集群服務(wù)然設(shè)計(jì)的目的就是提高服務(wù)器性能，同時(shí)在出現(xiàn)故障時(shí)能及時(shí)進(jìn)行放障轉(zhuǎn)移，提高服務(wù)器的可用性。所以在集群服務(wù)器設(shè)計(jì)之初，必須充分考慮故障轉(zhuǎn)移方案。

　　將應(yīng)用程序或服務(wù)安裝在發(fā)生故障時(shí)彼此能接管對(duì)方工作的多臺(tái)服務(wù)器上，一臺(tái)服務(wù)器接管發(fā)生故障服務(wù)器工作的過(guò)程就稱為“故障轉(zhuǎn)移”。如果一臺(tái)服務(wù)器變?yōu)椴豢捎�，則另一臺(tái)或多臺(tái)服務(wù)器自動(dòng)接管發(fā)生故障的服務(wù)器的工作并繼續(xù)處理任務(wù)。集群中的每臺(tái)服務(wù)器將集群中奪少一臺(tái)其他服務(wù)器確定為其備用服務(wù)器，這可在集群服務(wù)程序中事先設(shè)定好。

　　故障轉(zhuǎn)移解決方案考慮因素

　　集群服務(wù)器故障轉(zhuǎn)移方案涉及許多重要方面，在設(shè)計(jì)集群服務(wù)器基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)時(shí)，至少需要考慮下列影響因素。

　　1.用戶希望在使用應(yīng)用程序時(shí)這些應(yīng)用程序可以使用， 并且能夠做出響應(yīng)。

　　2.不間斷的連續(xù)運(yùn)行日益成為普遍的業(yè)務(wù)要求。

　　3.應(yīng)用程序故障可能會(huì)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。

　　4.應(yīng)用程序基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)中的所有系統(tǒng)都需要維護(hù)。各個(gè)系統(tǒng)必須既能適應(yīng)硬件升級(jí)，又能適應(yīng)軟件升級(jí)， 而不會(huì)導(dǎo)致應(yīng)用程序停止運(yùn)行。例如，需要發(fā)布修補(bǔ)程序，以修復(fù)運(yùn)行于某服務(wù)器(提供了應(yīng)用程序〉上的組件的安全性。如果僅有此服務(wù)棒，則應(yīng)用程序?qū)⑼Ｖ惯\(yùn)行。如果該服務(wù)器是一系列服務(wù)器之一，則僅該服務(wù)器將會(huì)停止運(yùn)行，而應(yīng)用程序不會(huì)停止運(yùn)行。

　　5.回增加硬件可能會(huì)增加解決方案的成本和復(fù)雜程度。例如，對(duì)新硬件或功能更強(qiáng)的硬件需要提供開發(fā)和測(cè)試費(fèi)用，才能使應(yīng)用程序充分利用功能更強(qiáng)的環(huán)填。另外，管理更為復(fù)雜的環(huán)境也需要增加維護(hù)和培訓(xùn)成本。

　　故障轉(zhuǎn)移原理

　　在明確了以上設(shè)計(jì)服務(wù)器集群之前需要考慮的事項(xiàng)后，再來(lái)了解服務(wù)器集群故障轉(zhuǎn)移的原理。在整個(gè)故障轉(zhuǎn)移過(guò)程中主要涉及以下幾個(gè)方面。

　　1.檢測(cè)故障

　　在充分考慮了以上影響因素后，還必須設(shè)計(jì)一套故障檢測(cè)方案。要讓備用服務(wù)器變成活動(dòng)服務(wù)器，必須設(shè)法確定活動(dòng)服務(wù)器是否不再正常工作。

　　通常，系統(tǒng)使用下列某個(gè)常規(guī)類型的心跳機(jī)制來(lái)做到這一點(diǎn)。

　　a.發(fā)送信號(hào)。對(duì)于發(fā)送信號(hào)，活動(dòng)服務(wù)器以定義好的時(shí)間間隔將指定信號(hào)發(fā)送到備用服務(wù)器。如果備用服務(wù)器在某個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)未收到信號(hào)，則確定活動(dòng)服務(wù)器發(fā)生了故障并擔(dān)任活動(dòng)角色。例如，活動(dòng)服務(wù)器每隔30s 將狀態(tài)消息發(fā)送到備用服務(wù)器，如果設(shè)定的備用服務(wù)器注意到在90s (3 個(gè)時(shí)間間隔〉內(nèi)未收到任何狀態(tài)消息，那么它會(huì)接管活動(dòng)服務(wù)器的工作。

