MySQL 8 新特性之Clone Plugin

Clone Plugin是MySQL 8.0.17引入的一个重大特性，为什么要实现这个特性呢？个人感觉，主要还是为Group Replication服务。在Group Replication中，添加一个新的节点，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-Binlog。但如果新节点需要的Binlog已经被Purge了，这个时候，只能先借助于备份工具（XtraBackup，mydumper，mysqldump）做个全量数据的同步，然后再通过分布式恢复同步增量数据。

这种方式，虽然也能实现添加节点的目的，但总归还是要借助于外部工具，需要一定的工作量和使用门槛。要知道，其竞争对手，PXC，默认集成了XtraBackup进行State Snapshot Transfer（类似于全量同步），而MongoDB则更进一步，原生就实现了Initial Sync同步全量数据。从易用性来看，单就集群添加节点这一项而言，MySQL确实不如其竞争对手。客户体验上，还有很大的提升空间。

好在MySQL官方也正视到这个差距，终于在MySQL 8.0.17实现了Clone Plugin。当然，对于官方来说，实现这个特性并不算难，毕竟有现成的物理备份工具（MySQL Enterprise Backup）可供借鉴。

本文将从以下几个方面展开：

1. Clone Plugin的安装

2. Clone Plugin的使用

3. 如何查看克隆操作的进度

4. 如何基于克隆数据搭建从库

5. Clone Plugin的实现细节

6. Clone Plugin的限制

7. Clone Plugin与XtraBackup的对比

8. Clone Plugin的参数解析

一、Clone Plugin的安装

Clone Plugin支持以下两种安装方式：

（1）配置文件指定

[mysqld]
plugin-load-add=mysql_clone.so
clone=FORCE_PLUS_PERMANENT

这里的clone，严格来说，不是参数名，而是插件名，可加可不加，FORCE_PLUS_PERMANENT 控制插件的行为。

有四个取值：

• ON（开启插件）

• OFF（禁用插件），

• FORCE（强制开启。如果插件初始化失败，MySQL将不会启动）

• FORCE_PLUS_PERMANENT（在FORCE的基础上，不允许通过UNINSTALL PLUGIN命令卸载插件）。

（2）动态加载

[mysqld]
plugin-load-add=mysql_clone.so
clone=FORCE_PLUS_PERMANENT

查看插件是否安装成功

mysql> show plugins;
...
| clone                           | ACTIVE   | CLONE              | mysql_clone.so | GPL     |
...

clone状态显示为”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。

 1、 本地克隆

本地克隆是在实例本地发起的，其语法如下：

CLONE LOCAL DATA DIRECTORY [=] 'clone_dir';

其中，clone_dir是克隆目录。

下面看个具体的Demo。

创建克隆用户

mysql> create user 'clone_user'@'%' identified by 'clone_pass';
mysql> grant backup_admin on *.* to 'clone_user'@'%';

创建克隆目录

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

创建本地克隆

# mysql -uclone_user -pclone_pass
mysql> clone local data directory='/data/mysql/3307';

其中，“/data/mysql/3307” 是克隆目录，其需满足以下几点要求：

1. 克隆目录必须是绝对路径。

2. “/data/mysql”必须存在，且MySQL对其有可写权限。

3. 3307不能存在。

查看克隆目录的内容

# ll /data/mysql/3307
total 172996
drwxr-x--- 2 mysql mysql       89 May 24 22:37 #clone
-rw-r----- 1 mysql mysql     3646 May 24 22:37 ib_buffer_pool
-rw-r----- 1 mysql mysql 12582912 May 24 22:37 ibdata1
-rw-r----- 1 mysql mysql 50331648 May 24 22:37 ib_logfile0
-rw-r----- 1 mysql mysql 50331648 May 24 22:37 ib_logfile1
drwxr-x--- 2 mysql mysql        6 May 24 22:37 mysql
-rw-r----- 1 mysql mysql 25165824 May 24 22:37 mysql.ibd
drwxr-x--- 2 mysql mysql       20 May 24 22:37 slowtech
drwxr-x--- 2 mysql mysql       28 May 24 22:37 sys
-rw-r----- 1 mysql mysql 10485760 May 24 22:37 undo_001
-rw-r----- 1 mysql mysql 11534336 May 24 22:37 undo_002

