高可用集群

1  概述

集群Cluster

备注：本文主要结合自己的学习笔记，以及参考博客集群（cluster）原理（转）整理而成。

集群类型：

LB lvs/nginx（http/upstream, stream/upstream）

HA 高可用性

SPoF: Single Point of Failure

HPC

集群（cluster）就是一组计算机，他们作为整体向用户提供一组网络资源。这些单个的计算机系统就是集群的节点（node）。一个理想的集群是，用户从不会意识到集群系统底层的节点，在他/她们看来，集群是一个系统，而非多个计算机系统。并且集群系统的管理员可以随意的增加和删除集群系统的节点。

系统可用性的公式：A=MTBF/（MTBF+MTTR）

(0,1), 95%

几个9（指标）: 99%, ..., 99.999%，99.9999%；

2Linux Cluster类型

系统故障：

硬件故障：设计缺陷、wear out（损耗）、自然灾害……

软件故障：设计缺陷

a）高可用性（High Availability）集群

提升系统高用性的解决方案之降低MTTR：

手段：冗余redundant

active/passive 主备

active/active双主

active --> HEARTBEAT --> passive

active <--> HEARTBEAT <--> active

HA集群致力于提供高度可靠的服务，避免SPOF单点失败（single Point Of failure）的问题。就是利用集群系统的容错性对外提供7*24小时不间断的服务，如高可用的文件服务器、数据库服务等关键应用。

高可用的是“服务”：

HA nginx service：

vip/nginx process[/shared storage]

资源：组成一个高可用服务的“组件”

(1) passive node的数量

(2) 资源切换

b）负载均衡(Load Balancing）集群：

shared storage：

NAS：文件共享服务器；

SAN：存储区域网络，块级别的共享

使任务可以在集群中尽可能平均的分摊不同计算机处理，充分利用集群的处理能力，提高对任务的处理效率。在实际应用中这几种集群类型可能混合使用，以提供更高稳定的服务，如在一个使用网络流量负载均衡的集群中，就会包含高可用的网络文件系统、高可用的网络服务。

Network partition：网络分区

quorum：法定人数

with quorum： > total/2

without quorum: <= total/2

隔离设备： fence

node：STONITH = Shooting The Other Node In The Head，断

电重启

资源：断开存储的连接

其中负载均衡服务器的高可用性是指为了屏蔽负载均衡服务器失效，需要建立一个备份机。主服务器和备份机上都运行High Availability监控程序，通过传送诸如“I am alive”这样的信息来监控对方的运行状况。当备份机不能在一定的时间内收到这样的信息时，它就接管主服务器IP并继续提供服务；当备份管理器又从主管理器收到“I am alive”这样的信息时，他就释放IP地址，这样的主管理器就开开始再次进行集群管理的工作了。为在主服务器失效的情况下系统能正常工作，我们在主、备份机之间实现负载集群系统配置信息的同步和备份，保持两者系统的基本一致。

TWO nodes Cluster

辅助设备：ping node, quorum disk

.LB Cluster分类

Failover：故障切换，即某资源的主节点故障时，将资源转移至其它节点的操作

四层：lvs,nginx(stream)，haproxy(modetcp)

Failback：故障移回，即某资源的主节点故障后重新修改上线后，将之前已转移

至其它节点的资源重新切回的过程

七层：基于http，如nginx(http),haproxy(mode http), httpd（apache）...

HA Cluster实现方案:

澳门新浦金网站，c）性能计算（High Perfervidmance  Computing）集群

ais：应用接口规范 完备复杂的HA集群

RHCS：Red Hat Cluster Suite红帽集群套件

heartbeat

corosync

HPC集群，也称为计算集群。在这种集群运行的是专门开发的并行应用程序，它可以把一个问题的数据分不到多台计算机上，利用这些计算机的共同资源来完成任务，从而可以解决单机不能胜任的工作（如果问题规模太大，单机计算速度太慢）。

vrrp协议实现：虚拟路由冗余协议

keepalived

这类集群致力于提供了单个计算机所不能提供的强大的计算能力。如天气预报、石油勘探与油藏模拟、分子模拟、生物计算等。

3  集群的优点

a)高扩展性

b)高可用性HA:集群中的一个节点失效，它的任务可传递给其他节点。可以防止单点失效

c)高性能：负载平衡集群允许系统同时接入更多的用户

d)高性能价比：可以采用廉价的复合工业标准的硬件来构造高性能的系统

4 集群分类

4.1基于软硬件分类

.硬件：

F5 Big-IP

Citrix Netscaler

A10 A10

.软件：

lvs：LinuxVirtual Server，不能识别应用层数据

nginx：支持四层调度，也可以支持7层调度

haproxy：支持四层调度，也支持7层调度

应用层的调度器，需要对发过来的请求进行解开数据包，然后再封装。有一个问题是，socket一台机器上只能是65536个，并发请求太多，主机将不能正常提供请求。解决方案是把后台服务拆分开，对服务进行分类。把不同的服务拆开，独立提供服务

ats：apachetraffic server，yahoo捐助

perlbal：Perl编写

pound

4.2基于工作的协议层次划分：

.传输层（通用）：DPORT

LVS：

nginx：stream机制

haproxy：mode tcp机制

实际工作中，生产环境用nginx和haproxy进行调度

.应用层（专用）：针对特定协议，自定义的请求模型分类

proxy server：

http：nginx,httpd, haproxy(mode http), ...

fastcgi：nginx,httpd, ...

mysql：mysql-proxy,...

5  集群相关概念介绍

5.1  HA概念介绍

计算机系统的可用性（availability）是通过系统的可靠性（reliability）和可维护性（maintainability）来度量的。工程上通常采用平均无故障时间（MTBF:MeanTime Between Failure）来度量系统的可靠性，用平均恢复时间（MTTR：MeanTime To Restoration（repair））来度量系统的可维护性。于是可用性定义为:A=MTTF/(MTBF+MTTR)*100%。可用性百分比范围是(0,1)，如99%,99.5%, 99.9%, 99.99%, 99.999%, 99.9999%。其中99.999%表示一年内允许5分钟的故障时间

系统故障：

硬件故障：设计缺陷、wear out（损耗）、自然灾害……

软件故障：设计缺陷

5.1.1  HA的容错备援运作过程