双机保障(热备)实现系统高可用性.pdf

双机保障（热备）实现系统高可用性 1. 背景  随着当前网络的快速发展，很多传统的服务已经转移到网络环境中实施，例 如数据存储、金融交易、企业管理、通信传输等，当前大部分服务都是采用中心 服务器的模式。网络环境的脆弱性，导致中心服务器出现故障的几率比较大。因 为在网络环境下，导致服务器故障的原因是错综复杂，无法预测的，例如网络攻 击、电缆断线、操作系统故障、软件故障、设备故障等。一旦服务器出现故障， 那么所提供的服务就会被中断一段较长的时间。一般地讲，在技术人员在现场的 情况下，恢复服务器正常可能需要１０分钟、几小时甚至几天。从实际经验上看， 除非是简单地重启服务器（可能隐患仍然存在），否则往往需要几个小时以上。 而如果技术人员不在现场，则恢复服务的时间就更长了。因此，服务器提供服务 的持续性是得不到保证的。  但是，对于一些企业级应用来说，用户是很难忍受这样长时间的服务中断的， 保证系统能够持续地、稳定地提供服务至关重要。对于某些执行关键使命的系统， 甚至要求系统能够具备365 ×24 不停顿运行的能力。因此，出现了高可用性的需 求和方案。  HIFN 实验室在研究UTM （统一威胁管理）平台时，采用了一种“双机热备” 的技术方案保证UTM 系统的高可用性。该UTM 平台采用了HIFN HPM 模式匹配 算法来完成内容过滤和病毒扫描，并使用了HIFN FlowThrogh IPSec 加速卡来实现 VPN 。以下笔者将会结合该 UTM 平台详细介绍这种“双机热备”式的高可用性 技术方案。  2. 概述  双机热备技术，概括地说，就是使用两台服务器，通过即时备份数据的方式， 实现系统的高可用性。其基本原理是这两台服务器，一台处于active 状态，称为 主服务器，一台处于standby 状态，称为备用服务器。在正常情况下，由处于active 状态的主服务器提供服务，当主服务器出现故障时，处于standby 状态的备用服 务器被激活，接替主服务器继续提供服务。而整个过程无需人工干预，在短时间 内自动完成服务接管。双机的结构如图1 所示。    图 1  UTM平台上的双机热备结构  双机热备技术可以有两种实现模式，两者的区别主要是针对服务器数据的存 储位置，一种是共享单一存储器形式。如图2 所示，主服务器和备用服务器使用 同一个存储设备存储数据。这个共享存储设备可以是RAID （磁盘阵列），也可以 是NAS （网络附属存储器）。在正常情况下主服务器将数据库放到共享存储器上， 当主服务发生故障时，备用服务器访问同样的设备，读写相同的数据。这种方式 不存在数据滞后的问题。共享存储器的方案适合数据量大的场合，且通常会在共 享存储器上利用数据压缩卡来节省存储空间，例如通过 HIFN 的DR 系列压缩卡 结合de‐duplication 技术实现全盘透明压缩。    图 2  共享单一存储器模式  但是共享存储器方式有其固有的缺点，使其不适合UTM 的应用场合。第一， UTM 数据量少，只是一些代理软件的配置数据；第二，UTM 数据的同步性要求 不高，即使主服务器在配置信息刚刚更新完后马上出现故障，备用服务器使用旧 的配置信息也能够继续提供服务；第三，共享存储器存在单点故障问题，即一旦 存储器出现故障，系统将无法继续提供服务。  因此，HIFN 实验室在实现UTM 平台时，使用了另外一种双机热备模式，即 软件同步数据方式。如图1 所示，在正常情况下，主服务器拥有自己的网络地址 （公网和私网地址），对外提供服务。而备用服务器关闭其网口（限指公网和私 网网口），没有网络地址，系统上的服务进程没有启动，不对外提供服务。两台 机器中间有一条单独的网络电缆，主服务器上的数据同步软件不时将主服务器的 配置数据通过该网络电缆发送给备用服务器，使得两者的配置达到一致（同步）。 一旦主服务器发生故障，它将放弃其网络地址，关闭网口，而备用服务器会启用 网口，接管网络地址，启动服务进程，利用相同的配置继续向外提供服务。  3. 技术分析      在软件同步的双机热备方案中，以下几个技术难点是需要妥善解决的：  1