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Comparando os tempos de failover do proxy de banco de dados - ProxySQL, MaxScale e HAProxy


O ClusterControl pode ser usado para implantar configurações de replicação altamente disponíveis. Ele suporta alternância e failover para configurações de replicação MySQL ou MariaDB baseadas em GTID. O ClusterControl pode implantar diferentes tipos de proxies para roteamento de tráfego:ProxySQL, HAProxy e MaxScale. Eles são integrados para lidar com alterações de topologia relacionadas a failovers ou alternâncias. Nesta postagem do blog, veremos como isso funciona e o que você pode esperar de cada um dos proxies.

Primeiro, vamos passar por algumas definições e terminologia. O ClusterControl pode ser configurado para executar uma recuperação de um mestre de replicação com falha - ele pode promover um escravo para se tornar o novo mestre, fazer as alterações de topologia necessárias e restaurar a capacidade de toda a configuração de aceitar gravações. Isso é o que chamaremos de “failover”. O ClusterControl também pode realizar um switch mestre - às vezes é necessário alterar um mestre. O cenário típico seria uma mudança de esquema pesada, que deve ser executada de forma contínua. No final do procedimento, você terá que promover um dos escravos, que já possui a alteração aplicada, antes de realizar a alteração no antigo mestre.

A principal diferença entre “failover” e “switchover” é que o failover, por definição, é uma situação de emergência onde o mestre já está indisponível. Por outro lado, a alternância é um processo mais controlável sobre o qual o ClusterControl tem controle total. Se estivermos falando de failover, não há como lidar com isso normalmente, pois o aplicativo já perdeu conexões devido à falha do mestre. Como tal, não importa qual proxy você usará, o aplicativo sempre terá que se reconectar.

Portanto, os aplicativos precisam ser capazes de lidar com falhas de transação e repeti-las. A outra coisa importante ao falar sobre failover é a capacidade do proxy de verificar a integridade dos servidores de banco de dados. Sem verificações de integridade, o proxy não pode saber o status do servidor e, portanto, não pode decidir o tráfego de failover. O ClusterControl configura automaticamente essas verificações de integridade ao implantar o proxy.

Failover

ProxySQL


Vamos dar uma olhada em como o failover pode parecer do ponto de vista do aplicativo. Primeiro, nos conectaremos ao banco de dados usando o ProxySQL versão 1.4.6. 
[email protected]:~# while true  ;do time sysbench /root/sysbench/src/lua/oltp_read_write.lua --threads=4 --max-requests=0 --time=3600 --mysql-host=10.0.0.105 --mysql-user=sbtest --mysql-password=pass --mysql-port=6033 --tables=32 --report-interval=1 --skip-trx=on --table-size=10000 --db-ps-mode=disable run ; done
sysbench 1.1.0-651e7fd (using bundled LuaJIT 2.1.0-beta3)

Running the test with following options:
Number of threads: 4
Report intermediate results every 1 second(s)
Initializing random number generator from current time


Initializing worker threads...

Threads started!

