磁盘镜像技术 DRBD 原理简介

Posted 2020-12-07

1、 什么是DRBD？
DRBD 是由内核模块和相关脚本而构成，用以构建高可用性的集群。其实现方式是通过网络来镜像整个设备。它允许用户在远程机器上建立一个本地块设备的实时镜像。一般与心跳连接结合使用，也可以把它看作是一种网络RAID。
2、DRBD是如何工作的？
Drbd 负责接收数据，把数据写到本地磁盘，然后发送给另一个主机。另一个主机再将数据存到自己的磁盘中。并以完全相同的形式记录在一个文件系统中（实际上文件系统的创建也是由DRBD的同步来实现的）。本地节点（主机）与远程节点（主机）的数据可以保证实时的同步，并保证IO的一致性。所以当本地节点的主机出现故障时,远程节点的主机上还会保留有一份完全相同的数据,可以继续使用，以达到高可用的目的。（就像网络Raid1）
DRBD是工作在系统内核空间，而不是用户空间，它直接复制的是二进制数据，这是它速度快的根本原因。
3、底层设备支持
DRBD需要构建在底层设备之上，然后构建出一个块设备出来。对于用户来说，一个DRBD设备，就像是一块物理的磁盘，可以在上面创建文件系统。DRBD所支持的底层设备有以下这些类：
1、一个磁盘，或者是磁盘的某一个分区；
2、一个soft raid 设备；
3、一个LVM的逻辑卷；
4、一个EVMS（Enterprise Volume Management System，企业卷管理系统）的卷；
5、其他任何的块设备。

4、 drbd与现在的HA集群的关系
一个drbd系统由两个以上节点构成，与HA集群类似，也有主用节点和备用节点之分，在带有主要设备的节点上，应用程序和操作系统可以运行和访问drbd设备（/dev/nbX）。
在主节点写入的数据通过drbd设备存储到主节点的磁盘设备中，同时，这个数据也会自动发送到备用节点相应的drbd设备，最终写入备用节点的磁盘设备中，在备用节点上，drbd只是将数据从drbd设备写入到备用节点的磁盘设备中。
大部分现行高可用性集群都会使用共享存储，而Drbd也可以作为一个共享存储设备，使用drbd不需要任何硬件的投资。因为它在IP网络中运行，所以，利用drbd作为共享存储设备，要节约很多成本，因为在价格上IP网络要比专用的存储网络经济的多。

5、 DRBD内部实现原理图

6、 DRBD协议说明
A 数据一旦写入磁盘并发送到网络中就认为完成了写入操作.
B 收到接收确认就认为完成了写入操作.
C 收到写入确认就认为完成了写入操作.
协议A 异步复制协议。只要主节点完成本地写操作就认为写操作完成，并且需要复制的数据包会被存放到本地TCP发送缓存中。当发生failover故障，数据可能丢失。当failover 故障发生时，在standby节点的数据会认为仍是稳固的，然而，在crash 发生的时间点上很多最新的更新操作会丢失。
协议B 内存同步（半同步）复制协议。当本地磁盘的写已经完成，并且复制数据包已经到达对应从节点，此时主节点才认为磁盘写已经完成。通常情况下，发生failover 不会导致数据丢失（因为后备系统内存中已经获得了数据更新）。然而，如果所有节点同时出现电源故障，则主节点数据存储会发生不可逆的错误结构，主节点上多数最新写入数据可能丢失。
协议C 同步复制协议。只有在本地和远程磁盘都确定写入已完成时，主节点才会认为写入完成。这样可确保发生单点故障时不会导致任何数据丢失。如果发生数据丢失的现象，那也只会在所有节点同时存在错误存储时才会发生这种情况。

在DRBD设置中，最常用的复制协议是协议C ，选择哪种复制协议受到部署的两个因素影响：保护要求和延迟

7、drbd设备的三个进程
每个drbd设备会有三个进程：
drbd0_worker是drbd0的主要进程，
drbd0_asender是primary上drbd0的数据发送进程，
drbd0_receiver是secondary上drbd0的数据接收进程

注意事项
1、主备服务器同步的两个分区大小最好相同
2、开始同步两个节点的磁盘，需要一定时间，在同步完成前，不要重启，否则会重新同步。
3、挂载之前一定要先切换当前节点为主节点
4、两个节点中，同一时刻只能有一台处于primary状态，另一台处于secondary状态。
5、处于从节点（secondary）状态的服务器不能加载drbd块设备
6、将主节点切换为从节点之前要先卸载
7、一台机切换为主节点之前，要确保另一台机已切换为从节点
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