高可用集群软件的技术简介

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1、2021/7/11联鼎软件联鼎软件LANDER SOFTWARELANDER SOFTWARE核心业务数据安全服务商2021/7/12联鼎软件概况 上海联鼎软件是专业的数据安全产品研发推广、数据安全解决方案供应商，领先的数据安全服务商。公司成立于2000年，致力于高端集群与主机防护产品研发、用户系统安全维护、系统整合。公司投资800万元专注于研发自主产权的软件产品，树立国产高端系统软件品牌，目前公司拥有LanderCluster-DN、LanderCluster-MN、LanderGuard、LanderBoot等联鼎系列数据安全产品，已成为国内服务器集群及数据安全领域的领军企业，增强了中国民

2、族软件产业的核心竞争力。联鼎软件在Unix、Linux、Windows底层开发，在数据安全服务、系统性能优化方面有丰富的经验。2021/7/13讲座提纲 集群技术介绍 集群技术分类 LanderCluster技术实现2021/7/14集群技术2021/7/15什么是集群?所谓集群，就是共同为客所谓集群，就是共同为客户机提供网络资源的一组计户机提供网络资源的一组计算机系统。算机系统。而其中的每一台提供服而其中的每一台提供服务的计算机，我们称之为节务的计算机，我们称之为节点。当一个节点不可用或者点。当一个节点不可用或者不能处理客户的请求时，该不能处理客户的请求时，该请求将会转到另外的可用节请求将会

3、转到另外的可用节点来处理，对这些对于客户点来处理，对这些对于客户端来说，它根本不必关心这端来说，它根本不必关心这些要使用的资源的具体位置，些要使用的资源的具体位置，集群系统会自动完成。集群系统会自动完成。2021/7/16非计划停机因素 4040 硬件故障 31 软件故障 2020 用户错误 9 9 其他错误40312092021/7/17关键业务停滞带来的潜在损失 客户流失客户流失 错过商业机会错过商业机会 丧失在行业内地位丧失在行业内地位 生产能力下降生产能力下降 恢复系统的额外支出恢复系统的额外支出 罚款罚款 法律责任法律责任 名誉损害名誉损害 生命危险生命危险 股票价值降低股票价值降低

4、企业核心竞争力急剧下降企业核心竞争力急剧下降2021/7/18关键业务停滞带来巨大经济损失 任何的宕机都会造成严重的损失，关键IT系统的故障可能很快造成整个商业运作的瘫痪，每一分钟的宕机都意味着收入、生产和利润的损失，甚至于市场地位的削弱。Industry Business Operation Average Cost per Hour of Downtime Financial Brokerage operations$6.5 million Financial Credit card/sales authorization$2.6 million Media Pay-per-view te

5、levision$1.1 million Retail Home Shopping(TV)$113.0 thousand Retail Home catalog sales$90.0 thousand Transportation Airline reservation$89.5 thousand 2021/7/19集群技术分类 高可用性集群技术 高性能计算集群技术 高可扩展性集群技术2021/7/110 “当故障发生时，数据不会丢失，当故障发生时，数据不会丢失，系统也能够在一个可以接受的时间限系统也能够在一个可以接受的时间限内快速恢复，那么这个计算机系统就内快速恢复，那么这个计算机系统就可以

6、认为高可用性的。可以认为高可用性的。”什么是高可用性集群系统什么是高可用性集群系统2021/7/111高可用性集群系统高可用性集群系统(High Availability Cluster)(High Availability Cluster)高可用系统是指以减少服务中断（宕机）高可用系统是指以减少服务中断（宕机）时间为目的的服务器集群技术时间为目的的服务器集群技术 针对高可用性集群技术目前使用的较多的针对高可用性集群技术目前使用的较多的是两个节点的系统。是两个节点的系统。主要的目的：主要的目的：保障业务系统不间断运行保障业务系统不间断运行2021/7/112 双机热备份系统是集群系统中最小运行

