这么多TiDB负载均衡方案总有一款适合你

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前言

分布式关系型数据库TiDB是一种计算和存储分离的架构，每一层都可以独立地进行水平扩展，这样就可以做到有的放矢，对症下药。

从TiDB整体架构图可以看到，计算层（图中的TiDB Cluster）负责与外部应用使用MySQL协议通信，每一个TiDB Server是一个无状态节点彼此独立，应用端连接任何一个TiDB节点都可以正常访问数据库。这样做的好处有以下两点：

• 简单增加TiDB节点就可以提升集群处理能力。

• 把TP请求和AP请求在计算层分开，各玩各的互不影响。

但这样带来的一个问题是，如果集群有多个TiDB节点，应用端应该访问哪一个呢？我们不可能在应用端写多个数据库连接，A业务访问TiDB-1，B业务访问访问TiDB-2。又或者是习惯了分库分表读写分离的同学会考虑用MyCat这类的数据库中间件来实现请求转发。

TiDB的诞生初衷就是彻底告别各种复杂的数据库拆分模式，做到不和数据库中间件强耦合，我们需要的是一个单纯的代理来自动实现TiDB节点路由。
这时候，运行在TCP层的负载均衡组件显然更适合。

TiDB可以用哪些负载均衡组件

经过多方调研和使用，这里推荐以下三种TiDB负载均衡方案。

首先是HAProxy，它作为一款工作在TCP（四层）和HTTP（七层）的开源代理组件，支持丰富的负载均衡策略以及出色的性能从而使用非常广泛，它是TiDB官方推荐的负载均衡方式。

其次是LVS，这也是一款鼎鼎大名的负载均衡开源软件，它工作在网络第四层，流量直接通过Linux内核来处理性能非常高，同时也支持多种负载均衡算法，但是配置和使用相对比较复杂。

最后要介绍一下TiDB孵化器下的Weir，这个项目最初由伴鱼发起并开源，而后PingCAP也加入其中，也是官方推荐的负载均衡之一。除此之外，它还支持SQL审计、监控、多租户、自适应熔断限流等高级特性，对这方面有需求的可以优先考虑。和前面两种不一样的是，它是工作在第七层应用层的。

另外，像DNS解析或F5这类非软件层面的负载均衡也可以用在TiDB上，但不在本文的讨论范围。

HAProxy

HAProxy在TiDB中的最佳实践官网有一篇文章详细介绍过，手把手教你如何安装和配置，地址是https://docs.pingcap.com/zh/tidb/dev/haproxy-best-practices

这里借用里面的一张图：

从这张图里面可以发现，引入HAProxy后它自身成为了一个单点，一旦出现故障那整个数据库都无法访问，那么搭建高可用负载均衡是不可避免的，这里我推荐的方式是使用Keepalived+VIP的方式，架构如下图所示：

Keepalived的工作原理是基于虚拟路由冗余协议（VRRP）让两台主机绑定同一个虚拟IP，当其中的master节点故障时自动路由到backup节点，无需人工介入。

值得一提的是，bakcup节点在成为master前都是闲置状态，有一定的资源浪费。

接下来看一下如何操作。

直接通过yum就可以安装keepalived：

[root@localhost ~]# yum install -y keepalived

[root@localhost ~]# which keepalived
/usr/sbin/keepalived

它的配置文件在/etc/keepalived/keepalived.conf。

分别在两台负载均衡节点上安装keepalived。

在第一台节点(设置为master)上修改keepalived的配置如下：

! Configuration File for keepalived

global_defs {
   router_id kad_01 #节点标识，要全局唯一
}

vrrp_instance tidb_ha {
    state MASTER #节点角色
    interface ens192 #这里设置成自己的网卡名字，标识绑定到哪个网卡
    virtual_router_id 51 #虚拟路由id，同一组主备节点要相同
    priority 100 #优先级，要确保master的优先级比backup的高
    advert_int 1 #主备之间检查频率为1秒
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass tidb666 #主备之间的认证密码
    }

    virtual_ipaddress {
        10.3.65.200 #设置绑定的虚拟IP
    }
}

这里只演示了最基础的几个配置，它还可以用更多的配置实现复杂功能，可以参考其他资料实现。

然后启动服务：

[root@localhost haproxy]# systemctl start keepalived
[root@localhost haproxy]# systemctl status keepalived

