CN107707393A - 基于Openstack O版特性的多活系统 - Google Patents

基于Openstack O版特性的多活系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于Openstack O版特性的多活系统，利用Tricircle技术实现异地多个Openstack云环境租户虚拟机的私有网络之间互连互通，利用HAProxy和Keepalived实现Web服务器的异地多活以及HAProxy自身的高可用，利用DRBD实现异地云环境中虚拟机的数据实时同步，Corosync和pacemaker检测故障并转移服务。本发明充分利用了OpenstackO版的新功能多站点级联技术，当一个节点的企业应用出现故障后，服务被自动热迁移到异地的另一个节点的虚拟机服务器上，继续提供服务，实现了服务的热迁移，确保了虚拟机服务器的可持续性。

Description

基于Openstack O版特性的多活系统
技术领域
本发明涉及云计算技术，特别涉及一种基于Openstack O版特性的多活系统。
背景技术
近年来，随着信息技术的快速发展，云计算也得到了极大的发展，OpenStack云平台作为一个开源云平台的管理项目，也得到了全球各大IT企业的支持，发展迅猛，已经发布了Ocata版本。目前，许多企业为了解决资源利用率、计算能力和成本等问题，不断的把企业的应用移植到了云平台上，如图1所示，云平台服务器响应请求，为客户提供服务，随着在云上的应用日益增多，租户的网络、虚拟机系统、企业应用等难免出现单点故障，造成服务的中断，无法提供正常的服务。
发明内容
(一)要解决的技术问题
为避免云平台单点故障，本发明提供一种基于Openstack O版特性的多活系统，以期解决上述问题。
(二)技术方案
一种基于Openstack O版特性的多活系统，包括多个网络互连的云环境集群，其中包括至少一个前端云环境和至少两个后端云环境，所述前端云环境的虚拟机上安装有负载均衡软件和状态监测软件，所述后端云环境中部署有web服务器；所述负载均衡软件用于将用户访问请求转发到后端云环境的web服务器上，所述状态监测软件用于监测后端云环境中web服务器的状态，当web服务器出现故障时，将所述出现故障的web服务器从集群剔除，用户访问请求被转发至正常工作的web服务器上，所述出现故障的web服务器恢复正常后，再将所述web服务器加入到集群中。
在本发明一些示例性实施例中，所述后端云环境的虚拟机上安装有数据同步软件，用于实现各个后端云环境的数据同步。
在本发明一些示例性实施例中，所述前端云环境中安装有负载均衡软件和状态监测软件的虚拟机数量为二，配置为主从架构模式，其中一台虚拟机为主机，另一台虚拟机为从机；所述状态监测软件还用于监测主机的状态，当主机出现故障时，切换为从机提供服务。
在本发明一些示例性实施例中，所述后端云环境的虚拟机中安装有心跳监测软件和集群资源管理软件，所述心跳监测软件用于判断后端云环境中的虚拟机是否正常运行，所述集群资源管理软件用于集群服务控制。
在本发明一些示例性实施例中，所述前端云环境中的控制服务器上安装有Tricircle Central Neutron Plugin，后端云环境的控制服务器上安装有TricircleLocal Neutron Plugin，用于通过Tricircle技术实现多个云环境的虚拟机私有网络之间的互联互通。
在本发明一些示例性实施例中，所述负载均衡软件为HAProxy，所述状态监测软件为Keepalived。
在本发明一些示例性实施例中，所述数据同步软件为DRBD，用于将本地云环境虚拟机的数据同步发送至异地云环境的虚拟机上。
在本发明一些示例性实施例中，所述DRBD创建有两个可用资源，一个资源给多个后端云环境中的数据库同步数据用，另一个资源给多个后端云环境的Web服务器挂载Web站点共享用，虚拟出两个虚拟IP，一个用来连接数据库，另一个用来给Web节点挂载NFS。
在本发明一些示例性实施例中，所述心跳监测软件为Corosync，所述集群资源管理软件为Pacemaker，所述Corosync用于判断各个云环境中的虚拟机是否正常运行，当监测到虚拟机发生故障时通知Pacemaker，所述Pacemaker用于将服务转移到正常运行的虚拟机中。
(三)有益效果
本发明提供一种基于Openstack O版特性的多活系统，利用高可用性的集群技术架构，使得云上的企业应用出现单点故障后，应用系统能够自动进行热迁移，而使用这些服务的用户却完全感觉不到，服务也不会间断、应用数据也不会丢失，提高虚拟机的可用性，保证企业的应用稳定运行。
附图说明
图1是云服务流程示意图。
图2是本发明实施例的多个云环境网络互联示意图。
图3是本发明实施例的多活系统结构示意图。
图4是本发明实施例的数据库和web服务器站点内容的高可用实现示意图。
