基于故障转移群集的高可用虚拟机解决方案

 

某医药公司现有1台服务器，安装Windows Server 2008 R2，运行专用管理软件，计算机上有USB加密狗。网络中有100个左右的工作站，安装专用客户端软件，连接到这台服务器，进行业务管理及应用。因为业务系统比较重要，医药公司想对这台服务器实现类似“双机热备”的功能，但公司预算有限，想让设计较低成本的高可用解决方案。

经过现场了解，发现该单位只有一台服务器（服务器有8GB内存、2块300G硬盘做的RAID1、2块网卡使用了其中的一块连接到网络）。该单位也没有其他多余的服务器。

因为传统的“双机热备”配置较为繁琐，成本较高，我们首先排除了这种方法。另外，由于该公司的管理软件是使用USB加密狗，双机热备可能对此不支持，或者支持也需要在双机热备的每个主机安装一个USB加密狗，这也是不现实的。

经过多方面考虑，我决定采用Windows Server 2012 R2的故障转移群集解决，并使用“USB共享软件”解决USB加密狗的问题，设计拓扑如图1-1所示。

图1-1-1 网络拓扑

在图1-1-1中，我们增加了两台服务器，其中A服务器的硬盘较大（配置了6块2TB的硬盘，使用RAID10划分），为该服务器配置了4GB内存，在该服务器上安装Windows Server 2012 R2，升级到Active Directory服务器，并安装“文件和存储服务”，将这个服务器配置为iSCSI的服务器端。另两台服务器B、C安装Windows Server 2012 R2，加入到Active Directory做成员服务器，安装故障转移群集及Hyper-V服务。其中B服务器是新购置的，为其配置了8GB内存、1块80～120GB的固态硬盘安装Windows Server 2012。A服务器做的iSCSI存储服务器划分空间分配给这两台Hyper-V主机做共用存储。而原来的医药管理系统，则运行在Hyper-V的虚拟机中，由故障转移群集实现高可用性。将USB加密狗插在服务器A中，在A安装USB共享软件，共享该加密狗。在Hyper-V虚拟机中安装Windows Server 2008 R2、安装USB共享软件客户端、安装医药管理系统。

由于在服务器B、C配置了故障转移群集，并且虚拟机是保存在A提供的共享存储中，只要B或C有任意一个主机正常工具，虚拟机D即可正常运行，保证业务系统不致中断。当D在B或C切换时，USB共享不受影响。

为了保证服务器A、B、C的网络连通性，使用Windows Server 2012的“网卡成组”功能，将每个服务器的多个网卡绑定成同一组，只要每台服务器上有任意一个网卡连通，就能保证网络畅通。

在正式配置系统之前，将C服务器原来的医药管理系统数据备份出来（主要是数据库文件，因为C服务器有本地硬盘，将数据备份在D分区即可，在C分区重新安装Windows Server 2012 R2，在配置好虚拟机D盘，通过“共享文件夹”，将数据恢复到虚拟机D中即可，这些不做详细的介绍），下面主要介绍故障转移群集、USB共享等主要内容。

1 配置Active Directory及iSCSI存储服务器

在服务器A中，进入RAID卡配置界面，将6块硬盘使用RAID10技术划分成2～4个逻辑磁盘，其中第1个逻辑磁盘80～120GB左右，用来安装操作系统，剩下的可以划分成一个逻辑磁盘（这要看RAID卡的配置是否支持单一分区超过2TB），也可以每2TB划分一个逻辑磁盘。在有6块2TB的硬盘做RAID10时，总的可用空间是3个磁盘的容量，大约为5.5TB左右（在我们的示例中，划分为2个2TB、1个1.47TB的逻辑磁盘）。

划分好逻辑磁盘之后，在服务器上安装Windows Server 2012 R2，设置计算机的名称为mh03，并升级到Active Directory，在本示例中，设置Active Directory域名为heinfo.edu.cn。之后，添加角色和功能，在“文件和存储服务→文件和iSCSI服务”中选择“iSCSI目标存储服务提供程序”及“iSCSI目标服务器”两种角色，如图1-1-2所示。