　　b.接收信號(hào)。對(duì)于接收信號(hào)， 備用服務(wù)器向活動(dòng)服務(wù)器發(fā)送請(qǐng)求。如果活動(dòng)服務(wù)器沒有響應(yīng)，則備用服務(wù)器按特定次數(shù)重復(fù)發(fā)送此請(qǐng)求。如泉活動(dòng)服務(wù)吉普仍然沒有響院，則備用服務(wù)器接管活動(dòng)服務(wù)器的工作。例如，備用服務(wù)器可能每一分鐘將Get Customer Details 消息發(fā)送給活動(dòng)服務(wù)器。如果備用服務(wù)器發(fā)送Get Customer Details請(qǐng)求3次，但未收到響應(yīng)，此時(shí)，備用服務(wù)器將接管活動(dòng)服務(wù)縷的工作。

　　集群可以使用多個(gè)級(jí)別的信號(hào)。例如，集群可以在服務(wù)器級(jí)別使用發(fā)送信號(hào)，并在應(yīng)用程序級(jí)別使用一組接收信號(hào)。在此配置中，每當(dāng)活動(dòng)服務(wù)器啟動(dòng)并連接到網(wǎng)絡(luò)時(shí)它都將心跳消息發(fā)送到備用服務(wù)器。這些心跳消息是按比較頻繁的時(shí)間間隔(如每隔Ss)發(fā)送的，而備用服務(wù)器可能通過(guò)編程設(shè)置為僅當(dāng)未收到兩個(gè)心跳消息，就接管活動(dòng)服務(wù)榕的工作。也就是說(shuō)，在活動(dòng)服務(wù)器發(fā)生故障后不超過(guò)10s 的時(shí)間內(nèi)，備用服務(wù)器將檢測(cè)到這一故障并啟動(dòng)備用進(jìn)程。

　　以上發(fā)送和接收信號(hào)是通過(guò)專用通信通道發(fā)送的，以使網(wǎng)絡(luò)擁塞和一般網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題不會(huì)導(dǎo)致假的故障轉(zhuǎn)移。此外，備用服務(wù)器可能將查詢消息發(fā)送到運(yùn)行在活動(dòng)服務(wù)器上的一個(gè)或多個(gè)關(guān)鍵應(yīng)用程序，并在指定的時(shí)間間隔內(nèi)等待響應(yīng)。如果備用服務(wù)器收到正確的響的，則不采取任何進(jìn)一步的行動(dòng)。為了將對(duì)活動(dòng)服務(wù)器性能的影響減少到最小，應(yīng)用程序級(jí)別的查詢通常要經(jīng)過(guò)比較長(zhǎng)的時(shí)段，如每隔一分鐘或更長(zhǎng)。備用服務(wù)器可能通過(guò)編程設(shè)置為：一直等到至少已經(jīng)發(fā)送5次請(qǐng)求但未收到響應(yīng)，然后才接管活動(dòng)服務(wù)器的工作。這意味著，可能在長(zhǎng)達(dá)5min之后，備用服務(wù)器才會(huì)啟動(dòng)故障轉(zhuǎn)移進(jìn)程。所以，集群故障轉(zhuǎn)移也是有一個(gè)時(shí)間間隔的，并不能保證無(wú)縫接管。

　　2.同步狀態(tài)

　　在集群服務(wù)系統(tǒng)中，在正式接管活動(dòng)服務(wù)器的工作前，首先要將備用服務(wù)器的狀態(tài)與發(fā)生故障的服務(wù)器的狀態(tài)進(jìn)行同步，然后才能開始處理事務(wù)。主要有3種不同的問(wèn)步方法。

　　1)事務(wù)日志

　　在事務(wù)日志方法中，活動(dòng)服務(wù)器將對(duì)其狀態(tài)的所有更改記錄到日志中。同步實(shí)用工具定期處理此日志，以更新備用服務(wù)器的狀態(tài)，使其與活動(dòng)服務(wù)器的狀態(tài)一致。當(dāng)活動(dòng)服務(wù)器發(fā)生故障時(shí)，備用服務(wù)器必須使用此同步實(shí)用工具處理自上次更新以來(lái)事務(wù)日態(tài)中的任何添加內(nèi)容。同步之后，備用服務(wù)器就成為活動(dòng)服務(wù)器， 并開始處理事務(wù)。這種同步方式所需的切換時(shí)間較長(zhǎng)，服務(wù)器應(yīng)用要停頓的時(shí)間也較長(zhǎng)。

