CN114143175A - 主备集群实现方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种主备集群实现方法及系统，通过将两个节点中的其中一张网卡使用直连的方式建立连接，另外一张网卡连接到交换机上，并分别为所述两个节点的网卡设置网络地址；配置集群与数据同步软件网络地址参数，集群配置为集群节点间通过两条心跳链路来进行通信的双心跳地址模式，数据同步地址复用集群主心跳地址；使用数据同步软件初始化所述两个节点的存储设备，并指定一个节点作为主节点开始进行数据同步，另外一台节点作为备节点实时同步所述主节点的存储数据；创建包含所述两个节点的集群。心跳网络冗余的方式降低裂脑的可能性；监测集群各方面状态并针对各种异常情况采取相应的处理措施保障数据的完整性。
Description
技术领域
本发明涉及计算机服务器集群领域，具体涉及在主备集群环境下预防裂脑及高可用实现方法及系统。
背景技术
随着信息化建设的持续推进，电子信息化办公已逐渐取代了传统的纸质办公，日常科研、生产、办公时产生的电子文档日益增加，这些数据可能涉及行业机密，大多数情况下涉密数据一般都分散存储在计算机终端上，增加了泄密的风险，同时也增加了涉密信息管理的难度和工作量。电子数据一般集中存储在磁盘阵列和分布式存储系统中，存储系统提供SAN和NAS存储访问协议。主备集群存储系统作为一种典型集中存储系统被广泛应用。
在集群领域最常见的问题就是裂脑，特别在两节点集群中裂脑问题最为棘手，当裂脑发生时，将会对存储数据造成致命的损害。在使用共享存储的主集群中，通常采用共享文件系统(如gfs2)来维护文件的完整性，如果发生裂脑，文件的原子性操作将无法保证，从而导致文件系统被损坏；在使用本地存储的主备集群中，同一时刻只允许一台服务的存储对外提供服务，另外一台服务器的存储作为备存储角色负责同步主存储设备数据。如果发生裂脑就会导致两台服务器同时作为主对外提供服务，进一步导致两台服务器存储数据不一致的情况发生。
有鉴于此，有必要引入一种新的主备集群高可用实现方法及系统，以解决上述技术问题。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种主备集群高可用实现方法及系统，预防并处理主备存储集群裂脑发生，在优先保证主备节点数据完整性的前提下最大程度提高集群的可用性。
为实现上述目的，本发明提供的一种主备集群实现方法，包括：
步骤S1，将两个节点中的其中一张网卡使用直连的方式建立连接，另外一张网卡连接到交换机上，并分别为所述两个节点的网卡设置网络地址；其中，直连网络配置私有网络地址，交换网络配置局域网公有地址；
步骤S2，配置集群与数据同步软件网络地址参数，集群配置为集群节点间通过两条心跳链路来进行通信的双心跳地址模式，数据同步地址复用集群主心跳地址；
步骤S3，使用数据同步软件初始化所述两个节点的存储设备，并指定一个节点作为主节点开始进行数据同步，另外一台节点作为备节点通过所述数据同步软件实时同步所述主节点的存储数据。
步骤S4，创建包含所述两个节点的集群。
进一步的，在所述步骤S3包括：
步骤S31，分别在所述两个节点上选择相同大小的底层物理设备初始化为同步块设备；
步骤S32，选择所述两个节点中的一台节点的所述同步块设备进行文件系统格式化；
步骤S33，选择上述完成格式化的节点作为主节点开始数据同步。
进一步的，还包括步骤S41：在集群运行过程中实时监测集群网络状态，并根据监测结果实时切换主节点和备节点状态；其中，所述监测集群网络状态包括：心跳网络链路状态、同步网络链路状态、服务网络链路状态、主节点和备节点数据同步状态。
进一步的，还包括：
步骤S411，添加服务网络监测服务资源，添加主备存储管理服务资源，添加虚拟IP服务资源；
步骤S412，添加主备存储服务资源约束规则。其中，主备存储服务资源约束规则包括：只允许集群中一台节点存储提升为主存储；
步骤S413，添加服务网络监测服务资源与主备存储服务资源约束规则；其中，所述服务网络监测服务资源与主备存储服务资源约束规则约束规则包括：只有服务监测服务得分值大于阈值才允许主备存储服务提升当前节点存储为主状态；否则降级为备存储状态；