图1-1-2 添加文件和iSCSI服务

添加为iSCSI服务之后，在“服务器管理器→文件和存储服务→iSCSI”中，为服务器B、C创建iSCSI虚拟磁盘并为其分配iSCSI目标，主要步骤如下。

（1）在“服务器管理器→文件和存储服务→iSCSI”中，单击“若要创建iSCSI磁盘，请启动‘新建iSCSI虚拟磁盘’向导”链接，如图1-1-3所示。

图1-1-3 启动新建iSCSI虚拟磁盘向导

（2）在“选择iSCSI虚拟磁盘位置”对话框，在“存储位置”选择要为服务器B、C分配的虚拟磁盘位置，在此选择E盘，如图1-1-4所示。在实际的环境中，请大家根据你的服务器的配置进行选择。

图1-1-4 选择iSCSI虚拟磁盘位置

（3）在“指定iSCSI虚拟磁盘名称”对话框，在“名称”文本框中为将要新建的虚拟磁盘指定一个名称，在此设置名称为“Hyper-VHDXs”，如图1-1-5所示。

图1-1-5 指定iSCSI虚拟磁盘名称

（4）在“指定iSCSI虚拟磁盘大小”对话框，为新建虚拟磁盘设置大小，在此设置为500GB（你可以根据实际情况选择，例如你可以为其分配更大的空间，例如1.5TB甚至更大），并选择“固态大小”，这样可以为虚拟机提供较好的性能，如图1-1-6所示。如果以后虚拟磁盘空间不够，可以创建新的虚拟磁盘，并将其分配给虚拟机，使用“动态卷”功能扩展。

图1-1-6 指定iSCSI虚拟磁盘大小

（5）在“分配iSCSI目标”对话框，选择“新建iSCSI目标”，如图1-1-7所示。

图1-1-7 分配iSCSI目标

（6）在“指定目标名称”对话框，为新建目标设置名称及描述信息，在此设置名称为“Hyper-V-VM”，设置描述信息为“172.18.96.4、172.18.96.10”，表示这是为IP地址为172.18.96.4及172.18.96.10的服务器B、C分配，如图1-1-8所示。

图1-1-8 指定目标名称

（7）在“指定访问服务器”对话框，单击“添加”按钮，如图1-1-9所示。

图1-1-9 指定访问服务器

（8）在“选择用于标识发起程序的方法”对话框中，选择“输入选定类型的值”，在“类型”下拉列表中选择“IP地址”，然后在“值”文本框中输入第1台服务器的IP地址172.18.96.4，如图1-1-10所示，然后单击“确定”按钮返回到“指定服务器”对话框，再次单击“添加”按钮，添加第2台服务器的IP地址172.18.96.10。

图1-1-10 标识发起程序

（9）返回到“指定服务器”对话框中，可以看到，已经添加了服务器B、C的地址，如图1-1-11所示。如果还有其他服务器，则可以再次单击“添加”按钮添加。

图1-1-11 指定访问服务器列表

（10）在“启用身份验证”对话框中，选择是否启用CHAP协议进行身份验证，在此直接单击“下一步”按钮，如图1-1-12所示。

图1-1-12 启用身份验证

（11）在“确认选择”对话框中，检查设置是否正确，无误之后单击“创建”按钮，如图1-1-13所示。

图1-1-13 确认选择

（12）之后向导将开始创建iSCSI虚拟磁盘、分配iSCSI目标，创建完成后，在“查看结果”中可以看到，如图1-1-14所示。

图1-1-14 查看结果

（13）创建完成之后，返回到“服务器管理器”，如图1-1-15所示。

图1-1-15 创建iSCSI虚拟磁盘及分配目标完成

最后打开“高级安全Windows防火墙”，为iSCSI服务启用“iSCSI 服务（TCP-In）”、“iSCSI目标（TCP-In）”、“iSCSI目标服务（RPC-In）”等三个服务，默认情况下这三个服务没有开启，iSCSI客户端将不能连接服务器。如图1-1-16所示。

