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- [Replication](#replication)
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- [Configuration Replication](#configuration-replication)
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- [binary log file position based replication configuration overview](#binary-log-file-position-based-replication-configuration-overview)
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- [Replication with Global Transaction Identifiers](#replication-with-global-transaction-identifiers)
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- [GTID Format and Storage](#gtid-format-and-storage)
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- [GTID Sets](#gtid-sets)
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- [msyql.gtid\_executed](#msyqlgtid_executed)
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# Replication
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Replication允许数据从一个database server被复制到一个或多个mysql database servers（replicas）。replication默认是异步的；replicas并无需永久连接即可接收来自source的更新。基于configuration，可以针对所有的databases、选定的databases、甚至database中指定的tables进行replicate。
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mysql中replication包含如下优点：
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- 可拓展方案：可以将负载分散到多个replicas，从而提升性能。在该环境中，所有的writes和updates都发生在source server。但是，reads则是可以发生在一个或多个replicas上。通过该模型，能够提升writes的性能（因为source专门用于更新），并可以通过增加replicas的数量来提高read speed
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- data security： 因为replica可以暂停replication过程，故而可以在replica中运行备份服务，而不会破坏对应的source data
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- analytics：实时数据可以在source中生成，而对信息的分析则可以发生在replica，分析过程不会影响source的性能
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- long-distance data distribution：可以replication来对remote site创建一个local copy，而无需对source的永久访问
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在mysql 8.4中，支持不同的replication方式。
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- 传统方式基于从source的binary log中复制事件，并且需要log files和`在source和replica之间进行同步的position`。
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- 新的replication方式基于global transaction identifiers（GTIDs），是事务的，并且不需要和log files、position进行交互，其大大简化了许多通用的replication任务。使用GTIDs的replication保证了source和replica的一致性，所有在source提交的事务都会在replica被应用。
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mysql中的replication支持不同类型的同步。
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- 原始的同步是单向、异步的复制，一个server作为source、其他一个或多个servers作为replicas。
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- NDB Cluster中，支持synchronous replication
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- 在mysql 8.4中，支持了半同步复制，通过半同步复制，在source中执行的提交将会被阻塞，直到至少一个replica收到transaction并对transaction进行log event，且向source发送ack
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- mysql 8.4同样支持delayed replication，使得replica故意落后于source至少指定的时间
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## Configuration Replication
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### binary log file position based replication configuration overview
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在该section中，会描述mysql servers间基于binary log file position的replication方案。（source会将database的writes和updates操作以events的形式写入到binary log中）。根据database记录的变更，binary log中的信息将会以不同的logging format存储。replicas可以被配置，从source的binary log读取events，并且在replica本地的binary log中执行时间。
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每个replica都会接收binary log的完整副本内容，并由replica来决定binary log中哪些statements应当被执行。除非你显式指定，否则binary log中所有的events都会在replica上被执行。如果需要，你可以对replica进行配置，仅处理应用于特定databases、tables的events。
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每个replica都会记录二进制日志的坐标：其已经从source读取并处理的file name和文件中的position。这代表多个replicas可以连接到source，并执行相同binary log的不同部分。由于该过程受replicas控制，故而独立的replicas可以和source建立连接、取消连接，并且不会影响到source的操作。并且，每个replica记录了binary log的当前position，replica可以断开连接、重新连接并重启之前的过程。
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source和每个replica都配置了unique ID（使用`server_id` system variable），除此之外，每个replica必须配置如下信息：
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- source's host name
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- source's log file name
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- position of source's file
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这些可以在replica的mysql session内通过`CHANGE REPLICATION SOURCE TO`语句来管理，并且这些信息存储在replica的connection metadata repository中。
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### Replication with Global Transaction Identifiers
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在该章节中，描述了使用global transaction identifiers（GTIDs）的transaction-based replication。当使用GTIDs时，每个在source上提交的事务都可以被标识和追踪，并可以被任一replica应用。
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在使用GTIDs时，启动新replica或failover to a new source时并不需要参照log files或file position。由于GTIDs时完全transaction-based的，其更容易判断是否source和replicas一致，只要在source中提交的事务全部也都在replica上提交，那么source和replica则是保证一致的。
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在使用GTIDs时，可以选择是statement-based的还是row-based的，推荐使用row-based format。
