簡(jiǎn)單高可用 ZStack Mini的巧妙設(shè)計(jì)是怎樣的

本篇文章給大家分享的是有關(guān)簡(jiǎn)單高可用 ZStack Mini的巧妙設(shè)計(jì)是怎樣的，小編覺得挺實(shí)用的，因此分享給大家學(xué)習(xí)，希望大家閱讀完這篇文章后可以有所收獲，話不多說，跟著小編一起來看看吧。

ZStack Mini產(chǎn)品具有的“4S”特性中的“3S”，即簡(jiǎn)單（Simple）、可擴(kuò)展（Scalable）和智能（Smart），下面介紹另外一個(gè)“S（健壯，Strong）”。

不管是中文的“健壯”，還是英文的“Strong”，通常用于形容人或動(dòng)物的體格，并隱含擁有更高的生存能力，或者說在受傷失去部分生理機(jī)能后，擁有更快恢復(fù)正常的能力。

正是因?yàn)檫@一詞潛在的含義，也被借用以描述IT系統(tǒng)或應(yīng)用程序的特點(diǎn)之一，比如應(yīng)用程序/IT系統(tǒng)的健壯性，在遭遇bug或硬件故障的情況下，不會(huì)徹底“失能”，而是可以繼續(xù)工作并更快恢復(fù)常態(tài)。

IT系統(tǒng)的健壯性可以用“RAS”來說明，即可靠性（Reliability）、可用性（Availability）和可維護(hù)性（Serviceability）。簡(jiǎn)單來說，可靠性意味著組成IT系統(tǒng)的各組件品質(zhì)過關(guān)，不易故障，即使某一個(gè)或多個(gè)組件發(fā)生故障，也不影響應(yīng)用程序的正常運(yùn)行（可用性）；并且在組件或系統(tǒng)故障時(shí)，其可即時(shí)啟用替換機(jī)制，使得故障組件/系統(tǒng)快速恢復(fù)正常（可維護(hù)性）。

可以看出，可靠性和可維護(hù)性設(shè)計(jì)在一定程度上是服從可用性設(shè)計(jì)的，其目的是為了提高可用性，滿足業(yè)務(wù)連續(xù)運(yùn)行（而盡可能不被中斷）的需求。

IT系統(tǒng)可用性通常用幾個(gè)“9”來衡量，如5個(gè)9、6個(gè)9，指的是系統(tǒng)可用時(shí)間的百分比，相對(duì)應(yīng)的是以年為單位計(jì)算（允許的）停機(jī)時(shí)間。

試舉兩例：1個(gè)9即90%的可用性，每年允許的停機(jī)時(shí)間不超過36.5天；5個(gè)9即99.999%的可用性，每年的停機(jī)時(shí)間不能超過5分半鐘。

圖注：E企研究院整理的可用性與（允許）停機(jī)時(shí)間對(duì)照表，可用性每多一個(gè)9，單位時(shí)間內(nèi)允許的停機(jī)時(shí)間下降到十分之一：譬如，可用性為4個(gè)9（99.99%）每年允許的停機(jī)時(shí)間接近53分鐘，而5個(gè)9每年允許的停機(jī)時(shí)間則下降到5分半鐘以內(nèi)

我們知道，由于開機(jī)自檢等過程耗時(shí)較長(zhǎng)，服務(wù)器重啟一次的時(shí)間可能超過5分鐘，這意味著每年服務(wù)器只要宕機(jī)一次，哪怕立刻恢復(fù)，5個(gè)9的可用性就保不住了。然而，硬件的單點(diǎn)失效（Single Point OfFailure，SPOF）是不可能徹底避免的，再加之有時(shí)軟件系統(tǒng)出的故障最終也要通過服務(wù)器重啟來解決，所以“2N”系統(tǒng)就成為保障高可用性的常見思路。

譬如，兩套一樣的系統(tǒng)，運(yùn)行一樣的應(yīng)用，訪問一樣的數(shù)據(jù)，平時(shí)一主一備（Active-Passive），主系統(tǒng)出故障之后備份系統(tǒng)接管，由于后者一直在運(yùn)行著，不需要經(jīng)歷一遍耗時(shí)的軟硬件啟動(dòng)工作，理論上服務(wù)中斷的時(shí)間只取決于主備之間的切換速度，不要說5個(gè)9，就是6個(gè)9或者7個(gè)9，也是可以實(shí)現(xiàn)的。