步骤S414，添加虚拟IP服务资源与主备存储服务资源约束规则；其中，所述虚拟IP服务资源与主备存储服务资源约束规则为：只有存储服务为主存储状态才启动应用服务。
进一步的，还包括步骤：在所述主节点和备节点数据同步状态为不一致时，调用单节点启动接口启动指定的节点作为新的主节点。
本发明还提供一种主备集群实现系统，包括：主节点、备节点以及包含所述主节点和备节点的集群；所述主备集群实现系统还包括存储有计算机程序的计算机可读存储介质，所述计算机程序被处理器执行下述步骤：
步骤S1，在所述主节点和备节点初始化阶段，通过将两个节点中的其中一张网卡使用直连的方式建立连接，另外一张网卡连接到交换机上，并分别为所述两个节点的网卡设置网络地址；其中，直连网络配置私有网络地址，交换网络配置局域网公有地址；
步骤S2，配置集群与数据同步软件网络地址参数，集群配置为集群节点间通过两条心跳链路来进行通信的双心跳地址模式，数据同步地址复用集群主心跳地址；
步骤S3，使用数据同步软件初始化所述两个节点的存储设备，并指定一个节点作为主节点开始进行数据同步，另外一台节点作为备节点通过所述数据同步软件实时同步所述主节点的存储数据。
步骤S4，创建包含所述两个节点的集群。
进一步的，在所述步骤S3包括：
步骤S31，分别在所述两个节点上选择相同大小的底层物理设备初始化为同步块设备；
步骤S32，选择所述两个节点中的一台节点的所述同步块设备进行文件系统格式化；
步骤S33，选择上述完成格式化的节点作为主节点开始数据同步。
进一步的，还包括步骤S41：在集群运行过程中实时监测集群网络状态，并根据监测结果实时切换主节点和备节点状态；其中，所述监测集群网络状态包括：心跳网络链路状态、同步网络链路状态、服务网络链路状态、主节点和备节点数据同步状态。
进一步的，还包括：
步骤S411，添加服务网络监测服务资源，添加主备存储管理服务资源，添加虚拟IP服务资源；
步骤S412，添加主备存储服务资源约束规则。其中，主备存储服务资源约束规则包括：只允许集群中一台节点存储提升为主存储；
步骤S413，添加服务网络监测服务资源与主备存储服务资源约束规则；其中，所述服务网络监测服务资源与主备存储服务资源约束规则约束规则包括：只有服务监测服务得分值大于阈值才允许主备存储服务提升当前节点存储为主状态；否则降级为备存储状态；
步骤S414，添加虚拟IP服务资源与主备存储服务资源约束规则；其中，所述虚拟IP服务资源与主备存储服务资源约束规则为：只有存储服务为主存储状态才启动应用服务。
进一步的，还包括步骤：在所述主节点和备节点数据同步状态为不一致时，调用单节点启动接口启动指定的节点作为新的主节点。
在本发明的技术方案中的主备集群高可用实现方法及系统，通过在集群部署阶段结合网络环境使用双心跳机制及网络复用方式，在创建集群时将存储管理服务纳入集群资源管理，存储资源拥有“主/备”两个状态，同一时刻只允许集群中拥有一个主存储资源，拥有主存储资源的节点为主节点，反之为备节点；首次启动集群时主存储资源运行在由用户指定的节点上；再基于集群资源约束规则根据集群监测状态可实时进行主备切换。通过心跳网络冗余的方式降低裂脑的可能性；监测集群各方面状态并针对各种异常情况采取相应的处理措施保障数据的完整性。
附图说明
图1为本发明一实施例中主备集群实现方法的流程图；
图2为本发明一实施例中的主备集群实现系统模块组成结构图；
图3为本发明一实施例中的资源管理器模块结构图；
图4为本发明一实施例中的策略引擎模块工作流程图；
图5为本发明一实施例中的数据同步模块结构图；
本发明目的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本发明的说明，其本身没有特定的意义。因此，“模块”、“部件”或“单元”可以混合地使用。
请参考图1～5，为实现上述目的，本发明的一实施例中提供的一种主备集群实现系统及方法。
其中，主备集群实现系统，包括：主节点、备节点以及包含所述主节点和备节点的集群；所述主备集群实现系统还包括存储有计算机程序的计算机可读存储介质，所述计算机程序被处理器执行所述主备集群实现方法的步骤。
具体的，所述主备集群实现方法，包括：
步骤S1，将两个节点中的其中一张网卡使用直连的方式建立连接，另外一张网卡连接到交换机上，并分别为所述两个节点的网卡设置网络地址；其中，直连网络配置私有网络地址，交换网络配置局域网公有地址；
