為保證整個虛擬數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)的安全可靠，本方案針對系統(tǒng)的核心部分，包括VDC運(yùn)營管理平臺、虛擬計(jì)算管理平臺、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)等設(shè)計(jì)了高可靠和高可用方案,主要通過高可用集群和負(fù)載均衡集群來實(shí)現(xiàn)。

一、高可用集群

高可用集群簡稱HA群集，其主要技術(shù)特點(diǎn)是加入HA群集中主機(jī)處于主備工作模式狀態(tài)，通過資源監(jiān)視器監(jiān)控資源運(yùn)行情況，致力于通過主備資源切換來實(shí)現(xiàn)主機(jī)系統(tǒng)的高可用性。

在HA群集系統(tǒng)中，所有的應(yīng)用程序、數(shù)據(jù)文件、磁盤、網(wǎng)絡(luò)IP地址等都可被抽象為資源，資源可以組成一個資源組，它是HA群集系統(tǒng)可以進(jìn)行故障切換的最小單元。資源的存在可以分為五種狀態(tài)：

l Offline，資源不能被別的資源或者客戶機(jī)使用；

l Offline Pending，資源正處于Offline的過程中；

l Online，資源處于可用的狀態(tài)；

l Online Pending，資源正處于Online的過程中；

l Failed，資源出現(xiàn)了無法解決的問題。

HA群集服務(wù)用依賴性來定義不同資源彼此之間的關(guān)系，根據(jù)資源間的相互依賴關(guān)系來決定把這些資源變?yōu)樵诰�或者是離線的順序。

HA群集服務(wù)會啟動一個資源監(jiān)視器來監(jiān)視節(jié)點(diǎn)中的全部資源，所有的資源都處于資源監(jiān)視器的監(jiān)視之下，資源監(jiān)視器與資源進(jìn)行通信，偵測對應(yīng)資源的狀態(tài)，監(jiān)視器再把信息提供給群集服務(wù)。資源監(jiān)視器會發(fā)送狀態(tài)信息的請求檢查資源是不是可用，一般會有兩種級別的檢查：LooksAlive和IsAlive。LooksAlive級別的檢查相對比較簡單，每隔一段時間（相對比較短的時間，一般是5秒），資源監(jiān)視器會進(jìn)行一次LooksAlive級別的檢查，如果資源沒有響應(yīng)，監(jiān)視器會向群集服務(wù)報(bào)告。IsAlive級別的檢查是非常完整的檢查，它會徹底檢查資源是不是工作正常，IsAlive檢查的時間間隔比LooksAlive要長，一般是1分鐘。

故障切換（Failover）是指把出現(xiàn)故障的節(jié)點(diǎn)上的資源重新定位到另一個可用的節(jié)點(diǎn)上。負(fù)責(zé)監(jiān)視資源的資源監(jiān)視器一旦發(fā)現(xiàn)資源出現(xiàn)故障，它就會通知群集服務(wù)，群集服務(wù)會根據(jù)事前定義好的策略觸發(fā)對應(yīng)的事件。雖然發(fā)現(xiàn)的是個別資源的故障，但是群集還是會把整個資源組進(jìn)行故障切換。

故障切換會在三種不同的情況下發(fā)生：人工（一般是因?yàn)楣芾韱T的請求）、自動或者在特定的時間（由群集管理軟件設(shè)定）。自動故障切換又包含了三個階段：故障發(fā)現(xiàn)、資源重新定位和重新啟動應(yīng)用程序（一般是故障切換過程中最耗費(fèi)時間的）。當(dāng)達(dá)到資源組的故障切換閥值時，自動的故障切換才會發(fā)生，閥值是可以設(shè)定的，一般由管理員來設(shè)定。

故障恢復(fù)（Failback）是一種故障切換的特例，是指發(fā)生故障切換之后，把部分或者全部資源組移回它們首選的節(jié)點(diǎn)的過程。首選的節(jié)點(diǎn)就是指群集中指定的運(yùn)行資源組的道選的節(jié)點(diǎn)，如果是多個節(jié)點(diǎn)的高可用性方案，就會有多個首選的節(jié)點(diǎn)。當(dāng)首選的節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障后，對應(yīng)的資源組就切換到另外的可用節(jié)點(diǎn)上，當(dāng)出現(xiàn)故障的節(jié)點(diǎn)恢復(fù)正常后，資源組可以自動的切換回首選節(jié)點(diǎn)。如果沒有定義首選節(jié)點(diǎn)，資源組就不會自動切換回來。

