服务器与数据存储--双机容错方案

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更新时间：2007-04-07 14:07
关 键 词：双机  双机互备援  双机热备份  网络工程  网管员必读—服务器与数据存储
阅读提示：本书全面、系统地介绍了在中、高级网络管理和网络工程实施中两个重要方面的主流技术和应用：硬件服务器和数据存储。本节介绍了双机容错方案及三种不同的工作模式，即双机热备模式、双机互备模式和双机双工模式。

8.3.1  双机容错方案
双机容错是计算机应用系统稳定、可靠、有效、持续运行的重要保证。它通过系统冗余的方法解决计算机应用系统的可靠性问题，具有安装维护简单、稳定可靠、监测直观等优点。当一台主机出现故障时，冗余容错软件可及时启动另一台主机接替原主机的任务，保证了用户数据的可靠性和系统的持续运行。
双机容错技术是一种软硬件结合的较高级别的容错应用方案。该方案是由两台服务器系统和一个外接共享磁盘阵列柜（也可没有，而是在各自的服务器中采用RAID卡）及相应的双机热备份软件组成的。双机容错的目的在于保证数据永不丢失和系统永不停机，采用智能型磁盘阵列柜可保证数据永不丢失，采用双机容错软件可保证系统永不停机。不过，要注意的是双机热备份与服务器集群并不一样，双机热备份通常要求两台服务器的配置完全一样，而服务器集群则没有这方面的严格要求，这也是许多读者容易混淆的。
在双机容错方案中，操作系统和应用程序安装在两台服务器的本地系统盘上，整个网络系统的数据是通过磁盘阵列集中管理和备份的。数据集中管理是通过双机热备份系统，将所有站点的数据直接从中央存储设备读取和存储，并由专业人员进行管理，极大地保护了数据的安全性和保密性。用户的数据存放在外接共享磁盘阵列中，在一台服务器出现故障时，备用机主动替代主机工作，保证网络服务不间断。
双机热备份系统采用“心跳”方法保证主系统与备用系统的联系。所谓“心跳”，指的是主从系统之间相互按照一定的时间间隔发送通信信号，表明各自系统当前的运行状态。一旦“心跳”信号表明主机系统发生故障，或者备用系统无法收到主机系统的“心跳”信号，则系统的高可用性管理软件认为主机系统发生故障，使主机停止工作，并将系统资源转移到备用系统上，备用系统将替代主机发挥作用，以保证网络服务运行不间断。
在双机热备份方案中，根据两台服务器的工作方式可以有三种不同的工作模式，即双机热备模式、双机互备模式和双机双工模式。
1．双机互备援（Dual Active）
所谓双机互备就是两台主机均为工作机，在正常情况下，两台工作机均为信息系统提供支持，即都为活动服务器（Active Server），并互相监视对方的运行情况。当一台主机出现异常时，不能支持信息系统正常运营，另一主机则主动接管（Take Over）异常机的工作，继续主持信息的运营，从而保证信息系统能够不间断地运行，实现不停机（Non-Stop）的功能。该容错方案的网络结构如图8-5所示。采用这种容错方案，正常运行的主机的负载（Loading）会有所增加，所以此时必须尽快修复异常机以缩短正常机负责处理所接管工作的时间，并尽快切换回已被修复的异常机。
在一套系统中采用两台服务器和一个磁盘阵列柜，两台服务器通过磁盘阵列卡或SCSI卡用SCSI电缆与磁盘阵列柜相连，并共用磁盘阵列柜。每台服务器都插有两块网卡，一块为系统所用（如图8-5中的Public Net1），另一块则为两台服务器监测通信所用（如Public Net2）。如果安装Windows 2000企业版则有自带的双机集群软件，如安装其他系统则还需双机热备份软件。两台服务器互为主从，当主服务器开始工作时，从服务器则时刻监测主服务器的运行情况，一旦出现故障就立即将主服务器上的业务接管过来，切换时间最长约30～40秒。该方式的主要特点是实现了双机容错、双机互援和双机备份。同时磁盘阵列柜脱离服务器而存在，当系统崩溃时，数据也不会丢失，极大地保证了资料的安全性。

图8-5  双机互备援容错方案

在这一方案中，主要是在以下几种情况下在两个服务器间进行切换：
系统软件或应用软件造成服务器宕机；
服务器没有宕机，但系统软件或应用软件工作不正常；
SCSI卡损坏，造成服务器与磁盘阵列无法存取数据；
服务器内硬件损坏，造成服务器宕机；
服务器不正常关机。
2．双机热备份（Hot Standby）
双机热备份就是一台主机为活动工作机（Active Server），另一台主机为备份机（Standby Server）。在这种容错方案中，各服务器只需一块网卡，共同连接在同一网络上，磁盘阵列的连接与上面介绍的互援备份一样，都是通过SCSI电缆连接两主机和磁盘阵列的。在系统正常的情况下，工作机为信息系统提供支持，备份机监视工作机的运行情况，与此同时工作机也监视备份机是否正常。工作机会通过互连的网络线，周期性地发出用于相互检测的测试包给备份机。如果此时工作机出现故障，备份机在连续丢失设定数目的检测包后，会认为工作机出现故障，自动检测设置中是否有第二种心跳，如果没有第二种心跳的话，备份机则根据已设定的规则，启动备份机的相关服务，完成双机热备切换。备份机主动接管（Take Over）工作机的工作，继续支持信息的运营，从而保证信息系统能够不间断地运行（Non-Stop）。当工作机或备用机修复正常后，系统管理员即可以通过管理命令以人工或自动的方式将备份机的工作切换回工作机，也可以激活监视程序，监视备份机的运行情况，此时，原来的备份机就成了工作机，而原来的工作机就成了备份机。这种双机热备份容错方案的网络结构如图8-6所示。
双机热备份方案的典型应用是在证券资金服务器或行情服务器中的应用。它是目前采用较多的一种模式，但由于另外一台服务器长期处于后备的状态，从计算资源方面考量，就存在一定的浪费。
在这一方案中，主要在以下几种情况下在两个主机之间进行切换：
系统软件或应用软件造成服务器宕机；
服务器没有宕机，但系统软件或应用软件工作不正常；

图8-6  双机热备份方案

SCSI卡损坏，造成服务器与磁盘阵列无法存取数据；
服务器内硬件损坏，造成服务器宕机；
服务器不正常关机。

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