理論很簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)很復(fù)雜，包括如何保證兩套系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和（應(yīng)用）狀態(tài)盡可能一致，以便快速切換？

傳統(tǒng)計(jì)算與存儲(chǔ)分離的架構(gòu)，最少需要兩臺(tái)服務(wù)器連接到一套雙控的存儲(chǔ)系統(tǒng)上，兩臺(tái)服務(wù)器之間同步應(yīng)用，數(shù)據(jù)的高可用由雙控制器的存儲(chǔ)系統(tǒng)負(fù)責(zé)，后者使用的存儲(chǔ)介質(zhì)通常具備雙端口功能（如FC或SAS硬盤），數(shù)據(jù)訪問的控制權(quán)在必要時(shí)（如其中一個(gè)控制器故障）切換。相應(yīng)的，網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)通常也是雙冗余設(shè)置，整套解決方案的構(gòu)成很是復(fù)雜。雙端口硬盤減少了數(shù)據(jù)同步的工作量，但其本身又經(jīng)常被劃歸專用設(shè)備的范疇，不符合標(biāo)準(zhǔn)化硬件結(jié)合“軟件定義”的潮流。

超融合架構(gòu)（Hyper-Converged Infrastructure，HCI）則通過在工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)器中采用軟件定義存儲(chǔ)的方式，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算與存儲(chǔ)兩大角色的統(tǒng)一，提高了擴(kuò)展的靈活性，降低了部署和運(yùn)維的復(fù)雜性。不過，大多數(shù)超融合系統(tǒng)的分布式軟件定義存儲(chǔ)都采用三副本機(jī)制來避免數(shù)據(jù)丟失，加上可維護(hù)性的考慮，這些超融合系統(tǒng)通常從三節(jié)點(diǎn)或四節(jié)點(diǎn)起步，無形中又提升了用戶采購的門檻。

也就是說，在不考慮網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的情況下，不管是計(jì)算與存儲(chǔ)分離，還是計(jì)算與存儲(chǔ)一體，上述兩種小規(guī)模部署中常見的高可用架構(gòu)，設(shè)備或者說節(jié)點(diǎn)的數(shù)量都不少于3臺(tái)——譬如超融合系統(tǒng)較為常用的2U4節(jié)點(diǎn)服務(wù)器，我們按照4臺(tái)服務(wù)器計(jì)算。

從架構(gòu)的層面看，ZStack Mini兼具兩種架構(gòu)的部分特性：一方面，它是計(jì)算與存儲(chǔ)一體的超融合；另一方面，其每個(gè)節(jié)點(diǎn)內(nèi)部的存儲(chǔ)子系統(tǒng)又基于傳統(tǒng)存儲(chǔ)系統(tǒng)常用的RAID技術(shù)。

有趣的是，通過這一組合，ZStack Mini最少只需要2臺(tái)服務(wù)器，即一臺(tái)2U2節(jié)點(diǎn)服務(wù)器——雖然都是2U多節(jié)點(diǎn)，2U2的成本可以比2U4低很多，從而顯著降低用戶的接受難度。

那么，在（最?。┲挥?個(gè)節(jié)點(diǎn)的情況下，ZStack Mini是如何保證數(shù)據(jù)和應(yīng)用的高可用的呢？其存儲(chǔ)空間利用率又如何呢？請(qǐng)看我們下面的解析。

極簡(jiǎn)架構(gòu)有助于提升可靠性

可靠性是可用性的組成部分之一。能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的可靠組件有助于系統(tǒng)的整體可用性，但“可靠”又受成本約束，“高成本的高可用”系統(tǒng)并非沒有實(shí)際意義，但門檻太高。

鑒于ZStack Mini傳承自ZStack云引擎，同時(shí)其產(chǎn)品形態(tài)（2U2節(jié)點(diǎn)）與2U4節(jié)點(diǎn)形態(tài)的超融合產(chǎn)品有一定的相似，比如2U機(jī)箱、雙冗余電源、幾乎相同的占地空間，而且兩者都可以2U為最小部署單元（超融合的3節(jié)點(diǎn)或4節(jié)點(diǎn)都用2U4），但是只有2個(gè)節(jié)點(diǎn)的ZStack Mini在架構(gòu)上無疑更為簡(jiǎn)單。

