面试题：MariaDB 高可用架构中的 Galera Cluster 相关问题

Question

详细说明 MariaDB Galera Cluster 的工作原理，它是如何保证数据一致性的？在实际部署 Galera Cluster 时，需要考虑哪些网络和硬件方面的因素？如果集群中的某个节点出现故障，Galera Cluster 是如何进行故障恢复的？

Answer 1

MariaDB Galera Cluster 工作原理

1. 同步复制：Galera Cluster 使用同步复制技术。当一个节点接收到写操作时，该操作会被组播到集群中的其他所有节点。每个节点在本地应用这个写操作前，会等待所有节点确认接收到该操作。
2. 认证机制：采用认证机制来确保事务的顺序性和一致性。在事务提交阶段，节点会检查事务的冲突情况。如果没有冲突，事务被提交；若有冲突，事务回滚。
3. 组通信：利用组通信协议（如 IST、SST）在节点间传递数据和消息。IST（Incremental State Transfer）用于增量状态传输，在节点间同步少量的增量数据；SST（State Snapshot Transfer）用于全量状态传输，当新节点加入集群时，从已有节点获取完整的数据副本。

保证数据一致性的方式

1. 同步复制确保操作一致：由于所有写操作都要同步到集群中的所有节点并得到确认，这保证了所有节点的数据操作顺序是一致的。
2. 认证机制避免冲突：事务认证过程中，每个节点检查事务是否与其他节点的操作冲突，只有通过认证的事务才能提交，从而保证了数据的一致性。
3. 故障检测与处理：通过节点间的心跳检测，当发现某个节点故障时，集群会自动进行故障处理，重新平衡数据和负载，避免因故障节点导致的数据不一致。

实际部署 Galera Cluster 时网络和硬件方面需考虑的因素

网络因素

1. 低延迟：节点间的网络延迟应尽可能低，因为同步复制依赖快速的网络通信来及时确认事务操作。高延迟会导致事务处理速度变慢，影响集群性能。
2. 高带宽：需要足够的带宽来处理节点间的数据传输，尤其是在进行 SST 或大量写操作时，避免网络带宽成为性能瓶颈。
3. 可靠性：网络应具备高可靠性，采用冗余网络连接和网络设备，减少网络故障导致节点间通信中断的可能性。
4. 防火墙设置：合理配置防火墙，允许节点间用于组通信、同步复制等的端口进行通信，确保集群内部通信畅通。

硬件因素

1. CPU 性能：选择具备足够 CPU 核心和性能的服务器，以处理大量的事务认证和数据处理任务。尤其是在高并发读写场景下，强大的 CPU 性能能保证集群的响应速度。
2. 内存容量：足够的内存用于缓存数据和事务日志。内存不足可能导致频繁的磁盘 I/O，影响集群性能。同时，在进行 SST 时，也需要一定的内存空间来暂存传输的数据。
3. 磁盘 I/O 性能：使用高性能的磁盘存储设备（如 SSD），以提高数据读写速度。在事务提交和数据持久化过程中，快速的磁盘 I/O 能减少事务处理时间。
4. 硬件冗余：服务器硬件应具备冗余组件，如冗余电源、硬盘阵列等，以提高单个节点的可靠性，降低硬件故障对集群的影响。

集群中某个节点出现故障时 Galera Cluster 的故障恢复方式

1. 故障检测：通过节点间的心跳检测机制，当一个节点在规定时间内没有收到其他节点的心跳信息时，会认为该节点出现故障。同时，其他节点也会检测到与故障节点的通信中断。
2. 集群重新配置：一旦检测到节点故障，集群会自动重新配置。剩余的节点会重新选举一个新的主节点（如果原主节点故障），并调整集群的状态和通信拓扑。
3. 数据同步：对于故障节点上未完成的事务，集群会进行回滚处理，确保数据一致性。然后，集群会自动调整负载，使剩余节点承担原本由故障节点处理的工作。
4. 故障节点恢复：当故障节点修复后重新加入集群时，它会通过 SST 或 IST 从其他节点获取最新的数据状态，以达到与集群其他节点的数据一致，然后重新参与集群的正常工作。