图1-1-16 在防火墙中开启iSCSI服务端口

2 在服务器A上安装USB共享服务器端软件

在服务器上安装USB共享服务器端软件，然后插上USB加密狗，安装USB加密狗驱动程序，并将USB加密狗共享，主要步骤如下。

（1）安装usb over netork server 4.7.4版本，该版本支持64位的Windows Server 2012 R2，如图1-2-1所示。

图1-2-1 安装USB共享服务器端软件

（2）该软件安装很简单，使用默认值安装就可以，如图1-2-2所示。

图1-2-2 安装完成

安装完成后，在服务器上插上USB加密狗，然后安装USB加密狗驱动程序，如图1-2-3所示。在你的生产环境中，如果需要共享USB加密狗，请安装你的加密狗驱动程序。

图1-2-3 安装USB加密狗驱动程序

之后运行usb over netork server，在“My Computer”中列出可以共享的USB设备，检查USB加密狗是否已经识别，如果没有识别，在第一次安装USB加密狗驱动程序后，可能需要重新启动一次计算机才能识别。识别之后，用鼠标右键单击，在弹出的快捷菜单中选择“Share”，共享该设备，如图1-2-4所示。

图1-2-4 共享设备

在共享之后，该设备状态为“等待连接”，如图1-2-5所示。

图1-2-5 等待连接的USB共享设备

最后，在“高级安全Windows防火墙”中，还要启用“usb over netork server”策略，如图1-2-6所示。

图1-2-6 启用防火墙策略

3 为Hyper-V主机添加iSCSI磁盘

在服务器B、C上安装Windows Server 2012 R2，然后根据图1-1-1所规划内容，将计算机加入到Active Directory，并安装Hyper-V服务。安装Hyper-V服务比较简单，在“服务器管理器”，添加角色和功能，在“选择服务器角色”中添加“Hyper-V”服务，如图1-3-1所示。

图1-3-1 添加Hyper-V角色

在安装完Hyper-V及故障转移群集之后，根据提示重新启动计算机。

之后在Hyper-V主机上，需要使用iSCSI发起程序连接存储服务器并在磁盘管理中初始化新添加的共享存储、创建分区、格式化并分配盘符之后才能使用。下面介绍在MH04主机上添加iSCSI存储的方法，另一主机也要执行相同的操作。

（1）在“服务器管理器”中，从“工具”菜单选择“iSCSI发起程序”，如图1-3-2所示。

图1-3-2 iSCSI发起程序

（2）弹出“Microsoft iSCSI”对话框，单击“是”按钮启动该服务，如图1-3-3所示。

图1-3-3 启动iSCSI服务

（3）打开“iSCSI发起程序 属性”对话框，在“发现”选项卡中，单击“发现门户”按钮，在弹出的“发现目标门户”对话框中输入存储服务器的IP地址，本例中为172.18.96.3，然后单击“确定”按钮，如图1-3-4所示。

图1-3-4 添加iSCSI存储服务器

（4）然后单击“目标”选项卡，在“己发现的目标”中列表出了添加的存储服务器，但当前状态为“不活动”，单击“连接”按钮，在弹出的对话框中单击“确定”按钮，如图1-3-5所示。如果为该存储服务器添加了多个路径，可以选中“启用多路径”。

图1-3-5 连接目标

（5）然后打开“计算机管理”，在“存储→磁盘管理”中，可以看到存储服务器分配的空间，为该磁盘“联机”、初始化，并创建分区，最新用NTFS文件系统格式化，并为该存储分配一个盘符，如图1-3-6所示。

图1-3-6 为新添加共享存储创建分区并分配盘符

对于另一台Hyper-V主机，也要重复（1）～（5）的步骤，只不过不再需要初始化、格式化磁盘，因为在第一台主机连接该共享存储时已经进行了格式化的工作，在另一台主机上，直接为添加的共享存储，分配同一盘符即可。

4 配置Hyper-V虚拟交换机

在配置群集之前，要加入群集的Hyper-V主机，需要具有相同的“虚拟交换机”名称，如果虚拟交换机名称不同，则配置群集时会出现错误。在下面的操作中，将会把两台Hyper-V主机的虚拟交换机改为同一个名称“vlan2006”，你可以根据你的实际情况，修改为有一定意义的名称。在我的网络中，vlan2006的所属网段即是172.18.96.0/24，所以这样设置。

