技术分享 | gh-ost 在线 ddl 变更工具​

作者简介：
杨奇龙，网名“北在南方”，7年DBA老兵，目前任职于杭州有赞科技DBA，主要负责数据库架构设计和运维平台开发工作，擅长数据库性能调优、故障诊断。

一、前言

作为 MySQL DBA，相信我们大家都会对大表变更（大于10G 以上的）比较头疼，尤其是某些 DDL 会锁表，影响业务可持续性。目前通用的方案使用 Percona 公司开源的 pt-osc 工具解决导致锁表的操作，还有一款 github 基于 go 语言开发的 gh-ost。本文主要介绍 gh-ost 使用方法，其工作原理放到下一篇文章介绍。

二、使用

2.1 gh-ost 介绍

gh-ost 作为一个伪装的备库，可以从主库/备库上拉取 binlog，过滤之后重新应用到主库上去，相当于主库上的增量操作通过 binlog 又应用回主库本身，不过是应用在幽灵表上。

其大致的工作过程：

1. gh-ost 首先连接到主库上，根据 alter 语句创建幽灵表，
2. 然后作为一个备库连接到其中一个真正的备库或者主库上(根据具体的参数来定)，一边在主库上拷贝已有的数据到幽灵表，一边从备库上拉取增量数据的 binlog，然后不断的把 binlog 应用回主库。
3. 等待全部数据同步完成，进行 cut-over 幽灵表和原表切换。图中 cut-over 是最后一步，锁住主库的源表，等待 binlog 应用完毕，然后替换 gh-ost 表为源表。gh-ost 在执行中，会在原本的 binlog event 里面增加以下 hint 和心跳包，用来控制整个流程的进度，检测状态等。

当然 gh-ost 也会做很多前置的校验检查，比如 binlog_format，表的主键和唯一键，是否有外键等等
这种架构带来诸多好处，例如：

整个流程异步执行，对于源表的增量数据操作没有额外的开销，高峰期变更业务对性能影响小。
降低写压力，触发器操作都在一个事务内，gh-ost 应用 binlog 是另外一个连接在做。
可停止，binlog 有位点记录，如果变更过程发现主库性能受影响，可以立刻停止拉binlog，停止应用 binlog，稳定之后继续应用。
可测试，gh-ost 提供了测试功能，可以连接到一个备库上直接做 Online DDL，在备库上观察变更结果是否正确，再对主库操作，心里更有底。不过不推荐在备库直接操作。

2.2 gh-ost 操作模式

a. 连接到从库，在主库做迁移
这是 gh-ost 默认的工作方式。gh-ost 将会检查从库状态，找到集群结构中的主库并连接，接下来进行迁移操作：

1. 行数据在主库上读写
2. 读取从库的二进制日志，将变更应用到主库
3. 在从库收集表格式，字段&索引，行数等信息
4. 在从库上读取内部的变更事件（如心跳事件）
5. 在主库切换表

如果你的主库的日志格式是 SBR，工具也可以正常工作。但从库必须启用二级制日志( log_bin,log_slave_updates) 并且设置 binlog_format=ROW 。

b. 连接到主库
直接连接到主库构造 slave，在主库上进行 copy 数据和应用 binlog，通过指定 --allow-on-master 参数即可。当然主库的 binlog 模式必须是 row 模式。

c. 在从库迁移/测试
该模式会在从库执行迁移操作。gh-ost 会简单的连接到主库，此后所有的操作都在从库执行，不会对主库进行任何的改动。整个操作过程中，gh-ost 将控制速度保证从库可以及时的进行数据同步

--migrate-on-replica 表示 gh-ost 会直接在从库上进行迁移操作。即使在复制运行阶段也可以进行表的切换操作。
--test-on-replica 表示 迁移操作只是为了测试在切换之前复制会停止，然后会进行切换操作，然后在切换回来，你的原始表最终还是原始表。两个表都会保存下来，复制操作是停止的。你可>以对这两个表进行一致性检查等测试操作。