[ 1s ] thds: 4 tps: 29.51 qps: 585.28 (r/w/o: 465.27/120.01/0.00) lat (ms,95%): 196.89 err/s: 0.00 reconn/s: 0.00
[ 2s ] thds: 4 tps: 44.61 qps: 784.77 (r/w/o: 603.28/181.49/0.00) lat (ms,95%): 116.80 err/s: 0.00 reconn/s: 0.00
[ 3s ] thds: 4 tps: 46.98 qps: 829.66 (r/w/o: 646.74/182.93/0.00) lat (ms,95%): 121.08 err/s: 0.00 reconn/s: 0.00
[ 4s ] thds: 4 tps: 49.04 qps: 886.64 (r/w/o: 690.50/195.14/1.00) lat (ms,95%): 112.67 err/s: 0.00 reconn/s: 0.00
[ 5s ] thds: 4 tps: 47.98 qps: 887.64 (r/w/o: 689.72/197.92/0.00) lat (ms,95%): 106.75 err/s: 0.00 reconn/s: 0.00
FATAL: mysql_drv_query() returned error 2013 (Lost connection to MySQL server during query) for query 'UPDATE sbtest8 SET k=k+1 WHERE id=5019'
FATAL: `thread_run' function failed: /usr/local/share/sysbench/oltp_common.lua:461: SQL error, errno = 2013, state = 'HY000': Lost connection to MySQL server during query
FATAL: mysql_drv_query() returned error 2013 (Lost connection to MySQL server during query) for query 'DELETE FROM sbtest6 WHERE id=4957'
FATAL: `thread_run' function failed: /usr/local/share/sysbench/oltp_common.lua:490: SQL error, errno = 2013, state = 'HY000': Lost connection to MySQL server during query
FATAL: mysql_drv_query() returned error 2013 (Lost connection to MySQL server during query) for query 'SELECT SUM(k) FROM sbtest23 WHERE id BETWEEN 4986 AND 5085'
FATAL: `thread_run' function failed: /usr/local/share/sysbench/oltp_common.lua:435: SQL error, errno = 2013, state = 'HY000': Lost connection to MySQL server during query
FATAL: mysql_drv_query() returned error 2013 (Lost connection to MySQL server during query) for query 'DELETE FROM sbtest21 WHERE id=5218'
FATAL: `thread_run' function failed: /usr/local/share/sysbench/oltp_common.lua:490: SQL error, errno = 2013, state = 'HY000': Lost connection to MySQL server during query

real    0m5.903s
user    0m0.092s
sys    0m1.252s
sysbench 1.1.0-651e7fd (using bundled LuaJIT 2.1.0-beta3)

Running the test with following options:
Number of threads: 4
Report intermediate results every 1 second(s)
Initializing random number generator from current time


Initializing worker threads...

FATAL: unable to connect to MySQL server on host '10.0.0.105', port 6033, aborting...
FATAL: error 2003: Can't connect to MySQL server on '10.0.0.105' (111)
FATAL: `thread_init' function failed: /usr/local/share/sysbench/oltp_common.lua:352: connection creation failed
FATAL: unable to connect to MySQL server on host '10.0.0.105', port 6033, aborting...
FATAL: error 2003: Can't connect to MySQL server on '10.0.0.105' (111)
FATAL: `thread_init' function failed: /usr/local/share/sysbench/oltp_common.lua:352: connection creation failed
FATAL: unable to connect to MySQL server on host '10.0.0.105', port 6033, aborting...
FATAL: error 2003: Can't connect to MySQL server on '10.0.0.105' (111)
FATAL: `thread_init' function failed: /usr/local/share/sysbench/oltp_common.lua:352: connection creation failed
FATAL: unable to connect to MySQL server on host '10.0.0.105', port 6033, aborting...
FATAL: error 2003: Can't connect to MySQL server on '10.0.0.105' (111)
FATAL: `thread_init' function failed: /usr/local/share/sysbench/oltp_common.lua:352: connection creation failed
FATAL: Threads initialization failed!

real    0m0.021s
user    0m0.012s
sys    0m0.000s
sysbench 1.1.0-651e7fd (using bundled LuaJIT 2.1.0-beta3)

Running the test with following options:
Number of threads: 4
Report intermediate results every 1 second(s)
Initializing random number generator from current time


Initializing worker threads...

Threads started!