具体实施方式
为了保证企业的应用稳定运行，充分利用OpenStack新版本Ocata中的新技术多站点级联的特性，利用Tricircle技术实现多个异地的Openstack云环境级联在一起，提供一个高可用性的集群技术架构，使得云上的企业应用出现单点故障后，应用系统能够自动进行热迁移，而使用这些服务的用户却完全感觉不到，服务也不会间断、应用数据也不会丢失，提高虚拟机的可用性。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
云中存在着高可用性的集群技术架构，集群环境分为高可用性集群环境和共享储存环境两大部分。高可用性集群环境提供集群资源管理服务，可以对Openstack云环境的租户虚拟机系统和企业应用进行监测和对故障进行处理，并可以提供企业应用的连续性。共享存储环境可以提供虚拟机服务器之间存储数据的同步和共享，保持服务所需要的数据一致性。
为了实现高可用性的技术架构，首先需要实现多个异地Openstack云环境节点租户虚拟机的私有网络彼此能够实现互联互通，本发明实施例基于Openstack O版特性的多活系统，包括多个网络互连的Openstack云环境，该多个云环境包括一个前端云环境(云环境一)和至少两个后端云环境，本实施例中后端云环境数量为二，如图2所示，云环境一为Openstack云环境(一)，两个后端云环境为Openstack云环境(二)和Openstack云环境(三)，需要用到Openstack O版的新功能Tricircle技术实现多个云环境的网络互连，技术实现方式如图2所示，本实施例中分别在异地部署三个Openstack Ocata版云环境，通过O版的新功能Tricilcle技术实现三个Openstack云环境的级联，实现三个Openstack云环境中租户虚拟机的私有网络之间的互联互通。
Tricircle技术提供了OpenStack API接口和网络自动化功能，允许多个异地的OpenStack云环境，在跨越一个或多个站点或混合云，作为一个单一的OpenStack云来管理。
每个OpenStack云环境包括自己的Nova，Cinder和Neutron，其中Nova负责虚拟机的生命周期管理，Cinder负责块存储和Neutron负责虚拟环境下的网络，这些OpenStack云环境中的Neutron server称为Local Neutron server，所有这些Local Neutron server都将配置Tricircle Local Neutron Plugin。单独的Neutron server将作为Local Neutronserver的网络自动化协调器而独立运行，该Neutron server将配置有Tricircle CentralNeutron Plugin，称为Central Neutron server。利用Tricircle Central NeutronPlugin和这些Neutron server中配置的Tricircle Local Neutron Plugin，Tricircle可以确保IP地址池，IP/MAC地址分配和网络分配在全球范围内无冲突地管理，Tricircle可以处理面向租户的数据链路层(Layer2)或网络层(Layer3)网络自动化跨越Local NeutronServer，虚拟机、裸机或租户容器之类的资源可以通过Layer2或Layer3彼此进行通信，无论OpenStack云环境运行在哪个资源上。
本文中，在Openstack云环境(一)中的控制服务器上安装Tricircle CentralNeutron Plugin，在Openstack云环境(二)和Openstack云环境(三)中控制服务器上安装Tricircle Local Neutron Plugin，实现三个云环境的租户虚拟机私有网络之间的互联互通，为高可用的网络集群技术架构提供实现的技术基础。
本发明实施例在网络互通的基础上，提供高可用性的集群技术架构，实现企业应用的高可用，如图3所示。
在Openstack环境(一)中，使用两台租户的虚拟机分别安装部署Centos 7.3操作系统并安装负载均衡软件和状态监测软件，负载均衡软件可以采用LVS、Nginx或HAProxy，状态监测软件可以采用Heartbeat或Keepalived，本实施例中，采用HAProxy和Keepalived，安装HAProxy和Keepalived的两台租户虚拟机配置为主从架构模式。后端的真实Web服务器分别部署在Openstack云环境(二)和Openstack云环境(三)中的租户虚拟机上，分别为Web1和Web2，这种方式的部署，能够实现Web服务器的异地多活。