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GTIDs在source和replica都是持久化的。总是可以通过检测binary log来判断是否source中的任一事务是否在replica上被应用。此外，一旦给定GTID的事务在给定server上被提交，那么后续任一事务如果拥有相同的GTID，其都会被server忽略。因此，在source上被提交的事务可以在replica上应用多次，冗余的应用会被忽略，其可以保证数据的一致性。
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#### GTID Format and Storage
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一个global transation identifier（GTID）是一个唯一标识符，该标识符的创建并和`source上提交的每一个事务`进行关联。GTID不仅在创建其的server上是唯一的，并且在给定replication拓扑的所有servers间是唯一的。
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GTID的分配区分了client trasactions（在source上提交的事务）以及replicated transactions（在replica上reproduced的事务）。当client transaction在source上提交时，如果transaction被写入到binary log中，其会被分配一个新的GTID。client transactions将会被保证单调递增，并且生成的编号之间不会存在间隙。`如果client transaction没有被写入到binary log，那么其在source中并不会被分配GTID`。
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Replicated transaction将会使用`事务被source server分配的GTID`。在replicated transaction开始执行前，GTID就已经存在，并且，即使replicated transaction没有写入到replica的binary log中或是被replica过滤，该GTID也会被持久化。`mysql.gtid_executed` system table将会被用于保存`应用到给定server的所有事务的GTID，但是，已经存储到当前active binary log file的除外`。
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GTIDs的auto-skip功能代表一个在source上提交的事务最多只能在replica上应用一次，这有助于保证一致性。一旦拥有给定GTID的事务在给定server上被提交，任何后续执行的事务如果拥有相同的GTID，都会被server忽略。并不会抛出异常，并且事务中的statements都不会被实际执行。
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如果拥有给定GTID的事务在server上已经开始执行，但是尚未提交或回滚，那么任何尝试开启一个`拥有相同GTID事务的操作都会被阻塞`。该server并不会开始执行拥有相同GTID的事务，也不会将控制权交还给client。一旦第一个事务提交或回滚，那么被阻塞的事务就可以开始执行。如果第一次执行被回滚，那么被阻塞事务可以实际执行；如果第一个事务成功提交，那么被阻塞事务并不会被实际执行，而是会被自动跳过。
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GTID的表示形式如下：
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```
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GTID = source_id:transaction_id
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```
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- `source_id`表示了originating server，通常为source的`server_uuid`
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- `transaction_id`则是一个由`transaction在source上提交顺序`决定的序列号。例如，第一个被提交的事务，其transaction_id为1；而第十个被提交的事务，其transaction_id则是为10.
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- 在GTID中，transaction_id部分的值不可能为0
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例如，在UUID为`3E11FA47-71CA-11E1-9E33-C80AA9429562`上的server提交的第23个事务，其GTID为
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```
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3E11FA47-71CA-11E1-9E33-C80AA9429562:23
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```
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在GTID中，序列号的上限值为`2^63 - 1, or 9223372036854775807`(signed 64-bit integer)。如果server运行时超过GTIDs，其将执行`binlog_error_action`指定的行为。当server接近该限制时，会发出一个warning message。
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在mysql 8.4中，也支持tagged GTIDs，一个tagged GTID由三部分组成，通过`:`进行分隔，示例如下所示：
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```
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GTID = source_id:tag:transaction_id
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```
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在该示例中，`source_id`和`transaction_id`的含义和先前相同，`tag`则是一个用户自定义的字符串，用于表示`specific group of transactions`。
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例如，在UUID为`ed102faf-eb00-11eb-8f20-0c5415bfaa1d`的server上第117个提交的tag为`Domain_1`的事务，其GTID为
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```
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ed102faf-eb00-11eb-8f20-0c5415bfaa1d:Domain_1:117
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```
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事务的GTID会展示在`mysqlbinlog`的输出中，用于分辨`performance schema replication status tables`中独立的事务，例如`replication_applier_status_by_worker`表。
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`gtid_next` system variable的值是单个GTID。
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##### GTID Sets
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一个GTID set由`一个或多个GTIDs`或`GTIDs`范围构成。`gtid_executed`或`gtid_purged` system variables存储的就是GTID sets。`START REPLICA`选项`UNTIL SQL_BEFORE_GTIDS`和`UNTIL SQL_AFTER_GTIDS`可令replica在处理事务时，`最多只处理到GTID set中的第一个GTID`或`在处理完GTID set中的最后一个GTID后停止`。内置的`GTID_SUBSET()`和`GTID_SUBTRACT()`函数需要`GTID sets`作为输入。
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在相同server上的GTIDs范围可以按照如下形式来表示：
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```
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3E11FA47-71CA-11E1-9E33-C80AA9429562:1-5
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```
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上述示例表示在uuid为`3E11FA47-71CA-11E1-9E33-C80AA9429562`的server上提交的顺序为`1~5`之间的事务。
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相同server上的多个single GTIDs或ranges of GTIDs可以通过如下形式来表示
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```
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3E11FA47-71CA-11E1-9E33-C80AA9429562:1-3:11:47-49