[ 1s ] thds: 4 tps: 0.00 qps: 55.81 (r/w/o: 55.81/0.00/0.00) lat (ms,95%): 0.00 err/s: 0.00 reconn/s: 0.00
[ 2s ] thds: 4 tps: 0.00 qps: 0.00 (r/w/o: 0.00/0.00/0.00) lat (ms,95%): 0.00 err/s: 0.00 reconn/s: 0.00
[ 3s ] thds: 4 tps: 0.00 qps: 0.00 (r/w/o: 0.00/0.00/0.00) lat (ms,95%): 0.00 err/s: 0.00 reconn/s: 0.00
[ 4s ] thds: 4 tps: 0.00 qps: 0.00 (r/w/o: 0.00/0.00/0.00) lat (ms,95%): 0.00 err/s: 0.00 reconn/s: 0.00
[ 5s ] thds: 4 tps: 0.00 qps: 0.00 (r/w/o: 0.00/0.00/0.00) lat (ms,95%): 0.00 err/s: 0.00 reconn/s: 0.00
[ 6s ] thds: 4 tps: 0.00 qps: 0.00 (r/w/o: 0.00/0.00/0.00) lat (ms,95%): 0.00 err/s: 0.00 reconn/s: 0.00
[ 7s ] thds: 4 tps: 0.00 qps: 0.00 (r/w/o: 0.00/0.00/0.00) lat (ms,95%): 0.00 err/s: 0.00 reconn/s: 0.00
[ 8s ] thds: 4 tps: 0.00 qps: 0.00 (r/w/o: 0.00/0.00/0.00) lat (ms,95%): 0.00 err/s: 0.00 reconn/s: 0.00
[ 9s ] thds: 4 tps: 0.00 qps: 0.00 (r/w/o: 0.00/0.00/0.00) lat (ms,95%): 0.00 err/s: 0.00 reconn/s: 0.00
[ 10s ] thds: 4 tps: 0.00 qps: 3.00 (r/w/o: 0.00/3.00/0.00) lat (ms,95%): 0.00 err/s: 0.00 reconn/s: 0.00
[ 11s ] thds: 4 tps: 58.99 qps: 1026.91 (r/w/o: 792.93/233.98/0.00) lat (ms,95%): 9977.52 err/s: 0.00 reconn/s: 0.00

Como podemos ver acima, o novo mestre ficou disponível em ~ 11 segundos após a falha. Durante esse tempo, o ClusterControl promoveu um dos escravos para se tornar um novo mestre e ficou disponível para gravações.

HAProxy


Abaixo está um trecho da saída do nosso aplicativo sysbench, quando o failover ocorreu enquanto nos conectamos via HAProxy. O HAProxy foi implantado com a versão 1.5.14. 
[email protected]:~# while true  ;do date ; time sysbench /root/sysbench/src/lua/oltp_read_write.lua --threads=4 --max-requests=0 --time=3600 --mysql-host=10.0.0.105 --mysql-user=sbtest --mysql-password=pass --mysql-port=3307 --tables=32 --report-interval=1 --skip-trx=on --table-size=10000 --db-ps-mode=disable run ; done
Mon Mar 26 13:24:36 UTC 2018
sysbench 1.1.0-651e7fd (using bundled LuaJIT 2.1.0-beta3)

Running the test with following options:
Number of threads: 4
Report intermediate results every 1 second(s)
Initializing random number generator from current time


Initializing worker threads...

Threads started!