7、模式，双机热备份系统是集群系统中最小运行模式，在该模式下中采用两台在该模式下中采用两台PCPC服务器做为主机系统，采服务器做为主机系统，采用硬件冗余的方式保障业务系统的可持续运行。用硬件冗余的方式保障业务系统的可持续运行。双机热备份系统双机热备份系统双机工作模式双机工作模式 在该模式下，工作方式支持主从模式和对等模在该模式下，工作方式支持主从模式和对等模式，即运行一个任务或两个任务。式，即运行一个任务或两个任务。2021/7/113 多机集群是将多台多机集群是将多台PCPC服务器纳入到一个大的管服务器纳入到一个大的管理系统中，在该系统中，每台服务器运行各自的应理系统中，在该系统中，每台服务器运

8、行各自的应用子系统，同时又做为其它应用系统的备援节点，用子系统，同时又做为其它应用系统的备援节点，在硬件冗余上进一步提高在硬件冗余上进一步提高多机集群系统多机集群系统多级工作模式多级工作模式 在该模式下，工作方式支持主从模式、对等模在该模式下，工作方式支持主从模式、对等模式、多机互备等模式，即运行一个任务或多个任务。式、多机互备等模式，即运行一个任务或多个任务。2021/7/114高可用集群技术高可用集群技术(1)(1)允许所有服务器访问所有磁盘，通过分布式锁允许所有服务器访问所有磁盘，通过分布式锁定管理器（定管理器（DLMDLM）来协调对共享磁盘的访问）来协调对共享磁盘的访问共享磁盘技术共享

9、磁盘技术 主要产品：主要产品：Oracle Parallel Server/Oracle Parallel Server2021/7/115高可用集群技术高可用集群技术(2)(2)通过专业软件，系统将数据写入到本地磁盘的通过专业软件，系统将数据写入到本地磁盘的同时，通过网络发送一份拷贝，写入到对方服务器同时，通过网络发送一份拷贝，写入到对方服务器上的相应目录中，使数据更新保持同步。上的相应目录中，使数据更新保持同步。镜像技术镜像技术 主要产品：主要产品：BakBone、Legato、CA、VERITAS2021/7/116高可用集群技术高可用集群技术(3)(3)每台服务器有自己的系统盘和共享数

10、据盘，但每台服务器有自己的系统盘和共享数据盘，但对数据盘的操作以独占方式进行，当服务器发生故对数据盘的操作以独占方式进行，当服务器发生故障时，数据盘的所有权自动漂移到对方接管障时，数据盘的所有权自动漂移到对方接管非共享技术非共享技术 主要产品：主要产品：Microsoft MSCS、LanderCluster、VERITAS VCS2021/7/117高性能计算集群，英文原文为高性能计算集群，英文原文为High Performance Computing ClusterHigh Performance Computing Cluster 简称简称HPC ClusterHPC Cluster，是

11、指以提高科学计算，是指以提高科学计算能力为目的计算机集群技术。能力为目的计算机集群技术。主要的目的：主要的目的：提高计算处理能力提高计算处理能力2021/7/118高性能计算集群技术高性能计算集群技术(1)(1)是一种基于大规模数据的计算需求，它通过专是一种基于大规模数据的计算需求，它通过专用的并行计算软件，将复杂的计算并行推入到集群用的并行计算软件，将复杂的计算并行推入到集群中的各个节点上同时进行计算，其最终的目的中的各个节点上同时进行计算，其最终的目的是缩是缩短计算时间短计算时间。能力计算（能力计算（Capability ComputingCapability Computing）地质探井

12、数据、气象预报、天体物理、流体力学地质探井数据、气象预报、天体物理、流体力学等密集型的计算业务。等密集型的计算业务。主要应用领域主要应用领域2021/7/119高性能计算集群技术高性能计算集群技术(2)(2)容量计算相对于能力计算来讲是一中较小规模的容量计算相对于能力计算来讲是一中较小规模的计算需求。容量计算的主要目的在于：计算需求。容量计算的主要目的在于：提高系统的提高系统的吞吐能力，以最短的时间执行更多的任务吞吐能力，以最短的时间执行更多的任务(交易交易)。容量计算（容量计算（Capacity ComputingCapacity Computing）网络检索、远程医疗诊断、网络检索、远程医

