Shell多线程备份数据库

KQfe_aming_linu 2022-12-12 356

嵌入式技术

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描述

Shell这么简单的脚本语言有多线程这一说吗？答案是有的。只不过它实现起来稍微有点难理解罢了，因为它借助了命名管道实现。所谓多线程就是原本由一个进程完成的事情现在由多个线程去完成。假如一个进程需要10小时完成的事情，现在分配10个线程，给他们分工，然后同时去做这件事情，最终可能就需要1小时。

本案例具体需求是这样的：

1）公司的业务量比较大，有100个数据库需要全量备份，而每个数据库的数据量高达几十GB，（注意，每一个库都为一个独立的实例，即有着独立的ip:port）。

2）预估每一个库的备份时间在30分钟左右

3）要求在5小时内备份完成

提示：要想在5小时内完成100个数据库的备份，需要使用shell脚本的多线程功能，一次性开10个线程同时并发备份10个数据库。

知识点一：使用xtrabackup备份MySQL数据库

Mysqldump对于导出几个G的数据库或几个表，还是不错的，速度并不慢。一旦数据量达到几十上百G，无论是对原库的压力还是导出的性能，mysqldump就力不从心了。Percona-Xtrabackup备份工具，是实现MySQL在线热备工作的不二选择，可进行全量、增量、单表备份和还原。

Xtrabackup官网下载地址：https://www.percona.com/downloads/Percona-XtraBackup-LATEST/，由于我的系统是Rocky8，所以在这里，我下载8.0.30版本。

wget https://downloads.percona.com/downloads/Percona-XtraBackup-LATEST/Percona-XtraBackup-8.0.30-23/binary/tarball/percona-xtrabackup-8.0.30-23-Linux-x86_64.glibc2.17.tar.gz

因为是二进制包，解压后可直接使用，将包解压到/usr/local/下

tar zxf percona-xtrabackup-8.0.30-23-Linux-x86_64.glibc2.17.tar.gz -C /usr/local/
ln -s /usr/local/percona-xtrabackup-8.0.30-22-Linux-x86_64.glibc2.17/bin/xtrabackup  /usr/bin/

用xtrabackup做全量备份的命令是：

# xtrabackup --defaults-file=/usr/local/mysql/my.cnf --user=bakuser --password=your_pass  -S /tmp/mysql.sock --backup --target-dir=/data/backup/mysql/20221210

说明：在执行该备份操作之前，需要先创建一个用户bakuser（用户名自定义），并授予reload, lock tables, replication client, process, super等权限。备份数据将会放到/data/backup/mysql/20221210目录里面。

知识点二：文件描述符

文件描述符（缩写fd）在形式上是一个非负整数。实际上，它是一个索引值，指向内核为每一个进程所维护的该进程打开文件的记录表。当程序打开一个现有文件或者创建一个新文件时，内核向进程返回一个文件描述符。每一个unix进程，都会拥有三个标准的文件描述符，来对应三种不同的流：

文件描述符	名称
0	标准输入
1	标准正确输出
2	标准错误输出

除了上面三个标准的描述符外，我们还可以在进程中去自定义其他的数字作为文件描述符。每一个文件描述符会对应一个打开文件，同时，不同的文件描述符也可以对应同一个打开文件；同一个文件可以被不同的进程打开，也可以被同一个进程多次打开。

我们可以写一个测试脚本/tmp/test.sh，内容如下：

#!/bin/bash
echo "该进程的pid为$$"
exec 1>/tmp/test.log 2>&1
ls -l /proc/$$/fd/

执行该脚本 sh /tmp/test.sh，然后查看/tmp/test.log：

# cat /tmp/test.log
总用量 0
lrwx------ 1 root root 64 12月 10 10:06 0 -> /dev/pts/0
l-wx------ 1 root root 64 12月 10 10:06 1 -> /tmp/test.log
l-wx------ 1 root root 64 12月 10 10:06 2 -> /tmp/test.log
lr-x------ 1 root root 64 12月 10 10:06 255 -> /tmp/test.sh

