P.Linux Laboratory

在构建稳定可靠的应用架构时， 数据库是最底层、最稳定的组件之一；而在云环境中，RDS 提供一个7*24小时不间接访问的云服务，可用性达到99.95%.

RDS 采用主备复制架构，用户购买一个实例，RDS都会提供一个性能对等的备库用于保证高可用。 高可用性组件（AURORA）会每3秒检查主库(Master)状态，当发现 Master 出现Down机时可以将用户的SQL请求快速转移到备库(Slave)上面。

图1 – RDS 架构图

在这样的架构设计下， RDS需要保证主备数据一致性并且延时不超过10秒，以快速完成主备切换；否则，RDS会保证一致性而牺牲可用性，必须等待数据同步一致再进行切换；所以主备延时会直接影响服务的高可用性；

数据复制可靠性

MySQL复制模式可以通过参数：BINLOG_FORMAT进行配置 ；在MySQL5.1以前，MySQL默认采用 Statement 模式进行数据复制，这种模式下有可能会让主备数据产生不一致情况，比如使用UUID等函数；MySQL在5.1版本以后，提供了基于ROW 模式的复制模式，从而大大提高了数据复制的可靠性；但这种模式在以下场景下会让备库的数据延时很大；

1) 存在没有主键的表，导致备库应用每个Event 都需要全表扫描 ;
2) 主库执行了大表DDL 或大事务，导致备库也要相同时间执行完 ;

RDS在实际的运行过程中发现，99%以上的主备延时，都是因为用户在建表的时候没有指定主键；RDS 曾经尝试过临时解决方案， 把有延迟的实例日志格式改为MIXED，无主键表的操作用STATEMENT 格式记录，但这种方案还是有可能产生主备数据不一致；

ROW模式数据复制
ROW 模式之所以能保证复制可靠性，是其在BINLOG里记录每一行完整记录，包括所有列的值；在备库应用日志时，MySQL 会先尝试用行里的主键去匹配自身的记录，如果没有主键， 则进行全表扫描所有的行，每一行都与日志进行匹配，直到发现完全匹配的行；

图2- ROW模式日志匹配处理流程

方案设计

在保证主备数据复制可靠性的前提下，减小主备延时；

方案一： 提醒用户去加上主键，问题迎刃而解；但在实际的实施过程中，这根本不现实，用户的学习成本、应用兼容、实施成本远远超过我们的想像；

方案二： 这也是云平台自身要解决的问题，用户不应该去关注这些问题；让MySQL 在底层能智能的处理，对用户透明，兼大欢喜；

对于方案二，有两个解决思路：

1. 为什么ROW格式日志一定要用主键定位记录，如果用二级索引行不行？虽然没有主键那么精准，但至少可以避免全表扫描

2. InnoDB 引擎也是严重依赖主键，它对于没有主键的表，就自己强制加进去一个主键对用户隐藏，MySQL Server层可否也这样实现？

思路一，需要考虑的问题主要是成本开销：

图3-利用二级索引处理无主键的ROW格式Event

如果像执行SQL一样，每一行都走一遍执行计划看哪个二级索引比较好，那么速度一样快不起来.主库只对每个SQL走一次执行计划选择一个索引，备库需要对这个SQL影响的所有行记录都重新生成一次执行计划。

因为ROW格式中的行包含了所有列，所以更合理的方案是，选择一个固定规则的二级索引即可，总是有列可以被用上进行过滤。例如总是利用第一个二级索引，这样不需要走执行计划，可以大大节省生成执行计划的时间，而且有这个规则，也可以调整二级索引的位置，来匹配这个规则，让过滤性好的二级索引调整到可以被利用的位置。

幸好，MariaDB开发了一个这样的补丁，对于有二级索引而没有主键的表来说，效果还不错。

思路二，要解决的情况是：完全没有任何索引、以及二级索引过滤性都不好的情况（比如，性别字段）。这里我们考虑过把InnoDB的二级索引直接引用到Server层来，但是如此一来，对于使用MyISAM表的用户，还是没有效果，所以需要一个更通用的设计方案：MySQL可以自动会用户添加主键而对应用透明 – 隐式主键（Implict Primary Key）。 最终，我们采取了这样的设计方案：

1 打开RDS 特有的参数implict_primary_key，让隐式主键功能生效 ；
2 当用户建表（CREATE TABLE）时，判断表结构

2.1 如果表上有主键，则pass
2.2 如果表上没有主键，有唯一键，则把唯一键放在索引的第一个位置，可以利用二级索引补丁 ；
2.3 如果表上没有主键，也没有唯一键，则为用户建立一个特定名称的自增主键 ；

3 当用户修改表结构（ALTER TABLE）时，判断新表结构

3.1 如果用户自己添加了主键或唯一键，则删除系统添加的主键
3.2 如果用户删除了原有的主键和唯一键，则为用户建立一个特定名称的自增主键

4 用户做DML操作时，屏蔽这个隐式主键的存在

4.1 INSERT INTO table VALUES (…)，用户不需要在VALUES中填写主键的值，系统会自动填充NULL，从而在写入数据库时自动填入自增值
4.2 SELECT * FROM table，行数据返回给用户前，自动过滤了隐式主键列
4.3 LOAD DATA INFILE，用户不会感知到表中存在主键，系统会自动填充NULL来使用自增主键值
4.4 SHOW CREATE TABLE/SHOW COLUMNS等SHOW语句，生成结构语句时自动过滤隐式主键列，用户不会看到有主键列

5 对于系统用户（root）需要查看真实情况的，提供show_ipk_info参数，SET show_ipk_info=1，则可以查看隐式主键，不会进行任何隐藏操作
6 如果implict_primary_key参数关闭，则隐式主键功能不再发挥作用，即当用户进行DDL操作时，如果原来表上有隐式主键，则会趁用户DDL之机一起删除。但是原有的没有删除的隐式主键列并不会显示给用户，会一直隐藏。

图4 – 隐含主键操作展示；

基于思路2，RDS MySQL 源代码团队已经完成开发适应于RDS场景的MySQL Patch，并全面覆盖到RDS所有MySQL5.1和 MySQL 5.5服务器中，目前运行稳定 ;