三、实践

https://github.com/github/gh-ost

3.1 参数说明：

这里列出比较重要的参数，大家可以通过如下命令获取比较详细的参数以及其解释。

gh-ost --help
-allow-master-master:
是否允许gh-ost运行在双主复制架构中，一般与-assume-master-host参数一起使用
-allow-nullable-unique-key:
允许gh-ost在数据迁移依赖的唯一键可以为NULL，默认为不允许为NULL的唯一键。如果数据迁移(migrate)依赖的唯一键允许NULL值，则可能造成数据不正确，请谨慎使用。
-allow-on-master:
允许gh-ost直接运行在主库上。默认gh-ost连接的从库。
-alter string:
DDL语句
-assume-master-host string:
为gh-ost指定一个主库，格式为”ip:port”或者”hostname:port”。在这主主架构里比较有用，或则在gh-ost发现不到主的时候有用。
-assume-rbr:
确认gh-ost连接的数据库实例的binlog_format=ROW的情况下，可以指定-assume-rbr，这样可以禁止从库上运行stop slave,start slave,执行gh-ost用户也不需要SUPER权限。
-chunk-size int:
在每次迭代中处理的行数量(允许范围：100-100000)，默认值为1000。
-concurrent-rowcount:
该参数如果为True(默认值)，则进行row-copy之后，估算统计行数(使用explain select count(*)方式)，并调整ETA时间，否则，gh-ost首先预估统计行数，然后开始row-copy。
-conf string:gh-ost的配置文件路径。
-critical-load string:
一系列逗号分隔的status-name=values组成，当MySQL中status超过对应的values，gh-ost将会退出。-critical-load Threads_connected=20,Connections=1500，指的是当MySQL中的状态值Threads_connected>20,Connections>1500的时候，gh-ost将会由于该数据库严重负载而停止并退出。
-critical-load-hibernate-seconds int :
负载达到critical-load时，gh-ost在指定的时间内进入休眠状态。它不会读/写任何来自任何服务器的任何内容。
-critical-load-interval-millis int:
当值为0时，当达到-critical-load，gh-ost立即退出。当值不为0时，当达到-critical-load，gh-ost会在-critical-load-interval-millis秒数后，再次进行检查，再次检查依旧达到-critical-load，gh-ost将会退出。
-cut-over string:
选择cut-over类型:
atomic/two-step，atomic(默认)类型的cut-over是github的算法，two-step采用的是facebook-OSC的算法。
-cut-over-exponential-backoff
-cut-over-lock-timeout-seconds int:
gh-ost在cut-over阶段最大的锁等待时间，当锁超时时，gh-ost的cut-over将重试。(默认值：3)
-database string:
数据库名称。
-default-retries int:
各种操作在panick前重试次数。(默认为60)
-dml-batch-size int:

在单个事务中应用DML事件的批量大小（范围1-100）（默认值为10）

-exact-rowcount:

准确统计表行数(使用select count(*)的方式)，得到更准确的预估时间。

-execute:

实际执行alter&migrate表，默认为noop，不执行，仅仅做测试并退出，如果想要ALTER TABLE语句真正落实到数据库中去，需要明确指定-execute

-exponential-backoff-max-interval int

-force-named-cut-over:
如果为true，则'unpostpone | cut-over'交互式命令必须命名迁移的表
-heartbeat-interval-millis int:
gh-ost心跳频率值，默认为500
-initially-drop-ghost-table:
gh-ost操作之前，检查并删除已经存在的ghost表。该参数不建议使用，请手动处理原来存在的ghost表。默认不启用该参数，gh-ost直接退出操作。
-initially-drop-old-table:
gh-ost操作之前，检查并删除已经存在的旧表。该参数不建议使用，请手动处理原来存在的ghost表。默认不启用该参数，gh-ost直接退出操作。
-initially-drop-socket-file:
gh-ost强制删除已经存在的socket文件。该参数不建议使用，可能会删除一个正在运行的gh-ost程序，导致DDL失败。
-max-lag-millis int:
主从复制最大延迟时间，当主从复制延迟时间超过该值后，gh-ost将采取节流(throttle)措施，默认值：1500s。
-max-load string:
逗号分隔状态名称=阈值，如：'Threads_running=100,Threads_connected=500'. When status exceeds threshold, app throttles writes
-migrate-on-replica:
gh-ost的数据迁移(migrate)运行在从库上，而不是主库上。
-nice-ratio float:
每次chunk时间段的休眠时间，范围[0.0…100.0]。0：每个chunk时间段不休眠，即一个chunk接着一个chunk执行；1：每row-copy 1毫秒，则另外休眠1毫秒；0.7：每row-copy 10毫秒，则另外休眠7毫秒。
-ok-to-drop-table:
gh-ost操作结束后，删除旧表，默认状态是不删除旧表，会存在_tablename_del表。
-panic-flag-file string:
当这个文件被创建，gh-ost将会立即退出。
-password string :
MySQL密码
-port int ：
MySQL端口，最好用从库
-postpone-cut-over-flag-file string：
当这个文件存在的时候，gh-ost的cut-over阶段将会被推迟，数据仍然在复制，直到该文件被删除。
-skip-foreign-key-checks:
确定你的表上没有外键时，设置为'true'，并且希望跳过gh-ost验证的时间-skip-renamed-columns ALTER
-switch-to-rbr:
让gh-ost自动将从库的binlog_format转换为ROW格式。
-table string:
表名
-throttle-additional-flag-file string:
当该文件被创建后，gh-ost操作立即停止。该参数可以用在多个gh-ost同时操作的时候，创建一个文件，让所有的gh-ost操作停止，或者删除这个文件，让所有的gh-ost操作恢复。
-throttle-control-replicas string:
列出所有需要被检查主从复制延迟的从库。
-throttle-flag-file string:
当该文件被创建后，gh-ost操作立即停止。该参数适合控制单个gh-ost操作。-throttle-additional-flag-file string适合控制多个gh-ost操作。
-throttle-query string:
节流查询。每秒钟执行一次。当返回值=0时不需要节流，当返回值>0时，需要执行节流操作。该查询会在数据迁移(migrated)服务器上操作，所以请确保该查询是轻量级的。
-timestamp-old-table:
在旧表名中使用时间戳。这会使旧表名称具有唯一且无冲突的交叉迁移。
-user string :MYSQL用户

