Linux下的高可用性方案研究

2020-10-28 19:00:55

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供稿：網(wǎng)友

保證持續(xù)穩(wěn)定的系統(tǒng)運行時間變得越來越重要，而傳統(tǒng)意義上的小型機系統(tǒng)讓普通用戶望而卻步。用戶需要的是更高的可用性以及更低的成本。高可用性(HA)技術(shù)能自動檢測服務(wù)器節(jié)點和服務(wù)進程錯誤、失效，并且當發(fā)生這種情況時能夠自動適當?shù)刂匦屡渲孟到y(tǒng)，使得集群中的其他節(jié)點能夠自動承擔這些服務(wù)，以實現(xiàn)服務(wù)不中斷。 Cluster應(yīng)用可分為三方面：High-Availability(HA)(高可用性集群)、Load Balance(負載均衡集群)、Scientific(科學集群)。在集群的這三種基本類型之間，經(jīng)常會發(fā)生混合與交雜。于是，可以發(fā)現(xiàn)高可用性集群也可以在其節(jié)點之間均衡用戶負載，同時仍試圖維持高可用性程度。同樣，可以從要編入應(yīng)用程序的集群中找到一個并行群集，它可以在節(jié)點之間執(zhí)行負載均衡。而本文則側(cè)重于介紹基于Linux的HA解決方案方面的問題。基于LVS的HA方案 Linux要進入高端市場就必須在這方面有相應(yīng)的措施，所以許多公司都在這方面加大了研究力度。現(xiàn)在，我們可以使用一些現(xiàn)存的軟件去構(gòu)筑具有高可用性的LVS系統(tǒng)。下面列出兩種方案，以供參考。［方案一］mon+heartbeat+ fake+coda 我們可以使用“mon”、“heart beat”、“fake”和“coda”四個軟件來構(gòu)筑具有高可用性的Virtual Server(虛擬服務(wù)器)。“mon”是一個大眾化的資源管理系統(tǒng)，用來監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)上的服務(wù)器節(jié)點和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。“heartbeat”實現(xiàn)在兩臺計算機間通過在串行線上使用UDP協(xié)議傳送“心跳信息”。“Fake”是一個使用ARP欺騙的方法來實現(xiàn)IP接管。當服務(wù)器故障時，處理過程如下：“mon”進程運行在負載均衡器上，負責監(jiān)測整個集群的服務(wù)器節(jié)點和服務(wù)進程。在配置文件“fping.monitor”中寫入要檢測服務(wù)器節(jié)點，然后“mon”進程將會隔t秒檢查一下相應(yīng)的服務(wù)器節(jié)點是否還活著。另外相關(guān)的服務(wù)監(jiān)視器也要做相應(yīng)的配置，這樣“mon”進程將每m秒檢測一下所有節(jié)點的相應(yīng)服務(wù)進程。例如：http.monitor：用于配置監(jiān)控http服務(wù)；ftp.monitor：用于配置監(jiān)控ftp服務(wù)；以此類推。當配置完成后，某個服務(wù)器節(jié)點失效或重新生效、服務(wù)進程失效或重新生效時都會發(fā)送一個通告信息，因此，負載均衡器能夠知道服務(wù)器節(jié)點是否能接受服務(wù)。現(xiàn)在，負載均衡器成為了整個系統(tǒng)的單點失效。為了防止這一現(xiàn)象，我們必須安裝一個負載均衡器的備份服務(wù)器。“fake”軟件實現(xiàn)當負載均衡器失效時，備份服務(wù)器自動接管IP地址，并繼續(xù)服務(wù)。而“heartbeat”則隨時根據(jù)負載均衡器的狀態(tài)自動激活/關(guān)閉備份服務(wù)器上的“fake”進程。在負載均衡器和備份服務(wù)器上都運行著一個“heartbeat”進程，它們通過串行線周期性地發(fā)送“I'm alive ”消息。