高可用集群概念及工作原理

 這篇文章我們主要了解高可用集群概念及工作原理，以及高可用集群的邏輯架構(gòu)等。

 ll  本文導航 

  · 什么是高可用集群？

  · 高可用集群有哪些特點？

  · 高可用集群的邏輯架構(gòu)

  · 高可用集群的解決方案

  · 高可用集群的工作模型

 ll  要求 

掌握高可用集群的基礎(chǔ)原理與邏輯架構(gòu)。

  什么是高可用集群？

  所謂高可用集群，即當前服務器出現(xiàn)故障時，可以將該服務器中的服務、資源、IP等轉(zhuǎn)移到另外一臺服務器上，從而滿足業(yè)務的持續(xù)性；這兩臺或多臺服務器構(gòu)成了服務器高可用集群。

  對于客戶端來說，集群就像是一臺服務器，因為集群運行的是同一種服務，即使其中有的服務器宕機或無法通信時，也不會對業(yè)務造成影響。

  高可用集群有哪些特點？

一、高可用服務

  集群最大的目的和作用就是實現(xiàn)服務的高可用性，其最終目的是保證業(yè)務不會因為線路、硬件、軟件故障而導致的服務不可用。

二、度量標準（服務可用性）

  由系統(tǒng)可靠性（Availability）和可維護性（maintainabilit）來度量

  計算方式：HA=MTTF（平均無故障事件）/（MTTF+MTTR（平均修復事件））*100%

  99%    全年服務中斷時間不超過4天

  99.9%    全年服務中斷時間不超過10個小時

  99.99%    全年服務中斷時間不超過1個小時

  99.999%    全年服務中斷時間不超過6分鐘

三、集群節(jié)點  

  集群存在所有主機都稱為節(jié)點，每HA集群最低要求需有2個節(jié)點；正常來說，節(jié)點數(shù)最好為奇數(shù)。在生產(chǎn)環(huán)境中，HA集群的節(jié)點數(shù)至少為3個，可以降低發(fā)生腦裂的概率。

四、集群服務與資源

  集群服務通常包括多個資源，多個資源組成某種集群服務。如mysql高可用服務，其資源包括vip、mysqld、共享存儲等。對于集群服務的管理，實際上就是對資源的管理。

五、腦裂、資源爭用、資源隔離

 腦裂：因某種特殊原因造成集群分裂成兩個小集群，而這兩個小集群互相不能正常通信，此時，就會發(fā)生鬧裂（Brain Split）現(xiàn)象。

  資源爭用：當一個集群中因特殊情況分裂成兩個小集群，且這兩個集群都不能通信時，這時可能會造成資源爭用的情況；分裂情況發(fā)生后，如果沒有及時的決策，那么可能會因為兩個小集群同時使用一個文件系統(tǒng)，而造成后端共享存儲中文件損壞，甚至造成整個文件系統(tǒng)的崩潰。顯然，這種情況是不允許發(fā)生的。

  資源隔離：主要為了解決資源爭用的問題。資源隔離分為節(jié)點級別隔離和資源級別隔離。所謂節(jié)點級別隔離指當集群發(fā)生分裂時，即發(fā)生腦裂現(xiàn)象后，通過STONITH機制將資源隔離，并通過仲裁機制將分裂的票數(shù)不足的集群退出集群。STONITH指通過硬件設(shè)備，使得退出的主機重啟或關(guān)機，或者通過交換機阻斷退出的集群向外通信和資源通信的能力。

    資源隔離的解決方案：

    1、當集群分裂成兩個小集群時會發(fā)生資源爭用的情況，為避免爭用后端存儲系統(tǒng)而造成災難性的系

    統(tǒng)崩潰，集群系統(tǒng)引入了投票機制，只有擁有半數(shù)以上合法票數(shù)的集群才能存活，否則就推出集群

    系統(tǒng)。

    2、當集群為偶數(shù)時，如果分裂，兩邊可能都掌握相等的票數(shù)；因此，集群系統(tǒng)不應該為偶數(shù)，如果

    是偶數(shù)則需要一個額外的ping節(jié)點參與投票。

    3、票數(shù)不足的集群退出集群服務后，為了保證它不會爭用資源需要STONITH機制來進行資源隔離。

    所以，為了防止腦裂，集群節(jié)點數(shù)一般為奇數(shù)，就算集群分裂，也不可能使得兩個集群的票數(shù)相等。

  高可用集群的邏輯架構(gòu) 