HAProxy提供高可用性、负载均衡以及基于TCP和HTTP应用的代理，支持会话保持，为Web1服务器和Web2服务器分发IP地址，将用户访问请求转发到云环境(二)或云环境(三)中。HAProxy特别适用于那些负载特大的Web站点，这些站点通常又需要会话保持或七层处理。HAProxy运行在当前Openstack云环境的虚拟机中，完全可以支持数以万计的并发连接，并且它的运行模式使得它可以很简单安全的整合进当前的集群技术架构中，同时可以保护后端的真实Web服务器不被暴露到网络上。
Keepalived的作用是检测后端真实Web服务器的状态，如果后端有一台Web服务器死机，或应用出现故障，将被Keepalived检测到，并将有故障的Web服务器从系统中剔除，当Web服务器工作正常后Keepalived自动将Web服务器加入到服务器集群中，例如，当Openstack云环境(二)中的租户虚拟机的Web服务器(Web1)出现问题时，Web服务的故障状态将被Openstack环境(一)中的Keeplived服务监测到，Keeplived将对应Web1的IP地址剔除，该Web服务器被Keeplived剔除出集群并把Web服务热迁移到异地的Openstack云环境(三)中的租户虚拟机的Web服务器上，用户访问请求被HAProxy转发至正常工作的Web2服务器上，继续提供Web服务，达到Web应用的高可用，当Openstack云环境(二)中的租户虚拟机的Web服务恢复正常后，Keeplived再把该服务器加入到集群中。这些工作全部自动完成，不需要人工干预，需要人工做的只是修复有故障的Web服务器。
Keepalived还能避免HAProxy出现单点故障，确保HAProxy自身的高可用性，两台虚拟机上的HAProxy配置为主从架构模式，例如将HAProxy1设置为主机，HAProxy2为备机，正常情况下，由主机占有HAProxy VIP(Visual IP，虚拟IP)，对外提供服务，Keepalived检测主机和备机是否有发生故障，若主机上的HAProxy服务发生故障时，则Keepalived自动切换为备机提供服务，HAProxy VIP能够自动漂移到备机上，实现HAProxy的高可用。存储网络的高可用性集群的软件如下：Centos 7.3作为本集群的操作系统，高可用性集群实现的软件包括心跳监测软件和集群资源管理软件，可以采用Heartbeat v1、Heartbeat v2、Heartbeat+Pacemaker、Corosync+pacemaker、Cman(openais)+rgmanager等，本实施例中集群管理软件选用开源软件Corosync(心跳监测软件)和Pacemaker(集群资源管理软件)管理集群的环境，DRBD(数据同步软件)实现网络存储的同步，NFS服务实现共享存储。Openstack云环境(二)和Openstack云环境(三)租户虚拟机上分别创建有MariaDB数据库，且安装有DRBD、Corosync和Pacemaker开源软件。MariaDB数据库和web服务器站点内容的高可用实现示意图如图4所示。
DRBD(Distributed Replicated Block Device)用于实现云环境(二)和云环境(三)中虚拟机的数据同步。本存储集群DRBD采用单主模式，即只有一个主节点，进程运行在主节点上，进行读写操作。当云环境(二)中的一个虚拟机作为主节点(primary)时，云环境(三)中的一个虚拟机为从节点(Secondary)，主节点DRBD接收数据，把数据写到本地磁盘，然后通过网络将同样的数据发送给从节点，从节点再将数据存到自己的磁盘中。
DRBD是分布式复制块设备的缩写，实际上是一种块设备的实现，主要被用于Linux平台下的高可用(High availability，HA)方案之中。它是有内核模块和相关程序而组成，通过网络通信来同步镜像整个设备，有点类似于一个网络RAID-1的功能。一般有两个到多个节点，各个节点创建的磁盘块会映射到本地DRBD块，而后通过网络对各个节点DRBD磁盘块进行互相同步更新。当将数据写入本地的DRBD设备上的文件系统时，数据会同时被发送到网络中的另外一台主机之上，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。
在本高可用(HA)解决方案中使用DRBD的功能，可以代替使用一个共享盘阵存储设备。因为数据同时存在于本地主机和远程主机上，在遇到需要切换的时候，远程主机只需要使用它上面的那份数据副本，就可以继续提供服务了。因为DRBD是用网络以块的方式进行数据同步的，所以，其不依赖于文件系统、LVM、软RAID等上层设备，可用于数据库文件的同步，Opesntack云环境在Tricircle技术的基础上实现了虚拟机网络互联互通，Openstack环境(二)和Openstack环境(三)中的租户的虚拟机就可以互相通信了，因此存储技术的高可用架构就有了实现的技术。