步骤S2，配置集群与数据同步软件网络地址参数，集群配置为集群节点间通过两条心跳链路来进行通信的双心跳地址模式，数据同步地址复用集群主心跳地址；
步骤S3，使用数据同步软件初始化所述两个节点的存储设备，并指定一个节点作为主节点开始进行数据同步，另外一台节点作为备节点通过所述数据同步软件实时同步所述主节点的存储数据；
步骤S4，创建包含所述两个节点的集群。
进一步的，在所述步骤S3包括：
步骤S31，分别在所述两个节点上选择相同大小的底层物理设备初始化为同步块设备；
步骤S32，选择所述两个节点中的一台节点的所述同步块设备进行文件系统格式化；
步骤S33，选择上述完成格式化的节点作为主节点开始数据同步。
进一步的，还包括步骤S41：在集群运行过程中实时监测集群网络状态，并根据监测结果实时切换主节点和备节点状态；其中，所述监测集群网络状态包括：心跳网络链路状态、同步网络链路状态、服务网络链路状态、主节点和备节点数据同步状态。
进一步的，还包括：
步骤S411，添加服务网络监测服务资源，添加主备存储管理服务资源，添加虚拟IP服务资源；
步骤S412，添加主备存储服务资源约束规则。其中，主备存储服务资源约束规则包括：只允许集群中一台节点存储提升为主存储；
步骤S413，添加服务网络监测服务资源与主备存储服务资源约束规则；其中，所述服务网络监测服务资源与主备存储服务资源约束规则约束规则包括：只有服务监测服务得分值大于阈值才允许主备存储服务提升当前节点存储为主状态；否则降级为备存储状态；
步骤S414，添加虚拟IP服务资源与主备存储服务资源约束规则；其中，所述虚拟IP服务资源与主备存储服务资源约束规则为：只有存储服务为主存储状态才启动应用服务。
进一步的，还包括步骤：在所述主节点和备节点数据同步状态为不一致时，调用单节点启动接口启动指定的节点作为新的主节点。
下面以一具体实例来解释上述主备集群实现系统及方法，
S1，主备两台节点其中一张网卡使用直连的方式建立连接，另外一张网卡连接到交换机上。分别为两个节点网卡设置网络地址。其中直连网络配置私有网络地址，交换网络配置局域网公有地址；
S2，配置集群与数据同步软件网络地址参数，集群配置为双心跳地址模式，数据同步地址复用集群主心跳地址；
S3，使用数据同步软件初始化两台节点存储设备，并指定一个节点作为主节点开始进行数据同步；
S4，创建集群，添加集群资源并建立集群资源约束规则。
步骤S3的详细步骤可以包括：
3.1)分别在两台节点上选择相同大小的底层物理设备初始化为同步块设备；
3.2)选择一台节点同步块设备进行文件系统格式化；
3.3)选择上述完成格式化的节点作为主节点开始数据同步；
本实施例中，步骤S4的详细步骤可以包括：
4.1)创建包含两个节点的集群；
4.2)添加服务网络监测服务资源；
4.3)添加主备存储管理服务资源；
4.4)添加虚拟IP服务资源；
4.5)添加其他应用资源，如文件系统、数据库服务等；
4.6)添加主备存储服务资源约束规则。约束规则为：只允许集群中一台节点存储提升为主存储；
4.7)添加服务网络监测服务资源与主备存储服务资源约束规则。约束规则为：只有服务监测服务得分值足够高才允许主备存储服务提升当前节点存储为主状态；否则降级为备存储状态；
4.8)添加虚拟IP服务资源及其他应用资源与主备存储服务资源约束规则。约束规则为：只有存储服务为主存储状态才启动应用服务；
请一并结合图2-5，本实施例中的一种主备集群实现系统100包括虚拟 IP11，资源管理器12，基础信息模块13，策略引擎模块14，裂脑策略模块15，消息中间层16，心跳消息模块17，数据同步模块18以及成员关系模块19。
主备集群工作模式使用浮动的虚拟IP11对外提供服务，依托后端的集群本地资源管理器12实现虚拟IP服务的选举，由数据同步软件完成主备服务器之间的数据I/O同步。
资源管理器12负责对集群中所有的资源进行统一管理和调度，它负责对系统中的所有资源进行抽象，向集群提供使用接口。资源本质上包括集群系统中向外提供服务的设备、程序等，资源的细节对集群系统完全透明。集群不需要关注资源的具体细节，集群中托管的资源需要满足特定类型的资源设计约束。当集群该处启动、停止、停止、监测等命令时，就由资源管理代理完成资源的底层操作。
