zeroMQ初体验-28.可靠性-主从模式

虽然 "硬盘模式"看起来已经非常靠谱了，不过，还记得前段时间"亚马逊云拓机"么，异地灾备似乎才能真正当的上'高可用'，暂且抛开物理、成本上的问题，zeromq也为此提供了靠谱的支持～

官方声明：
1.这是一个直接的高可用的方案
2.足够简单，让人易于理解和使用
3.在需要时可以提供可靠的转移

比较经典也比较靠谱的模式简图：


迁移：


作为一个高可用的框架，至少得做到如下几点：

• 为灾难性事故做准备，例如主机房失火了、地震了等。
• 切换应该在尽可能短的时间内完成（60秒内，最好是10s内）。
• 由主切换到从可以是自动的，不过恢复时最好手动完成。
• 客户端应该明了这种切换机制，最好在api中给出自动方案。
• 有明确的标识来明确主从。
• 主从间不能有启动顺序的依赖。
• 服务端的切换不会导致客户端崩溃(或许会重新连接)。
• 主从状态必须可监控。
• 主从间的连接必须靠谱，高速。

基于如此结构的一些假设：

• 一主一从结构已经足够保险，不再需要多层次的备份。
• 主和从都能单独负载整个需求，而不是平衡性的承载整个符合。
• 要有足够的预算供起这么一个日常空转的从。

这些并没有被涉及到：

• 从并非用来负载均衡。
• 信息不持久化。
• 主从间不会自动探测对方。
• 主从间不会同步服务器的状态、信息。

如果要配置一对主从，需要在各自的配置中设定好对方及同步时间。

匹配的，作为客户端需要做的：
1.知道主从的地址
2.先连主，失败则试试从
3.检测失效的连接(心跳)
4.重连时遵守2
5.重新在请求的服务器上创建状态
6.当主从切换时，可以重新传递请求

当然，这些都会由客户端的api完成。这里注意：作者一再强调，主从同时只能有一个在提供服务！

服务器端：

//
//  Binary Star server
//
#include "czmq.h"

//  We send state information every this often
//  If peer doesn't respond in two heartbeats, it is 'dead'
#define HEARTBEAT 1000          //  In msecs

//  States we can be in at any point in time
typedef enum {
    STATE_PRIMARY = 1,          //  Primary, waiting for peer to connect
    STATE_BACKUP = 2,           //  Backup, waiting for peer to connect
    STATE_ACTIVE = 3,           //  Active - accepting connections
    STATE_PASSIVE = 4           //  Passive - not accepting connections
} state_t;

//  Events, which start with the states our peer can be in
typedef enum {
    PEER_PRIMARY = 1,           //  HA peer is pending primary
    PEER_BACKUP = 2,            //  HA peer is pending backup
    PEER_ACTIVE = 3,            //  HA peer is active
    PEER_PASSIVE = 4,           //  HA peer is passive
    CLIENT_REQUEST = 5          //  Client makes request
} event_t;

//  Our finite state machine
typedef struct {
    state_t state;              //  Current state
    event_t event;              //  Current event
    int64_t peer_expiry;        //  When peer is considered 'dead'
} bstar_t;

//  Execute finite state machine (apply event to state)
//  Returns TRUE if there was an exception

static Bool
s_state_machine (bstar_t *fsm)
{
    Bool exception = FALSE;
    //  Primary server is waiting for peer to connect
    //  Accepts CLIENT_REQUEST events in this state
    if (fsm->state == STATE_PRIMARY) {
        if (fsm->event == PEER_BACKUP) {
            printf ("I: connected to backup (slave), ready as master\n");
            fsm->state = STATE_ACTIVE;
        }
        else
        if (fsm->event == PEER_ACTIVE) {
            printf ("I: connected to backup (master), ready as slave\n");
            fsm->state = STATE_PASSIVE;
        }
    }
    else
    //  Backup server is waiting for peer to connect
    //  Rejects CLIENT_REQUEST events in this state
    if (fsm->state == STATE_BACKUP) {
        if (fsm->event == PEER_ACTIVE) {
            printf ("I: connected to primary (master), ready as slave\n");
            fsm->state = STATE_PASSIVE;
        }
        else
        if (fsm->event == CLIENT_REQUEST)
            exception = TRUE;
    }
    else
    //  Server is active
    //  Accepts CLIENT_REQUEST events in this state
    if (fsm->state == STATE_ACTIVE) {
        if (fsm->event == PEER_ACTIVE) {
            //  Two masters would mean split-brain
            printf ("E: fatal error - dual masters, aborting\n");
            exception = TRUE;
        }
    }
    else
    //  Server is passive
    //  CLIENT_REQUEST events can trigger failover if peer looks dead
    if (fsm->state == STATE_PASSIVE) {
        if (fsm->event == PEER_PRIMARY) {
            //  Peer is restarting - become active, peer will go passive
            printf ("I: primary (slave) is restarting, ready as master\n");
            fsm->state = STATE_ACTIVE;
        }
        else
        if (fsm->event == PEER_BACKUP) {
            //  Peer is restarting - become active, peer will go passive
            printf ("I: backup (slave) is restarting, ready as master\n");
            fsm->state = STATE_ACTIVE;
        }
        else
        if (fsm->event == PEER_PASSIVE) {
            //  Two passives would mean cluster would be non-responsive
            printf ("E: fatal error - dual slaves, aborting\n");
            exception = TRUE;
        }
        else
        if (fsm->event == CLIENT_REQUEST) {
            //  Peer becomes master if timeout has passed
            //  It's the client request that triggers the failover
            assert (fsm->peer_expiry > 0);
            if (zclock_time () >= fsm->peer_expiry) {
                //  If peer is dead, switch to the active state
                printf ("I: failover successful, ready as master\n");
                fsm->state = STATE_ACTIVE;
            }
            else
                //  If peer is alive, reject connections
                exception = TRUE;
        }
    }
    return exception;
}