3.2 执行 ddl

测试例子对 test.b 重建表 alter table b engine=innodb；

/opt/gh-ost/bin/gh-ost \
--max-load=Threads_running=20 \
--critical-load=Threads_running=50 \
--critical-load-interval-millis=5000 \
--chunk-size=1000 \
--user="root" \
--password="" \
--host='127.0.0.1' \
--port=3316 \
--database="test" \
--table="b" \
--verbose \
--alter="engine=innodb" \
--assume-rbr \
--cut-over=default \
--cut-over-lock-timeout-seconds=1 \
--dml-batch-size=10 \
--allow-on-master \
--concurrent-rowcount \
--default-retries=10 \
--heartbeat-interval-millis=2000 \
--panic-flag-file=/tmp/ghost.panic.flag \
--postpone-cut-over-flag-file=/tmp/ghost.postpone.flag \
--timestamp-old-table \
--execute 2>&1 | tee  /tmp/rebuild_t1.log

操作过程中会生成两个中间状态的表 _b_ghc, _b_gho，其中 _b_ghc 是记录 gh-ost 执行过程的表，其记录类似如下：

_b_gho 是目标表，也即应用 ddl 语句的幽灵表。

特别说明，上面的命令其实是在我们的生产线上直接使用的。一般我们针对几百 G 的大表做归档删除数据之后要重建表，以便减少表空间大小。重建完，进行 cut-over 切换幽灵表和原表时，默认不删除幽灵表。因为直接删除上百 G 会对磁盘 IO 有一定的影响.
其他的请各位同行根据自己的情况去调整合适的参数，注意以下两个参数。

--ok-to-drop-table:gh-ost操作结束后，删除旧表，默认状态是不删除旧表，会存在_tablename_del表。
--timestamp-old-table 最终rename的时候表名会加上时间戳后缀，每次执行的时候都会生成一个新的表名。

3.3 gh-ost 的特性

gh-ost 拥有众多特性，比如：轻量级、可暂停、可动态控制、可审计、可测试等等，我们可以通过操作特定的文件对正在执行的 gh-ost 命令进行动态调整。

暂停/恢复
我们可以通过创建/删除 throttle-additional-flag-file 指定的文件 /tmp/gh-ost.throttle 控制 gh-ost 对 binlog 应用。

限流
gh-ost 可以通过 unix socket 文件或者 TCP 端口（可配置）的方式来监听请求，DBA 可以在命令运行后更改相应的参数，参考下面的例子：
打开限流

echo throttle | socat - /tmp/gh-ost.test.b.sock

_b_ghc 中会多一条记录

331 | 2019-08-31 23:23:00 | throttle at 1567264980930907070 | done throttling

关闭限流

no-throttle | socat - /tmp/gh-ost.test.b.sock

_b_ghc 中会多一条记录

347 | 2019-08-31 23:24:09 | throttle at 1567265049830789079 | commanded by user

改变执行参数：chunk-size= 1024, max-lag-millis=100, max-load=Thread_running=23 这些参数都可以在运行时动态调整。

echo chunk-size=1024 | socat - /tmp/gh-ost.test.b.sock
echo max-lag-millis=100 | socat - /tmp/gh-ost.test.b.sock
echo max-load=Thread_running=23 | socat - /tmp/gh-ost.test.b.sock

终止运行
我们通过来过创建 panic-flag-file 指定的文件，立即终止正在执行的 gh-ostmin
创建文件 /tmp/ghost.panic.flag

gh-ost log提示

2019-08-31 22:50:52.701 FATAL Found panic-file /tmp/ghost.panic.flag. Aborting without cleanup

注意停止 gh-ost 操作会有遗留表 xxx_ghc，xxx_gho还有 socket 文件，管理 cut-over 的文件，如果你需要执行两次请务必检查指定目录是否存在这些文件，并且清理掉文件和表。

四、与 pt-osc 的对比

从功能，稳定性和性能上来看，两种工具各有千秋，虽然在高并发写的情况下，gh-ost 应用 binlog 会出现性能较低不如 pt-osc 的情况。不过 gh-ost 更灵活，支持我们根据实际情况动态调整。
推荐两个 blog 的文章吧，大家可以根据自己的实际场景去选择使用哪个工具。
https://www.cnblogs.com/zping...
https://blog.csdn.net/poxiaon...

五、总结

总体来讲 gh-ost 是一款非常出色的开源产品，感谢 github 为我们 MySQL DBA 提供了一种解决大表 ddl 的工具，欢迎还没使用的朋友试用该工具。

参考文章
https://www.cnblogs.com/zhouj...
https://segmentfault.com/a/11...