面试题：基于MariaDB源代码目录结构，设计高可用扩展方案

Question

结合MariaDB源代码的目录组织结构，设计一套针对高可用和水平扩展的技术方案，需要详细说明在现有源代码结构基础上，如何修改或添加相关代码以实现负载均衡、故障自动切换等功能，并且要考虑对原有代码架构的兼容性和性能影响。

Answer 1

一、MariaDB 源代码目录结构分析

1. 存储引擎相关目录：如 storage 目录包含不同存储引擎的实现代码，例如 InnoDB、MyISAM 等。不同存储引擎在数据存储和事务处理等方面特性不同，对于高可用和水平扩展，可能需要针对特定存储引擎进行优化。
2. SQL 解析与优化目录：sql 目录下有 SQL 语法解析、查询优化等代码。负载均衡和故障切换可能涉及对查询的重新路由，这需要在此处添加逻辑判断。
3. 核心服务目录：像 libmysqld 目录包含 MariaDB 核心服务的代码，包括连接管理、线程池等，这些部分与高可用和水平扩展密切相关，可能需要修改以适应新的负载均衡和故障切换机制。

二、高可用和水平扩展技术方案设计

1. 负载均衡
   • 连接层负载均衡：在 libmysqld 目录下的连接管理代码中添加负载均衡逻辑。可以通过维护一个服务器列表，使用轮询、加权轮询或基于最小连接数等算法，将新的客户端连接均匀分配到各个数据库节点。例如，在 conn_handler/socket_connection.cc 文件中，在接受新连接后，根据负载均衡算法选择一个合适的节点进行连接转发。
   • 查询层负载均衡：在 sql 目录下的查询优化模块添加代码。对于读查询，可以根据数据分布信息，将查询发送到数据所在的最近节点。对于写查询，考虑一致性要求，可能需要采用更复杂的策略，如将写操作集中到少数几个节点以减少同步开销。例如，在 sql/handler.cc 文件中，根据查询类型和数据分布元数据决定查询的目标节点。
2. 故障自动切换
   • 心跳检测：在 libmysqld 目录下添加心跳检测机制。每个节点定期向其他节点发送心跳消息，通过在 my_thread.cc 等线程管理相关文件中添加心跳检测线程逻辑实现。如果某个节点在一定时间内未收到心跳，则判定该节点故障。
   • 故障转移：当检测到节点故障后，在连接管理和查询路由代码中实现故障转移逻辑。对于正在进行的连接，将其重定向到其他可用节点。对于未执行的查询，重新选择可用节点执行。例如，在 conn_handler/socket_connection.cc 中，如果检测到目标节点故障，重新选择一个可用节点建立连接。

三、对原有代码架构的兼容性

1. 模块化设计：将负载均衡和故障自动切换相关代码设计为独立模块，通过接口与原有代码进行交互。例如，负载均衡模块提供获取可用节点的接口，原有连接管理和查询处理代码调用该接口，这样可以最大程度减少对原有代码的侵入，保持原有架构的完整性。
2. 配置参数：通过配置文件或运行时参数来控制高可用和水平扩展功能的启用和相关策略。在 sql/system_variables.cc 等系统变量管理文件中添加新的配置参数，使管理员可以根据实际需求灵活调整负载均衡算法、心跳检测间隔等参数，而无需修改核心代码。

四、性能影响考虑

1. 负载均衡开销：负载均衡算法应尽量简单高效，避免引入过多计算开销。例如，采用加权轮询算法时，权重计算应基于简单的系统指标（如 CPU 使用率、内存使用率等），并且定期更新权重，减少每次选择节点时的计算量。
2. 故障检测与恢复开销：心跳检测频率需要平衡检测及时性和网络开销。可以采用自适应心跳频率，在系统稳定时降低心跳频率，在出现疑似故障时提高频率。故障转移过程中，应尽量减少数据丢失和查询中断时间，例如采用预复制机制，在故障发生前将部分数据提前复制到备用节点。