VMware vSphere 5 HA详解 （part1）

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很久没有动笔写博客了。总算最近的几项工作告一段落，对iOS和Android的折腾也兴趣稍退，该写点技术博客了。

想写一篇关于VMware HA的博客由来已久，曾经做了些功课，查了不少资料，写了点笔记，但是终于因为各种原因没有成文。随着vSphere 5的发布，HA机制作出了不少调整，很有必要写一些了。本文（或许我可能还会就ESX4的HA机制和操作写上几篇，凑成一个系列）就是我的一点读书笔记整理而成。

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【什么是HA】

HA的英文是High Availability，高可用性。从字面上的意思就是一种让服务中断尽可能少的技术。VMware的HA和微软的MSCS(Win2008以后改称Failover Clustering)类似，都是将多台主机组建成一个故障转移集群(Cluster)，运行在集群上的服务(或VM)不会因为单台主机的故障而停止。

用一个图来简单说明HA的工作原理：图中橙色的主机ESXi01宕机了，其上的2台虚拟机VM1和VM2就根据HA的调度被ESXi-02和ESXi-03这2台主机接管，并重启运行起来。

注：本文图片均截取自《VMware vSphere 5 Clustering Technical Deepdive》

但是要注意的是，HA(无论是VMware的HA还是MSCS)不是通常意义上的完全不中断服务的高可用性，HA只是一种自动的故障切换机制，当某一主机发生故障时，服务或VM（就配置了MSCS的Hyper-V来看，VM其实也被看作是一个服务）自动到另外的可用的主机上重启。这其实是一个中断然后重启的过程。就VM来说，看上去就好像是一台服务器突然被拔掉了电源线，然后又重新加电开机。这个故障然后重启的过程其实是比较长的，根据不同的VM而不同，少则1-2分钟，多的则可能达到5-6分钟。如果运行在一台缺乏资源的的主机上，这个时间可能更长。

【创建一个VMware HA】
创建一个VMware Cluster并启用HA的方法很简单。谷歌百度一下很容易找到一堆。这里不再赘述，过几天有空了我另外截些图单独写一篇Cluster创建图解的blog。

这里我想重点讲的是HA的原理。

【创建HA的前提】

一个通用的HA的集群通常有这么几个必要的条件组成：
* 2台或者更多台主机
* 这些主机共享一个外部存储
* VM是运行在共享存储上的
* 主机上至少有2个以上的网卡，其中一个需要负责传递“心跳”信号。

上面这些条件是大多数高可用性集群都需要的一致的。

此外，要成功配置VMware HA，还必须具备这么几个必要条件：
* 必须有vCenter Server（虽然没有vCenter HA也能发挥作用，但是创建Cluster的时候必须有vCenter的参与）


* 所有Host都必须有相同的vSwitch配置

特别要注意的是，对于ESX 4.x或之前版本，DNS是建立HA必要前提，所有Host都必须能够正确的解析其他node的DNS名字，将主机加入到一个集群也必须用其FQDN名。但是从vSphere 5开始，这已经不是必要的了，IP地址被直接用作HA集群的通信，这样减少了HA的依赖性，加快了HA的响应速度。

但是，因为VMware vSphere 5的其他一些服务和组件仍然需要DNS，使用FQDN虽然仍然是推荐做法。

【HA的组成部分】


vSphere 5的HA的组件有以下三个：

• FDM
• hostd
  
• vCenter
  

FDM是Fault Domain Manager的缩写，它的前身在ESX4叫作AAM，是用来管理HA的最重要的一个组件。它负责cluster的心跳、主机之间的通信，和vCenter的通信、协调虚拟机的位置、调度虚拟机的重启、记录日志等等。

hostd负责监控直接和虚拟机打交道，例如让虚拟机开机、监控虚拟机的状态等。FDM需要hostd的帮助来完成对虚拟机的操作（例如开机）。简而言之，FDM依赖hostd，如果hostd失效了，FDM也会暂停工作。

vCenter是企业中虚拟架构的集中管理平台，HA虽然不依赖它运转，但是在组建HA cluster的时候必须通过vCenter来发起。它的主要作用是，在主机上安装HA的Agent（指FDM和hostd agent），在Cluster配置更改的时候通知各主机。

【Master和Slave】

ESX4的时候，节点分成Primary和Secondary，最先加入cluster的5个节点成为Primary，并各自存有一份AAM Database。

vSphere 5对此进行了简化。现在不再有Primary和Secondary的概念了，取而代之的是Master和Slave。一个Cluster中只有一台Master，其余都是Slave。

Master的作用是管理整个集群，作为集群的主要管理者，它监控虚拟机的运行状态，判断某一个主机是否宕机，它监控每个VM的位置，并判断VM是否需要在其他主机上重启。对于一个集群来说，Master是其上所有虚拟机的“主人”。

在哪里可以看出主机是否Master？参见下图

没有Master的集群就会群龙无首，群龙无首的集群就fail了。

当Master失效时怎么办？集群不能没有Master，因此Master的选举会马上被触发。

【Master的选举】
选举会在以下情况被触发：

•   HA创建时；
•  Master宕机；
  
•  Master处于isolated或者集群出现了partitioned状态；
  
•  Master被置于维护状态或Standby状态；
  
•  集群被重新配置时；
  
•  Master和vCenter失去了联系；
  

选举需要15秒时间。选举通过UDP协议（端口8182）进行。
选举的规则是：拥有最多的datastore的主机当选。如果主机拥有的datastore一样多，那么Managed Objective ID号最大的那台主机当选。

(注：这里的最大不是数值最大，而是从左向右比较依次比较每一位上的数字的大小，例如99就比100大，因为第一位的数字首先比较，9大于1）

【Master伸张其主权】

当选后，新的master会伸张其主人的权力，试图接管所有datastore。

Q: 如何接管？（或者说怎样才算接管了datastore）
A: 通过锁定(lock)一个文件的方式，这个文件存在每个datastore上，名字叫“protectedlist”

该文件的位置是：
    /<root-of-datastore>/.vSphere-HA/<cluster-specific-directory>/protectedlist

这个文件里面存放的是受HA保护的VM列表。


若Master坏掉，则其lock会过期，新当选的master就可以接管这个文件，并重新上锁。

Master还负责监控Slave的状态，如果发现slave不响应其心跳，则会判断是否要重启slave上的虚拟机。

Slave之间是不相互通信的，除了选举Master的时候。

（未完待续）
（码字好累啊，先睡觉去，明天再继续）