高可用性實(shí)現(xiàn)過程如下：資源監(jiān)視器根據(jù)設(shè)定的時間間隔對資源進(jìn)行LookAlive和IsAlive兩種級別的檢查，一旦發(fā)現(xiàn)某一個資源不可用，就會試圖重新啟動該資源。根據(jù)閥值的設(shè)定，如果在某一時間段內(nèi)，資源不可用的情況達(dá)到了設(shè)定的閥值時，就會發(fā)生故障切換。經(jīng)過故障切換的過程，對應(yīng)的資源組在另外一個節(jié)點(diǎn)上重新啟動了，繼續(xù)為客戶提供服務(wù)，對客戶來說工作沒有影響，這就完成了一次故障切換。當(dāng)出現(xiàn)故障的節(jié)點(diǎn)恢復(fù)正常以后，如果事先對該資源組設(shè)定了首選節(jié)點(diǎn)，就會把該資源組移回該首選節(jié)點(diǎn)。

 

二、負(fù)載均衡集群

負(fù)載均衡集群簡稱LB群集，其主要技術(shù)特點(diǎn)是加入負(fù)載均衡集群中的所有節(jié)點(diǎn)都處于活動狀態(tài)，使用負(fù)載均衡的軟件或硬件設(shè)備來實(shí)現(xiàn)負(fù)載的動態(tài)調(diào)度和合理分?jǐn)�，致力于通過來多主機(jī)節(jié)點(diǎn)負(fù)載均衡集群架構(gòu)實(shí)現(xiàn)主機(jī)系統(tǒng)靈活伸縮性和高可靠性。

Web服務(wù)器群集和應(yīng)用服務(wù)器群集推薦主要使用負(fù)載均衡集群來提升其服務(wù)的可靠性和靈活的動態(tài)擴(kuò)展性。

在負(fù)載均衡群集的設(shè)計(jì)中，系統(tǒng)拓?fù)湟话惚辉O(shè)計(jì)為對稱結(jié)構(gòu)。在對稱結(jié)構(gòu)中每臺服務(wù)器都具備等價的地位，都可以單獨(dú)對外提供服務(wù)。通過負(fù)載算法，分配設(shè)備將外部發(fā)送來的請求均勻分配到對稱結(jié)構(gòu)中的每臺服務(wù)器上，接收到連接請求的服務(wù)器都獨(dú)立回應(yīng)客戶的請求。

負(fù)載均衡群集系統(tǒng)使應(yīng)用程序處理負(fù)載或網(wǎng)絡(luò)流量負(fù)載可以在主機(jī)群集中盡可能平均地分?jǐn)偺幚�，非常適合于運(yùn)行同一組應(yīng)用程序的大量用戶。每個節(jié)點(diǎn)都可以處理一部分負(fù)載，并且可以在節(jié)點(diǎn)之間動態(tài)分配負(fù)載，以實(shí)現(xiàn)平衡。對于網(wǎng)絡(luò)流量也如此。通常，WEB服務(wù)器或者應(yīng)用服務(wù)器接受了太多的入網(wǎng)流量，以致無法迅速處理，這就需要將流量發(fā)送給在其它節(jié)點(diǎn)上運(yùn)行的服務(wù)器，還可以根據(jù)每個節(jié)點(diǎn)上不同的可用資源或網(wǎng)絡(luò)的特殊環(huán)境來進(jìn)行優(yōu)化。

負(fù)載均衡建立在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)之上，它提供了一種廉價有效的方法來擴(kuò)展服務(wù)器帶寬，增加吞吐量，提高數(shù)據(jù)處理能力，同時又可以避免單點(diǎn)故障。負(fù)載均衡的作用就像輪流值日制度，把任務(wù)分給大家來完成，以免讓一個人過度勞累。但是與輪流值日制度不同的是，負(fù)載均衡是一種動態(tài)均衡，它通過一些工具實(shí)時地分析數(shù)據(jù)包，掌握網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)流量狀況，把任務(wù)分配出去。對于不同的應(yīng)用環(huán)境，使用的均衡策略算法是不同的。均衡策略算法有多種多樣的形式，廣義上的負(fù)載均衡既可以設(shè)置專門的網(wǎng)關(guān)、負(fù)載均衡器，也可以通過一些專用軟件與協(xié)議來實(shí)現(xiàn)。在OSI七層協(xié)議模型中的第二（數(shù)據(jù)鏈路層）、第三（網(wǎng)絡(luò)層）、第四（傳輸層）、第七層（應(yīng)用層）都有相應(yīng)的負(fù)載均衡策略（算法），在數(shù)據(jù)鏈路層上實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡的原理是根據(jù)數(shù)據(jù)包的目的MAC地址選擇不同的路徑；在網(wǎng)絡(luò)層上可利用基于IP地址的分配方式將數(shù)據(jù)流疏通到多個節(jié)點(diǎn)；而傳輸層和應(yīng)用層的交換（Switch），本身便是一種基于訪問流量的控制方式，能夠?qū)崿F(xiàn)負(fù)載均衡。

