双机热备方案设计

大家好，又见面了，我是你们的朋友全栈君。

1 什么是双机热备方案

　　双机热备就是使用互为备份的两台服务器共同执行同一服务，其中一台主机为工作机（Primary Server），另一台主机为备份机（Standby Server），保证系统不间断的运行。双机热备软件就是实现上述功能的软件产品。双机热备针对的是服务器的临时故障所做的一种备份技术，通过双机热备，来避免长时间的服务中断，保证系统长期、可靠的服务。

　　企事业机构的信息化建设已经在随着社会建设的不断推进而改进和创新。众企事业机构的决策层也愈发重视企事业机构的信息化，不同程度的运营和发展着自身的业务信息系统。但是日趋普遍的业务信息系统在为企事业机构带来利益的同时，也存在着一个不容忽视的隐患——越来越多的业务依赖于业务信息系统。如果运行着关键业务信息系统的服务器发生宕机或是因为不可控的原因而停止，从而导致整个企事业机构的信息运营系统瘫痪，将会给企事业机构带来巨大的经济损失，而由于企事业机构的业务不能正常运行也会影响企事业机构的信誉，导致客户对企事业机构失去信任，从而带来致命的危害。

　　通常，服务因错误而造成的终止不可避免，为此，企事业机构都会安排相关的管理人员进行定时的监控，一旦发现服务不可用，便会立即进行处理、排错。这是非常原始的解决方案，存在诸多问题，譬如及时性问题，一旦故障突然发生， 而人工不可能24小时监控；再譬如处理时间长短不可控，一旦错误造成的原因非常复杂，排错非常困难，需要非常长的时间，那么服务的终止将非常长。在排错过程中，人为操作失误将可能导致系统的永久瘫痪。另一方面，为了维持系统的高可用性而配备操作人员，劳务费用也非常昂贵。

　　可见，业务信息系统的容错性和不间断性对需要保障信息安全和提供不间断的信息服务的企事业机构至关重要。而当今企事业机构和IT领域急需解决的关键问题在于如何保障各种关键应用的不间断运营，达到持久稳定的良性循环。

　　为了解决上述问题，一般采用双机热备解决方案，也就是通过硬件冗余再配合高可用双机热备软件实现的解决方案，高可用双机热备软件自动检测服务的运行状态，当主服务器发生故障，高可用双机热备软件会自动尝试修复故障或启动备用服务器，保证我们的服务不间断运行。

2 双机热备方案及不同方案的要求、方案对比

2.1 双机热备方案概述

　　一般实现双机热备的方案有三种，分别是镜像双机热备方案、共享存储双机热备方案、双机双柜双机热备方案，这三种方案对硬件要求不同，我们可以根据自身的业务应用特性来选择具体的双机热备方案以及对应的ServHA双机热备软件产品。

　　　　　　　　 

2.2 镜像双机热备方案

 

2.2.1 镜像双机热备方案简介及拓扑（优先选择）

 

　　镜像双机热备方案中仅需要两台服务器即可实现双机热备，两台服务器利用本地磁盘存储业务数据，ServHA镜像双机热备软件（ServHA Mirror）负责实时同步两台服务器数据，保证两台服务器数据完全一致，由主服务器对外服务并将业务数据实时同步至备用服务器，一旦主服务器发生故障（例如：操作系统宕机、服务器意外掉电、网络故障等），由ServHA双机热备软件自动将业务应用切换至备用服务器继续对外服务，保护业务应用不间断运行。系统拓扑如下：

 

2.2.2 镜像双机热备方案软硬件要求

 

类别	内容	数量	备注
硬件	服务器	2	每台服务器至少两个网口
操作系统	Windows/Linux	—	两台服务器操作系统一致
网络	—	—	两台服务器在同一个网段下
双机热备软件	ServHA Mirror v3.5	1	ServHA镜像双机热备软件产品

 

2.2.3 镜像双机热备方案优缺点

　　优点：性价比最高，硬件投入较少，只需要两台服务器即可，同时数据双份存储，两台服务器各一份，能够进行历史数据快照和查看历史数据能力，数据安全性更高。

　　缺点：数据通过网络实时同步，不适合数据吞吐量特别大的系统。

 