相对于Xtrabackup，无需Prepare，直接即可启动使用。

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

2、远程克隆

 

远程克隆涉及两个实例，其中，待克隆的实例是Donor，接受克隆数据的实例是Recipient。克隆命令需在Recipient上发起，语法如下：

CLONE INSTANCE FROM 'user'@'host':port
IDENTIFIED BY 'password'
[DATA DIRECTORY [=] 'clone_dir']
[REQUIRE [NO] SSL];

其中，

host，port 是待克隆实例的（Donor）的IP和端口，user，password是Donor上的克隆用户和密码，需要backup_admin权限，如上面创建的clone_user。

DATA DIRECTORY指定备份目录，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，看个具体Demo。

首先，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';

backup_admin是克隆操作必需权限。

接着，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（阻塞DDL）和shutdown（重启实例）权限。

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。

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';
Query OK, 0 rows affected (36.97 sec)

远程克隆会依次进行以下操作：

（1）获取备份锁。备份锁和DDL互斥。注意，不仅仅是Recipient，Donor上的备份锁同样会获取。

（2）DROP用户表空间。注意，DROP的只是用户数据，不是数据目录，也不包括mysql，ibdata等系统表空间。

（3）从Donor实例拷贝数据。对于用户表空间，会直接拷贝，如果是系统表空间 ，则会重命名为xxx.#clone，不会直接替代原文件。

# ll /data/mysql/3306/data/
...
-rw-r----- 1 mysql mysql     3646 May 25 07:20 ib_buffer_pool
-rw-r----- 1 mysql mysql     3646 May 27 07:31 ib_buffer_pool.#clone
-rw-r----- 1 mysql mysql 12582912 May 27 07:31 ibdata1
-rw-r----- 1 mysql mysql 12582912 May 27 07:31 ibdata1.#clone
-rw-r----- 1 mysql mysql 50331648 May 27 07:32 ib_logfile0
-rw-r----- 1 mysql mysql 50331648 May 27 07:31 ib_logfile0.#clone
...
-rw-r----- 1 mysql mysql 25165824 May 27 07:31 mysql.ibd
-rw-r----- 1 mysql mysql 25165824 May 27 07:31 mysql.ibd.#clone
...

（4）重启实例。在启动的过程中，会用xxx.#clone替换掉原来的系统表空间文件。

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.clone_status和performance_schema.clone_progress这两张表。

首先看看performance_schema.clone_status表。

mysql> select * from performance_schema.clone_statusG
*************************** 1. row ***************************
             ID: 1
            PID: 0
          STATE: Completed
     BEGIN_TIME: 2020-05-27 07:31:24.220
       END_TIME: 2020-05-27 07:33:08.185
         SOURCE: 192.168.244.10:3306
    DESTINATION: LOCAL INSTANCE
       ERROR_NO: 0
  ERROR_MESSAGE:
    BINLOG_FILE: mysql-bin.000009
BINLOG_POSITION: 665197555
  GTID_EXECUTED: 59cd4f8f-8fa1-11ea-a0fe-000c29f66609:1-560
1 row in set (0.06 sec)

顾名思义，该表记录了克隆操作的当前状态。

其中，

PID：Processlist ID。对应show processlist中的Id，如果要终止当前的克隆操作，执行kill processlist_id命令即可。

STATE：克隆操作的状态，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_NO，ERROR_MESSAGE会给出具体的错误编码和错误信息。

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）：克隆操作结束时，主库已经执行的GTID集合，及一致性位置点。可利用这些信息来搭建从库。