負(fù)載均衡群集是帶均衡策略算法的主機(jī)群集。負(fù)載均衡群集在多節(jié)點(diǎn)之間按照一定的策略分發(fā)網(wǎng)絡(luò)或計(jì)算處理負(fù)載。目前均衡算法主要有三種：輪循（Round-Robin）、最小連接數(shù)（Least Connections First）和快速響應(yīng)優(yōu)先（Faster Response Precedence）。輪循算法就是將來自網(wǎng)絡(luò)的請求依次分配給群集中的服務(wù)器進(jìn)行處理。最小連接數(shù)算法就是為群集中的每臺服務(wù)器設(shè)置一個記數(shù)器，記錄每個服務(wù)器當(dāng)前的連接數(shù)，負(fù)載均衡系統(tǒng)總是選擇當(dāng)前連接數(shù)最少的服務(wù)器分配任務(wù)。這要比"輪循算法"好很多，因?yàn)樵谟行﹫龊现�，簡單的輪循不能判斷哪個服務(wù)器的負(fù)載更低，也許新的工作又被分配給了一個已經(jīng)很忙的服務(wù)器了。快速響應(yīng)優(yōu)先算法是根據(jù)群集中的服務(wù)器狀態(tài)（CPU、內(nèi)存等主要處理部分）來分配任務(wù)。 這一點(diǎn)很難做到，事實(shí)上到目前為止，采用這個算法的負(fù)載均衡系統(tǒng)還很少。尤其對于硬件負(fù)載均衡設(shè)備來說，只能在TCP/IP協(xié)議方面做工作，幾乎不可能深入到服務(wù)器的處理系統(tǒng)中進(jìn)行監(jiān)測。但是它是未來發(fā)展的方向。

負(fù)載均衡群集有如下特點(diǎn)：

l 高性能

一個服務(wù)器群集系統(tǒng)由多臺服務(wù)器組成，對外部而言，整個群集就如同一臺高性能服務(wù)器。以WEB服務(wù)器為例，系統(tǒng)只有一個對外的網(wǎng)絡(luò)地址（主機(jī)名或IP地址），所有的HTTP請求都發(fā)到這個地址上。系統(tǒng)中有專門的機(jī)制能夠?qū)⑦@些請求按照一定原則分發(fā)到群集中的各臺服務(wù)器上，讓它們各自分擔(dān)一部分工作。

l 可擴(kuò)展性

它是采用同樣的方法或技術(shù)高效率地支持較大規(guī)模系統(tǒng)的能力。負(fù)載均衡服務(wù)器群集系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)和工作原理決定了它能夠比較容易地達(dá)到較好的可擴(kuò)展性，因?yàn)閿U(kuò)大系統(tǒng)規(guī)模非常容易，只要在網(wǎng)絡(luò)中增加新的服務(wù)器計(jì)算機(jī)即可。

l 高可用性

由于負(fù)載均衡服務(wù)器群集系統(tǒng)中各臺服務(wù)器之間相對獨(dú)立，采用一些不太復(fù)雜的技術(shù)就能使服務(wù)器群集系統(tǒng)達(dá)到很高的可用性。

 

三、數(shù)據(jù)庫集群系統(tǒng)

VDC運(yùn)營管理平臺需要一年365天、每周7天、每天24小時在線開展業(yè)務(wù)。如果重要的應(yīng)用系統(tǒng)、服務(wù)器或數(shù)據(jù)不可用，就有可能導(dǎo)致收入損失、客戶不滿意、罰款以及負(fù)面報(bào)道將對企業(yè)聲譽(yù)產(chǎn)生持久的影響。

為確保整個虛擬數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)平臺的正常運(yùn)行，本方案里面主要從以下兩個方面來保障數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的高可靠性和高可用性。

