从源码分析 MGR 的新主选举算法

2023年5月10日 56点热度 0人点赞 0条评论

MGR 的新主选举算法，在节点版本一致的情况下，其实也挺简单的。

首先比较权重，权重越高，选为新主的优先级越高。

如果权重一致，则会进一步比较节点的 server_uuid。server_uuid 越小，选为新主的优先级越高。

所以，在节点版本一致的情况下，会选择权重最高，server_uuid 最小的节点作为新的主节点。

节点的权重由 group_replication_member_weight 决定，该参数是 MySQL 5.7.20 引入的，可设置 0 到 100 之间的任意整数值，默认是 50。

但如果集群节点版本不一致，实际的选举算法就没这么简单了。

下面，我们结合源码具体分析下。

代码实现逻辑

新主选举算法主要会涉及三个函数：

pick_primary_member
sort_and_get_lowest_version_member_position
sort_members_for_election

这三个函数都是在 primary_election_invocation_handler.cc 中定义的。

其中，pick_primary_member 是主函数，它会基于其它两个函数的结果选择 Primary 节点。

下面，我们从 pick_primary_member 出发，看看这三个函数的具体实现逻辑。

pick_primary_member

bool Primary_election_handler::pick_primary_member(<br/>    std::string &primary_uuid,<br/>    std::vector<Group_member_info *> *all_members_info) {<br/>  DBUG_TRACE;<br/><br/>  bool am_i_leaving = true;<br/>#ifndef NDEBUG<br/>  int n = 0;<br/>#endif<br/>  Group_member_info *the_primary = nullptr;<br/><br/>  std::vector<Group_member_info *>::iterator it;<br/>  std::vector<Group_member_info *>::iterator lowest_version_end;<br/><br/>  // 基于 member_version 选择候选节点。<br/>  lowest_version_end =<br/>      sort_and_get_lowest_version_member_position(all_members_info);<br/><br/>  // 基于节点权重和 server_uuid 对候选节点进行排序。<br/>  sort_members_for_election(all_members_info, lowest_version_end);<br/><br/><br/>  // 遍历所有节点，判断 Primary 节点是否已定义。<br/>  for (it = all_members_info->begin(); it != all_members_info->end(); it++) {<br/>#ifndef NDEBUG<br/>    assert(n <= 1);<br/>#endif<br/><br/>    Group_member_info *member = *it;<br/>    // 如果当前节点是单主模式且遍历的节点中有 Primary 节点，则将该节点赋值给 the_primary<br/>    if (local_member_info->in_primary_mode() && the_primary == nullptr &&<br/>        member->get_role() == Group_member_info::MEMBER_ROLE_PRIMARY) {<br/>      the_primary = member;<br/>#ifndef NDEBUG<br/>      n++;<br/>#endif<br/>    }<br/><br/>    // 检查当前节点的状态是否为 OFFLINE。<br/>    if (!member->get_uuid().compare(local_member_info->get_uuid())) {<br/>      am_i_leaving =<br/>          member->get_recovery_status() == Group_member_info::MEMBER_OFFLINE;<br/>    }<br/>  }<br/><br/>  // 如果当前节点的状态不是 OFFLINE 且 the_primary 还是为空，则选择一个 Primary 节点<br/>  if (!am_i_leaving) {<br/>    if (the_primary == nullptr) {<br/>      // 因为循环的结束条件是 it != lowest_version_end 且 the_primary 为空，所以基本上会将候选节点中的第一个节点作为 Primary 节点。<br/>      for (it = all_members_info->begin();<br/>           it != lowest_version_end && the_primary == nullptr; it++) {<br/>        Group_member_info *member_info = *it;<br/><br/>        assert(member_info);<br/>        if (member_info && member_info->get_recovery_status() ==<br/>                               Group_member_info::MEMBER_ONLINE)<br/>          the_primary = member_info;<br/>      }<br/>    }<br/>  }<br/><br/>  if (the_primary == nullptr) return true;<br/><br/>  primary_uuid.assign(the_primary->get_uuid());<br/>  return false;<br/>}<br/>