接下来看看performance_schema.clone_progress表。

mysql> select * from performance_schema.clone_progress;
+------+-----------+-----------+----------------------------+----------------------------+---------+-----------+-----------+-----------+------------+---------------+
| ID   | STAGE     | STATE     | BEGIN_TIME                 | END_TIME                   | THREADS | ESTIMATE  | DATA      | NETWORK   | DATA_SPEED | NETWORK_SPEED |
+------+-----------+-----------+----------------------------+----------------------------+---------+-----------+-----------+-----------+------------+---------------+
|    1 | DROP DATA | Completed | 2020-05-27 07:31:28.581661 | 2020-05-27 07:31:35.855706 |       1 |         0 |         0 |         0 |          0 |             0 |
|    1 | FILE COPY | Completed | 2020-05-27 07:31:35.855952 | 2020-05-27 07:31:58.270881 |       2 | 482463294 | 482463294 | 482497011 |          0 |             0 |
|    1 | PAGE COPY | Completed | 2020-05-27 07:31:58.271250 | 2020-05-27 07:31:58.719085 |       2 |  10977280 |  10977280 |  11014997 |          0 |             0 |
|    1 | REDO COPY | Completed | 2020-05-27 07:31:58.720128 | 2020-05-27 07:31:58.930804 |       2 |    465408 |    465408 |    465903 |          0 |             0 |
|    1 | FILE SYNC | Completed | 2020-05-27 07:31:58.931094 | 2020-05-27 07:32:01.063325 |       2 |         0 |         0 |         0 |          0 |             0 |
|    1 | RESTART   | Completed | 2020-05-27 07:32:01.063325 | 2020-05-27 07:32:59.844119 |       0 |         0 |         0 |         0 |          0 |             0 |
|    1 | RECOVERY  | Completed | 2020-05-27 07:32:59.844119 | 2020-05-27 07:33:08.185367 |       0 |         0 |         0 |         0 |          0 |             0 |
+------+-----------+-----------+----------------------------+----------------------------+---------+-----------+-----------+-----------+------------+---------------+
7 rows in set (0.00 sec)

该表记录了克隆操作的进度信息。

其中，

STAGE：一个克隆操作可依次细分为DROP DATA，FILE COPY，PAGE COPY，REDO COPY，FILE SYNC，RESTART，RECOVERY等7个阶段。当前阶段结束了才会开始下一个阶段。

STATE：当前阶段的状态。有三种状态：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：当前数据拷贝的速率和网络传输的速率。注意，是当前值。

四、如何基于克隆数据搭建从库

在前面，我们介绍过

performance_schema.clone_status表，该表会记录Donor实例的一致性位置点信息。我们可以利用这些信息来搭建从库。

mysql> select * from performance_schema.clone_statusG
*************************** 1. row ***************************
...
    BINLOG_FILE: mysql-bin.000009
BINLOG_POSITION: 665197555
  GTID_EXECUTED: 59cd4f8f-8fa1-11ea-a0fe-000c29f66609:1-560
1 row in set (0.06 sec)

这里，区分两种场景，GTID复制和基于位置点的复制。

1、GTID复制

mysql> CHANGE MASTER TO MASTER_HOST = 'master_host_name', MASTER_PORT = master_port_num,
       ...
       MASTER_AUTO_POSITION = 1;
mysql> START SLAVE;

需要注意的是，无需额外执行set global gtid_purged操作。通过克隆数据启动的实例，gtid_purged已经初始化完毕。

mysql> show global variables like 'gtid_purged';
+---------------+--------------------------------------------+
| Variable_name | Value                                      |
+---------------+--------------------------------------------+
| gtid_purged   | 59cd4f8f-8fa1-11ea-a0fe-000c29f66609:1-560 |
+---------------+--------------------------------------------+
1 row in set (0.00 sec)

2、基于位置点的复制

这里，同样要区分两种场景。

场景1，Recipient要作为Donor的从库。

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：Donor实例的IP和端口。

master_log_name，master_log_pos：performance_schema.clone_status 中的BINLOG_FILE, BINLOG_POSITION。

场景2，Donor本身就是一个从库，Recipient要作为Donor主库的从库。

mysql> SELECT MASTER_LOG_NAME, MASTER_LOG_POS FROM mysql.slave_relay_log_info;
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：Donor主库的IP和端口。

master_log_name，master_log_pos：mysql.slave_relay_log_info中的Master_log_name，Master_log_pos（分别对应 SHOW SLAVE STATUS 中的 Relay_Master_Log_File，Exec_Master_Log_Pos）。

在搭建从库时，建议设置--skip-slave-start。该参数默认为OFF，实例启动后，会自动执行START SLAVE操作。

如果Donor是个从库，Recipient会基于mysql.slave_master_info，

mysql.slave_relay_log_info中的信息自动建立复制，很多时候，这未必是我们的预期行为。

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]

1、INIT：初始化一个克隆对象。

2、FILE COPY

拷贝所有数据文件。在拷贝之前，会记录一个LSN，作为“CLONE START LSN”，这个LSN其实是当前CHECKPOINT的LSN，同时启动“Page Tracking”特性。

