高可用集群概念

HA cluster： 高可用集群

集群类型：

  • LB（lvs、nginx(http_upstream/stream_upstream)）
  • HA
    • 数据库、Zookeeper、Redis
    • SPoF（解决单点故障）
  • HP
  • HPC：High Performance Computing 高性能集群

系统高可用性

SLA：Service-Level Agreement 服务等级协议（提供服务的企业与客户之间就服务的品质、水准、性能等方面所达成的双方共同认可的协议或契约）

公式：

A=MTBF/(MTBF+MTTR)
A=平均无故障时间/(平均无故障时间+平均修复时间)

指标：

99.9%, 99.99%, 99.999%,99.9999%
99.95%=(602430)*(1-0.9995)=21.6分钟 一般按一个月停机时间统计

实现高可用：

提升系统高可用的解决方案： 降低MTTB
解决方案： 冗余（redundant）

active/passive（主备）、active/active（双主）
active-->心跳-->passive
active-->心跳-->axtive

高可用相关技术：

高可用的服务：
  • HA server：vip、server process、shared storage
    • 资源： 组成一个高可用服务的组件，也就是各个服务，如vip、服务进程、共享存储
  • 共享存储：
    • NAS 网络附加存储，基于网络的共享文件系统
    • SAN 存储区域网络，基于网络的块级别的共享
  • keepalived
  • heartbeat、corosync（专业级别的高可用）
高可用模型分三层：

高可用本身是需要通过软件来完成，在服务器上运行一个额外的软件，该软件的主机组成一个高可用集群

第一层（最低层）： messaging layer（消息层） 、heartbeat layer（心跳层）、基础架构层

用来实现各个主机通信、相互监听、传递健康状态

第二层： cluster resource manager（crm）

只能基于在本地工作的心跳层，给出的信息来判断，别的节点是否故障了、挂了。本身不具备与其他主机通信的能力，且只能用来根据信息判断后，做决策、做计划，但不能执行

第三层： local resource manager（LRM）

根据第二层的资源管理器做出的决策、来启动本地的某服务，但不会自己亲自启动，而是交给第四层的代理启动

第四层： resource agent（RA）

通过启动用户手动指定内容，具体的资源、服务用户决定（systedm、init进程代理启动）

高可用的资源判定：
网络分区network partition：

一般高可用集群要奇数，A、B、C三个主机，B和C不能与A通信时，会判定A故障，没有挂掉也会把A隔离起来，然后B和C再选举，少数服从多数，谁来当老大，把资源都拿过来，或做主集群

隔离： 用来避免A主机挂了，结果是误判，A还会回来抢资源

手段：

  • STONITH：节点隔离。爆头机制。所有的集群主机都连接到一个电源主控，A挂掉时，B和C选举后的老大，发送信号，断了A主机的电源、或让A重启
  • FENCE：资源隔离。三个主机都使用一个块设备共享存储时，避免A挂掉时，没有卸载块设备，还在对存储设备进行写操作，B和C选出来的老大，会限制存储设备对A主机的访问。然后老大拿到A的资源后，请求的内容、操作继续

注意：选举方式根据协议来，更多协议可查看论文：《paxos》、《raft》
参考资料：https://access.redhat.com/documentation/zh-cn/red_hat_enterprise_linux/7/html/high_availability_add-on_reference/s1-unfence-haar

高可用服务集群的规划：
N(主机)/M(服务)

A主机可httpd、B主机可mysql、C主机备用。当A挂了，C的httpd开始启用
一般服务会设置优先级，httpd服务更优先在A主机运行，mysql服务更优先在B主机运行

N(主机)/N(服务)

A运行nginx，B运行nfs，C运行ftp。当A挂了，可以把nginx服务资源转给C主机，等A修复后，可以再把资源转回来

HA Cluster实现方案：

AIS：

Applicaiton Interface Specification 应用程序接口规范

RHCS：Red Hat Cluster Suite 红帽集群套件， 参考资料：https://access.redhat.com/documentation/zh-cn/red_hat_enterprise_linux/5/html/cluster_suite_overview/ch.gfscs.cluster-overview-cso
heartbeat： 基于心跳监测实现服务高可用
pacemaker+corosync： 资源管理与故障转移

VRRP（Virtual Router Redundancy Protocol）：

虚拟路由冗余协议,解决静态网关单点风险
物理层: 路由器、三层交换机
软件层: keepalived

VRRP网络层硬件实现：

参考链接：

vrrp原理：

两个路由器，在本地虚拟出一个ip，将两个路由器绑定，只提供一个ip地址，A路由挂了，ip自动转移到B路由接手

通告方式：

心跳、优先级。周期性进行

VRRP术语：
  • VR： 虚拟路由器的ip地址
  • VIP： 虚拟路由器的ip地址
  • VRID： 虚拟路由器的标识，4块网卡，一个网卡可以单独设置一个虚拟路由器，也可以全部组成一个虚拟路由器，也可以一个网卡多ip多虚拟路由器、各个通过VRID区分
  • Master路由器： 当前正在工作的虚拟路由器
  • Backup路由器： 非工作状态的，可一主多备、一主一备
  • VMAC虚拟MAC地址： A路由挂了，VIP转到B路由，但tcp通信是基于mac地址的，服务器的的ARP缓存中还是A路由的mac地址，所以，每次VIP转移后，master路由都必须主动发起一次主动、免费的ARP广播，告诉所有人，后端服务器会发现VIP对应的MAC地址已经变动，就更新arp缓存。只有极少数配置情况下，才会用主机的物理网卡mac地址
  • 优先级： VRRP根据优先级来确定虚拟路由器中每台路由器的地位
  • 抢占式： 如果backup路由器在抢占式状态下工作，当她收到arp报文后，比较自己于master的优先级，如果高，则会主动抢占成为master，否则不变
  • 非抢占式： 只要master不故障，backup就不会抢资源
安全认证：
  • 无认证
  • 简单字符认证（最长8字符的混淆），预共享密钥
  • MD5（keepalived不支持）
工作方式：
  • 主/备：单虚拟路由器
  • 主/主：A主机1号ip做虚拟器一，2号ip做虚拟器二
posted @ 2023-11-25 22:36  suyanhj  阅读(35)  评论(0)    收藏  举报