这个函数里面，比较关键的地方有三个：

调用 sort_and_get_lowest_version_member_position。

这个函数会基于 member_version （节点版本）选择候选节点。

只有候选节点才有资格被选为主节点。
调用 sort_members_for_election。

这个函数会基于节点权重和 server_uuid，对候选节点进行排序。
基于排序后的候选节点选择 Primary 节点。

因为候选节点是从头开始遍历，所以基本上，只要第一个节点是 ONLINE 状态，就会把这个节点作为 Primary 节点。

sort_and_get_lowest_version_member_position

接下来我们看看 sort_and_get_lowest_version_member_position 函数的实现逻辑。

sort_and_get_lowest_version_member_position(<br/>    std::vector<Group_member_info *> *all_members_info) {<br/>  std::vector<Group_member_info *>::iterator it;<br/><br/>  // 按照版本对 all_members_info 从小到大排序<br/>  std::sort(all_members_info->begin(), all_members_info->end(),<br/>            Group_member_info::comparator_group_member_version);<br/><br/>  // std::vector::end 会返回一个迭代器，该迭代器引用 vector （向量容器）中的末尾元素。<br/>  // 注意，这个元素指向的是 vector 最后一个元素的下一个位置，不是最后一个元素。<br/>  std::vector<Group_member_info *>::iterator lowest_version_end =<br/>      all_members_info->end();<br/><br/>  // 获取排序后的第一个节点，这个节点版本最低。<br/>  it = all_members_info->begin();<br/>  Group_member_info *first_member = *it;<br/>  // 获取第一个节点的 major_version<br/>  // 对于 MySQL 5.7，major_version 是 5；对于 MySQL 8.0，major_version 是 8<br/>  uint32 lowest_major_version =<br/>      first_member->get_member_version().get_major_version();<br/>  <br/>  /* to avoid read compatibility issue leader should be picked only from lowest<br/>     version members so save position where member version differs.<br/>     From 8.0.17 patch version will be considered during version comparison.<br/><br/>     set lowest_version_end when major version changes<br/><br/>     eg: for a list: 5.7.18, 5.7.18, 5.7.19, 5.7.20, 5.7.21, 8.0.2<br/>         the members to be considered for election will be:<br/>            5.7.18, 5.7.18, 5.7.19, 5.7.20, 5.7.21<br/>         and server_uuid based algorithm will be used to elect primary<br/><br/>     eg: for a list: 5.7.20, 5.7.21, 8.0.2, 8.0.2<br/>         the members to be considered for election will be:<br/>            5.7.20, 5.7.21<br/>         and member weight based algorithm will be used to elect primary<br/><br/>     eg: for a list: 8.0.17, 8.0.18, 8.0.19<br/>         the members to be considered for election will be:<br/>            8.0.17<br/><br/>     eg: for a list: 8.0.13, 8.0.17, 8.0.18<br/>         the members to be considered for election will be:<br/>            8.0.13, 8.0.17, 8.0.18<br/>         and member weight based algorithm will be used to elect primary<br/>  */<br/>  <br/><br/>  // 遍历剩下的节点，注意 it 是从 all_members_info->begin() + 1 开始的<br/>  for (it = all_members_info->begin() + 1; it != all_members_info->end();<br/>       it++) {<br/>   // 如果第一个节点的版本号大于 MySQL 8.0.17，且节点的版本号不等于第一个节点的版本号，则将该节点赋值给 lowest_version_end，并退出循环。<br/>    if (first_member->get_member_version() >=<br/>            PRIMARY_ELECTION_PATCH_CONSIDERATION &&<br/>        (first_member->get_member_version() != (*it)->get_member_version())) {<br/>      lowest_version_end = it;<br/>      break;<br/>    }<br/>    // 如果节点的 major_version 不等于第一个节点的 major_version，则将该节点赋值给 lowest_version_end，并退出循环。<br/>    if (lowest_major_version !=<br/>        (*it)->get_member_version().get_major_version()) {<br/>      lowest_version_end = it;<br/>      break;<br/>    }<br/>  }<br/>  return lowest_version_end;<br/>}<br/>