如图3所示，资源管理器12支持OCF资源、LSB资源和Filesystem资源，涵盖了Linux系统中几乎所有资源类型。OCF资源中常用的由虚拟IP、LVM、 named、sendarp等；LSB资源一般为守护进程的启动脚本，如WEB Server、数据库服务、rsyslog等；Filesystem资源一般为文件系统的挂载服务，支持 xfs、ext3、ext4、gfs2等文件系统。在集群系统中，资源管理器可以自定义对资源的行为进行管理，控制资源启动的顺序，资源之间的依赖关系等。
基础信息模块13负责读取集群节点信息、资源信息等原始配置，在内存中维护集群的基础信息并同步到集群中各节点中，同时还支持对集群基础信息的动态配置，当收集到任何信息的变化时，将生成一组新的基础信息并分发到集群各个节点中。基础信息模块是集群基础信息的收集分发中心，负责持续收集和更新集群的信息库。基础信息模块主要包括如下几方面：
Node：集群节点信息，包括主机名、组播地址、心跳IP地址、锁空间名称等；
Resource：集群中资源管理器模块托管的资源定义，支持OCF、LSB、 Filesystem等服务规范，支持对资源的类型、监控探测周期、资源探测的超时时间、资源启动/停止的延迟时间等方面的配置；
Constraints：资源约束关系，定义资源之间的启动顺序、关联关系、失效处理等方面。
成员关系模块19用于维护集群中所有节点之间的关系，其使用totem协议进行成员关系的维护。Totem协议是一个基于令牌环的分布式一致算法，一个令牌在集群节点之间进行传递，持有令牌的节点才能够在集群中发送消息，消息通过UDP广播发送，通过“丢手绢”的方式，实现了消息的有序传递，具备强一致性特点。
策略引擎模块14负责收集集群的基础信息，生成集群的策略状态试图。集群的状态是不断变化的，策略引擎模块会根据当前集群的状态和配置来计算集群的下一个状态视图，并将状态视图分发给资源管理器模块。如图4所示，描述了策略引擎模块14工作流程：
策略引擎模块14从基础信息模块中拉取集群当前的配置信息；
策略引擎模块14根据当前状态和基础信息来生成集群的下一个状态视图，并将新的状态视图转换为当前状态视图；
策略引擎模块14将当前状态视图下发给资源管理模块，由资源管理器12 执行相应的策略动作。
具体的，数据同步软件使用内核块设备层实现的数据同步模块实现，数据同步流程如图5所示：
主节点数据同步模块截获实际物设备的所有扇区IO请求；
使用TCP/IP网络，通过网卡驱动发送给备节点；
备节点被动侦听主节点发来的IO写请求，将其转发给数据同步模块；
数据同步模块将其写入对应物理设备的同一扇区位置。
上述过程保证了两个节点数据视图是完全一致的，确保了主备切换后数据一致性。
在本说明书的描述中，参考术语“一实施例”、“另一实施例”、“其他实施例”、或“第一实施例～第X实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料、方法步骤或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种主备集群实现方法，其特征在于，包括：
步骤S1，将两个节点中的其中一张网卡使用直连的方式建立连接，另外一张网卡连接到交换机上，并分别为所述两个节点的网卡设置网络地址；其中，直连网络配置私有网络地址，交换网络配置局域网公有地址；
步骤S2，配置集群与数据同步软件网络地址参数，集群配置为集群节点间通过两条心跳链路来进行通信的双心跳地址模式，数据同步地址复用集群主心跳地址；
步骤S3，使用数据同步软件初始化所述两个节点的存储设备，并指定一个节点作为主节点开始进行数据同步，另外一台节点作为备节点通过所述数据同步软件实时同步所述主节点的存储数据。
步骤S4，创建包含所述两个节点的集群。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤S3包括：
步骤S31，分别在所述两个节点上选择相同大小的底层物理设备初始化为同步块设备；
步骤S32，选择所述两个节点中的一台节点的所述同步块设备进行文件系统格式化；