可以看到当前keepalived已经是active (running)状态，虚拟IP已经绑定到了网卡上：

我们用虚拟IP为入口验证一下是否能够登录到TiDB中：

发现登录成功。

用相同的方式，用如下配置文件在第二个节点启动keepalived服务：

! Configuration File for keepalived

global_defs {
   router_id kad_02 #节点标识，要全局唯一
}

vrrp_instance tidb_ha {
    state BACKUP #节点角色
    interface eth0 #这里设置成自己的网卡名字，标识绑定到哪个网卡
    virtual_router_id 51 #虚拟路由id，同一组主备节点要相同
    priority 50 #优先级，要确保master的优先级比backup的高
    advert_int 1 #主备之间检查频率为1秒
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass tidb666 #主备之间的认证密码
    }

    virtual_ipaddress {
        10.3.65.200 #设置绑定的虚拟IP
    }
}

这里要注意router_id、state、priority要与第一个节点不同。

接着我模拟master节点故障，直接把它关机：

[root@localhost haproxy]# poweroff
Connection closing...Socket close.

Connection closed by foreign host.

Disconnected from remote host(centos-9) at 20:38:16.

Type `help' to learn how to use Xshell prompt.
[C:~]$ 

退出连接后再次登录，发现依然正常：

另外一点使用HAProxy的彩蛋是，Prometheus官方已经出了HAProxy的exporter，而且从HAProxy 2.0开始已经自己提供了prometheus-exporter，这意味着我们可以很方便的把对HAProxy的监控集成到TiDB的监控体系中。

限于篇幅，以后再介绍详细。

LVS

LVS支持三种工作模式，每种模式的工作原理这里不做介绍，大家去参考其他资料，每一种模式的配置方式都不同，我只列出它们之间的对比结果：

我以使用最广泛的DR模式来介绍配置过程，相比HAProxy它在网络上的配置要复杂一些。

从DR的工作原理可以得知，LVS所在的主机和它后面的真实服务主机都需要绑定同一个虚拟IP。
先配置LVS的主机，复制一份默认网卡的配置进行修改：

[root@localhost ~]# cd /etc/sysconfig/network-scripts
[root@localhost network-scripts]# cp ifcfg-eth0 ifcfg-eth0:1
[root@localhost network-scripts]# vi ifcfg-eth0:1

TYPE="Ethernet"
PROXY_METHOD="none"
BROWSER_ONLY="no"
BOOTPROTO="static"
DEFROUTE="yes"
IPV4_FAILURE_FATAL="no"
IPV6INIT="yes"
IPV6_AUTOCONF="yes"
IPV6_DEFROUTE="yes"
IPV6_FAILURE_FATAL="no"
IPV6_ADDR_GEN_MODE="stable-privacy"
IPADDR=10.3.65.201 # 这里配置虚拟IP
NETMASK=255.255.255.0
NAME="eth0:1"
DEVICE="eth0:1"
ONBOOT="yes"
~           
[root@localhost network-scripts]# systemctl restart network

接着对TiDB节点进行网卡配置：

[root@localhost ~]# cd /etc/sysconfig/network-scripts
[root@localhost network-scripts]# cp ifcfg-lo ifcfg-lo:1
[root@localhost network-scripts]# vi ifcfg-lo:1

DEVICE=lo:1
IPADDR=10.3.65.201
NETMASK=255.255.255.255
NETWORK=127.0.0.0
# If you're having problems with gated making 127.0.0.0/8 a martian,
# you can change this to something else (255.255.255.255, for example)
BROADCAST=127.255.255.255
ONBOOT=yes
NAME=loopback
~           
[root@localhost network-scripts]# systemctl restart network
[root@localhost network-scripts]# vi /etc/sysctl.conf # 这里新增下面显示的几条配置
[root@localhost network-scripts]# sysctl -p
net.ipv4.conf.all.arp_ignore = 1
net.ipv4.conf.default.arp_ignore = 1
net.ipv4.conf.lo.arp_ignore = 1
net.ipv4.conf.all.arp_announce = 2
net.ipv4.conf.default.arp_announce = 2
net.ipv4.conf.lo.arp_announce = 2
[root@localhost network-scripts]# route add -host 10.3.65.201 dev lo:1

Linux内核从2.4版本开始就已经集成了LVS，所以我们不用单独安装了，这里只需要安装它的管理工ipvsadmin。

[root@localhost ~]# yum install ipvsadm
[root@localhost ~]# ipvsadm -Ln
IP Virtual Server version 1.2.1 (size=4096)
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags
  -> RemoteAddress:Port           Forward Weight ActiveConn InActConn

通过ipvsadm添加LVS节点信息：

[root@localhost ~]# ipvsadm  -A -t 10.3.65.201:4000 -s wrr -p 5 #这里添加虚拟IP，使用加权轮询策略

然后把TiDB节点也添加进去：

[root@localhost network-scripts]# ipvsadm -a -t 10.3.65.201:4000 -r 10.3.65.126:4000 -g