函数中的 PRIMARY_ELECTION_PATCH_CONSIDERATION 是 0x080017，即 MySQL 8.0.17。

在 MySQL 8.0.17 中，Group Replication 引入了兼容性策略。引入兼容性策略的初衷是为了避免集群中出现节点不兼容的情况。

该函数首先会对 all_members_info 按照版本从小到大排序。

接着会基于第一个节点的版本（最小版本）确定 lowest_version_end。

MGR 用 lowest_version_end 标记最低版本的结束点。只有 lowest_version_end 之前的节点才是候选节点。

lowest_version_end 的取值逻辑如下：

如果最小版本大于等于 MySQL 8.0.17，则会将最小版本之后的第一个节点设置为 lowest_version_end。
如果集群中既有 5.7，又有 8.0，则会将 8.0 的第一个节点设置为 lowest_version_end。
如果最小版本小于 MySQL 8.0.17，且只有一个大版本（major_version），则会取 all_members_info->end()。此时，所有节点都是候选节点。

为了方便大家理解代码的逻辑，函数注释部分还列举了四个案例，每个案例对应一个典型场景。后面我们会具体分析下。

sort_members_for_election

最后，我们看看 sort_members_for_election 函数的实现逻辑。

void sort_members_for_election(<br/>    std::vector<Group_member_info *> *all_members_info,<br/>    std::vector<Group_member_info *>::iterator lowest_version_end) {<br/>  Group_member_info *first_member = *(all_members_info->begin());<br/>  // 获取第一个节点的版本，这个节点版本最低。<br/>  Member_version lowest_version = first_member->get_member_version();<br/><br/>  // 如果最小版本大于等于 MySQL 5.7.20，则根据节点的权重来排序。权重越高，在 vector 中的位置越靠前。<br/>  // 注意，这里只会对 [all_members_info->begin(), lowest_version_end) 这个区间内的元素进行排序，不包括 lowest_version_end。<br/>  if (lowest_version >= PRIMARY_ELECTION_MEMBER_WEIGHT_VERSION)<br/>    std::sort(all_members_info->begin(), lowest_version_end,<br/>              Group_member_info::comparator_group_member_weight);<br/>  else<br/>   // 如果最小版本小于 MySQL 5.7.20，则根据节点的 server_uuid 来排序。server_uuid 越小，在 vector 中的位置越靠前。<br/>    std::sort(all_members_info->begin(), lowest_version_end,<br/>              Group_member_info::comparator_group_member_uuid);<br/>}<br/>

函数中的 PRIMARY_ELECTION_MEMBER_WEIGHT_VERSION 是 0x050720，即 MySQL 5.7.20。

如果最小节点的版本大于等于 MySQL 5.7.20，则会基于权重来排序。权重越高，在 all_members_info 中的位置越靠前。

如果最小节点的版本小于 MySQL 5.7.20，则会基于节点的 server_uuid 来排序。server_uuid 越小，在 all_members_info 中的位置越靠前。

