MySQL Cluster 是一种高性能、高可用、可扩展的分布式数据库解决方案，基于 NDB (Network Database) 存储引擎构建，专为满足对数据一致性和实时性要求严苛的应用场景设计，与传统的 MySQL 主从复制不同，MySQL Cluster 采用“无共享”(Shared-Nothing) 架构，所有数据节点在内存中存储数据，并通过高速网络进行同步，确保节点故障时数据不丢失且服务快速恢复，本文将详细介绍 MySQL Cluster 的架构、部署步骤、核心配置及最佳实践。

MySQL Cluster 架构概述

MySQL Cluster 主要由三类节点组成：管理节点 (Management Node, MGM)、数据节点 (Data Node, NDB) 和 SQL 节点 (SQL Node，即 MySQL Server)，各节点职责如下：

MySQL Cluster 还依赖 管理客户端 (ndb_mgm) 进行集群管理，以及 数据节点守护进程 (ndbd) 和 管理节点守护进程 (ndb_mgmd) 运行各节点服务。

MySQL Cluster 部署步骤

以部署一个包含 2 个管理节点、2 个数据节点和 2 个 SQL 节点的集群为例，环境为 Linux (Ubuntu 20.04)，MySQL Cluster 版本为 8.0.28。

环境准备

• 节点规划：
  • MGM 节点：192.168.1.10 (mgm1)、192.168.1.11 (mgm2)
  • 数据节点：192.168.1.20 (ndb1)、192.168.1.21 (ndb2)
  • SQL 节点：192.168.1.30 (sql1)、192.168.1.31 (sql2)
• 依赖安装：所有节点安装 libaio1、libncurses5 等依赖：

  sudo apt update && sudo apt install -y libaio1 libncurses5

• 用户与权限：创建 mysql 用户并赋予相关权限，确保节点间无密码 SSH 互信（可选，便于管理）。

下载并解压 MySQL Cluster

从 MySQL 官网 下载适用于 Linux 的 MySQL Cluster 8.0.28 压缩包，并解压到 /usr/local/mysql-cluster 目录，所有节点需使用相同的版本和安装路径。

配置管理节点

在管理节点上创建配置文件 /usr/local/mysql-cluster/config.ini如下：

[ndbd default]  
# 数据节点默认配置  
NoOfReplicas=2          # 每个数据分区副本数（建议为偶数，2）  
DataMemory=512M         # 数据内存大小  
IndexMemory=128M        # 索引内存大小  
MaxNoOfConcurrentOperations=32768  # 并发操作数  
[ndb_mgmd]  
# 管理节点配置  
NodeId=1               # 节点唯一 ID  
Hostname=192.168.1.10  # 管理节点 1 的 IP  
DataDir=/usr/local/mysql-cluster/data  # 数据存储目录  
[ndb_mgmd]  
NodeId=2  
Hostname=192.168.1.11  
DataDir=/usr/local/mysql-cluster/data  
[ndbd]  
# 数据节点 1  
NodeId=11  
Hostname=192.168.1.20  
DataDir=/usr/local/mysql-cluster/data  
[ndbd]  
# 数据节点 2  
NodeId=12  
Hostname=192.168.1.21  
DataDir=/usr/local/mysql-cluster/data  
[mysqld]  
# SQL 节点配置（可重复定义多个）  
NodeId=21  
Hostname=192.168.1.30  
[mysqld]  
NodeId=22  
Hostname=192.168.1.31  

说明：

• NoOfReplicas 决定数据冗余度，2 表示每个数据分区有 2 个副本，分布在不同的数据节点上。
• DataMemory 和 IndexMemory 需根据实际数据量调整，避免内存溢出。

启动管理节点

在管理节点上创建数据目录,并启动管理节点守护进程：

sudo mkdir -p /usr/local/mysql-cluster/data  
sudo /usr/local/mysql-cluster/bin/ndb_mgmd -f /usr/local/mysql-cluster/config.ini --initial  

首次启动需使用 --initial，后续重启可省略，备用管理节点可通过相同命令启动，自动实现高可用。

启动数据节点

在数据节点上创建数据目录,并启动数据节点守护进程：

sudo mkdir -p /usr/local/mysql-cluster/data  
sudo /usr/local/mysql-cluster/bin/ndbd --initial  

同样,首次启动需 --initial，启动后可通过 ndb_mgm -e "show" 查看节点状态，显示 “STARTED” 表示成功。

配置并启动 SQL 节点

在 SQL 节点上安装 MySQL Server，并修改配置文件 /etc/mysql/my.cnf，添加：

[mysqld]  
ndbcluster                     # 启用 NDB 集群模式  
ndb-connectstring=192.168.1.10,192.168.1.11  # 管理节点 IP 列表  

启动 MySQL 服务，并登录验证：

sudo systemctl restart mysql  
mysql -u root -p  

执行 SHOW STATUS LIKE 'Ndb%' 检查是否连接到集群，若 Ndb_connected 为 “Connected” 则成功。

核心特性与优化

数据分片与冗余

MySQL Cluster 自动将数据分片 (Partition) 存储到不同的数据节点，分片数量由 NoOfFrags (默认 4) 决定，每个分片通过 NoOfReplicas 指定副本数，2 个副本时，数据会同时存储在 2 个数据节点上，实现容错。

事务支持

NDB 存储引擎支持 ACID 事务，通过两阶段提交 (2PC) 确保分布式事务的一致性，事务提交时，数据会同步到所有副本节点，确保故障恢复时数据不丢失。

内存管理

数据主要存储在内存中,访问速度极快（微秒级响应），但需合理配置 DataMemory 和 IndexMemory，避免因内存不足导致性能下降，可通过 ndb_size.pl 工具估算所需内存。

高可用与故障恢复

• 数据节点故障：副本机制保证数据不丢失，集群自动将请求切换到健康副本，故障恢复后自动同步数据。
• 管理节点故障：备用管理节点自动接管，不影响数据节点和 SQL 节点运行。

常见问题与最佳实践

1. 性能优化：

   • 调整 MaxNoOfConcurrentOperations 以提高并发处理能力。
   • 避免大事务,尽量拆分为小事务，减少锁竞争。
   • 使用 ndb_desc 表检查分片分布，避免数据倾斜。

2. 监控与维护：

   • 使用 ndb_mgm 或 MySQL Cluster Manager (MCM) 监控集群状态。
   • 定期备份数据：可通过 mysqldump --ndbcluster 导出数据，或使用 NDB 自带的备份功能。

相关问答 FAQs

Q1：MySQL Cluster 与 MySQL 主从复制有何区别？
A：MySQL Cluster 采用“无共享”架构，数据在内存中同步，节点间通过高速网络通信，支持多主写入和毫秒级故障切换；而主从复制是基于二进制日志的异步/半同步复制，通常仅支持主从写入，故障恢复时间较长（秒级到分钟级），Cluster 适合高并发、低延迟场景，主从复制适合读写分离和简单容错场景。

Q2：如何处理 MySQL Cluster 内存溢出问题？
A：内存溢出通常因 DataMemory 或 IndexMemory 不足导致，可通过以下步骤解决：

1. 使用 ndb_show_tables 和 ndb_desc 检查表大小和索引占用。
2. 增加 DataMemory 和 IndexMemory 配置，重启数据节点。
3. 优化表结构,减少不必要的字段和索引；或分库分表，降低单表数据量。