说明：exec将脚本后续指令的正确和错误输出重定向到了/tmp/test.log，所以查看该文件就会看到以上内容。关于exec命令，我们再来看一个直观的例子：

# exec > /tmp/test
# echo "123123"
# echo $PWD
# lalala
-bash: lalala: 未找到命令
# exec > /dev/tty
# cat /tmp/test
123123
/root

说明：通过上面的例子，可以发现，当执行exec后，其后面的命令的标准正确输出全部写入到了/tmp/test文件中，而错误的还是在当前终端上显示，要想退出这个设置，需要重新定义exec的标准输出为/dev/tty。

知识点三：命名管道

我们前面在shell脚本中多次用过这个管道符号'|'，这个叫做匿名管道，也就是说它并没有名字，而这里提到的管道叫做命名管道，功能和那个匿名管道基本上是一样的。命名管道，英文名First In First Out，简称FIFO。命名管道有如下特点： 1）在文件系统中，FIFO拥有名称，并且是以设备特殊文件的形式存在的； 2）任何进程都可以通过FIFO共享数据； 3）除非FIFO两端同时有读与写的进程，否则FIFO的数据流通将会阻塞； 4）匿名管道是由shell自动创建的，存在于内核中，而FIFO则是由程序创建的（比如mkfifo命令），存在于文件系统中； 5）匿名管道是单向的字节流，而FIFO则是双向的字节流；可以使用mkfifo命令创建一个命名管道：

# screen
# mkfifo  123.fifo  
# echo "121212" > 123.fifo  //此时被阻塞，因为我们只是在管道里写入内容了，并没有其他的进程读这个内容

按ctrl+a 再按d，退出该screen

# cat  123.fifo  //此时可以看到121212内容，然后再进入screen去看刚才的echo那条命令已经结束了。

我们可以把命名管道和文件描述符结合起来：

# mkfifo test.fifo 
# exec 100<>test.fifo   //这样可以把fd100的读和写全部指定到test.fifo中
# ls -l /dev/fd/100  //可以看到fd100已经指向到了/root/test.fifo
lrwx------. 1 root root 64 12月 10 10:08 100 -> /root/test.fifo

知识点四：read命令

在shell脚本中，read命令使用还是比较多的，最典型的用法是，和用户交互，如下：

# read -p "Please input a number: " n
Please input a number: 5  
[root@aming-master ~]# echo $n
5

如果不使用-p选项，也可以这样使用：

# read name  //name为变量名，这样也是在给name变量赋值
aming
# echo $name
aming

read的-u选项后面可以跟fd，如下：

# read -u10 a //这样会把fd10里面的字符串赋值给a

注意，这里的fd10就是前面我们定义的test.fifo，如果你的fd10里还没有任何的内容写入，那么你执行上面这条命令会卡着不动。因为fd10是一个命名管道文件，只有写入了东西，read才会读到，否则就一直卡着，等待写入内容。当然，这个命名管道文件可以写入多行，先储存起来，然后等着read去读。

# echo "123" >&10
# echo "456" >&10  //连续在fd10中写入两次内容
# read -u10 a  //第一次读取fd10里的第一行
# echo $a
123
# read -u10 a  //第二次读取fd10里的第二行
# echo $a
456

知识点五：wait命令

wait命令顾名思义就是等待的意思，即等待那些在没有完成的任务（主要是后台的任务），直到所有任务完成后，才会继续执行wait以后的指令，常用于shell脚本中。以下是关于wait指令的示例：

