【MySQL变更】gh-online-schema-change(gh-ost)原理解读

gh-ost简介

gh-ost是处理MySQL在线表结构变更的工具，与pt-osc 不同，gh-ost不会使用触发器。

gh-ost 可以进行测试，暂停，动态控制和重新配置，审计还有其他许多操作perks。

命名

最初它被命名为gh-osc：GitHub Online Schema Change，

后来将c变为为t。gh-ost（发音：Ghost），代表 GitHub 的 Online Schema Transmogrifier/Translator/Transformer/Transfigurator

原理简介

所有现有的在线表结构变更工具都以相似的的原理：它们创建一个与原始表结构相同的幽灵表，在该表为空时进行表结构变更，缓慢并增量地将数据从原始表复制到幽灵表，同时将正在进行的更改（任何INSERT,?DELETE,UPDATE应用于源表）应用到幽灵表。最后，在适当的时候，他们用幽灵表替换原表。

gh-ost使用相同的模式。然而，它与所有现有工具的不同之处在于不使用触发器。因为触发器是许多限制和风险的来源。

gh-ost?使用二进制日志流来捕获表数据变化，并将它们异步应用到ghost表上。gh-ost承担其他工具留给数据库执行的一些任务。因此，gh-ost可以更好地控制迁移过程；可以真正暂停它；可以真正将 migration 的写入负载与 master 的工作负载解耦。

此外，它还提供许多操作优势，使其更安全、更值得信赖且使用起来更有趣。

亮点

• 可以在从库上进行测试 ，从而建立你对gh-ost的信任。gh-ost在从库上表结构变更的过程和主库相同，并不会真正的替换原表。这样在从库上就会保留原始表与幽灵表，你可以对比统计两张表的数据从而验证工具操作的正确性。这也是我们如何在生产环境测试gh-ost的方法
• 真正的暂停 。当gh-ost?throttles时，它真正停止在 master 上写入：没有行的拷贝，也没有正在进行事件的处理。通过节流，您可以将 master 恢复到其原始工作负载
• 动态控制。您可以交互式重新配置gh-ost，即使迁移仍在运行。您可以强行启动节流。
• 审计。您可以查询gh-ost状态。gh-ost监听 unix 套接字或 TCP。
• 控制切换时刻。gh-ost可以使用指示推迟可能是最有风险的步骤：交换原始表与幽灵表的表名称。直到您可以舒适地使用。也无需担心预计的切换时间不在办公时间。
• gh-ost可以使用外部钩子脚本。

用法

• noop迁移（仅测试迁移是否有效且可以进行）
• 一个真正的迁移，利用一个副本（迁移在主服务器上运行；gh-ost找出所涉及的服务器的身份。如果您的主服务器使用基于语句的复制，则需要模式）
• 在 master 上运行真正的迁移，（但gh-ost更喜欢前者）
• 在从库上进行真正的迁移（master未受影响）
• 在从库上进行测试迁移，这是您与的操作建立信任的方式。

更多提示

• --exact-rowcount 准确的进度指示
• --postpone-cut-over-flag-file 控制切换时间
• 更多交互式?参考 ：交互式命令

基于触发器变更的弊端

• 负载 对于原始表的每个INSERT,?DELETE,UPDATE需要在幽灵表/影子表上回放，另外还有触发器的本身的代价。
• 锁 锁竞争问题
• 没有真正的暂停 比如 pt-osc 只能暂停全量的同步，不能暂停触发器的复制
• 没有生产的测试
• 对于多个变更（不同表）的支持
• bound to server

更详细的解读 参考 ：https://github.com/github/gh-ost/blob/master/doc/why-triggerless.md

无触发器的设计

pt-online-schema-change?在原始表创建三个触发器?(AFTER INSERT,?AFTER UPDATE,?AFTER DELETE)?，触发器的操作与原表的操作在同一事务中

基于无触发器的异步迁移

gh-ost的无触发设计采用异步方法。但是它不需要触发器，因为它不需要像 Facebook ost 工具那样有一个变更日志表。它不需要变更日志表的原因是它在另一个地方找到变更日志：二进制日志。

特别是，它读取基于行的复制 (RBR) 条目（您仍然可以将它与基于语句的复制一起使用！）并搜索适用于原始表的条目。

RBR 条目对于这项工作非常方便：它们将复杂的语句（可能是多表）分解为不同的、每表、每行的条目，这些条目易于阅读和应用。

gh-ost伪装为一个 MySQL 从副本：它连接到 MySQL 服务器并开始请求 binlog 事件，就好像它是一个真正的从副本一样。因此，它获得二进制日志的连续流，并过滤掉适用于原始表的那些事件。

gh-ost可以直接连接到主服务器，但更建议连接到主服务器的从副本之一。副本需要设置参数：log-slave-updates和binlog-format=ROW（gh-ost可以此设置）。

从二进制日志中读取，特别是在副本上读取二进制日志的情况，进一步强调了算法的异步性质。虽然事务可能（基于配置）与 binlog 条目写入同步，但它需要时间gh-ost- 假装是副本 - 会收到通知，将事件复制到下游并应用它。

异步设计意味着许多值得注意的结果，稍后将讨论。

工作流程

流程图

该工作流程包括从服务器读取表数据、从二进制日志读取事件数据、检查复制延迟或其他节流参数、将增量的表更应用到服务器（通常是主服务器）、通过二进制日志流发送提示等等。