[ 1s ] thds: 4 tps: 38.62 qps: 748.66 (r/w/o: 591.21/157.46/0.00) lat (ms,95%): 204.11 err/s: 0.00 reconn/s: 0.00
[ 2s ] thds: 4 tps: 45.25 qps: 797.34 (r/w/o: 619.37/177.97/0.00) lat (ms,95%): 142.39 err/s: 0.00 reconn/s: 0.00
[ 3s ] thds: 4 tps: 46.04 qps: 833.66 (r/w/o: 647.51/186.15/0.00) lat (ms,95%): 155.80 err/s: 0.00 reconn/s: 0.00
[ 4s ] thds: 4 tps: 38.03 qps: 698.50 (r/w/o: 548.39/150.11/0.00) lat (ms,95%): 161.51 err/s: 0.00 reconn/s: 0.00
FATAL: mysql_drv_query() returned error 2013 (Lost connection to MySQL server during query) for query 'INSERT INTO sbtest26 (id, k, c, pad) VALUES (5019, 4641, '59053342586-08172779908-92479743240-43242105725-10632773383-95161136797-93281862044-04686210438-11173993922-29424780352', '31974441818-04649488782-29232641118-20479872868-43849012112')'
FATAL: `thread_run' function failed: /usr/local/share/sysbench/oltp_common.lua:491: SQL error, errno = 2013, state = 'HY000': Lost connection to MySQL server during query
FATAL: mysql_drv_query() returned error 2013 (Lost connection to MySQL server during query) for query 'INSERT INTO sbtest5 (id, k, c, pad) VALUES (4990, 5016, '24532768797-67997552950-32933774735-28931955363-94029987812-56997738696-36504817596-46223378508-29593036153-06914757723', '96663311222-58437606902-85941187037-63300736065-65139798452')'
FATAL: `thread_run' function failed: /usr/local/share/sysbench/oltp_common.lua:491: SQL error, errno = 2013, state = 'HY000': Lost connection to MySQL server during query
FATAL: mysql_drv_query() returned error 2013 (Lost connection to MySQL server during query) for query 'DELETE FROM sbtest25 WHERE id=4996'
FATAL: `thread_run' function failed: /usr/local/share/sysbench/oltp_common.lua:490: SQL error, errno = 2013, state = 'HY000': Lost connection to MySQL server during query
FATAL: mysql_drv_query() returned error 2013 (Lost connection to MySQL server during query) for query 'UPDATE sbtest16 SET k=k+1 WHERE id=5269'
FATAL: `thread_run' function failed: /usr/local/share/sysbench/oltp_common.lua:461: SQL error, errno = 2013, state = 'HY000': Lost connection to MySQL server during query

real    0m4.270s
user    0m0.068s
sys    0m0.928s

...

Mon Mar 26 13:24:47 UTC 2018
sysbench 1.1.0-651e7fd (using bundled LuaJIT 2.1.0-beta3)

Running the test with following options:
Number of threads: 4
Report intermediate results every 1 second(s)
Initializing random number generator from current time


Initializing worker threads...

FATAL: unable to connect to MySQL server on host '10.0.0.105', port 3307, aborting...
FATAL: error 2013: Lost connection to MySQL server at 'reading initial communication packet', system error: 0
FATAL: `thread_init' function failed: /usr/local/share/sysbench/oltp_common.lua:352: connection creation failed
FATAL: unable to connect to MySQL server on host '10.0.0.105', port 3307, aborting...
FATAL: error 2013: Lost connection to MySQL server at 'reading initial communication packet', system error: 2
FATAL: `thread_init' function failed: /usr/local/share/sysbench/oltp_common.lua:352: connection creation failed
FATAL: unable to connect to MySQL server on host '10.0.0.105', port 3307, aborting...
FATAL: error 2013: Lost connection to MySQL server at 'reading initial communication packet', system error: 2
FATAL: `thread_init' function failed: /usr/local/share/sysbench/oltp_common.lua:352: connection creation failed
FATAL: unable to connect to MySQL server on host '10.0.0.105', port 3307, aborting...
FATAL: error 2013: Lost connection to MySQL server at 'reading initial communication packet', system error: 2
FATAL: `thread_init' function failed: /usr/local/share/sysbench/oltp_common.lua:352: connection creation failed
FATAL: Threads initialization failed!

real    0m0.036s
user    0m0.004s
sys    0m0.008s

...

Mon Mar 26 13:25:03 UTC 2018
sysbench 1.1.0-651e7fd (using bundled LuaJIT 2.1.0-beta3)

Running the test with following options:
Number of threads: 4
Report intermediate results every 1 second(s)
Initializing random number generator from current time


Initializing worker threads...

Threads started!

[ 1s ] thds: 4 tps: 50.58 qps: 917.42 (r/w/o: 715.10/202.33/0.00) lat (ms,95%): 153.02 err/s: 0.00 reconn/s: 0.00
[ 2s ] thds: 4 tps: 50.17 qps: 956.33 (r/w/o: 749.61/205.72/1.00) lat (ms,95%): 121.08 err/s: 0.00 reconn/s: 0.00

No total, o processo levou 12 segundos.

