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Linux-HA开源软件Heartbeat

概念篇

[日期:2016-11-23] 来源:Linux社区  作者:eurasiaxz [字体: ]

一、 heartbeat的概念
Linux-HA的全称是High-Availability Linux,它是一个开源项目,这个开源项目的目标是:通过社区开发者的共同努力,提供一个增强linux可靠性(reliability)、可用性 (availability)和可服务性(serviceability)(RAS)的群集解决方案。其中Heartbeat就是Linux-HA项目中 的一个组件,也是目前开源HA项目中最成功的一个例子,它提供了所有 HA 软件所需要的基本功能,比如心跳检测和资源接管、监测群集中的系统服务、在群集中的节点间转移共享 IP 地址的所有者等,自1999年开始到现在,Heartbeat在行业内得到了广泛的应用,也发行了很多的版本,可以从Linux-HA的官方网站www.linux-ha.org下载到Heartbeat的最新版本。

 
二、 HA集群中的相关术语

1.节点(node)
运行heartbeat进程的一个独立主机,称为节点,节点是HA的核心组成部分,每个节点上运行着操作系统和heartbeat软件服务,在 heartbeat集群中,节点有主次之分,分别称为主节点和备用/备份节点,每个节点拥有唯一的主机名,并且拥有属于自己的一组资源,例如,磁盘、文件 系统、网络地址和应用服务等。主节点上一般运行着一个或多个应用服务。而备用节点一般处于监控状态。
2.资源(resource)
资源是一个节点可以控制的实体,并且当节点发生故障时,这些资源能够被其它节点接管,heartbeat中,可以当做资源的实体有:
  磁盘分区、文件系统
  IP地址
  应用程序服务
  NFS文件系统
3.事件(event)
也就是集群中可能发生的事情,例如节点系统故障、网络连通故障、网卡故障、应用程序故障等。这些事件都会导致节点的资源发生转移,HA的测试也是基于这些事件来进行的。
4.动作(action)
 事件发生时HA的响应方式,动作是由shell脚步控制的,例如,当某个节点发生故障后,备份节点将通过事先设定好的执行脚本进行服务的关闭或启动。进而接管故障节点的资源。

三、 Heartbeat的组成与原理

1.Heartbeat的组成
Heartbeat提供了高可用集群最基本的功能,例如,节点间的内部通信方式、集群合作管理机制、监控工具和失效切换功能等等,目前的最新版本是 Heartbeat2.x,这里的讲述也是以Heartbeat2.x为主,下面介绍Heartbeat2.0的内部组成,主要分为以下几大部分:
  heartbeat: 节点间通信检测模块
  ha-logd: 集群事件日志服务
  CCM(ConsensusCluster Membership):集群成员一致性管理模块
  LRM (LocalResource Manager):本地资源管理模块
  Stonith Daemon: 使出现问题的节点从集群环境中脱离
  CRM(Clusterresource management):集群资源管理模块
  Cluster policy engine: 集群策略引擎
  Cluster transition engine:集群转移引擎
图1显示了Heartbeat2.0内部结构组成:

 Heartbeat仅仅是个HA软件,它仅能完成心跳监控和资源接管,不会监视它控制的资源或应用程序,要监控资源和应用程序是否运行正常,必须使用第三方的插件,例如ipfail、Mon、Ldirector等。Heartbeat自身包含了几个插件,分别是ipfail、Stonith和Ldirectord,介绍如下:
    ipfail的功能直接包含在Heartbeat里面,主要用于检测网络故障,并作出合理的反应,为了实现这个功能,ipfail使用ping节点或者ping节点组来检测网络连接是否出现故障,从而及时的做出转移措施。
    Stonith插件可以在一个没有响应的节点恢复后,合理接管集群服务资源,防止数据冲突,当一个节点失效后,会从集群中删除,如果不使用Stonith 插件,那么失效的节点可能会导致集群服务在多于一个节点运行,从而造成数据冲突甚至是系统崩溃。因此,使用Stonith插件可以保证共享存储环境中的数 据完整性。
    Ldirector是一个监控集群服务节点运行状态的插件。Ldirector如果监控到集群节点中某个服务出现故障,就屏蔽此节点的对外连接功能,同时将后续请求转移到正常的节点提供服务,这个插件经常用在LVS负载均衡集群中,关于Ldirector插件的使用,将在后面详细讲述。
  同样,对于操作系统自身出现的问题,Heartbeat也无法监控,如果主节点操作系统挂起,一方面可能导致服务中断,另一方面由于主节点资源无法释放,而备份节点却接管了主节点的资源,此时就发生了两个节点同时争用一个资源的状况。
针对这个问题,就需要在linux内核中启用一个叫watchdog的模块,watchdog是一个Linux内核模块,它通过定时向/dev /watchdog设备文件执行写操作,从而确定系统是否正常运行,如果watchdog认为内核挂起,就会重新启动系统,进而释放节点资源。
在linux中完成watchdog功能的软件叫softdog,softdog维护一个内部计时器,此计时器在一个进程写入/dev/watchdog 设备文件时更新,如果softdog没有看到进程写入/dev/watchdog文件,就认为内核可能出了故障。watchdog超时周期默认是一分钟,可以通过将watchdog集成到Heartbeat中,从而通过Heartbeat来监控系统是否正常运行。

2.Heartbeat的工作原理
从图18.1可以看出,heartbeat内部结构有三大部分组成。
集群成员一致性管理模块(CCM)用于管理集群节点成员,同时管理成员之间的关系和节点间资源的分配,heartbeat模块负责检测主次节点的运行状态,以决定节点是否失效。ha-logd模块用于记录集群中所有模块和服务的运行信息。
本地资源管理器(LRM)负责本地资源的启动,停止和监控,一般由LRM守护进程lrmd和节点监控进程(Stonith Daemon)组成,lrmd守护进程负责节点间的通信,Stonith Daemon通常是一个Fence设备,主要用于监控节点状态,当一个节点出现问题时处于正常状态的节点会通过Fence设备将其重启或关机以释放IP、 磁盘等资源,始终保持资源被一个节点拥有,防止资源争用的发生。
集群资源管理模块(CRM)用于处理节点和资源之间的依赖关系,同时,管理节点对资源的使用,一般由CRM守护进程crmd、集群策略引擎和集群转移引擎 三个部分组成,集群策略引擎(Cluster policy engine)具体实施这些管理和依赖,集群转移引擎(Clustertransition engine)监控CRM模块的状态,当一个节点出现故障时,负责协调另一个节点上的进程进行合理的资源接管。
在Heartbeat集群中,最核心的是heartbeat模块的心跳监测部分和集群资源管理模块的资源接管部分,心跳监测一般由串行接口通过串口线来实现,两个节点之间通过串口线相互发送报文来告诉对方自己当前的状态,如果在指定的时间内未受到对方发送的报文,那么就认为对方失效,这时资源接管模块将启 动,用来接管运行在对方主机上的资源或者服务。

更多详情见请继续阅读下一页的精彩内容http://www.linuxidc.com/Linux/2016-11/137436p2.htm

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