2.2.4 补充说明

实时同步是基于磁盘块的实时同步，数据同步实时性极高，写入数据后，对机可立刻访问到该数据，即使意外宕机也不会造成数据的不一致。

    切换是指一次故障转移的过程，即将服务从主服务器转移到备用服务的过程，具体切换流程如下：

    （1）、主服务器停止应用服务，如数据库等。

    （2）、主服务器释放镜像数据访问权。

    （3）、主服务器释放虚拟IP。

    （4）、备用服务器挂载虚拟IP。

    （5）、备用服务器获取镜像数据访问权。

    （6）、备用服务器启动应用服务。

    切换时间为软件监测时间10s，加上相关业务应用程序启动时间。

    软件里可以设置主机运行的优先顺序，即主服务器和备用服务器的主备功能设置可以通过该款软件人工设置。

2.3.1 共享存储双机热备方案简介及拓扑

　　共享存储双机热备方案中需要两台服务器以及一台共享存储设备（一般情况下就是共享磁盘阵列柜），共享存储设备同时连接至两台服务器，用户业务数据存储在共享存储设备中，由主服务器对外服务并访问共享存储设备进行数据读写，一旦主服务器发生故障（例如：操作系统宕机、服务器意外掉电、网络故障等），由ServHA双机热备软件自动将业务应用切换至备用服务器并接管共享存储设备的访问权继续对外服务，保护业务应用不间断运行。系统拓扑如下：

 

　　　　　　 

2.3.2 共享存储双机热备方案软硬件要求

 

类别	内容	数量	备注
硬件	服务器	2	每台服务器至少两个网口
	磁盘阵列柜	1	同时连接至两台服务器
操作系统	Windows/Linux	—	两台服务器操作系统一致
网络	—	—	两台服务器在同一个网段下
双机热备软件	ServHA Cluster v3.5	1	ServHA共享存储双机热备软件产品

 

2.3.3 共享存储双机热备方案优缺点

　　优点：有独立的存储设备进行数据存储，能够容纳较高的数据吞吐量和具有较好的数据扩展性，适合数据量以及数据吞吐量比较大的应用。

　　缺点：需要引入昂贵的存储设备，成本有所增加，数据只有一份，在磁盘阵列中。

 

2.4 双机双柜双机热备方案

 

2.4.1 双机双柜双机热备方案简介及拓扑

 

双机双柜双机热备方案中仅需要两台服务器和两台共享磁盘阵列柜，每台服务器同时连接两台磁盘阵列柜，每台磁盘阵列柜同时同时连接两台服务器，ServHA双机双柜软件（ServHA DS Mirror）负责实时将数据写入两台磁盘阵列柜，保证两台磁盘阵列柜数据完全一致，在服务器读取数据时，会从两台磁盘阵列柜同时读取，提高读取效率，一旦主服务器发生故障（例如：操作系统宕机、服务器意外掉电、网络故障等），由ServHA双机热备软件自动将业务应用切换至备用服务器继续对外服务，保护业务应用不间断运行，当一台磁盘阵列柜发生故障时，ServHA双机热备软件会将故障磁盘阵列柜隔离，整个过程业务不间断，无缝使用单盘柜继续服务。系统拓扑如下：

 

2.4.2 双机双柜双机热备方案软硬件要求

 

类别	内容	数量	备注
硬件	服务器	2	每台服务器至少两个网口
	磁盘阵列柜	2	每台磁盘阵列柜同时连接至两台服务器
操作系统	Windows	—	两台服务器操作系统一致
网络	—	—	两台服务器在同一个网段下
双机热备软件	ServHA DS Mirror v3.5	1	ServHA共享存储双机热备软件产品

 

2.4.3 双机双柜双机热备方案优缺点

　　优点：数据双份存储，两台磁盘阵列柜各一份，数据安全性高，数据通过存储链路实时写入两台磁盘阵列柜，能承载较高的数据吞吐量。

　　缺点：硬件成本较高。

 

3 如何选择双机热备方案及双机热备软件

3.1 根据应用特性选择

　　 若用户应用要求数据吞吐量一般（每小时新增数据100G以下），更关注业务连续性（例如财务系统、OA系统、CRM系统等），可采用镜像双机热备方案，性价比高，数据安全性高，采用ServHAMirror双机热备软件产品。

 　　若用户应用要求数据吞吐量较高（每小时新增数据100G以上）、数据总量巨大且需要空间扩展，且关注业务连续性（例如视频监控、PACS、CRM系统等），可采用共享存储双机热备方案，采用ServHACluster双机热备软件产品。

 　　若用户应用要求数据吞吐量较高（每小时新增数据100G以上）、预算充足、对数据安全性有很高要求、数据总量巨大且需要空间扩展，可采用双机双柜双机热备方案，采用ServHA DS Mirror双机热备软件产品。