在本存储高可用集群环境中，使用开源软件DRBD，用于虚拟机服务器之间镜像块设备数据的存储复制，在两个虚拟机服务器上各有两个磁盘分区分别绑定到DRBD的逻辑磁盘上，DRBD对虚拟机服务器上的逻辑磁盘的进行镜像操作，保持各个虚拟机服务器的逻辑磁盘信息一致.。
DRBD网络存储创建了两个可用资源，一个资源名称为MariaDB给开源数据库MariaDB同步数据用，另一个资源名称为NFS给异地的两台Web服务器挂载Web站点共享用。虚拟出的两个虚拟IP，VIP1用来连接MariaDB数据库，VIP2用来给Web节点挂载NFS(NetworkFile System，网络文件系统)用(Web站点内容放在NFS服务器上)。
为了使租户虚拟机的资源在同一时刻只存活在一个Openstack云环境的节点上，并使共享存储集群的资源保持同步，本虚拟机的高可用集群对于虚拟机的资源采用了独占的方式，为此虚拟机服务器采用了双机热备的方式。Corosync的功能是心跳监测，用于判断服务器是否正常运行，pacemaker是一个集群资源管理器，功能是集群服务控制，进行资源转移，将公共资源在正常服务器和故障服务器之间搬动。当其中一个云环境中的一台虚拟机服务器作为主节点运行时，另外一个云环境中的一台虚拟机服务器作为从节点，从节点时刻监视主节点，当Corosync监测到主节点虚拟机服务器发生故障时(例如主机故障、网络故障等)，通知Pacemaker进行资源转移，将从节点转换为主状态，从节点自动接管主节点的服务，使得整个应用能够继续工作，当主节点修复完成服务正常后，如果需要就可以把服务从从节点切换回主节点。
本发明提供的一种虚拟机高可用性的集群技术架构，充分利用了Openstack O版的新功能多站点级联技术，提高了虚拟机服务的可用性，实现了企业应用的异地多活，当一个节点的企业应用出现故障后，服务被自动热迁移到异地的另一个节点的服务器上，继续提供服务，实现了服务的热迁移，确保了虚拟机服务器的可持续性。可以广泛的应用在多Opesntack云环境中。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于Openstack O版特性的多活系统，包括多个网络互连的云环境集群，其中包括至少一个前端云环境和至少两个后端云环境，所述前端云环境的虚拟机上安装有负载均衡软件和状态监测软件，所述后端云环境中部署有web服务器；
所述负载均衡软件用于将用户访问请求转发到后端云环境的web服务器上，所述状态监测软件用于监测后端云环境中web服务器的状态，当web服务器出现故障时，将所述出现故障的web服务器从集群剔除，用户访问请求被转发至正常工作的web服务器上，所述出现故障的web服务器恢复正常后，再将所述web服务器加入到集群中。
2.根据权利要求1所述的多活系统，其中，所述后端云环境的虚拟机上安装有数据同步软件，用于实现各个后端云环境的数据同步。
3.根据权利要求1所述的多活系统，其中，
所述前端云环境中安装有负载均衡软件和状态监测软件的虚拟机数量为二，配置为主从架构模式，其中一台虚拟机为主机，另一台虚拟机为从机；
所述状态监测软件还用于监测主机的状态，当主机出现故障时，切换为从机提供服务。
4.根据权利要求1所述的多活系统，其中，所述后端云环境的虚拟机中安装有心跳监测软件和集群资源管理软件，所述心跳监测软件用于判断后端云环境中的虚拟机是否正常运行，所述集群资源管理软件用于集群服务控制。
5.根据权利要求1所述的多活系统，其中，所述前端云环境中的控制服务器上安装有Tricircle Central Neutron Plugin，后端云环境的控制服务器上安装有TricircleLocal Neutron Plugin，用于通过Tricircle技术实现多个云环境的虚拟机私有网络之间的互联互通。
6.根据权利要求1所述的多活系统，其中，所述负载均衡软件为HAProxy，所述状态监测软件为Keepalived。
7.根据权利要求2所述的多活系统，其中，所述数据同步软件为DRBD，用于将本地云环境虚拟机的数据同步发送至异地云环境的虚拟机上。
8.根据权利要求7所述的多活系统，其中，所述DRBD创建有两个可用资源，一个资源给多个后端云环境中的数据库同步数据用，另一个资源给多个后端云环境的Web服务器挂载Web站点共享用，虚拟出两个虚拟IP，一个用来连接数据库，另一个用来给Web节点挂载NFS。
9.根据权利要求4所述的多活系统，其中，所述心跳监测软件为Corosync，所述集群资源管理软件为Pacemaker，所述Corosync用于判断各个云环境中的虚拟机是否正常运行，当监测到虚拟机发生故障时通知Pacemaker，所述Pacemaker用于将服务转移到正常运行的虚拟机中。
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