集群、双机、负载均衡、HA、HPC、NLB、DRBD

集群、双机、负载均衡、 HA 、 HPC 、 NLB、DRBD

1.1 什么是集群 

    简单的说，集群（cluster）就是一组计算机，它们作为一个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，用户从来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增加和删改集群系统的节点。 

1.2 集群系统的主要优点： 
    (1)高可扩展性： 
    (2)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。可以有效防止单点失效。 
    (3)高性能：负载平衡集群允许系统同时接入更多的用户。 
    (4)高性价比：可以采用廉价的符合工业标准的硬件构造高性能的系统。

2.1 集群系统的分类 
    虽然，根据集群系统的不同特征可以有多种分类方法，但是一般把集群系统分为两类： 
    (1)、高可用(High Availability)集群,简称HA集群。 
    这类集群致力于提供高度可靠的服务。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。 
    负载均衡集群：使任务可以在集群中尽可能平均地分摊不同的计算机进行处理，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会混合使用，以提供更加高效稳定的服务。如在一个使用的网络流量负载均衡集群中，就会包含高可用的网络文件系统、高可用的网络服务。 
    (2)、性能计算(High Perfermance Computing)集群，简称HPC集群，也称为科学计算集群。 
    在这种集群上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布到多台的计算机上，利用这些计算机的共同资源来完成计算任务，从而可以解决单机不能胜任的工作（如问题规模太大，单机计算速度太慢）。 
    这类集群致力于提供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。

3.1 什么是高可用性 (HA)
    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。工程上通常用平均无故障时间(MTTF)来度量系统的可靠性,用平均维修时间（MTTR）来度量系统的可维护性。于是可用性被定义为：MTTF/ (MTTF+MTTR)*100% 

负载均衡服务器的高可用性 

为了屏蔽负载均衡服务器的失效，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，它就接管主服务器的服务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”这样的信息是，它就释放服务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与备份，保持二者系统的基本一致。

HA的容错备援运作过程 
    自动侦测(Auto-Detect)阶段由主机上的软件通过冗余侦测线，经由复杂的监听程序。逻辑判断，来相互侦测对方运行的情况，所检查的项目有：主机硬件(CPU和周边)、主机网络、主机操作系统、数据库引擎及其它应用程序、主机与磁盘阵列连线。为确保侦测的正确性，而防止错误的判断，可设定安全侦测时间，包括侦测时间间隔，侦测次数以调整安全系数，并且由主机的冗余通信连线，将所汇集的讯息记录下来，以供维护参考。 
    自动切换(Auto-Switch)阶段 某一主机如果确认对方故障，则正常主机除继续进行原来的任务，还将依据各种容错备援模式接管预先设定的备援作业程序，并进行后续的程序及服务。 
    自动恢复(Auto-Recovery)阶段在正常主机代替故障主机工作后，故障主机可离线进行修复工作。在故障主机修复后，透过冗余通讯线与原正常主机连线，自动切换回修复完成的主机上。整个回复过程完成由EDI-HA自动完成，亦可依据预先配置，选择回复动作为半自动或不回复。 

3.2、HA三种工作方式： 

 （1）、主从方式 （非对称方式） 
  工作原理：主机工作，备机处于监控准备状况；当主机宕机时，备机接管主机的一切工作，待主机恢复正常后，按使用者的设定以自动或手动方式将服务切换到主机上运行，数据的一致性通过共享存储系统解决。  
 （2）、双机双工方式（互备互援） 
  工作原理：两台主机同时运行各自的服务工作且相互监测情况，当任一台主机宕机时，另一台主机立即接管它的一切工作，保证工作实时，应用服务系统的关键数据存放在共享存储系统中。 
 （3）、集群工作方式（多服务器互备方式） 
  工作原理：多台主机一起工作，各自运行一个或几个服务，各为服务定义一个或多个备用主机，当某个主机故障时，运行在其上的服务就可以被其它主机接管。

3.3、HPC：高性能计算

3.4、 Network Load Balancing,即NLB网络负载平衡允许群集中的所有计算机被一组相同的群集IP 地址 寻址（同时保持其现有的唯一专用 IP地址）。

3.5、Distributed ReplicateBlockDevice(DRBD)是一个用软件实现的、无共享的、服务器之间 镜像 块设备内容的存储复制解
单主模式：典型的高可靠性 集群方案。
复主模式：需要采用共享cluster文件系统，如GFS和OCFS2。用于需要从2个节点并发访问数据的场合，需要特别配置。

复制模式：3种模式：

协议A：异步复制协议。本地写成功后立即返回，数据放在发送buffer中，可能丢失。

协议B：内存同步（半同步）复制协议。本地写成功并将数据发送到对方后立即返回，如果双机掉电，数据可能丢失。

协议C：同步复制协议。本地和对方写成功确认后返回。如果双机掉电或磁盘同时损坏，则数据可能丢失。

一般用协议C。选择协议将影响流量，从而影响网络时延。

有效的同步：按线性而不是当初写的顺序同步块。同步损坏时间内的不一致数据。

在线的设备检验：一端顺序计算底层存储，得到一个数字，传给另一端，另一端也计算，如果不一致，则稍后进行同步。建议一周或一月一次。

复制过程的一致性检验：加密后，对方若不一致则要求重传。防止网卡、缓冲等问题导致位丢失、覆盖等错误。

Split brain：当网络出现暂时性故障，导致两端都自己提升为Primary。两端再次连通时，可以选择email通知，建议手工处理这种情况。

当数据写在缓冲区里，没有真正写到磁盘上时，系统崩溃会导致数据丢失。而disk flush是指将数据真正写到磁盘上后才返回。

有些带电池的 硬盘控制器，如带电池的带点出Dell PERC Raid卡，不但自带缓存而且自带电池，会在系统意外断电或者崩溃后将最后的数据写入磁盘，对这类控制器，可以使用disk flush，从而在保证性能的前提下提高了数据的安全性。

磁盘错误处理策略：

传递给上层：可能造成文件系统remounting成只读，不推荐。

对上层屏蔽：用另一端的相应块进行读写，应用不中断。可以在任何方便的时候再切换。

不一致的（inconsistent)数据：不能以任何方式访问和使用的数据。如正在同步时的目标节点数据，这些数据不能识别，不能mount，甚至不能通过磁盘的自动检测。

过期的（outdated)数据：在备机上的数据，与主机一致，但不需要同步。如主备机网络中断后，备机上的数据就是过期的。

DRBD有接口允许应用程序在网络中断时将备机数据标识为过期的。DRBD拒绝将这个节点提升为主角色。这些管理接口在Heartbeat框架上得到完整实现。

一旦过期资源的复制链接恢复，他的过期标志自动清除，接着进行后台同步。

工作原理

在高可用(HA)中使用DRBD功能,可以代替使用一个 共享盘阵.因为数据同时存在于 本地主机和远程主机上,

切换时,远程 主机只要使用它上面的那份备份数据,就可以继续进行服务了.