注意，std::sort 中的结束位置是 lowest_version_end，所以 lowest_version_end 这个节点不会参与排序。

comparator_group_member_weight

在基于权重进行排序时，如果两个节点的权重一致，还会进一步比较这两个节点的 server_uuid。

这个逻辑是在 comparator_group_member_weight 中定义的。

权重一致，节点的 server_uuid 越小，在 all_members_info 中的位置越靠前。

bool Group_member_info::comparator_group_member_weight(Group_member_info *m1,<br/>                                                       Group_member_info *m2) {<br/>  return m1->has_greater_weight(m2);<br/>}<br/><br/>bool Group_member_info::has_greater_weight(Group_member_info *other) {<br/>  MUTEX_LOCK(lock, &update_lock);<br/>  if (member_weight > other->get_member_weight()) return true;<br/>  // 如果权重一致，会按照节点的 server_uuid 来排序。<br/>  if (member_weight == other->get_member_weight())<br/>    return has_lower_uuid_internal(other);<br/><br/>  return false;<br/>}<br/>

案例分析

基于上面代码的逻辑，接下来我们分析下 sort_and_get_lowest_version_member_position 函数注释部分列举的四个案例：

案例 1：5.7.18, 5.7.18, 5.7.19, 5.7.20, 5.7.21, 8.0.2

1. 这几个节点中，最小版本号是 5.7.18，小于 MySQL 8.0.17。所以会比较各个节点的 major_version，因为最后一个节点（8.0.2）的 major_version 和第一个节点不一致，所以会将 8.0.2 作为 lowest_version_end。此时，除了 8.0.2，其它都是候选节点。

2. 最小版本号 5.7.18 小于 MySQL 5.7.20，所以 5.7.18, 5.7.18, 5.7.19, 5.7.20, 5.7.21 这几个节点会根据 server_uuid 进行排序。注意，lowest_version_end 的节点不会参与排序。

3. 选择 server_uuid 最小的节点作为 Primary 节点。

案例 2：5.7.20, 5.7.21, 8.0.2, 8.0.2

1. 同案例 1 一样，会将 8.0.2 作为 lowest_version_end。此时，候选节点只有 5.7.20 和 5.7.21。

2. 最小版本号 5.7.20 等于 MySQL 5.7.20，所以，5.7.20, 5.7.21 这两个节点会根据节点的权重进行排序。如果权重一致，则会基于 server_uuid 进行进一步的排序。

3. 选择权重最高，server_uuid 最小的节点作为 Primary 节点。

案例 3：8.0.17, 8.0.18, 8.0.19

1. 最小版本号是 MySQL 8.0.17，等于 MySQL 8.0.17，所以会判断其它节点的版本号是否与第一个节点相同。不相同，则会将该节点的版本号赋值给 lowest_version_end。所以，会将 8.0.18 作为 lowest_version_end。此时，候选节点只有 8.0.17。

2. 选择 8.0.17 这个节点作为 Primary 节点。

案例 4：8.0.13, 8.0.17, 8.0.18

1. 最小版本号是 MySQL 8.0.13，小于 MySQL 8.0.17，而且各个节点的 major_version 一致，所以最后返回的 lowest_version_end 实际上是 all_members_info->end()。此时，这三个节点都是候选节点。

2. MySQL 8.0.13 大于 MySQL 5.7.20，所以这三个节点会根据权重进行排序。如果权重一致，则会基于 server_uuid 进行进一步的排序。

3. 选择权重最高，server_uuid 最小的节点作为 Primary 节点。

手动选主

从 MySQL 8.0.13 开始，我们可以通过以下两个函数手动选择新的主节点：

group_replication_set_as_primary(server_uuid) ：切换单主模式下的 Primary 节点。
group_replication_switch_to_single_primary_mode([server_uuid]) ：将多主模式切换为单主模式。可通过 server_uuid 指定单主模式下的 Primary 节点。

在使用这两个参数时，注意，指定的 server_uuid 必须属于候选节点。

另外，这两个函数是 MySQL 8.0.13 引入的，所以，如果集群中存在 MySQL 8.0.13 之前的节点，执行时会报错。

mysql> select group_replication_set_as_primary('5470a304-3bfa-11ed-8bee-83f233272a5d');<br/>ERROR 3910 (HY000): The function 'group_replication_set_as_primary' failed. The group has a member with a version that does not support group coordinated operations.<br/>