圖上為ZStack Mini，2U機(jī)箱內(nèi)置兩個(gè)服務(wù)器節(jié)點(diǎn)；圖下為較為主流的2U4節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的超融合一體機(jī)。從硬件數(shù)量來看，顯然2U4節(jié)點(diǎn)的超融合比2U2節(jié)點(diǎn)的ZStack Mini組件數(shù)量多得多，而且空間設(shè)計(jì)也更緊湊，每個(gè)節(jié)點(diǎn)面臨的擴(kuò)展性和散熱等挑戰(zhàn)更大

不管是ZStack Mini還是2U4節(jié)點(diǎn)的超融合一體機(jī)產(chǎn)品，內(nèi)部都有多種IT硬件，每種乃至每個(gè)硬件都有故障率。以ZStack Mini中大量使用的西部數(shù)據(jù)Ultrastar DC HC310（4TB）硬盤為例，其年故障率為0.44%，系統(tǒng)內(nèi)所使用的硬件越多，其故障的風(fēng)險(xiǎn)自然越大。

西部數(shù)據(jù)官網(wǎng)公布的Ultrastar DC HC310系列硬盤的可用性，上圖中Annual failurerate（AFR）即為硬盤的年故障率（0.44%）；上圖中的MTBF則表示平均故障間隔時(shí)間，為2百萬小時(shí)

與硬盤緊密相連的組件是SATA/SAS RAID卡，ZStack Mini使用了Broadcom公司推出的帶鋰電池備份單元（Battery Backup Unit，BBU）的RAID卡，在遭遇突發(fā)停機(jī)的情況下，可以將RIAD卡Cache中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到硬盤。

圖注：拔出后的硬盤重新插入，ZStack Mini自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)重建，在管理后臺(tái)對(duì)應(yīng)的監(jiān)控界面中，可以看到“重建中”狀態(tài)標(biāo)志，性能監(jiān)視界面也顯示目前有持續(xù)的IO讀寫活動(dòng)；直到數(shù)據(jù)“重建”完成前，RAID健康狀態(tài)都將處于“降級(jí)”狀態(tài)

通過上述模擬場(chǎng)景的測(cè)試驗(yàn)證，ZStack Mini任意節(jié)點(diǎn)確實(shí)能夠有效地抵御單塊數(shù)據(jù)存儲(chǔ)盤故障，不會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失或應(yīng)用停頓，應(yīng)用虛機(jī)仍舊無感知地繼續(xù)當(dāng)前任務(wù)，直至完成或人工干預(yù)。

節(jié)點(diǎn)間：2N保障應(yīng)用高可用

節(jié)點(diǎn)內(nèi)的RAID技術(shù)保證了任一磁盤故障都不會(huì)對(duì)應(yīng)用造成影響，但是傳統(tǒng)基于硬件的RAID技術(shù)（更換硬盤后）重建數(shù)據(jù)的時(shí)間比較長(zhǎng)——根據(jù)硬盤容量的不同，幾個(gè)小時(shí)不等——在此期間，如果再有一個(gè)硬盤壞掉，數(shù)據(jù)就會(huì)丟失，應(yīng)用也會(huì)中斷。此外，CPU、內(nèi)存、網(wǎng)卡等部件沒有冗余，出現(xiàn)故障也可能導(dǎo)致停機(jī)……凡此種種，都是ZStack Mini的另一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)揮作用的時(shí)候，我們不妨稱之為節(jié)點(diǎn)級(jí)副本。

圖上為ZStack Mini正面，布滿了3.5英寸硬盤，支持熱插拔。圖下為背部，幾乎所有組件都位于節(jié)點(diǎn)內(nèi)部，這意味著更換除硬盤外的任一組件都需要停機(jī)

正所謂“養(yǎng)兵千日，用兵一時(shí)”，當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)不能正常工作的時(shí)候，另一個(gè)節(jié)點(diǎn)就要揣著一直在同步的數(shù)據(jù)和狀態(tài)“挺身而出”了，這就是我們通常所說的（節(jié)點(diǎn)級(jí)）高可用。為了驗(yàn)證這一特性，我們將應(yīng)用虛機(jī)設(shè)置為“高可用”之后，通過將其所在節(jié)點(diǎn)突然斷電的手段，驗(yàn)證應(yīng)用是否能夠繼續(xù)運(yùn)行。

視頻解讀：ZStack Mini中的節(jié)點(diǎn)1因?yàn)樯弦粋€(gè)測(cè)試中拔掉其中一塊硬盤，正處于“重建”狀態(tài)，在這測(cè)試中，E企研究院模擬這一“故障”節(jié)點(diǎn)突發(fā)斷電，以驗(yàn)證ZStack Mini的高可用功能。