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```
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GTID set可以包含任意`single GTIDs`和`GTIDs range`的组合，也可以包含来自不同server的GTIDs。如下实例中展示了`gtid_executed` system variable中存储的GTID set，代表replica中应用了来自超过一个source的事务：
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```
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2174B383-5441-11E8-B90A-C80AA9429562:1-3, 24DA167-0C0C-11E8-8442-00059A3C7B00:1-19
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```
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当GTID set从server variables中返回时，UUID按照字母排序返回，而序列号间区间则是合并后按照升序排列。
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当构建GTID set时，用户自定义tag也会被作为UUID的一部分，这代表来自相同server且tag相同的多个GTIDs可以被包含在一个表达式中，如下所示：
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```
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3E11FA47-71CA-11E1-9E33-C80AA9429562:Domain_1:1-3:11:47-49
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```
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来源相同server，但是tags不同的GTIDs表示方式如下：
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```
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3E11FA47-71CA-11E1-9E33-C80AA9429562:Domain_1:1-3:15-21, 3E11FA47-71CA-11E1-9E33-C80AA9429562:Domain_2:8-52
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```
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GTID set的完整语法如下所示：
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```
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gtid_set:
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uuid_set [, uuid_set] ...
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| ''
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uuid_set:
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uuid:[tag:]interval[:interval]...
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uuid:
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hhhhhhhh-hhhh-hhhh-hhhh-hhhhhhhhhhhh
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h:
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[0-9|A-F]
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tag:
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[a-z_][a-z0-9_]{0,31}
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interval:
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m[-n]
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(m >= 1; n > m)
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```
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##### msyql.gtid_executed
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GTIDs被存储在`mysql.gtid_executed`表中，该表中的行用于表示GTID或GTID set，行包含信息如下
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- source server的uuid
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- 用户自定义的tag
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- starting transaction IDs of the set
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- ending transaction IDs of the set
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如果行代表single GTID，那么最后两个字段的值相同。
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`mysql.gtid_executed`表在mysql server安装或升级时会被自动创建，其表结构如下：
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```sql
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CREATE TABLE gtid_executed (
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source_uuid CHAR(36) NOT NULL,
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interval_start BIGINT NOT NULL,
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interval_end BIGINT NOT NULL,
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gtid_tag CHAR(32) NOT NULL,
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PRIMARY KEY (source_uuid, gtid_tag, interval_start)
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);
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```
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`mysql.gtid_executed`用于mysql server内部使用，其允许replica在binary logging被禁用的情况下使用GTIDs，其也可以在binary logs丢失时保留GTID的状态。如果执行`RESET BINARY LOGS AND GTIDS`，那么`mysql.gtid_executed`表将会被清空。
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只有当`gtid_mode`被设置为`ON`或`ON_PERMISSIVE`时，GTIDs才会被存储到mysql.gtid_executed中。如果binary logging被禁用，或者`log_replica_updates`被禁用，server在事务提交时将会把属于个各事务的GTID和事务一起存储到buffer中，并且background threads将会周期性将buffer中的内容以entries的形式添加到`mysql.gtid_executed`表中。
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对于innodb存储引擎而言，如果binary logging被启用，server更新`mysql.gtid_executed`表的方式将会和`binary logging或replica update logging被启用`时一样，都会在每个事务提交时存储GTID。
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如果mysql.gtid_executed表无法被写访问，并且binary log file因`reaching the maximum file size`之外的任何理由被rotated，那么current binary log file将仍被使用。并且，当client发起rotation时将会返回错误信息，并且server将会输出warning日志。如果`mysql.gtid_executed`无法被写访问，并且binary log单个文件大小达到`max_binlog_size`，那么server将会根据`binlog_error_action`设置来执行操作。如果`IGNORE_ERROR`被设置，那么server将会输出error到日志，并且binary logging将会被停止；如果`ABORT_SERVER`被设置，那么server将会shutdown。 |