认4M 。缓冲区越大，备份速度越快，相应地，对磁盘IO的压力也越大。

5）clone_ddl_timeout

克隆操作需要获取备份锁。在执行CLONE命令时，如果有DDL正在执行，则CLONE命令会被阻塞，等待获取备份锁（Waiting for backup lock）。等待的最大时长由Recipient实例上的clone_ddl_timeout决定，该参数默认为300s。如果在这个时间内还没获取到备份锁，CLONE命令会失败，且提示ERROR 3862 (HY000): Clone Donor Error: 1205 : Lock wait timeout exceeded; try restarting transaction.

需要注意的是，在执行DDL时，如果有CLONE命令在执行，DDL同样也会因为备份锁而阻塞，只不过，DDL操作的等待时长由lock_wait_timeout决定，该参数默认为31536000s，即365天。

6）clone_donor_timeout_after_network_failure

远程克隆时，如果出现了网络错误，克隆操作不会马上终止，而是会等待一段时间。如果在这个时间内，网络恢复了，操作会继续进行。在MySQL 8.0.24之前，等待时间是固定的5min。从MySQL 8.0.24开始，可通过clone_donor_timeout_after_network_failure设置这个时间，默认是5 min。

7）clone_enable_compression

远程克隆传输数据时，是否开启压缩。默认为OFF。开启压缩能节省网络带宽，但相应地，会增加CPU消耗。

8）clone_max_data_bandwidth

远程克隆时，可允许的最大数据拷贝速率，单位MB/s。默认为0，不限制。如果Donor的磁盘IO存在瓶颈，可通过该参数来限速。

注意，这里限制的只是单个线程的拷贝速率。如果是多个线程并行拷贝，实际最大拷贝速率 = clone_max_data_bandwidth * 线程数。

9）clone_max_network_bandwidth

远程克隆时，可允许的最大网络传输速率，单位MiB/s 。默认为0，不限制。如果网络带宽存在瓶颈，可通过该参数来限速。

10）clone_valid_donor_list

在Recipient上设置Donor白名单，Recipient只能克隆白名单中指定的实例。在执行克隆操作之前，必须设置该参数。

11）clone_ssl_ca，clone_ssl_cert，clone_ssl_key

SSL相关。

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参考资料

InnoDB: Clone local replica
https://dev.mysql.com/worklog/task/?id=9209
InnoDB: Clone remote replica
https://dev.mysql.com/worklog/task/?id=9210
InnoDB: Clone Replication Coordinates
https://dev.mysql.com/worklog/task/?id=9211
InnoDB: Clone Remote provisioning
https://dev.mysql.com/worklog/task/?id=11636
MySQL/InnoDB数据克隆插件(clone plugin)实现剖析
https://zhuanlan.zhihu.com/p/79328512

作者丨陈臣

来源丨公众号：MySQL实战（ID：MySQLInAction）

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