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

  · 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原理與邏輯架構。

  什么是高可用集群？

  所謂高可用集群，即當前服務器出現故障時，可以將該服務器中的服務、資源、IP等轉移到另外一臺服務器上，從而滿足業務的持續性；這兩臺或多臺服務器構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服務的高可用性，其最終目的是保證業務不會因為線路、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、集群節點  

  集群存在所有主機都稱為節點，每HA集群最低要求需有2個節點；正常來說，節點數最好為奇數。在生產環境中，HA集群的節點數至少為3個，可以降低發生腦裂的概率。

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，就會發生鬧裂（Brain Split）現象。

  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，而造成后端共享存儲中文件損壞，甚至造成整個文件系統的崩潰。顯然，這種情況是不允許發生的。

  資源隔離：主要為了解決資源爭用的問題。資源隔離分為節點級別隔離和資源級別隔離。所謂節點級別隔離指當集群發生分裂時，即發生腦裂現象后，通過STONITH機制將資源隔離，并通過仲裁機制將分裂的票數不足的集群退出集群。STONITH指通過硬件設備，使得退出的主機重啟或關機，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生資源爭用的情況，為避免爭用后端存儲系統而造成災難性的系

    統崩潰，集群系統引入了投票機制，只有擁有半數以上合法票數的集群才能存活，否則就推出集群

    系統。

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

    是偶數則需要一個額外的ping節點參與投票。

    3、票數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，集群節點數一般為奇數，就算集群分裂，也不可能使得兩個集群的票數相等。

  高可用集群的邏輯架構 

  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：兩個節點，工作于主備模型；

  N-M: N>M，N個節點，M個服務，活動節點為N，備用節點為N-M；

  N-N：N個節點，N個服務；

  A/A：雙主模型：兩個節點都是活動的；

資源轉移的方式:

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

failover domain： 故障轉移域，設定一個資源只能在哪些主機上面轉移 

priority： 設定，在一個轉移域中，哪些主機優先被轉移資源

pacemaker: 

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

資源約束（3種類型）：

位置約束：資源更傾向于哪個節點上；

inf: 無窮大

n: 傾向于運行在某節點

-n: 傾向于離開某節點

-inf: 負無窮

排列約束：資源運行在同一節點的傾向性；

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，然后這個組決定在某一個節點上啟動

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： 默認所有節點都能轉移資源。

非對稱性； 有些節點不能轉移資源。

如果節點不再成為集群節點成員時，如何處理運行于當前節點的資源:

stoped: 直接停止服務

ignore：忽略，以前運行什么服務現在還運行什么。 

freeze: 事先建立的連接，接續保持，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: 傳統類型

LSB: /etc/rc.d/init.d/ 下面的服務腳本

OCF： 

STONITH: 專門用來實現資源隔離的

資源類型： 

primitive, native : 主資源，只能運行于一個節點。

group: 組資源

clone: 克隆資源，所有節點都運行的資源，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。 總clone數

2） 每一個節點上最多運行幾個。 

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