步骤S33，选择上述完成格式化的节点作为主节点开始数据同步。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括步骤S41：在集群运行过程中实时监测集群网络状态，并根据监测结果实时切换主节点和备节点状态；其中，所述监测集群网络状态包括：心跳网络链路状态、同步网络链路状态、服务网络链路状态、主节点和备节点数据同步状态。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括：
步骤S411，添加服务网络监测服务资源，添加主备存储管理服务资源，添加虚拟IP服务资源；
步骤S412，添加主备存储服务资源约束规则。其中，主备存储服务资源约束规则包括：只允许集群中一台节点存储提升为主存储；
步骤S413，添加服务网络监测服务资源与主备存储服务资源约束规则；其中，所述服务网络监测服务资源与主备存储服务资源约束规则约束规则包括：只有服务监测服务得分值大于阈值才允许主备存储服务提升当前节点存储为主状态；否则降级为备存储状态；
步骤S414，添加虚拟IP服务资源与主备存储服务资源约束规则；其中，所述虚拟IP服务资源与主备存储服务资源约束规则为：只有存储服务为主存储状态才启动应用服务。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括步骤：在所述主节点和备节点数据同步状态为不一致时，调用单节点启动接口启动指定的节点作为新的主节点。
6.一种主备集群实现系统，包括：主节点、备节点以及包含所述主节点和备节点的集群；其特征在于，所述主备集群实现系统还包括存储有计算机程序的计算机可读存储介质，所述计算机程序被处理器执行下述步骤：
步骤S1，在所述主节点和备节点初始化阶段，通过将两个节点中的其中一张网卡使用直连的方式建立连接，另外一张网卡连接到交换机上，并分别为所述两个节点的网卡设置网络地址；其中，直连网络配置私有网络地址，交换网络配置局域网公有地址；
步骤S2，配置集群与数据同步软件网络地址参数，集群配置为集群节点间通过两条心跳链路来进行通信的双心跳地址模式，数据同步地址复用集群主心跳地址；
步骤S3，使用数据同步软件初始化所述两个节点的存储设备，并指定一个节点作为主节点开始进行数据同步，另外一台节点作为备节点通过所述数据同步软件实时同步所述主节点的存储数据。
步骤S4，创建包含所述两个节点的集群。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，在所述步骤S3包括：
步骤S31，分别在所述两个节点上选择相同大小的底层物理设备初始化为同步块设备；
步骤S32，选择所述两个节点中的一台节点的所述同步块设备进行文件系统格式化；
步骤S33，选择上述完成格式化的节点作为主节点开始数据同步。
8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，还包括步骤S41：在集群运行过程中实时监测集群网络状态，并根据监测结果实时切换主节点和备节点状态；其中，所述监测集群网络状态包括：心跳网络链路状态、同步网络链路状态、服务网络链路状态、主节点和备节点数据同步状态。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，还包括：
步骤S411，添加服务网络监测服务资源，添加主备存储管理服务资源，添加虚拟IP服务资源；
步骤S412，添加主备存储服务资源约束规则。其中，主备存储服务资源约束规则包括：只允许集群中一台节点存储提升为主存储；
步骤S413，添加服务网络监测服务资源与主备存储服务资源约束规则；其中，所述服务网络监测服务资源与主备存储服务资源约束规则约束规则包括：只有服务监测服务得分值大于阈值才允许主备存储服务提升当前节点存储为主状态；否则降级为备存储状态；
步骤S414，添加虚拟IP服务资源与主备存储服务资源约束规则；其中，所述虚拟IP服务资源与主备存储服务资源约束规则为：只有存储服务为主存储状态才启动应用服务。
10.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，还包括步骤：在所述主节点和备节点数据同步状态为不一致时，调用单节点启动接口启动指定的节点作为新的主节点。
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