通过拓扑 label 进行副本调度

    为了提升 TiDB 集群的高可用性和数据容灾能力，我们推荐让 TiKV 节点尽可能在物理层面上分散，例如让 TiKV 节点分布在不同的机架甚至不同的机房。PD 调度器根据 TiKV 的拓扑信息，会自动在后台通过调度使得 Region 的各个副本尽可能隔离，从而使得数据容灾能力最大化。

    要让这个机制生效，需要在部署时进行合理配置，把集群的拓扑信息（特别是 TiKV 的位置）上报给 PD。阅读本章前，请先确保阅读 。

    TiKV 支持在命令行参数或者配置文件中以键值对的形式绑定一些属性，我们把这些属性叫做标签（label）。TiKV 在启动后，会将自身的标签上报给 PD，因此我们可以使用标签来标识 TiKV 节点的地理位置。

    比如集群的拓扑结构分成三层：机房（zone) -> 机架（rack）-> 主机（host），就可以使用这 3 个标签来设置 TiKV 的位置。

    使用命令行参数的方式：

    使用配置文件的方式：

    1. [server]
    2. labels = "zone=<zone>,rack=<rack>,host=<host>"

    根据前面的描述，标签可以是用来描述 TiKV 属性的任意键值对，但 PD 无从得知哪些标签是用来标识地理位置的，而且也无从得知这些标签的层次关系。因此，PD 也需要一些配置来使得 PD 理解 TiKV 节点拓扑。

    PD 上的配置叫做 location-labels，在集群初始化之前，可以通过 PD 的配置文件进行配置。

      其中，location-labels 配置是一个字符串数组，每一项与 TiKV 的 labels 的 key 是对应的，且其中每个 key 的顺序代表了不同标签的层次关系。

      在配置了 location-labels 的前提下，用户可以还通过 isolation-level 配置来进一步加强对 TiKV 集群的拓扑隔离要求。假设按照上面的说明通过 location-labels 将集群的拓扑结构分成三层：机房（zone) -> 机架（rack）-> 主机（host），并对 isolation-level 作如下配置：

      当 PD 集群初始化完成后，需要使用 pd-ctl 工具进行在线更改：

      1. pd-ctl config set isolation-level zone

      其中，isolation-level 配置是一个字符串，需要与 location-labels 的其中一个 key 对应。该参数限制 TiKV 拓扑集群的最小且强制隔离级别要求。

      注意：

      isolation-level 默认情况下为空，即不进行强制隔离级别限制，若要对其进行设置，必须先配置 PD 的 location-labels 参数，同时保证 isolation-level 的值一定为 location-labels 中的一个。

      下面的例子定义了 zone/host 两层拓扑结构。集群的 TiKV 分布在三个 zone，每个 zone 内有两台主机，其中 z1 每台主机部署两个 TiKV 实例，z2 和 z3 每台主机部署 1 个实例。以下例子中 代表第 n 个 TiKV 节点的 IP 地址。

      详情参阅 TiUP 跨数据中心部署拓扑。

      基于拓扑 label 的 PD 调度策略

      PD 在副本调度时，会按照 label 层级，保证同一份数据的不同副本尽可能分散。

      下面以上一节的拓扑结构为例分析。

      假设集群副本数设置为 3（max-replicas=3），因为总共有 3 个 zone，PD 会保证每个 Region 的 3 个副本分别放置在 z1/z2/z3，这样当任何一个数据中心发生故障时，TiDB 集群依然是可用的。

      假如集群副本数设置为 5（max-replicas=5），因为总共只有 3 个 zone，在这一层级 PD 无法保证各个副本的隔离，此时 PD 调度器会退而求其次，保证在 host 这一层的隔离。也就是说，会出现一个 Region 的多个副本分布在同一个 zone 的情况，但是不会出现多个副本分布在同一台主机。

      在 5 副本配置的前提下，如果 z3 出现了整体故障或隔离，并且 z3 在一段时间后仍然不能恢复（由 max-store-down-time 控制），PD 会通过调度补齐 5 副本，此时可用的主机只有 3 个了，故而无法保证 host 级别的隔离，于是可能出现多个副本被调度到同一台主机的情况。

      但假如 isolation-level 设置不为空，值为 zone，这样就规定了 Region 副本在物理层面上的最低隔离要求，也就是说 PD 一定会保证同一 Region 的副本分散于不同的 zone 之上。即便遵循此隔离限制会无法满足 max-replicas 的多副本要求，PD 也不会进行相应的调度。例如，当前存在 TiKV 集群的三个机房 z1/z2/z3，在三副本的设置下，PD 会将同一 Region 的三个副本分别分散调度至这三个机房。若此时 z1 整个机房发生了停电事故并在一段时间后仍然不能恢复，PD 会认为 z1 上的 Region 副本不再可用。但由于 isolation-level 设置为了 zone，PD 需要严格保证不同的 Region 副本不会落到同一 zone 上。此时的 z2 和 z3 均已存在副本，则 PD 在 isolation-level 的最小强制隔离级别限制下便不会进行任何调度，即使此时仅存在两个副本。

      总的来说，PD 能够根据当前的拓扑结构使得集群容灾能力最大化。所以如果用户希望达到某个级别的容灾能力，就需要根据拓扑结构在对应级别提供多于副本数 (max-replicas) 的机器。同时 TiDB 也提供了诸如 这样的强制隔离级别设置，以便更灵活地根据场景来控制对数据的拓扑隔离级别。