（1）在“Hyper-V管理器”中，右击Hyper-V主机名称，在此选择MH04，在弹出的快捷菜单中选择“虚拟交换机管理器”，如图1-4-1所示。

图1-4-1 虚拟交换机管理器

（2）在“虚拟交换机属性”中，在“名称”标签处，修改虚拟交换机名称，在此命名为vlan2006，如图1-4-2所示。然后在“外部网络”中，选择该虚拟交换机连接的网卡，如果你使用了单独的网卡，请从“外部网络”列表中选择对应的网卡；如果你启用了“网卡成组（team）”功能，在此需要选择成组网卡的名称，不要选择team中的某一个网卡。

图1-4-2 虚拟交换机属性

（3）修改好Mh04的虚拟交换机属性后，再修改另一台主机mh10的虚拟交换机，同样命名为vlan2006，如图1-4-3所示。

图1-4-3 修改另一Hyper-V主机的虚拟交换机

5 配置故障转移群集

在配置好Hyper-V主机，并添加了iSCSI共享磁盘后，接下来安装配置“故障转移群集”服务，下面一一介绍。

5.1 安装故障转移群集服务

首先要在每台主机中安装“故障转移群集”服务，下面以在MH04安装为例，主要步骤如下。

（1）在MH04的主机中，打开“服务器管理器”， 在“所有服务器”中，将MH10添加到列表中，然后右击MH04，在弹出的快捷菜单中选择“添加角色和功能”，如图1-5-1所示。

图1-5-1 添加角色和功能

（2）在“选择安装类型”对话框，单击“基于角色或基于功能的安装”单选框，如图1-5-2所示。

图1-5-2选择安装类型

（3）在“选择目标服务器”，选择“从服务器池中选择服务器”，在“名称”列表中选择要安装角色的服务器，在此先选择“mh04.heinfo.edu.cn”，等这台服务器安装完成后，再运行安装向导，安装mh10。如图1-5-3所示。

图1-5-3 选择目标服务器

（4）在“选择功能”对话框中，单击并选中“故障转移群集”，如图1-5-4所示。

图1-5-4 故障转移群集

（7）在“确认安装所选内容”对话框中，单击并选中“如果需要，自动重新启动目标服务器”单选框，然后单击“安装”按钮，开始安装，如图1-5-5所示。

图1-5-5 确认安装所选内容

（8）在“安装进度”中显示了安装故障转移群集的进度，安装完成后单击“关闭”按钮，如图1-5-6所示。

图1-5-6 安装进度

之后参照（3）～（8）的步骤，在MH10主机上也安装故障转移群集。这些不再介绍。

5.2 验证群集配置

在主机中都安装故障转移群集之后，开始验证并创建群集。首先要验证群集。

（1）在“服务器管理器→所有服务器”中，从“工具”菜单中选择“故障转移群集管理器”，如图1-5-7所示。

图1-5-7 故障转移群集管理器

（2）打开“故障转移群集管理器”，单击“验证配置”链接，如图1-5-8所示。

图1-5-8验证配置

（3）在“开始之前”对话框，单击并选中“不再显示此页”单选框，如图1-5-9所示。

图1-5-9开始之前

（4）在“选择服务器或群集”对话框中，在“输入名称”文本框中输入“mh04;mh10”然后单击“添加”按钮，将这两台服务器添加到“选定的服务器”列表中，如图1-5-10所示。

图1-5-10选择服务器或群集

（5）在“测试选项”，单击“运行所有测试”单选框，如图1-5-11所示。

图1-5-11测试选项

（6）在“确认”对话框，显示了测试的内容，包括要测试的服务器及测试的选项，如图1-5-12所示。

图1-5-12 确认测试内容

（7）在“摘要”对话框中，显示了测试的结果，如图1-5-13所示。可以单击“查看报告”按钮，查看测试报告。或者单击“完成”按钮，开始使用经过验证的节点创建群集。

图1-5-13 摘要

5.3 创建群集

在运行测试并且测试都成功之后，进入创建群集向导对话框，开始创建群集，步骤如下。

（1）在“开始之前”显示了群集的介绍，如图1-5-14所示。

图1-5-14 创建群集向导

（2）在“用于管理群集的访问点”对话框中，设置群集名称及群集IP地址，在此设置群集名称为“Cluster”，设置群集管理地址为172.18.96.16（该IP未在网络上分配），如图1-5-15所示。