首先，在整個系統(tǒng)里面部署兩臺數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，每臺數(shù)據(jù)庫服務(wù)器上部署安裝HA軟件，一臺數(shù)據(jù)庫服務(wù)器作為主服務(wù)器，另一臺數(shù)據(jù)庫服務(wù)器作為備服務(wù)器，數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)統(tǒng)一存放在共享存儲上。日常運(yùn)營中，兩臺數(shù)據(jù)庫服務(wù)器同時運(yùn)行，但是同時只有一臺數(shù)據(jù)庫服務(wù)器對外提供服務(wù)。當(dāng)一臺服務(wù)器出現(xiàn)故障時，高可用軟件只需2-3秒即可檢測到故障，并將數(shù)據(jù)庫服務(wù)從失效的節(jié)點(diǎn)遷移到備份節(jié)點(diǎn)，確保業(yè)務(wù)系統(tǒng)的正常運(yùn)營。

其次，數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的備份主要分為三種類型：冷備份、熱備份和邏輯備份。

Cold Backup（冷備份） 主要指在關(guān)閉數(shù)據(jù)庫的狀態(tài)下進(jìn)行的數(shù)據(jù)庫完全備份，備份內(nèi)容包括所有數(shù)據(jù)文件、控制文件、聯(lián)機(jī)日志文件、ini文件。

Hot Backup（熱備份） 指在數(shù)據(jù)庫處于運(yùn)行狀態(tài)下，對數(shù)據(jù)文件和控制文件進(jìn)行備份，要使用熱備份必須將數(shù)據(jù)庫運(yùn)行在(Archive Log)歸檔方式下。

Export（邏輯備份）這是最簡單的備份方法，可按數(shù)據(jù)庫中某個表、某個用戶或整個數(shù)據(jù)庫來導(dǎo)出，并且支持全部、累計(jì)、增量三種方式。使用這種方法，數(shù)據(jù)庫必須處于打開狀態(tài)，而且如果數(shù)據(jù)庫不是在restrict狀態(tài)將不能保證導(dǎo)出數(shù)據(jù)的一致性。

數(shù)據(jù)備份首先應(yīng)該制定合理的備份策略方案，本方案數(shù)據(jù)庫備份采用全備份、部分備份和增量備份。備份周期為每天增量備份、每周以及每月一次的全備份等。備份介質(zhì)可以是磁帶庫、光盤或者是其他離線存儲。

 

四、VDC運(yùn)營管理平臺的高可靠性和高可用性

VDC運(yùn)營管理平臺負(fù)責(zé)對外提供虛擬計(jì)算業(yè)務(wù)，管理和調(diào)度四個城市的計(jì)算和存儲資源，是整個虛擬數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目的核心系統(tǒng)。VDC運(yùn)營管理平臺主要通過硬件負(fù)載均衡來保證高可靠性和高可用性。

正常運(yùn)營時，同時會有多臺物理服務(wù)器運(yùn)行VDC運(yùn)營管理平臺，硬件負(fù)載均衡設(shè)備放置在VDC運(yùn)營管理平臺服務(wù)器前面。負(fù)載均衡設(shè)備會按照后臺服務(wù)器的實(shí)際負(fù)載情況，將客戶請求均勻分發(fā)到不同的運(yùn)營管理平臺服務(wù)器。如果客戶訪問量增加，運(yùn)營管理平臺負(fù)載較大時，可以隨時通過添加新的運(yùn)營平臺服務(wù)器來分擔(dān)系統(tǒng)負(fù)載。

通過硬件負(fù)載均衡設(shè)備不僅可以大大提升整個VDC運(yùn)營管理平臺的可靠性和可用性，同時也讓整個系統(tǒng)具有良好的可擴(kuò)展性和靈活性。

 

五、虛擬計(jì)算管理平臺的高可靠性和高可用性

虛擬計(jì)算管理平臺部署在各個省份公司，負(fù)責(zé)物理資源的虛擬化管理和調(diào)度。虛擬計(jì)算管理平臺主要包含了節(jié)點(diǎn)控制器、集群控制器和運(yùn)行虛擬機(jī)的物理節(jié)點(diǎn)。為保證整個虛擬計(jì)算管理平臺的正常運(yùn)營，本方案針對上述三個部分制定了相應(yīng)的高可靠性和可用性方案。