13、疗诊断、WebWeb信息服务等通信信息服务等通信密集型处理任务密集型处理任务主要应用领域主要应用领域2021/7/120高性能计算集群，英文原文为高性能计算集群，英文原文为High Performance Computing ClusterHigh Performance Computing Cluster 高可扩展性集群技术就是带均衡策略（算法）的高可扩展性集群技术就是带均衡策略（算法）的服务器群集。负载均衡群集在多节点之间按照一定的服务器群集。负载均衡群集在多节点之间按照一定的策略（算法）分发网络或计算处理负载。负载均衡建策略（算法）分发网络或计算处理负载。负载均衡建立在现有网络结构之上，

14、它提供了一种廉价有效的方立在现有网络结构之上，它提供了一种廉价有效的方法来扩展服务器带宽，增加吞吐量，提高数据处理能法来扩展服务器带宽，增加吞吐量，提高数据处理能力，同时又可以避免单点故障。力，同时又可以避免单点故障。主要的目的：主要的目的：增加计算和处理能力增加计算和处理能力2021/7/121集群技术的实现2021/7/122LanderClusterLanderCluster体系结构体系结构操作系统操作系统Operation System集群软件集群软件LaderclusterApplication LayerSystem LayerStorageAgentMLDCProtocols关键

15、应用关键应用Critical BusinessConfig InformationScriptInterfaceProfessionModule2021/7/123硬件环境硬件环境根据业务系统的负载能力，配置相同性能的两台服务器，考虑根据业务系统的负载能力，配置相同性能的两台服务器，考虑到硬件的差异，建议采用相同的配置。到硬件的差异，建议采用相同的配置。至少一个至少一个FC HBAFC HBA卡或内置外接卡或内置外接SCSISCSI接口接口至少需要两个网络适配器。至少需要两个网络适配器。主机系统主机系统存储系统存储系统 按照业务系统的数据增长以及数据的保留时间，配置一定按照业务系统的数据增长以

16、及数据的保留时间，配置一定容量的共享磁盘阵列子系统。该子系统接口至少有两个容量的共享磁盘阵列子系统。该子系统接口至少有两个SCSISCSI接接口或口或1 1个个FCFC接口接口2021/7/124软件环境软件环境 根据业务系统所选择的操作系统，在实现根据业务系统所选择的操作系统，在实现HAHA系统时，要求系统时，要求两个节点的操作系统版本一致。并根据数据库系统及其两个节点的操作系统版本一致。并根据数据库系统及其HAHA系统系统的要求，安装相应的操作系统补丁程序，并根据数据库要求调的要求，安装相应的操作系统补丁程序，并根据数据库要求调整系统参数整系统参数操作系统操作系统数据库系统数据库系统 根据

17、应用系统的要求，安装相应的数据库版本，在配置数根据应用系统的要求，安装相应的数据库版本，在配置数据库时，要求两个节点间配置参数保持一致。在集群系统中，据库时，要求两个节点间配置参数保持一致。在集群系统中，需要将数据安装在共享磁盘阵列子系统上。需要将数据安装在共享磁盘阵列子系统上。2021/7/125集群资源网络管理集群资源网络管理 该接口卡是操作系统对外提供服务的物理网络接口，是构该接口卡是操作系统对外提供服务的物理网络接口，是构造集群系统必需的硬件设备之一。根据功能分为公用网络和私造集群系统必需的硬件设备之一。根据功能分为公用网络和私有网络两种有网络两种网络适配器（网络适配器（HBAHBA）