在節(jié)點(diǎn)1上有4個(gè)虛機(jī)，其中“渲染服務(wù)器”、“轉(zhuǎn)碼服務(wù)器”和“網(wǎng)管平臺(tái)”設(shè)置為高可用，作為對(duì)比，另一個(gè)名為“CentOS7.2”的虛機(jī)則不使用高可用功能。在轉(zhuǎn)碼服務(wù)器中，E企研究院將上一測(cè)試渲染好的視頻導(dǎo)出，并使用XCoder軟件進(jìn)行轉(zhuǎn)碼。

在轉(zhuǎn)碼過程中（大約已完成三分之一的轉(zhuǎn)碼進(jìn)度時(shí)），不經(jīng)過任何操作，直接關(guān)閉節(jié)點(diǎn)1電源，以模擬突發(fā)掉電。在節(jié)點(diǎn)1斷電后，ZStack Mini提示節(jié)點(diǎn)1失聯(lián)，并報(bào)告“網(wǎng)管平臺(tái)”失聯(lián)。隨后，ZStack Mini啟動(dòng)“高可用”進(jìn)程，開始遷移開啟了“高可用”功能的應(yīng)用虛機(jī)，大約1分鐘后，原來位于節(jié)點(diǎn)1上，并開啟了“高可用”功能的虛機(jī)在節(jié)點(diǎn)2上重啟。

“轉(zhuǎn)碼服務(wù)器”重啟之后，XCoder之前的任務(wù)進(jìn)度清零，并自動(dòng)重新開始任務(wù)。我們經(jīng)過測(cè)試證明，當(dāng)ZStack Mini上任一節(jié)點(diǎn)掉電后，其上開啟了“高可用”功能的虛機(jī)將自動(dòng)遷移到另一正常運(yùn)行節(jié)點(diǎn)。

通過上述的兩階段驗(yàn)證，可以看出，不管是在硬盤組件故障，還是節(jié)點(diǎn)級(jí)故障，ZStack Mini都具有良好的可用性，應(yīng)用能夠無間斷或經(jīng)歷短暫停頓后繼續(xù)運(yùn)行，不會(huì)造成數(shù)據(jù)丟失。

計(jì)算存儲(chǔ)：效率和數(shù)據(jù)持久性

在使用這套ZStack Mini的過程中，我們與一些對(duì)此產(chǎn)品有興趣的潛在用戶進(jìn)行了溝通，發(fā)現(xiàn)有一個(gè)很有代表性的問題：兩個(gè)節(jié)點(diǎn)一主一備，可用性是保證了，但是硬件的利用率豈不是只有一半？會(huì)不會(huì)很浪費(fèi)？

這個(gè)問題可以從計(jì)算和存儲(chǔ)資源兩個(gè)層面來看。

從應(yīng)用的層面來說，如前面的測(cè)試環(huán)節(jié)中所提到的，應(yīng)用所在的虛機(jī)，“高可用”功能是可選的，也就是說只有開啟這一功能，虛機(jī)才會(huì)同時(shí)占用兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的計(jì)算資源，這也是為了保證應(yīng)用持續(xù)運(yùn)行所必須付出的代價(jià)。

如果某個(gè)應(yīng)用對(duì)可用性的要求沒有那么高，就可不開啟“高可用”，也就省去了不必要的浪費(fèi)。

從存儲(chǔ)的層面來說，ZStack Mini所有的用戶數(shù)據(jù)都在兩個(gè)節(jié)點(diǎn)上鏡像存儲(chǔ)，這樣即使一個(gè)節(jié)點(diǎn)完全損壞，數(shù)據(jù)也不至于丟失。從數(shù)據(jù)盤的存儲(chǔ)利用率來看，節(jié)點(diǎn)間是1+1（鏡像），節(jié)點(diǎn)內(nèi)是3+1（4個(gè)盤的RAID 5），所以總體效率是0.5×0.75=0.375，即不到一半的水平。

看起來不高是么？作為對(duì)比，三副本的超融合系統(tǒng)，存儲(chǔ)利用率為三分之一，即0.333——如此看來，ZStack Mini還略占優(yōu)勢(shì)呢。

ZStack方面也對(duì)Mini在數(shù)據(jù)持久性上的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行了解釋：

• 雙副本數(shù)據(jù)持久性失效的概率等于分布在不同計(jì)算節(jié)點(diǎn)的任意兩個(gè)盤同時(shí)損壞的概率，按照 Google的磁盤年損壞率數(shù)據(jù)1.7%（高于硬盤廠商公布的指標(biāo)）算的話，那就是1.7%×1.7%×(1/2)=0.01445%，數(shù)據(jù)持久性為98.56%，接近2個(gè)9；