虛擬計(jì)算管理平臺對內(nèi)負(fù)責(zé)每個數(shù)據(jù)中心集群的管理和調(diào)度，對外負(fù)責(zé)和上層VDC運(yùn)營管理平臺對接，具有承上啟下的重要作用。每個數(shù)據(jù)中心采用兩臺云控制節(jié)點(diǎn)，應(yīng)用數(shù)據(jù)存放在共享存儲。云控制服務(wù)通過HA軟件來實(shí)現(xiàn)高可用性。當(dāng)一臺云控制節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障時，HA軟件能在1-2秒內(nèi)檢測到故障，并切換節(jié)點(diǎn)控制器服務(wù)到另一個正常物理節(jié)點(diǎn)。云控制節(jié)點(diǎn)和集群節(jié)點(diǎn)的交互是通過異步加密WebService服務(wù)來實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)云控制節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障切換時，不會影響到集群節(jié)點(diǎn)和其它物理節(jié)點(diǎn)的正常運(yùn)行。故障切換完畢后，集群控制節(jié)點(diǎn)會將最新的信息反饋到云控制節(jié)點(diǎn)。

集群控制節(jié)點(diǎn)主要負(fù)責(zé)對運(yùn)行虛擬機(jī)的物理服務(wù)器進(jìn)行管理和調(diào)度，同時反饋相關(guān)信息給上層云控制節(jié)點(diǎn)，所有信息的交換都是通過異步加密WebService方式來實(shí)現(xiàn)。每個集群可以采用兩臺集群控制節(jié)點(diǎn)，集群數(shù)據(jù)存放在共享存儲。集群服務(wù)通過HA軟件來實(shí)現(xiàn)高可用性。當(dāng)一臺集群控制節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障時，HA軟件能在1-2秒內(nèi)檢測到故障，并切換集群服務(wù)到另一個正常物理節(jié)點(diǎn)。集群控制節(jié)點(diǎn)管理的信息主要來自各個物理服務(wù)器節(jié)點(diǎn)，并通過定期詢查的模式獲取。當(dāng)集群控制節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障時，上層云控制節(jié)點(diǎn)會短暫無法獲取此集群信息，但是當(dāng)集群服務(wù)切換完畢后，集群服務(wù)會自動更新最新信息給上層云控制節(jié)點(diǎn)，不會影響到上層云控制節(jié)點(diǎn)的正常運(yùn)行。當(dāng)集群服務(wù)出現(xiàn)故障時，會暫時失去和運(yùn)行虛擬機(jī)的物理服務(wù)器的聯(lián)系，但是不會影響虛擬機(jī)和運(yùn)行虛擬機(jī)的服務(wù)器，客戶依然可以通過虛擬機(jī)的IP地址連接到具體的虛擬機(jī)，當(dāng)集群服務(wù)切換完畢后，物理服務(wù)器會自動更新最新的信息給集群控制節(jié)點(diǎn)。

物理控制節(jié)點(diǎn)主要用來運(yùn)行虛擬機(jī)，并反饋每臺物理服務(wù)器的信息給上層集群控制節(jié)點(diǎn)。如果物理控制節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障，會直接影響到客戶虛擬機(jī)的運(yùn)行。為了避免物理服務(wù)器的單點(diǎn)故障，在所有集群內(nèi)的物理服務(wù)器上需要安裝高可用性軟件，所有物理服務(wù)器連接到共享存儲，虛擬機(jī)的鏡像文件統(tǒng)一存放在共享存儲上。當(dāng)物理服務(wù)器出現(xiàn)故障時，HA軟件可以將故障服務(wù)器上的虛擬機(jī)切換到在其他物理服務(wù)器上，并自動啟動，為所有虛擬機(jī)提供高可用性功能。

云控制節(jié)點(diǎn)、集群控制節(jié)點(diǎn)、物理控制節(jié)點(diǎn)和虛擬機(jī)鏡像文件都存放在共享存儲上。為了保證這些系統(tǒng)的高可靠性，云控制節(jié)點(diǎn)、集群控制節(jié)點(diǎn)和物理控制節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)需要每周全面?zhèn)浞菀淮�，每天增量備份一次，確保數(shù)據(jù)的可靠性。虛擬機(jī)鏡像文件通常都在10G以上，文件較大，需要每月全面?zhèn)浞菀淮�，每天增量備份一次，確保用戶數(shù)據(jù)的可靠性。

通過采用高可用性軟件和重要數(shù)據(jù)的定期備份，可以確保整個虛擬計(jì)算管理平臺的高可靠性和高可用性。不管是出現(xiàn)極端硬件損壞情況，或者是軟件故障，整個系統(tǒng)都能以最快的速度恢復(fù)，并保證用戶數(shù)據(jù)的安全性和完整性。