18、集群网络接口集群网络接口 该接口是集群系统在物理网络接口的基础上实现的虚拟网该接口是集群系统在物理网络接口的基础上实现的虚拟网络接口络接口(VIP)(VIP)。2021/7/126集群资源状态管理集群资源状态管理 提供集群管理功能的节点。它对集群中的任意一个节点进行提供集群管理功能的节点。它对集群中的任意一个节点进行监视和操作，并处理集群中所有节点返回的状态和报警信息。监视和操作，并处理集群中所有节点返回的状态和报警信息。集群管理节点（集群管理节点（Command NodeCommand Node）集群节点状态（集群节点状态（Node StatusNode Status）根据各个节点在集群中运

19、行的状态，动态更新整个集群状根据各个节点在集群中运行的状态，动态更新整个集群状态，对于影响集群服务的故障节点，则集群进行重组。态，对于影响集群服务的故障节点，则集群进行重组。2021/7/127集群资源任务资源管理集群资源任务资源管理 在集群系统中定义可用的物理网络适配器在集群系统中定义可用的物理网络适配器(NIC)(NIC)，和集群对，和集群对外服务的虚拟网络适配器外服务的虚拟网络适配器(VIP)(VIP)。集群运行时，需要对网络状态。集群运行时，需要对网络状态进行监控和管理。保障该资源对外提供正常服务。进行监控和管理。保障该资源对外提供正常服务。集群网络资源集群网络资源集群节点状态（集群节

20、点状态（Node StatusNode Status）根据用户的具体需求，定义、分配共享存储资源，存储集根据用户的具体需求，定义、分配共享存储资源，存储集群中的共享数据。集群系统对定义的共享设备进行监控和管理。群中的共享数据。集群系统对定义的共享设备进行监控和管理。保障该集群资源正常提供存储服务保障该集群资源正常提供存储服务2021/7/128集群资源任务资源管理集群资源任务资源管理 根据业务系统的不同，在服务器端运行的数据库系统也各根据业务系统的不同，在服务器端运行的数据库系统也各不相同。集群系统对应用系统主要进行以下管理。不相同。集群系统对应用系统主要进行以下管理。1 1、判断应用系统启动

21、、判断应用系统启动/关闭状态是否正常关闭状态是否正常 2 2、运行状态是否正常、运行状态是否正常 3 3、监控特殊条件是否满足、监控特殊条件是否满足应用系统管理应用系统管理2021/7/129集群工作原理集群工作原理启动启动读取配置信息读取配置信息初始化集群状态初始化集群状态集群系统进集群系统进入运行状态入运行状态监控集群资源状态监控集群资源状态监控自身状态监控自身状态监控对方状态监控对方状态2021/7/130集群监控原理集群监控原理共享磁盘共享磁盘心跳网络心跳网络用户网络用户网络集群集群Daemon集群集群Daemon 在一个在一个HAHA系统中，最关键的一点就是要保障业务系统的不间系统中

22、，最关键的一点就是要保障业务系统的不间断运行，并能提供准确的故障判断机制来确保业务系统的健壮。断运行，并能提供准确的故障判断机制来确保业务系统的健壮。2021/7/131集群的运行模式2021/7/132双节点集群方案应用双节点集群方案应用 主从双机主从双机(Active/Standby)是一种一台机器运行是一种一台机器运行业务系统，另外机器业务系统，另外机器处于备援状态的工作处于备援状态的工作模式，是目前采用最模式，是目前采用最多的双机，具有设备多的双机，具有设备利用率低的不足的问利用率低的不足的问题。题。CLIENTSCSI 阵列柜阵列柜 侦测到SERVER1故障发布接管命令Package

23、 1HEART BEAT2021/7/133双节点集群方案应用双节点集群方案应用 对等双机对等双机(Active/Active)是两台服务器分别运是两台服务器分别运行各自业务系统，当行各自业务系统，当其中一台机器出现故其中一台机器出现故障时，另外机器将接障时，另外机器将接管故障机上运行的任管故障机上运行的任务，又称为互为备份务，又称为互为备份方式。是一种具有设方式。是一种具有设备利用率高的部署方备利用率高的部署方式。式。CLIENTSCSI 阵列柜阵列柜 侦测到SERVER1故障发布接管命令HEART BEAT2021/7/134双节点集群方案应用双节点集群方案应用 双机双柜双机双柜 这个方式