初始化阶段

1. 连接到主库或者从库
2. 预验证 alter语句
3. 验证权限，表存在
4. 创建changelog 与 ghost 表（变更日志表与幽灵表）
5. 对比原始表与幽灵表的结构差异，找到两张表都有的列，都有的唯一索引，验证外键。选择一个都有的唯一索引后续根据该字段对该表进行分块等处理。
6. 设置binlog监听 开始监听changelog envents
7. 将good to go 插入到changlog 表
8. 开始监听原始表DML的二进制日志事件
9. 读取原始表被选取我的唯一索引最大/最小的值

拷贝阶段

1. 设置心跳机制：频繁写入 change log 表（我们认为这是低的，出于节流目的可忽略的写入负载）
2. 持续更新状态
3. 定期（经常）检查潜在的节流场景或提示
4. 逐块(chunk)处理原始表的全量数据，将复制任务排队到 ghost 表上
5. 从binlog中读取 DML 事件，将应用任务排队到 ghost 表
6. 处理复制任务队列和应用任务队列并依次应用到ghost表 按节流状态暂停
7. 一旦全表复制完成，注入/拦截“"copy all done”
8. 存在postpone-cut-over-flag-file文件标识时 ，停止/推迟cut-over（我们继续应用正在进行的 DML）

切换完成阶段

• 原始表 write lock ,禁止写入
• 交换原始表与幽灵表名称
• 清理阶段 删除表

使用要求

gh-ost目前需要 MySQL 5.7 及更高版本。

服务器需要设置参数binlog 格式为?binlog_format=ROW?基于row的复制 与 binlog_row_image=FULL。将来 binlog_row_image=MINIMAL 可能会被支持?

如果是复制的架构，需要变更的表的表结构 在主从上需要完全相同。

账号权限?

• 对需要变更的表具有一下权限?ALTER, CREATE, DELETE, DROP, INDEX, INSERT, LOCK TABLES, SELECT, TRIGGER, UPDATE?
• 下面任选其一：
  • SUPER, REPLICATION SLAVE?ON?*.*，或：
  • REPLICATION CLIENT, REPLICATION SLAVE?ON?*.*

MySQL需要设置参数 binlog_format=ROW，如果不是row格式，在使用gh-ost时需要指定参数??--switch-to-rbr

无论服务器上设置什么隔离级别，?gh-ost连接MySQL服务器时 ，使用?REPEATABLE_READ? 事务隔离级别?

使用参数 --test-on-replica 时，在cut-over 阶段之前，gh-ost会停止主从复制，以便于你能比较两个表确认迁移是否正确

限制

外键约束不被支持?

触发器不被支持?

支持MySQL 5.7 JSON?列，但不作为PRIMARY KEY?其一部分

变更前后的 两张表 必须有相同的主键或者唯一索引，当拷贝数据时，这个key 被gh-ost用来迭代循环迭代

迁移用的字段必须不能包含 NULL 的值，意味着：

• 这个列是 NOT? NULL 或者 这个列 可以为 NULL 但不包含任何 NULL值?
• 默认情况下 ，如果唯一索引的列包含NULL 值，gh-ost 是 不会运行的。

不能迁移存在另外一张表名相同但是大小不同的表。例如，MyTable 和?MYtable。

Amazon RDS 可以使用给工具，但是有他自己的一些限制

可以兼容谷歌的 RDS ，需要使用参数?--gcp

可以兼容Aliyun 的RDS，但是需要使用参数?--aliyun-rds。

Azure? MySQL数据库 可以使用该工具，但是需要参数 --azure

多源复制 （Multisource） 不被支持，他只能工作只有一个主的时候 （--allow-on-master）

双主模式 （Master-master?） 只有在模式（active-passive）下工作 ，.双写模式 （Active-active ） 不被支持。

如果有一个enum字段作为迁移键的一部分（通常是PRIMARY KEY），则迁移性能将会降低并且可能会很糟糕。

不支持迁移FEDERATED表，并且与gh-ost问题解决无关。

不支持加密二进制日志

ALTER TABLE ... RENAME TO some_other_name 不被支持

常见问题?

cut-over 阶段是如何工作的？ 是你真的原子性的吗？

cut-over 阶段 即 原表与 幽灵表交换的阶段? 是一个原子的，阻塞的 ，受控的阶段。

Atomic（原子性）：老表 与 幽灵表交互表名是一起的。不会存在老表的表名不存在的情况。

Blocking（阻塞的）：应用的查询要不对老表进行操作，要不被阻塞，要不继续对新表进行操作。

Controlled（受控的）：cut-over的超时时间可以预先定义阈值，超过该时间可以自动终止然后重试，?cut-over只有在从库不延迟的情况下进行，

是否可以添加唯一索引？

在确保表中该字段不存在重复数据是可以添加的。

是否可以并发迁移？

可以 ，但是要需要注意添加参数 --replica-server-id

为什么更推荐?Connect to Replica

避免对主库超声额外的负载影响 。gh-ost作为复制客户端连接。每个额外的副本都会给主服务器增加一些负载。

方便监控复制延迟，--max-lag-millis 参数可以监控从副本的延迟

下载?

Release GA release v1.1.6 · github/gh-ost · GitHub

参数解读