int main (int argc, char *argv [])
{
    //  Arguments can be either of:
    //      -p  primary server, at tcp://localhost:5001
    //      -b  backup server, at tcp://localhost:5002
    zctx_t *ctx = zctx_new ();
    void *statepub = zsocket_new (ctx, ZMQ_PUB);
    void *statesub = zsocket_new (ctx, ZMQ_SUB);
    void *frontend = zsocket_new (ctx, ZMQ_ROUTER);
    bstar_t fsm = { 0 };

    if (argc == 2 && streq (argv [1], "-p")) {
        printf ("I: Primary master, waiting for backup (slave)\n");
        zsocket_bind (frontend, "tcp://*:5001");
        zsocket_bind (statepub, "tcp://*:5003");
        zsocket_connect (statesub, "tcp://localhost:5004");
        fsm.state = STATE_PRIMARY;
    }
    else
    if (argc == 2 && streq (argv [1], "-b")) {
        printf ("I: Backup slave, waiting for primary (master)\n");
        zsocket_bind (frontend, "tcp://*:5002");
        zsocket_bind (statepub, "tcp://*:5004");
        zsocket_connect (statesub, "tcp://localhost:5003");
        fsm.state = STATE_BACKUP;
    }
    else {
        printf ("Usage: bstarsrv { -p | -b }\n");
        zctx_destroy (&ctx);
        exit (0);
    }
    //  Set timer for next outgoing state message
    int64_t send_state_at = zclock_time () + HEARTBEAT;

    while (!zctx_interrupted) {
        zmq_pollitem_t items [] = {
            { frontend, 0, ZMQ_POLLIN, 0 },
            { statesub, 0, ZMQ_POLLIN, 0 }
        };
        int time_left = (int) ((send_state_at - zclock_time ()));
        if (time_left < 0)
            time_left = 0;
        int rc = zmq_poll (items, 2, time_left * ZMQ_POLL_MSEC);
        if (rc == -1)
            break;              //  Context has been shut down

        if (items [0].revents & ZMQ_POLLIN) {
            //  Have a client request
            zmsg_t *msg = zmsg_recv (frontend);
            fsm.event = CLIENT_REQUEST;
            if (s_state_machine (&fsm) == FALSE)
                //  Answer client by echoing request back
                zmsg_send (&msg, frontend);
            else
                zmsg_destroy (&msg);
        }
        if (items [1].revents & ZMQ_POLLIN) {
            //  Have state from our peer, execute as event
            char *message = zstr_recv (statesub);
            fsm.event = atoi (message);
            free (message);
            if (s_state_machine (&fsm))
                break;          //  Error, so exit
            fsm.peer_expiry = zclock_time () + 2 * HEARTBEAT;
        }
        //  If we timed-out, send state to peer
        if (zclock_time () >= send_state_at) {
            char message [2];
            sprintf (message, "%d", fsm.state);
            zstr_send (statepub, message);
            send_state_at = zclock_time () + HEARTBEAT;
        }
    }
    if (zctx_interrupted)
        printf ("W: interrupted\n");

    //  Shutdown sockets and context
    zctx_destroy (&ctx);
    return 0;
}

客户端：

//
//  Binary Star client
//
#include "czmq.h"

#define REQUEST_TIMEOUT     1000    //  msecs
#define SETTLE_DELAY        2000    //  Before failing over

int main (void)
{
    zctx_t *ctx = zctx_new ();

    char *server [] = { "tcp://localhost:5001", "tcp://localhost:5002" };
    uint server_nbr = 0;

    printf ("I: connecting to server at %s…\n", server [server_nbr]);
    void *client = zsocket_new (ctx, ZMQ_REQ);
    zsocket_connect (client, server [server_nbr]);

    int sequence = 0;
    while (!zctx_interrupted) {
        //  We send a request, then we work to get a reply
        char request [10];
        sprintf (request, "%d", ++sequence);
        zstr_send (client, request);

        int expect_reply = 1;
        while (expect_reply) {
            //  Poll socket for a reply, with timeout
            zmq_pollitem_t items [] = { { client, 0, ZMQ_POLLIN, 0 } };
            int rc = zmq_poll (items, 1, REQUEST_TIMEOUT * ZMQ_POLL_MSEC);
            if (rc == -1)
                break;          //  Interrupted

            //  If we got a reply, process it
            if (items [0].revents & ZMQ_POLLIN) {
                //  We got a reply from the server, must match sequence
                char *reply = zstr_recv (client);
                if (atoi (reply) == sequence) {
                    printf ("I: server replied OK (%s)\n", reply);
                    expect_reply = 0;
                    sleep (1);  //  One request per second
                }
                else {
                    printf ("E: malformed reply from server: %s\n",
                        reply);
                }
                free (reply);
            }
            else {
                printf ("W: no response from server, failing over\n");
                //  Old socket is confused; close it and open a new one
                zsocket_destroy (ctx, client);
                server_nbr = (server_nbr + 1) % 2;
                zclock_sleep (SETTLE_DELAY);
                printf ("I: connecting to server at %s…\n",
                        server [server_nbr]);
                client = zsocket_new (ctx, ZMQ_REQ);
                zsocket_connect (client, server [server_nbr]);

                //  Send request again, on new socket
                zstr_send (client, request);
            }
        }
    }
    zctx_destroy (&ctx);
    return 0;
}

主从间的状态图：


(未完待续)