24、中配置完这个方式中配置完全冗余的存储和链全冗余的存储和链路，是一种较少配路，是一种较少配置的部署方式，只置的部署方式，只是在具有非常关键是在具有非常关键业务环境的系统中业务环境的系统中采用，如证券、医采用，如证券、医院等。该部署方式院等。该部署方式避免了存储系统单避免了存储系统单点故障的问题，同点故障的问题，同时也有投资代价巨时也有投资代价巨大的不足。大的不足。CLIENTSCSI 阵列柜阵列柜 侦测到SERVER1故障发布接管命令HEART BEATMIRROR2021/7/135多节点集群方案应用多节点集群方案应用 一备多一备多 这个方式中多个生产服务器工作在一个集群中，配置一台独立备份服

25、务器，任何一个任务停止工作都将由备份服务器作为第一优先主机接管任务，是一种十分科学的部署方式。该部署方式有效的优化了系统结构，同时使整个集群中应用环境达到高可用。CLIENTFC SWICH侦测到SERVER1故障发布接管命令用户透过应用服务器访问数据用户透过应用服务器访问数据SERVER 1 SERVER 1 发生故障，应用停止，发生故障，应用停止，用户无法正常访问用户无法正常访问LANDERCLUSTERLANDERCLUSTER侦测到侦测到SERVER SERVER 1 1 故障，进入接管状态故障，进入接管状态LANDERCLUSTER LANDERCLUSTER 接管接管PACKAGR

26、 1PACKAGR 1，完成任务接管，完成任务接管用户通过用户通过LANDERCLUSTERLANDERCLUSTER再次再次顺利访问数据顺利访问数据同时同时LANDERCLUSTERLANDERCLUSTER将通过各将通过各种手段通知管理员种手段通知管理员每个package包含IP地址 系统服务系统进程 用户应用2021/7/136多节点集群方案应用多节点集群方案应用 多节点多节点-多机互备多机互备 这个方式中多个生产服务器工作在一个集群中，通过合理定义备援规则，使环境中服务器相互备援，任何一个任务停止工作都将由其它服务器接管任务，是一种设备利用率最佳的部署方式。该部署方式同样有效的优化了系

27、统结构，需要注意的是在定义备援规则时，仔细分析各服务器处理能力、任务的兼容性问题。CLIENTFC SWICHSERVER1出现故障时，集群根据备援规则切换应用到SERVER 2SERVER1，2同时出现故障时，集群根据备援规则切换所有应用到SERVER3每个package包含IP地址 系统服务系统进程 用户应用2021/7/137LanderCluster特点集群配置安装维护简单；自主产权软件产品，支持特殊环境功能定制；实现无人值守，全自动地实现应用资源切换，且图形界面操作，简单方便。对应用程序的灵活监控功能，可以对进程数量、特殊应用进行监控；节点和任务的可伸缩性，集群可实现任务的负载均衡任

28、；通过集群管理平台可以对各操作系统平台集群进行集中统一的管理、图形化远程的管理、监控；支持的节点数2-32个（最大无限制）；任务的备援规则可以灵活配置，资源利用更加合理；基于系统级的集群实现应用级的集群，保证了足够的集群系统综合处理性能；支持对任务的多种备援规则设定，支持多机互备、多备一、多备多等方式；应用的无关性，支持几乎所有的数据库环境；支持双节点到多节点的平滑扩展，方便整合现有资源；支持基于IP的企业级存储网络，如NAS、SAN等，支持ISCSI协议；支持多种特殊的集群环境，可支持IBM EXP系列存储，支持双柜环境；提供数据库应用的专业级保护，如ORACLE模块、SQL模块；支持全中文操作界面及多总其他语言；支持共享磁盘阵列柜和镜像两种方式；2021/7/138感谢大家感谢大家 若有不当之处，请指正，谢谢！若有不当之处，请指正，谢谢！