图1-5-15 设置群集名称及管理IP地址

（3）在“确认”对话框，根据情况选择，是否“将所有符合条件的存储添加到群集”的选项，如图1-5-16所示。

图1-5-16 确认

【说明】如果你的群集是使用SAS或FC光纤连接到存储，则取消选中“将所有符合条件的存储添加到群集”的选项，否则可能会将主机中的所有硬盘添加到群集，这样会造成错误，你可以取消该项选择，而在安装之后，手动添加存储。

（4）在“摘要”对话框，显示了群集的创建结果，如图1-5-17所示，创建群集完成。

图1-5-17创建群集完成

如果创建群集出错，例如这两台主机原来已经创建过群集但卸载不完全，有可能出现图1-5-18的错误信息。

图1-5-18创建群集出错

如果是这种错误，请依次在群集中每台主机上，使用PowerShell，执行clear-clusternode命令，清除群集节点，如图1-5-19所示。

图1-5-19 清除节点信息

等在每台主机执行该命令后，重新创建群集即可成功。

5.4添加群集磁盘

在创建群集之后，向群集中添加符合条件的磁盘用于群集存储，步骤如下。

（1）在“故障转移群集管理器”控制台中，右击“存储→磁盘”，在弹出的快捷菜单中选择“添加磁盘”，如图1-5-20所示。

图1-5-20添加磁盘

（2）在“将磁盘添加到群集”对话框中，选择共用的磁盘，单击“确定”按钮添加，如图1-5-21所示。

图1-5-21 选择群集共用的磁盘

（3）添加之后的磁盘显示为“可用存储”，需要将“可用存储”添加为“群集共享卷”，只有这样磁盘才能为群集所使用，如图1-5-22所示，用鼠标右键单击存储，在弹出的快捷菜单中选择“添加到群集共享卷”。

图1-5-22 可用存储

（4）将可用存储添加为“群集共享卷”之后，磁盘访问路径变更为C:\ClusterStorage\Volume1、C:\ClusterStorage\Volume2等，如图1-5-23所示。如果还有其他磁盘用于群集共享，则依次添加。

图1-5-23添加到群集共享卷

（5）打开“资源管理器”，可以查看每个卷的内容，如图1-5-24所示。

图1-5-24群集共享卷磁盘及内容

5.5 更改虚拟机存储为共享存储

在配置了故障转移群集之后，为了实现高可用性，需要修改虚拟机的默认保存位置，以后新建的虚拟机可以直接保存在群集共享卷上。

（1）打开“Hyper-V管理器”，修改MH04的Hyper-V设置，如图1-5-25所示。

图1-5-25 Hyper-V设置

（2）修改“虚拟硬盘”路径为C:\ClusterStorage\Volume1\Hyper-V\、修改“虚拟机”路径为C:\ClusterStorage\Volume1\Hyper-V\，如图1-5-26所示。

（3）之后修改MH10的“Hyper-V设置”，将“虚拟硬盘”路径为C:\ClusterStorage\Volume1\Hyper-V\、修改“虚拟机”路径为C:\ClusterStorage\Volume1\Hyper-V\，如图1-5-27所示。

图1-5-26修改MH04虚拟硬盘及虚拟机默认路径 图1-5-27 MH10虚拟硬盘与虚拟机默认路径

5.6 在群集中创建虚拟机

经过上面一系列的配置，就可以在“故障转移群集”中创建虚拟机D，并在虚拟机D中安装医药管理系统、安装USB共享客户端，连接到USB加密狗，实现高可用了。首先介绍新建虚拟机的方法，主要步骤如下。

（1）在“故障转移群集管理器”中，右击“角色”，在弹出的快捷菜单中选择“虚拟机→新建虚拟机”，如图1-5-28所示。

图1-5-28 新建虚拟机

（2）在“新建虚拟机”对话框，选择用于创建虚拟机的目标群集节点，在“群集节点”中选择一个可用的节点，在此选择MH04，如图1-5-29所示。

图1-5-29 选择节点主机

（3）在“指定名称和位置”对话框中，为新建虚拟机设置名称及保存位置，在此设置虚拟机名称为ws08r2_172.18.96.18，保存在C:\ClusterStorage\Volume1\Hyper-V\ ws08r2_172.18.96.18文件夹中，如图1-5-30所示。说明，在创建Hyper-V的虚拟机时不会新建新的文件夹，为了后期管理方便，请管理员自己添加文件夹。