如果備份服務(wù)器在一個預定時間內(nèi)接收不到來自負載均衡器的“I'm alive”信息時，將自動激活“fake”進程接管負載均衡器的IP地址，并開始提供負載均衡服務(wù)；而當再次收到來自負載均衡器的“I'm alive ”消息時，備份服務(wù)器將自動將“fake”進程關(guān)閉，釋放出它接管的服務(wù)器，負載均衡器重新開始工作。但是，如果負載均衡器在客戶正在請求時失效，這時會引起客戶請求失敗，客戶必須重新發(fā)出請求信息。 “coda”是一個容錯的分布式文件系統(tǒng)，源于Andrew文件系統(tǒng)。服務(wù)器上的目錄能夠存儲在“coda”上，所以文件能夠?qū)崿F(xiàn)高可用性，并且易于管理。［方案二］ldirectord+heartbeat “l(fā)directord”(Linux Director Daemon)是Jacob Rief編程實現(xiàn)的一個獨立進程，以實現(xiàn)對服務(wù)和物理服務(wù)器的監(jiān)測，廣泛地用于http和https服務(wù)。 “l(fā)directord”安裝簡單，能很好地與“heartbeat”配合工作。“l(fā)directord”程序包含在“ipvs”包中的“contrib”目錄中。以下是“l(fā)directord”的一些優(yōu)點： “l(fā)directord”是專門撰寫的LVS監(jiān)測程序。它從/etc/ha.d/xxx.cf文件中讀取所有關(guān)于IPVS路由表的配置信息。當“l(fā)directord”運行起來后，IPVS路由表將會被適當?shù)嘏渲谩?可以將Virtual service配置放在多個配置文件中，所以可以單獨修改某一種服務(wù)的參數(shù)，而不影響其他的服務(wù)。“l(fā)directord”能被“heartbeat”輕松地管理----啟動、關(guān)閉。將“l(fā)directord”放到/etc/ha.d/resource.d/目錄下，然后在/etc/ha.d/haresources中增加一行： node1 IPaddr::10.0.0.3ldirectord::www ldirectord::mail “l(fā)directord”能夠手動開啟、關(guān)閉。可以在無備份負載均衡器的LVS集群中使用它。 Xlinux的LATCH HA方案正如前面所述，高可用性解決方案(HA)是極為重要的，許多廠商為此投入了大量的研究。其中，Xlinux發(fā)行版就提供LATCH HA解決方案。下面我們就一起看看LATCH HA方案。 LATCH HA解決方案的最典型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：兩臺主機A、B共享一個磁盤陣列，A為工作機，B為備份機。它們之間用一根心跳線來連接，這稱為“心跳檢測”，主要通過一條RS232檢測鏈路來完成。LATCH HA也采用了用Ping來驗證系統(tǒng)宕機的方法。安裝在主機上的HA軟件通過心跳線來實時監(jiān)測對方的運行狀態(tài)，一旦正在工作的主機A因為各種硬件故障導致系統(tǒng)發(fā)生故障，主機B立即投入工作。怎么樣，與IBM的HACMP有點像吧！ LATCH HA實現(xiàn)了“高可靠性共享存儲”架構(gòu)。該架構(gòu)由兩個或三個冗余服務(wù)器、一個共享冗余磁盤陣列、一個可選DBMS及LATCH HA系統(tǒng)軟件構(gòu)成。在LATCH HA的保護下，企業(yè)的計算機系統(tǒng)能夠提供不間斷的信息服務(wù)，避免由于硬件故障或日常維護所帶來的宕機，因而能夠保障最佳的可靠性及最大程度地減少宕機時間。方案應(yīng)用 LATCH HA能夠應(yīng)用在各種集中式、客戶機/服務(wù)器模式或OLTP系統(tǒng)中。同時其與市場上各種主流的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)與OLTP軟件(如：Oracle、SYBASE、Informix、Tuxedo)也都保持兼容。LATCH HA同時提供了各種應(yīng)用程序接口。因此，客戶能夠在其私有軟件中集成各種功能來保證系統(tǒng)的高可靠性。 