• 雙副本+RAID5數(shù)據(jù)持久性失效的概率等于分布在不同計(jì)算節(jié)點(diǎn)上任意四個(gè)盤同時(shí)損壞的概率，并且必須是一邊2個(gè)，而不能是一邊4個(gè)或者一邊3個(gè)，那就是1- 1.7%×1.7%×1.7%×1.7%×(18/31) =99.999995%，即高于7個(gè)9（18/31是8塊硬盤同時(shí)壞4塊而且在兩個(gè)節(jié)點(diǎn)各2個(gè)的概率）；

• 而三副本只要任意3塊盤損壞就丟數(shù)據(jù)，3副本的可用性概率是1-1.7%×1.7%×1.7% =99.99951%，即高于5個(gè)9。

展望3.0：提升可維護(hù)性，助力整體可用性

可維護(hù)性是一個(gè)籠統(tǒng)的說法，但其又體現(xiàn)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的每一個(gè)細(xì)節(jié)。

比如說，現(xiàn)代x86服務(wù)器大多具有（驅(qū)動(dòng)器）熱插拔、免工具拆裝的特點(diǎn)，這實(shí)際上是在硬件層面體現(xiàn)了可維護(hù)性。不借助工具，徒手即可對(duì)故障組件進(jìn)行更換，縮短維護(hù)時(shí)間，自然有助于可用性（畢竟可用性也是可以用停機(jī)時(shí)間來衡量的）。

同時(shí)在軟件方面，具體到ZStack Mini來說，在初始化環(huán)節(jié)就節(jié)省了大量的時(shí)間，同時(shí)很多功能都是通過鼠標(biāo)點(diǎn)擊，然后多個(gè)關(guān)聯(lián)流程在后臺(tái)靜默完成，這也是可維護(hù)性的體現(xiàn)：盡量減少人工操作，避免人為誤操作。

當(dāng)然這些還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。在談到ZStack Mini的未來發(fā)展時(shí)，ZStack介紹了即將推出的ZStack Mini 3.0產(chǎn)品，其將新增多個(gè)重大功能：

1 備份功能

目前的2.0版本經(jīng)過設(shè)置也可實(shí)現(xiàn)備份，但3.0版本將正式推出外接磁盤備份功能，可對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行定期備份，并可使用這些備份在新機(jī)器上恢復(fù)。未來，其還將支持備份到云端功能，讓數(shù)據(jù)徹底高枕無憂。

2 改進(jìn)則與應(yīng)用高可用相關(guān)。

在我們驗(yàn)證“節(jié)點(diǎn)故障”的時(shí)候，盡管應(yīng)用虛機(jī)設(shè)置了高可用，但當(dāng)節(jié)點(diǎn)故障后，應(yīng)用虛機(jī)仍需經(jīng)過短暫停頓才恢復(fù)服務(wù)。而在新的3.0版本中，在遭遇節(jié)點(diǎn)故障的情況下，將實(shí)現(xiàn)無間斷切換，用戶感覺不到應(yīng)用虛機(jī)的停頓。

3 在ZStack Mini中集成應(yīng)用中心

目前ZStack Mini 2.0平臺(tái)部署好以后，用戶需要手動(dòng)創(chuàng)建虛機(jī)，并安裝應(yīng)用程序。這對(duì)于大多數(shù)小型企業(yè)或邊緣站點(diǎn)而言，一是比較復(fù)雜，二是耗時(shí)。但在3.0中，ZStack將與各個(gè)ISV合作，根據(jù)不同行業(yè)的應(yīng)用特點(diǎn)，直接將應(yīng)用模板集成到應(yīng)用中心，用戶只需下載即可進(jìn)行部署，省卻了應(yīng)用安裝過程中的復(fù)雜配置，同時(shí)在升級(jí)、維護(hù)方面也更有保障，極大地提高了可維護(hù)性。

以上就是簡(jiǎn)單高可用 ZStack Mini的巧妙設(shè)計(jì)是怎樣的，小編相信有部分知識(shí)點(diǎn)可能是我們?nèi)粘９ぷ鲿?huì)見到或用到的。希望你能通過這篇文章學(xué)到更多知識(shí)。更多詳情敬請(qǐng)關(guān)注億速云行業(yè)資訊頻道。