MaxScale


Vamos dar uma olhada em como o MaxScale lida com o failover. Usamos MaxScale com a versão 2.1.9. 
[email protected]:~# while true ; do date ; time sysbench /root/sysbench/src/lua/oltp_read_write.lua --threads=4 --max-requests=0 --time=3600 --mysql-host=10.0.0.106 --mysql-user=myuser --mysql-password=pass --mysql-port=4008 --tables=32 --report-interval=1 --skip-trx=on --table-size=100000 --db-ps-mode=disable run ; done
Mon Mar 26 15:16:34 UTC 2018
sysbench 1.1.0-651e7fd (using bundled LuaJIT 2.1.0-beta3)

Running the test with following options:
Number of threads: 4
Report intermediate results every 1 second(s)
Initializing random number generator from current time


Initializing worker threads...

Threads started!

[ 1s ] thds: 4 tps: 34.82 qps: 658.54 (r/w/o: 519.27/125.34/13.93) lat (ms,95%): 137.35 err/s: 0.00 reconn/s: 0.00
[ 2s ] thds: 4 tps: 35.01 qps: 655.23 (r/w/o: 513.18/142.05/0.00) lat (ms,95%): 207.82 err/s: 0.00 reconn/s: 0.00
[ 3s ] thds: 4 tps: 39.01 qps: 696.16 (r/w/o: 542.13/154.04/0.00) lat (ms,95%): 139.85 err/s: 0.00 reconn/s: 0.00
[ 4s ] thds: 4 tps: 40.91 qps: 724.41 (r/w/o: 557.77/166.63/0.00) lat (ms,95%): 125.52 err/s: 0.00 reconn/s: 0.00
FATAL: mysql_drv_query() returned error 1053 (Server shutdown in progress) for query 'UPDATE sbtest28 SET k=k+1 WHERE id=49992'
FATAL: `thread_run' function failed: /usr/local/share/sysbench/oltp_common.lua:461: SQL error, errno = 1053, state = '08S01': Server shutdown in progress
FATAL: mysql_drv_query() returned error 1053 (Server shutdown in progress) for query 'UPDATE sbtest14 SET k=k+1 WHERE id=59650'
FATAL: `thread_run' function failed: /usr/local/share/sysbench/oltp_common.lua:461: SQL error, errno = 1053, state = '08S01': Server shutdown in progress
FATAL: mysql_drv_query() returned error 1053 (Server shutdown in progress) for query 'UPDATE sbtest12 SET k=k+1 WHERE id=50288'
FATAL: `thread_run' function failed: /usr/local/share/sysbench/oltp_common.lua:461: SQL error, errno = 1053, state = '08S01': Server shutdown in progress
FATAL: mysql_drv_query() returned error 1053 (Server shutdown in progress) for query 'UPDATE sbtest25 SET k=k+1 WHERE id=50105'
FATAL: `thread_run' function failed: /usr/local/share/sysbench/oltp_common.lua:461: SQL error, errno = 1053, state = '08S01': Server shutdown in progress

real    0m5.043s
user    0m0.080s
sys    0m1.044s


Mon Mar 26 15:16:53 UTC 2018
sysbench 1.1.0-651e7fd (using bundled LuaJIT 2.1.0-beta3)

Running the test with following options:
Number of threads: 4
Report intermediate results every 1 second(s)
Initializing random number generator from current time


Initializing worker threads...

Threads started!

[ 1s ] thds: 4 tps: 46.82 qps: 905.61 (r/w/o: 710.34/195.27/0.00) lat (ms,95%): 101.13 err/s: 0.00 reconn/s: 0.00

Resumo de failover


É importante esclarecer que este não é um benchmark científico - na maioria das vezes é utilizado pelo ClusterControl para realizar o failover. Os proxies normalmente precisam de alguns segundos no máximo para detectar a mudança de topologia. Usamos o sysbench como nosso aplicativo. Ele foi configurado para executar transações com confirmação automática, portanto, nem transações explícitas nem instruções preparadas foram usadas. A carga de trabalho de leitura/gravação do Sysbench é bastante rápida. Se você tiver transações ou consultas de longa duração, o desempenho do failover será diferente. Você pode ver nosso cenário como o melhor caso.