　　2)熱備用

　　在熱備用方法中，將把活動(dòng)服務(wù)器內(nèi)部狀態(tài)的更新立即復(fù)制到備用服務(wù)器。因?yàn)閭溆梅��?wù)器的狀態(tài)是活動(dòng)服務(wù)器狀態(tài)的克隆，所以備用服務(wù)器可以立即成為活動(dòng)服務(wù)器，并開始處理事五。很明顯，這種闊步方式所需的切換時(shí)間較短，可用性較高。

　　3)共享存儲(chǔ)

　　在共享有儲(chǔ)方法中，兩臺(tái)服務(wù)器都在共享存儲(chǔ)設(shè)備(如存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)或雙主機(jī)磁盤陣列)上記錄其狀態(tài)。這樣，因?yàn)椴恍枰�進(jìn)行狀態(tài)同步，故障轉(zhuǎn)移可以立即發(fā)生。這種同步方式所需的切換時(shí)間也較段，可用性也較高。

　　3.確定活動(dòng)服務(wù)器

　　對(duì)于指定一組應(yīng)用程序，只存在一臺(tái)活動(dòng)服務(wù)器，這是極其重要的。如果多臺(tái)服務(wù)器都像是活動(dòng)服務(wù)器， 則通常會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)損壞和死鎖。解決此問(wèn)題的常見方法是使用“活動(dòng)令牌”概念的某個(gè)變體。令牌在其最簡(jiǎn)單級(jí)別上是一個(gè)標(biāo)志，用來(lái)將服務(wù)器標(biāo)識(shí)為某個(gè)應(yīng)用程序的活動(dòng)服務(wù)器。對(duì)于每組應(yīng)用程序，來(lái)說(shuō)，只存在一個(gè)活動(dòng)令牌， 因此，只有一臺(tái)服務(wù)器可以擁有令牌。服務(wù)器啟動(dòng)時(shí)，它會(huì)驗(yàn)證其合作伙伴是否擁有活動(dòng)令牌。如果擁有，則該服務(wù)器將作為備用服務(wù)器啟動(dòng)。如果它未檢測(cè)到活動(dòng)令牌，則它會(huì)取得活動(dòng)令牌的所有權(quán)，并作為活動(dòng)服務(wù)器啟動(dòng)。當(dāng)備用服務(wù)器成為活動(dòng)服務(wù)器時(shí)，故障轉(zhuǎn)移進(jìn)程將把活動(dòng)令牌交給備用服務(wù)器。

　　在大多數(shù)情況下，當(dāng)備用服務(wù)器成為活動(dòng)服務(wù)器時(shí)，對(duì)于它正在支持的應(yīng)用程序或用戶來(lái)說(shuō)它是透明的。如果在事務(wù)處理過(guò)程中發(fā)生了故障，則可能必須重試該事務(wù)以使其成功完成。這就使在編寫的用程序代碼時(shí)使故障轉(zhuǎn)移進(jìn)程保持透明顯得更為重要。

　　此外，大多數(shù)服務(wù)器使用IP地址進(jìn)行通信。因此，為了使故障轉(zhuǎn)移成功，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)必須能夠支持將JP地址從一臺(tái)服務(wù)器轉(zhuǎn)移到另一臺(tái)服務(wù)稽。比如，可以使用能夠支持IP地址轉(zhuǎn)移(把故障機(jī)的IP地址轉(zhuǎn)移給接管服務(wù)器使用)的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)。如果系統(tǒng)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)不支持這一轉(zhuǎn)移功能，則可能需要使用負(fù)載均衡集群， 而不是故障轉(zhuǎn)移集群。

　　4.擴(kuò)展故障轉(zhuǎn)移集群服務(wù)器

　　故障轉(zhuǎn)移集群中的可伸縮性通常是通過(guò)擴(kuò)展集群內(nèi)的單個(gè)服務(wù)器，或向其中添加更多功能來(lái)實(shí)現(xiàn)的，所以這種集群系統(tǒng)的可伸縮能力非常有限。

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