这里的-t参数指定LVS节点虚拟IP，-r参数指定后面的真实服务节点也就是TiDB的访问端口，如果有多个TiDB节点就每个都加入。

准备就绪以后，我们把当前的信息保存到LVS配置文件中，然后启动服务即可：

[root@localhost network-scripts]# ipvsadm --save > /etc/sysconfig/ipvsadm
[root@localhost network-scripts]# cat /etc/sysconfig/ipvsadm
-A -t 10.3.65.201:4000 -s wrr
-a -t 10.3.65.201:4000 -r 10.3.65.126:4000 -g -w 1
[root@localhost network-scripts]# systemctl start ipvsadm

启动以后通过虚拟IP来登录到TiDB中，发现登录成功：

LVS的高可用方案与前面提到的HAProxy类似，都是使用keepalived来实现，为了避免大量重复内容，这里只给出Master的关键配置：

! Configuration File for keepalived

global_defs {
   router_id kad_01 #节点标识，要全局唯一
}

vrrp_instance tidb_ha {
    state MASTER #节点角色
    interface eth0 #这里设置成自己的网卡名字，标识绑定到哪个网卡
    virtual_router_id 51 #虚拟路由id，同一组主备节点要相同
    priority 100 #优先级，要确保master的优先级比backup的高
    advert_int 1 #主备之间检查频率为1秒
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass tidb666 #主备之间的认证密码
    }

    virtual_ipaddress {
        10.3.65.201 #设置绑定的虚拟IP
    }

    virtual_server 10.3.65.201 4000 {
	    delay_loop 6  #服务轮询的时间间隔
	    lb_algo wrr  #加权轮询调度，调度算法有 rr|wrr|lc|wlc|lblc|sh|sh
	    lb_kind DR   #LVS工作模式 NAT|DR|TUN
	    persistence_timeout 50  #会话保持时间
	    protocol TCP  #健康检查协议

	    # 真实的后台服务，这里配TiDB访问信息，每个TiDB节点配置一个real_server
	    real_server 10.3.65.126 4000 {
	        weight 1
	        TCP_CHECK {
	            connect_timeout 3
	            nb_get_retry 3
	            delay_before_retry 3
	            connect_port 4000
	        }
	    }
	}
}

Backup节点配置参考前面的修改即可，更多详细配置可以去网上搜索。

Weir

网上关于Weir的信息并不多，有用的资料都来自Github主页的文档，Weir的架构和原理可以参考这篇文章：https://asktug.com/t/topic/93717，这里只总结一下如何去快速使用。

首先从Github拉取源码编译安装：

[root@localhost ~]# git clone https://github.com/tidb-incubator/weir
[root@localhost ~]# cd weir
[root@localhost ~]# make weirproxy

它涉及到两个配置文件，一个和proxy相关（weir默认端口是6000），一个和namespace相关，都在conf目录下。简单起见，proxy的配置我不做任何修改都用默认值，只改一下namespace配置里和TiDB有关的参数：

[root@localhost weir]# vi conf/namespace/test_namespace.yaml

version: "v1"
namespace: "test_namespace"
frontend:
  allowed_dbs:
    - "test"
  slow_sql_time: 50
  sql_blacklist:
  denied_ips:
  idle_timeout: 3600
  users:
    - username: "weir"
      password: "111111"

backend:
  instances:
    - "10.3.65.126:4000"
  username: "root"
  password: ""
  selector_type: "random"
  pool_size: 10
  idle_timeout: 60
~  

详细的配置参数可以参考官方文档。
修改好配置后运行启动文件：

[root@localhost weir]# ./bin/weirproxy &

通过Weir暴露的入口登录到TiDB，发现登录成功：

这里要注意的是，MySQL客户端登录时使用的账号密码是namespace中设置的信息，不再是TiDB原本的账号密码。

Weir的高可用方案官方介绍的不多，没有提供原生的高可用支持。从某个角度来看，Weir更像是TiDB SQL层的一个HTTP扩展，所以也是无状态服务，如果部署多个Weir来做集群的话，那么它的上层就需要引入像Nginx或HAProxy这样的负载均衡组件，问题好像一下子回到最开始了。

与前面两种方案相比，Weir实施起来稍微有点重，不过它胜在支持前面两种没有的功能，这就需要大家根据实际情况取舍，还是希望Weir会越做越好。

总结

总体来说，本文介绍的内容都偏TiDB外侧的东西，看似关系不大但是又很重要，一旦用了TiDB就不得不考虑负载均衡的问题，希望本文能给大家带来一些帮助。