干货 | 携程数据库高可用和容灾架构演进
作者简介
郜德光，携程技术保障中心高级数据库经理，负责数据库相关的运维工作，参与了SQL Server和MySQL的高可用以及数据库容灾建设。喜欢钻研技术，对数据相关的技术一直保持着浓厚的兴趣。
网站稳定性对任何一家公司来说都至关重要。业务长时间中断，不仅仅意味着收入的损失，更可能会失去客户。数据库的稳定性和HA/DR建设是网站高可用建设非常重要的一个环节。
本文分享了携程数据库（SQL Server，MySQL和Redis）的高可用和容灾的重构历程，以及重构的原因。也会简单分享一下DR切换工具，该工具可以一键将主站数据库切换到DR站点，用于在主站IDC故障时，快速恢复数据库服务。
自携程1999年成立到2008年左右，公司数据库产品主要是SQL Server。
这个阶段是公司初创和快速发展时期，以优先发展业务为主。数据库的架构设计比较简单。高可用通过数据库的镜像技术来实现。镜像主要的架构如下图所示。甚至为了节省服务器资源，我们采用多个主数据库共享一个辅助数据库服务器的方式。
这种镜像方式搭建和运维都比较简单。主机如果出现故障，先尝试重启能否解决，如果不能恢复，则通过镜像切换的方式，切换数据库服务到从机。
这种HA架构比较简单、粗糙，优点是不需要群集和共享存储等资源，成本低。缺点是主机故障时没法自动转移，业务恢复速度较慢，严格来讲还不具备HA的能力。
前期对于支撑当时业务发展来说已经够了，随着后期业务快速发展，已经无法满足业务稳定性的需要。
这一阶段，业务进入快速发展阶段，对数据库的依赖也越来越重。开始大量采用SAN共享存储来存放数据。单台数据库已无法支撑业务的压力，因此，也对数据库架构进行调整，引入了复制分发，用于读写分离。
架构如下图所示：产品的价格首先录入到录入数据库。通过SQL Server自有的表级别的复制分发技术，把数据传递到多个产品数据库，以供业务访问。如果业务访问压力大，则通过添加产品查询服务器的方式来进行扩容。
对于非读写分离场景的数据库，高可用是通过Failover Cluster群集方式。DR依旧采用数据库镜像的方式。
如下图所示：一旦服务器主节点硬件故障，则会通过自动故障转移，转移业务到服务备节点，切换时间大概在2分钟左右。主备服务器都连接后台共享存储。
同时，还对数据库服务搭建了镜像，一旦存储发生故障，主备服务节点都不可用的情况下，则通过切换镜像到镜像服务器上，镜像服务本身也是一个Failover Cluster群集，也做了高可用。
由于SQL Server的镜像服务器平时是不可读的，我们还通过一个日志传输服务，搭建了只读数据库，以供BI取数或查询。这个只读数据库也用于验证数据库备份的有效性。
由于业务的需求越来越复杂，数据库的架构开始逐渐复杂起来，主要体现在：
1、复制分发架构过于复杂，如城市表，基本上所有部门都需要使用，通过拉复制分发链路，把城市列表信息传递给其他部门的数据库，能快速解决问题，但随之而来，使得数据库的关系变成蜘蛛网状。维护起来相当困难。
2、过于依赖底层的SAN存储。SAN存储内含相当复杂的存储技术和网络技术，复杂一点的问题就需要依赖供应商来解决。
2012年，微软推出了AlwaysOn高可用性组，可以不依赖于共享存储。AlwaysOn高可用性组同时也具备读写分离的功能，而且也能做容灾。所以，我们逐渐朝AlwaysOn这个架构演进，并用SSD来代替SAN存储。
在2014年左右AlwaysON技术已经非常成熟，对于多IDC环境下支持也已经非常好，是SQL Server主流的HA/DR方案解决方法。
因此在2014年后，我们开始逐步把SQL Server改造为Always ON架构。架构如下图所示：写还是一个节点，但可提供多个节点的读。并且其中的一个节点是同步模式，用于做写节点的高可用。
纯AG架构
上面新的架构非常灵活。由于2014版本已经支持8个只读副本，AlwaysOn延迟又低，因此完全解决了群集+镜像架构中遇到的复制分发读写分离架构瓶颈的问题，同时也不在需要为离线查询和ETL取数部署单独的只读数据库。读副本的备份功能也大大降低了备份时主机的压力。