“Page Tracking”会跟踪“CLONE START LSN”之后被修改的页，具体来说，会记录该页的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“CLONE START LSN”和“CLONE FILE END LSN”之间的页，在拷贝之前，会对这些页进行排序-基于Tablespace ID和page ID，尽量避免拷贝过程中出现随机读写。同时，开启“Redo Archiving”特性。

“Redo Archiving”会在后台开启一个归档线程将Redo文件中的内容按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，不会出现还未拷贝的Redo日志被覆盖的情况。当所有修改的页拷贝完毕后，会获取实例的一致性位置点信息，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的限制

1、克隆期间，不允许执行DDL命令。同样，DDL会阻塞克隆命令的执行

2、Clone Plugin不会拷贝Donor的配置参数。

3、Clone Plugin不会拷贝Donor的二进制日志文件。

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指定了绝对路径，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，还会进行如下检查：

• MySQL版本（包括小版本）必须一致，且支持Clone Plugin。

  ERROR 3864 (HY000): Clone Donor MySQL version: 8.0.20 is different from Recipient MySQL version 8.0.19.

• 主机的操作系统和位数（32位，64位）必须一致。两者可根据version_compile_os，version_compile_machine参数获取。

• Recipient必须有足够的磁盘空间存储克隆数据。

• 字符集（character_set_server），校验集（collation_server），character_set_filesystem必须一致。

• innodb_page_size必须一致。会检查innodb_data_file_path中ibdata的数量和大小。

• 目前Clone Plugin（8.0.20）的实现，无论是Donor，还是Recipient，同一时间，只能执行一个克隆操作。后续会支持多个克隆操作并发执行。

  ERROR 3634 (HY000): Too many concurrent clone operations. Maximum allowed - 1.

• Recipient需要重启，所以其必须通过mysqld_safe或systemd等进行管理。如果是通过mysqld进行启动，实例关闭后，需要手动启动。

  ERROR 3707 (HY000): Restart server failed (mysqld is not managed by supervisor process).

• ACTIVE状态的Plugin必须一致。

七、Clone Plugin与XtraBackup的对比

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，由此带来的好处是，Clone Plugin的恢复速度比XtraBackup更快。

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，无需额外执行set global gtid_purged操作。

八、Clone Plugin的参数解析

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，最大线程数受clone_max_concurrency参数控制。若设置为OFF，则并发线程数的数量将是固定的，同clone_max_concurrency参数一致。该参数的默认值为16。

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，相应的，对磁盘IO的压力越大。

clone_ddl_timeout

克隆操作需要获取备份锁（Backup Lock）。如果在执行CLONE命令时，有DDL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clone_ddl_timeout参数决定，默认300（单位秒）。如果在这个时间内还没获取到锁，CLONE命令会失败，且提示“ERROR 1205 (HY000): Lock wait timeout exceeded; try restarting transaction”。

需要注意的是，如果在执行DDL时，有CLONE命令在执行，DDL同样会因获取不到备份锁被阻塞，只不过，DDL操作的等待时长由lock_wait_timeout参数决定，该参数的默认值为31536000s，即365天。

clone_enable_compression

远程克隆，在传输数据时，是否开启压缩。开启压缩能节省网络带宽，但相应的，会增加CPU消耗。

clone_max_data_bandwidth

远程克隆时，可允许的最大数据拷贝速率（单位MiB/s）。默认为0，不限制。注意，这里限制的只是单个线程的拷贝速率，如果存在多个线程并行拷贝，实际最大拷贝速率=clone_max_data_bandwidth*线程数。

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，可通过该参数进行限速。

clone_valid_donor_list

设置Donor白名单，只能克隆白名单中指定的实例。

clone_ssl_ca，clone_ssl_cert，clone_ssl_key

SSL相关。

九、参考资料

1. InnoDB: Clone local replica：https://dev.mysql.com/worklog/task/?id=9209

2. InnoDB: Clone remote replica：https://dev.mysql.com/worklog/task/?id=9210=

3. InnoDB: Clone Replication Coordinates：https://dev.mysql.com/worklog/task/?id=9211

4. InnoDB: Clone Remote provisioning：https://dev.mysql.com/worklog/task/?id=11636

5. MySQL/InnoDB数据克隆插件(clone plugin)实现剖析：https://zhuanlan.zhihu.com/p/79328512