Alternância


Como mencionamos anteriormente, ao executar uma alternância o ClusterControl tem mais controle do mestre. Em algumas circunstâncias (como nenhuma transação, nenhuma gravação de longa duração, etc.), ele pode ser capaz de realizar um switch mestre normal, desde que o proxy suporte isso. Infelizmente, a partir de agora, nenhum dos proxies implementados pelo ClusterControl pode lidar com a alternância normal. No passado, o ProxySQL tinha essa capacidade, então decidimos investigar mais de perto e entramos em contato com o criador do ProxySQL, René Cannaò. Durante a investigação identificamos uma regressão que deve ser corrigida na próxima versão do ProxySQL. Enquanto isso, para mostrar como o ProxySQL deve se comportar, usamos o ProxySQL corrigido com uma pequena solução que compilamos do código-fonte. 
[ 16s ] thds: 4 tps: 39.01 qps: 711.11 (r/w/o: 555.09/156.02/0.00) lat (ms,95%): 173.58 err/s: 0.00 reconn/s: 0.00
[ 17s ] thds: 4 tps: 49.00 qps: 879.06 (r/w/o: 678.05/201.01/0.00) lat (ms,95%): 102.97 err/s: 0.00 reconn/s: 0.00
[ 18s ] thds: 4 tps: 42.86 qps: 768.57 (r/w/o: 603.09/165.48/0.00) lat (ms,95%): 176.73 err/s: 0.00 reconn/s: 0.00
[ 19s ] thds: 4 tps: 28.07 qps: 521.26 (r/w/o: 406.98/114.28/0.00) lat (ms,95%): 235.74 err/s: 0.00 reconn/s: 0.00
[ 20s ] thds: 4 tps: 0.00 qps: 0.00 (r/w/o: 0.00/0.00/0.00) lat (ms,95%): 0.00 err/s: 0.00 reconn/s: 0.00
[ 21s ] thds: 4 tps: 0.00 qps: 0.00 (r/w/o: 0.00/0.00/0.00) lat (ms,95%): 0.00 err/s: 0.00 reconn/s: 0.00
[ 22s ] thds: 4 tps: 0.00 qps: 0.00 (r/w/o: 0.00/0.00/0.00) lat (ms,95%): 0.00 err/s: 0.00 reconn/s: 0.00
[ 23s ] thds: 4 tps: 13.98 qps: 249.59 (r/w/o: 193.68/55.91/0.00) lat (ms,95%): 4055.23 err/s: 0.00 reconn/s: 0.00
[ 24s ] thds: 4 tps: 81.06 qps: 1449.01 (r/w/o: 1123.79/325.23/0.00) lat (ms,95%): 62.19 err/s: 0.00 reconn/s: 0.00
[ 25s ] thds: 4 tps: 52.02 qps: 923.42 (r/w/o: 715.32/208.09/0.00) lat (ms,95%): 390.30 err/s: 0.00 reconn/s: 0.00
[ 26s ] thds: 4 tps: 59.00 qps: 1082.94 (r/w/o: 844.96/237.99/0.00) lat (ms,95%): 164.45 err/s: 0.00 reconn/s: 0.00
[ 27s ] thds: 4 tps: 50.99 qps: 900.75 (r/w/o: 700.81/199.95/0.00) lat (ms,95%): 130.13 err/s: 0.00 reconn/s: 0.00

Como você pode ver, nenhuma consulta é executada por 4 segundos, mas nenhum erro é retornado ao aplicativo e após essa pausa, o tráfego começa a fluir novamente.

Para resumir, mostramos que o ClusterControl, quando usado com ProxySQL ou MaxScale ou HAProxy, pode executar um failover com um tempo de inatividade de 10 a 15 segundos. Com relação a uma chave mestre planejada, nenhum dos proxies pode manipular o procedimento sem erros no momento da escrita. No entanto, espera-se que a próxima versão do ProxySQL permita uma alternância de alguns segundos sem que nenhum erro apareça no aplicativo.