在推进Always ON新架构过程中，我们也逐步用SSD来取代原有的SAN。除了SSD的价格越来越便宜容量越来越大，相比SSD，SAN存储对DBA基本是黑盒子，需要专业的运维团队支持，运维成本更高。
SQLServer AlwaysON技术比较成熟，但其存在一个关键的问题，在于AlwaysON技术是闭源的。DBA难以深入了解该技术的底层细节。虽然脱离了SAN存储的依赖，但还是依赖于Windows的Failover Cluster集群。
因此，2012年开始在携程内部逐步推广开源的MySQL和Redis 。在推广MySQL的时候，我们意识到MySQL的性能比不上SQL Server, 所以同时推广数据库分库分表方案和前端Redis缓存。
MySQL的高可用和DR是通过MHA（Master High Availability）来实现的。具体架构如下：
通过MHA管理节点，来监听主节点的可用性情况，一旦发现主机不可访问，则切换到slave节点。MHA的高可用模式，既兼顾到高可用，也兼顾到DR。对于读写分离的需求，主要是通过分库分表方案来进行的。部分有采用读写分离。
对于MHA的方式，是通过域名/虚拟IP的方式，提供给业务使用。其最大的风险的是脑裂。主机没完全挂死，同时主从切换后，新的主机开始提供业务访问，就产生了脑裂。为了解决这个问题，我们在数据库访问层，引入了动态数据源技术，不通过域名/虚拟IP的方式，而是通过实IP的方式。提供业务访问，有效的降低了脑裂的风险，同时不通过域名解析，能加快主从/DR切换时间。
随着MySQL的引入，Redis也逐渐广泛使用起来。由于Redis的Key/Value访问速度非常快，目前携程对Redis的依赖比对数据库还重要。Redis本身需要有高可用和DR的方案。
对于Redis，借助框架部门开发的中间件CRedis，用于Redis的访问和高可用控制。
简要架构如下图所示：
说明如下：
1、业务访问的时候，通过引用框架的客户端组件读取配置信息。Redis切换由哨兵发起，并且Credis配置能及时捕获，并通知客户端IP和端口的变化。
2、对Redis拆分多个Group，以避免访问热点。每个Group包含多个Redis实例。
3、Redis实例Master/Slave在一个机房， 另外两个实例Slave-DR在另个机房。
4、访问请求通过CRedis配置路由到指定的分片。
5、Slave-DR实例和主实例的数据同步通过框架同步工具XPipe来实现。XPipe 已经开源，更多信息请访问：https://github.com/ctripcorp/x-pipe。
为应对日常DR演练以及硬件故障时快速恢复业务的场景，DBA设计开发了集中、一键式DR自动化切换工具，支持所有数据库产品。用来帮助DBA快速、安全的完成数据库切换。
DR切换工具支持不同的切换维度，覆盖了所有的场景：
1、单个或多个数据库群集，应对单机故障或日常维护等场景；
2、单个业务线下所有数据库群集，应对DR切换演练场景；
3、IDC下所有数据库群集，应对主IDC故障场景；
目前为止已经利用DR工具成功完成了200+次的切换演练。下面是用DR工具准备单群集切换的一个例子：
如上图所示，工具中搜索到对应的群集后，工具会根据元数据信息展示群集的整体架构：节点（名字、IP地址等）、IDC、复制关系。
每个节点提供2种切换方式：
1、强切工单，强制切换。主机或主站down时，可能有数据丢失；
2、演练工单，正常切换。主机可用时，演练或计划内主机维护时使用；
生成的工单后续可以自动执行。
DBA把DR复杂的切换恢复流程全部集成工具里面，工具同时支持API根据不同维度快速批量生成切换工单，支持并发切换，可以快速完成业务的切换恢复。
为保证DR工具的高可用性，在设计DR工具时也消除了工具对单个IDC的依赖。只要保证一个IDC可用，就可以通过工具发起切换。
从以上架构的演变过程，我们可以看到是从简单à复杂à简单的一个演变趋势，但是稳定性和可用性有了质的飞越。数据层本身变得越来越简单，而扩展了大量的辅助架构，来提升自动化运维能力。
希望以上的分享对大家有所帮助。
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