图1-5-30 指定虚拟机名称及保存位置

（4）在“指定代数”对话框，选择“第一代”，如图1-5-31所示。在Windows Server 2012 R2的Hyper-V中，第二代虚拟机只支持64位的Windows Server 2012或Windows 8或以后的系统，并不支持Windows Server 2008。

图1-5-31 虚拟机代数

（5）在“分配内存”对话框，为虚拟机分配内存，在此实验环境中选择1024MB，如图1-5-32所示。如果在实际的生产环境，在虚拟机运行SQL Server及IIS的情况下，至少要为虚拟机分配4～8GB内存。

图1-5-32 分配内存

（6）在“配置网络”对话框，在“连接”下拉列表中，选择vlan2006，如图1-5-33所示。

图1-5-33 配置网络

（7）在“连接虚拟硬盘”对话框，选择“新建虚拟硬盘”，如图1-5-34所示。在Hyper-V中，默认虚拟硬盘为127GB，最大为64TB。

图1-5-34 新建虚拟硬盘

（8）在“安装选项”对话框，选择要安装操作系统的方法，如图1-5-35所示，请你根据实际情况选择。

图1-5-35 安装选项

（9）在“正在完成新建虚拟机向导”对话框，单击“完成”按钮，新建虚拟机完成，如图1-5-36所示。

图1-5-36 完成新建虚拟机向导

（10）之后“高可用性向导”会为虚拟机配置高可用性，如图1-5-37所示。

图1-5-37 为虚拟机配置高可用性

（11）为虚拟机配置为高可用性，会弹出“摘要”对话框，显示配置结果，单击“完成”按钮，如图1-5-38所示。

图1-5-38 摘要

5.7 在虚拟机D中安装USB客户端

最后，在虚拟机D中安装Windows Server 2008 R2，安装Hyper-V集成插件，最后安装USB共享客户端、安装USB加密狗驱动、安装医药管理系统，在本节主要介绍USB共享客户端的安装与使用，其他不再介绍。

（1）在虚拟机安装Windows Server 2008 R2，并按照图1-1-1的拓扑图规划，设置IP地址为172.18.96.18。

（2）安装“usb over network client 4.7.4”客户端软件，如图1-5-39所示。

图1-5-39 安装USB共享客户端软件

（3）该软件安装比较简单，一般按照默认值即可完成安装。在安装的过程中，弹出“Windows安全对话框”，单击“安装”按钮，确认安装“Fabula Tech系统设备”，如图1-5-40所示。

图1-5-40 确认安装设备

（4）安装完成后，单击“Finish”按钮，如图1-5-41所示。

图1-5-41 安装完成

（5）安装完成后，运行USB over Network Client，右击“My Computer”，在弹出的快捷菜单中选择“Add”按钮，如图1-5-42所示。

图1-5-42 添加

（6）在弹出的“Add Remote USB Server”对话框中，在“Remote IP address of computer name”对话框中，输入远程USB共享服务器端的地址，在本例中为172.18.96.3，共享端口默认为33000，并选择“Automatically connect all shared USB devices from server（自动连接服务器上所有共享的USB设备）”，如图1-5-43所示，这样会自动连接USB共享服务器上所有共享的设备。

图1-5-43 连接USB共享服务器

（7）连接之后，当前计算机会通过网络，自动连接USB共享服务器（172.18.96.3）上共享的USB加密狗，如图1-5-44所示。

图1-5-44 连接的USB加密狗

之后再在虚拟机D中安装USB加密狗驱动程序、安装医药管理系统，并恢复数据到虚拟机D，至此系统配置完成。

在以后使用的过程中，只要服务器B或C有任意一台主机工作，整个业务系统即不会中断，实现了系统的高可用性。另外，我们的应用只是创建了一个虚拟机，为一个虚拟机实现高可用，实际上，在配置了服务器A、B、C这一个基本平台后，只要服务器B、C的资源足够，可以创建多个虚拟机，为多个应用实现高可用。