  高可用集群的解決方案 

一、基于【CentOS | RHEL】5：

  1、自帶： RHCS(cman+rgmanager)

  2、選用第三方：corosync+pacemaker, heartbeat(v1或v2), keepalived

二、基于【CentOS | RHEL】6:

  1、RHCS(cman+rgmanager)

  2、corosync+rgmanager

  3、cman+pacemaker

  4、heartbeat v3 + pacemaker：6.4之前

  5、keepalived：6.4之后

  高可用集群的工作模型 

  A/P：兩個節(jié)點，工作于主備模型；

  N-M: N>M，N個節(jié)點，M個服務，活動節(jié)點為N，備用節(jié)點為N-M；

  N-N：N個節(jié)點，N個服務；

  A/A：雙主模型：兩個節(jié)點都是活動的；

資源轉(zhuǎn)移的方式:

rgmanager：failover domain(故障切換域), priority(優(yōu)先級)

failover domain： 故障轉(zhuǎn)移域，設(shè)定一個資源只能在哪些主機上面轉(zhuǎn)移 

priority： 設(shè)定，在一個轉(zhuǎn)移域中，哪些主機優(yōu)先被轉(zhuǎn)移資源

pacemaker: 

資源黏性：如果兩個節(jié)點傾向性位置約束一致，資源對哪個節(jié)點粘性為正值，則留在哪個節(jié)點。 

資源約束（3種類型）：

位置約束：資源更傾向于哪個節(jié)點上；

inf: 無窮大

n: 傾向于運行在某節(jié)點

-n: 傾向于離開某節(jié)點

-inf: 負無窮

排列約束：資源運行在同一節(jié)點的傾向性；

inf: 兩者永遠在一起 

-inf: 兩者永遠不再一起

順序約束：資源啟動次序及關(guān)閉次序；

例子：如何讓web service中的三個資源：vip、httpd及filesystem運行于同一節(jié)點上？

1、排列約束；說明三個在一起可能性inf

2、資源組(resource group)；三個資源定義在一個組內(nèi)，然后這個組決定在某一個節(jié)點上啟動

3、定義順序約束，保證啟動順序，vip–filesystem–httpd 

對稱性與非對稱性：

對稱性： 默認所有節(jié)點都能轉(zhuǎn)移資源。

非對稱性； 有些節(jié)點不能轉(zhuǎn)移資源。

如果節(jié)點不再成為集群節(jié)點成員時，如何處理運行于當前節(jié)點的資源:

stoped: 直接停止服務

ignore：忽略，以前運行什么服務現(xiàn)在還運行什么。 

freeze: 事先建立的連接，接續(xù)保持，不再接收新的請求。

suicide: kill掉服務。 

一個資源剛配置完成時，是否啟動？

target-role: 目標角色，可以為啟動，也可以為不啟動。

資源代理類型(RA)：

heartbeat legacy: 傳統(tǒng)類型

LSB: /etc/rc.d/init.d/ 下面的服務腳本

OCF： 

STONITH: 專門用來實現(xiàn)資源隔離的

資源類型： 

primitive, native : 主資源，只能運行于一個節(jié)點。

group: 組資源

clone: 克隆資源，所有節(jié)點都運行的資源，首先是主資源。

通常為STONITH資源， Cluster filesystem, 分布式鎖

1） 最多運行的最大數(shù)。 總clone數(shù)

2） 每一個節(jié)點上最多運行幾個。 

master/slave： 主從資源內(nèi)容，只能克隆兩份，主的能讀能寫，從的不能做任何操作