三、pluswell双机热备软件产品镜像双机热备方案（与上述方案一一致）：

接口服务器主备方案

接口服务器采用主、备冗余设置。主、备服务器同时工作，主、备之间会周期性循环发送相互检测的测试包，以检测主、备服务器工作状态。

主备双机结构图

　　　　　　 

　　　　　　　　　　　　　　　　图1接口服务器主备双机结构图

实现说明

　　主备接口服务器通过pluswell双机热备软件实现双机热备功能。双机热备软件能对计算机的操作系统、网络系统和数据库及时进行检测，当其中任何一个系统出现问题时该双机软件能自动运行到备用服务器上，让备用服务器接管主机的工作，达到让计算机永不停机，数据永不丢失。

1)  主备实现选用两套接口服务器，一套主接口服务器，另外一套备接口服务器。

2)  主接口服务器为业务正常时的服务器，备接口服务器为主服务器发生故障，切换时的服务器。

工作原理

1)  心跳工作过程

　　通过IP做心跳检测时，主备双机会通过心跳路径（TCP/IP协议），周期性的发出相互检测的测试包。在系统正常情况下，主用服务器为系统提供服务，备份服务器监视工作机的运行情况（主用服务器同时也在检测备份服务器是否正常）。如果主机出现故障，备机接收到连续丢失的最大丢失数量的检测包后，会认为主用服务器出现故障。这时备用服务器会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，备机则根据已设定的规则，主动接管主用服务器的工作，继续支持信息的服务，保证系统不间断的运行。同时，在主用服务器出现故障时，网管系统会显示主用服务器故障告警提示。

　　　　　　 

　　　　　　　　　　　　　　图主备双机心跳工作

2)  IP工作过程

　　IP地址采用虚拟IP地址的方法来实现，主要原理如图：

　　　　　　　　 

　　主机正常的情况下虚拟IP地址指向主机的实IP地址，用户通过虚拟IP地址访问主机，这时软件将虚拟IP地址解析到主机实IP地址。

　　当主机做相关的切换时：

　　　　　　　　 

　　虚拟IP地址通过软件自动将虚拟IP地址解析到备机的实IP地址上，这时，虚拟IP地址指向备机的实IP地址。但对用户来说，用户访问的仍然是虚拟IP地址。所以用户只会在切换的过程中发现有短暂的通信中断，经过一个短暂的时间，就可以恢复通信。

3)  应用及网络故障切换过程

l  可以检测到操作系统的故障并及时将服务切到备用服务器

　　　　　　　　 

l  可以检测到数据库的故障并及时将服务切到备用服务器

　　　　　　　 

l  当操作系统和数据库系统正常，可以检测服务器网络的故障并及时将服务切到备用服务器

 　　　　　　　

 

其他说明：

　　蓝科泰达公司凭借其丰富的研发经验，可提供高可用性系列产品和优质的服务，推出了蓝科泰达双机容错打包解决方案，目的在于保证数据永不丢失和系统永不停顿，同时为用户节省大量的开支。

　　蓝科泰达容错系统结合了蓝科泰达磁盘阵列产品的安全可靠性与双机容错技术高可用性的优点，相互配合二者的优势。蓝科泰达磁盘阵列针对双机容错技术做了许多优化和改进，满足了双机硬件的连接要求，根据应用环境的实际情况，适用于Windows2000平台以上，开放源代码Linux平台，SCO UNIX平台上的多种双机热备软件。

蓝科泰达提供的打包方案(一)主要包括以下热备份设备：

*双机软件   PlusWell HA         一套

*文件同步   PlusWell Mirror     一套

　　企业关键业务一旦中断，企业的日常运作将受到致命的影响，那么就要求我们的系统在最短的时间内将系统恢复到正常状态。

所以我们要求双机软件能够实现以下几点：

1、 异常终端检测

2、 网络故障，系统故障，应用程序故障等全系统检测

3、 当高可用系统中的某个节点故障，无须人工干预自动切换，保障系统运行

4、 速度快（快速恢复）

    贵单位业务平台，是以Windwos 2003 Server系统平台为基础，以SQL Server为核心的数据库的协同办公平台，该系统对稳定性要求很高、系统实时性和可用性提出要有连续运行的能力，系统一旦出现故障，其损失是惨重的。

    因此，建议用户采用高可用技术，高可用系统在各个节点间保持的间歇的通讯，使系统中的独立节点组合成整体的一套系统，并使用PlusWell 软件可以保障该系统中的某一节点故障都可被PlusWell 软件所监控，如主服务器应用程序、网卡、操作系统，均纳入公共的安全体系，确保7*24的不停机。