高可用-软件heartbeat的入门介绍

Posted 2020-10-14 机甲战士

注:参考互联网整理.

一、简介
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、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：

（1）磁盘分区、文件系统

（2）IP地址

（3）应用程序服务

（4）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、组成
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：
（1）heartbeat： 节点间通信检测模块

（2）ha-logd： 集群事件日志服务

（3）CCM（Consensus Cluster Membership）：集群成员一致性管理模块

（4）LRM （Local Resource Manager）：本地资源管理模块

（5）Stonith Daemon： 使出现问题的节点从集群环境中脱离

（6）CRM（Cluster resource management）：集群资源管理模块

（7）Cluster policy engine： 集群策略引擎

（8）Cluster transition engine：集群转移引擎

2）插件
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：
（1） 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。

（2）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。

（3）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.
3）watchdog
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。
四、原理
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.
五、安装与配置

http://book.51cto.com/art/200912/168033.htm

六、测试
如何才能得知HA集群是否正常工作，模拟环境测试是个不错的方法。在把Heartbeat高可用性集群放到生产环境中之前，需要做如下5个步骤的测试，从而确定HA是否正常工作。

1）正常关闭和重启主节点的Heartbeat
首先在主节点node1上执行"service heartbeat stop"正常关闭主节点的Heartbeat进程，此时通过ifconfig命令查看主节点网卡信息。正常情况下，应该可以看到主节点已经释放了集群的服务IP地址，同时也释放了挂载的共享磁盘分区。然后查看备份节点，现在备份节点已经接管了集群的服务IP，同时也自动挂载上了共享的磁盘分区。在这个过程中，使用ping命令对集群服务IP进行测试。可以看到，集群IP一致处于可通状态，并没有任何延时和阻塞现象，也就是说在正常关闭主节点的情况下，主备节点的切换是无缝的，HA对外提供的服务也可以不间断运行。接着，将主节点Heartbeat正常启动。Heartbeat启动后，备份节点将自动释放集群服务IP，同时卸载共享磁盘分区，而主节点将再次接管集群服务IP和挂载共享磁盘分区。其实备份节点释放资源与主节点绑定资源是同步进行的，因而，这个过程也是一个无缝切换。

2）在主节点上拔去网线
拔去主节点连接公共网络的网线后，Heartbeat插件ipfail通过ping测试可以立刻检测到网络连接失败，接着自动释放资源。而就在此时，备用节点的ipfail插件也会检测到主节点出现网络故障，在等待主节点释放资源完毕后，备用节点马上接管了集群资源，从而保证了网络服务不间断持续运行。
同理，当主节点网络恢复正常时，由于设置了"auto_failback on"选项，集群资源将自动从备用节点切会主节点。

3）在主节点上拔去电源线
在主节点拔去电源后，备用节点的Heartbeat进程会立刻收到主节点已经shutdown的消息。如果在集群上配置了Stonith设备，那么备用节点将会把电源关闭或者复位到主节点。当Stonith设备完成所有操作时，备份节点才能拿到接管主节点资源的所有权，从而接管主节点的资源。

4）切断主节点的所有网络连接
在主节点上断开心跳线后，主备节点都会在日志中输出"eth1 dead"的信息，但是不会引起节点间的资源切换。如果再次拔掉主节点连接公共网络的网线，就会发生主备节点资源切换，资源从主节点转移到备用节点。此时，连上主节点的心跳线，观察系统日志，可以看到，备用节点的Heartbeat进程将会重新启动，进而再次控制集群资源。最后，连上主节点的对外网线，集群资源再次从备用节点转移到主节点。这就是整个切换过程。
5）在主节点上非正常关闭Heartbeat守护进程
在主节点上可通过"killall -9 heartbeat"命令关闭Heartbeat进程。由于是非法关闭Heartbeat进程，因此Heartbeat所控制的资源并没有释放。备份节点在很短一段时间没有收到主节点的响应后，就会认为主节点出现故障，进而接管主节点资源。在这种情况下，就出现了资源争用情况，两个节点都占用一个资源，造成数据冲突。针对这个情况，可以通过Linux提供的内核监控模块watchdog来解决这个问题，将watchdog集成到Heartbeat中。如果Heartbeat异常终止，或者系统出现故障，watchdog都会自动重启系统，从而释放集群资源，避免了数据冲突的发生。