# sleep 5 &
# wait   //此时会卡死不动，直到上面的后台指令执行完，才会有反应。

知识点六：结合命名管道和read实现多线程

命名管道有两个很明显的特点：

1）先进先出，比如上例中我们给fd10写入了两行内容，则第一次read第一行，第二次read第二行。

2）有内容read则执行，没有则阻塞，例如上例中，read完两次后，如果你再执行一次read，则它就会一直卡着，直到我们再次写入新的内容它才会read到

利用这两个特点，我们就可以实现shell的多线程了，先看这个例子：

#!/bin/bash
#创建命名管道123.fifo文件
mkfifo 123.fifo
#将命名管道123.fifo和文件描述符1000绑定，即fd1000的输入输出都是在123.fifo中
exec 1000<>123.fifo
#连续向fd1000中写入两次空行
echo >&1000
echo >&1000
#循环10次
for i in `seq 1 10`
do
    #每循环一次，读一次fd1000中的内容，即空行，只有读到空行了，才会执行{ }内的指令
    #每次循环都需要打印当前的时间，休眠1秒，然后再次向fd1000中写入空行，这样后续的read就有内容了
    #read指令不仅可以赋值，也可以跟一个函数，用{ }括起来，函数中是多条指令
    read -u1000
    {
        date +%T
        echo $i
        sleep 1
        echo >&1000
    } &  #丢到后台去，这样10次很快就循环完，只不过这些任务是在后台跑着。由于我们一开始就向fd1000里写入了两个空行，所以read会一次性读到两行。
done
#等待所有后台任务执行完成
wait
#删除fd1000
exec 1000>&-
#删除命名管道
rm -f 123.fifo

执行脚本结果如下：

可以看到，原本需要10秒完成的事情，现在需要5秒就搞定了，这说明并发量为2，即两个线程同时执行任务。要想5个线程，那么在一开始的时候，直接向fd1000写入5个空行即可。

本案例参考脚本

#!/bin/bash
#多线程备份数据库
#作者：阿铭
#日期：2022-12-10
#版本：v1.5
##假设100个库的库名、host、port以及配置文件路径存到了一个文件里，文件名字为/tmp/databases.list
##格式：db1 10.10.10.2 3308 /data/mysql/db1/my.cnf
##备份数据库使用xtrabackup
exec &> /tmp/mysql_bak.log
if ! which xtrabackup &>/dev/nll
then
    echo "安装xtrabackup工具"
    wget https://downloads.percona.com/downloads/Percona-XtraBackup-LATEST/Percona-XtraBackup-8.0.30-23/binary/tarball/percona-xtrabackup-8.0.30-23-Linux-x86_64.glibc2.17.tar.gz
    tar zxf percona-xtrabackup-8.0.30-23-Linux-x86_64.glibc2.17.tar.gz -C /usr/local/  && ln -s /usr/local/percona-xtrabackup-8.0.30-22-Linux-x86_64.glibc2.17/bin/xtrabackup  /usr/bin/
    if [ $? -ne 0 ]
    then
        echo "安装xtrabackup工具出错，请检查。"
        exit 1
    fi
fi
bakdir=/data/backup/mysql/`date +%F`
bakuser=vyNctM
bakpass=99omeaBHh
function bak_data {
    db_name=$1
    db_host=$2
    db_port=$3
    cnf=$4
    [ -d $bakdir/$db_name ] || mkdir -p $bakdir/$db_name
    xtrabackup --defaults-file=$4 --host=$2  --port=$3 --user=$bakuser --password=$bakpass --databases=$1 --backup --target-dir=$bakdir/$1 
        if [ $? -ne 0 ]
        then
            echo "备份数据库$1出现问题。"
        fi
}
fifofile=/tmp/$$
mkfifo $fifofile
exec 1000<>$fifofile
thread=10
for ((i=0;i<$thread;i++))
do
    echo >&1000
done
cat /tmp/databases.list | while read line
do
    read -u1000
    {
        bak_data `echo $line`
        echo >&1000
    } &
done
wait
exec 1000>&-
rm -f $fifofile

这个脚本有点复杂，需要琢磨一会儿。

　　审核编辑：汤梓红

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