LATCH HA /HS2000 在線待機模式在這種模式下，一個服務(wù)器作為主服務(wù)器。正常情況下其承當所有的服務(wù)。另外一臺服務(wù)器作為待機服務(wù)器(正常情況下除了監(jiān)控主服務(wù)器的狀態(tài)，不進行其他的操作)。一旦主服務(wù)器宕機，待機服務(wù)器就接手工作，成為新的主服務(wù)器。客戶仍然可以擁有同樣的服務(wù)器IP地址、NFS、數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)庫及其他……這種應(yīng)用模式近似于上面介紹的典型應(yīng)用模式(兩臺服務(wù)器實際上是在完成同一個功能應(yīng)用)，安裝在主機上的HA軟件通過心跳線來實時監(jiān)測對方的運行狀態(tài)，一旦正在工作的主機A因為各種硬件故障，如電源失效、主要部件失效或者啟動盤失效等導致系統(tǒng)發(fā)生故障,主機B立即投入工作。 LATCH HA /DA2000雙機就緒模式在這種模式下，兩個主機都作為主服務(wù)器，共享自己的磁盤陣列，各自承當一部分服務(wù)。例如：服務(wù)器A在執(zhí)行應(yīng)用A, 服務(wù)器B在執(zhí)行應(yīng)用B, 兩個主機在正常情況下各自獨立運行自己的應(yīng)用邏輯，兩個主機同時又都作為對方的待機服務(wù)器，通過心跳線監(jiān)控對方的狀態(tài)。一旦某一服務(wù)器宕機，另一臺服務(wù)器就承擔所有的服務(wù)，為所有的客戶服務(wù)。一旦服務(wù)器A發(fā)生故障，服務(wù)器B馬上接管服務(wù)器A上原來的應(yīng)用；或者服務(wù)器B發(fā)生故障，服務(wù)器A馬上接管服務(wù)器B上原來的應(yīng)用，這是一種互為冗余的模式。很明顯，一旦某一服務(wù)器宕機，另一臺服務(wù)器的工作負擔就比較重，于是就有了三主機模式。 LATCH HA /HC2000 三主機模式這種應(yīng)用模式是最高端的HA應(yīng)用模式，它既保證了系統(tǒng)的設(shè)備冗余，避免系統(tǒng)宕機，而且又能保證在一旦宕機的情況下有足夠的系統(tǒng)資源可供使用。在這種模式中，待機服務(wù)器C同時監(jiān)控主服務(wù)器A與B的狀態(tài)。一旦服務(wù)器A或B宕機，服務(wù)器C將承擔其服務(wù)，為客戶服務(wù)。這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)既保證了系統(tǒng)的安全運行，又保證了系統(tǒng)資源。 Linux HA的解決方案當然不限于上述兩種，但其核心思想是一致的，即提供不間斷的服務(wù)。近年來隨著Linux操作系統(tǒng)不斷走向成熟，功能不斷增強，特別是其遵循GPL和標準化的PVM、MPI消息傳遞機制的特性和在普通PC機上越來越好的高性能網(wǎng)絡(luò)的支持，所有這些為基于Linux的集群系統(tǒng)的發(fā)展提供了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)，在把技術(shù)轉(zhuǎn)化為具體的應(yīng)用過程中，高端的HA應(yīng)用以其穩(wěn)定可靠的性能和與Unix相比價格上的優(yōu)勢而脫穎而出。隨著基于Intel平臺的服務(wù)器業(yè)已成為關(guān)鍵性業(yè)務(wù)和應(yīng)用的主流服務(wù)器，Linux HA集群技術(shù)的應(yīng)用亦將日益廣泛。

HA集群結(jié)構(gòu)圖HA實際上是兩臺(或更多)計算機通過一定方式互相監(jiān)聽，實現(xiàn)熱備份。當其中Primary server出現(xiàn)問題時，Standby server能夠自動立即接替工作，使用戶感覺不到停機。在Primary server恢復正常之后，Standby server又會把工作還給Primary server。（出處：賽迪網(wǎng)）

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