常用容错及冗余机制.ppt

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1、4 常用容错及冗余机制,4.1冗余磁盘阵列（RAID）4.1.1 RAID的概念 RAID，为RedundantArraysofIndependentDisks的简称，中文为廉价冗余磁盘阵列。4.1.2 RAID的级别 1、RAID0：将多个较小的磁盘合并成一个大的磁盘，不具有冗余，并行I/O，速度最快。RAID0亦称为带区集。它是将多个磁盘并列起来，成为一个大硬盘。在存放数据时，其将数据按磁盘的个数来进行分段，然后同时将这些数据写进这些盘中。所以，在所有的级别中，RAID0的速度是最快的。但是RAID0没有冗余功能的，如果一个磁盘（物理）损坏，则所有的数据都无法使用。,2、RAID1：两组相

2、同的磁盘系统互作镜像，速度没有提高，但是允许单个磁盘错，可靠性最高。RAID1就是镜像。其原理为在主硬盘上存放数据的同时也在镜像硬盘上写一样的数据。当主硬盘（物理）损坏时，镜像硬盘则代替主硬盘的工作。因为有镜像硬盘做数据备份，所以RAID1的数据安全性在所有的RAID级别上来说是最好的。但是其磁盘的利用率却只有50%，是所有RAID上磁盘利用率最低的一个级别。,4 常用容错及冗余机制,4 常用容错及冗余机制,3、RAID3：RAID3存放数据的原理和RAID0、RAID1不同。RAID3是以一个硬盘来存放数据的奇偶校验位，数据则分段存储于其余硬盘中。它象RAID0一样以并行的方式来存放数，但速

3、度没有RAID0快。如果数据盘（物理）损坏，只要将坏硬盘换掉，RAID 控制系统则会根据校验盘的数据校验位在新盘中重建坏盘上的数据。不过，如果校验盘（物理）损坏的话，则全部数据都无法使用。利用单独的校验盘来保护数据虽然没有镜像的安全性高，但是硬盘利用率得到了很大的提高，为n-1。RAID 3 以其优越的写入性能，特别适合用在大型、连续性档案写入为主的应用，例如绘图、影像、视讯编辑、多媒体、数据仓储、高速数据撷取等等。,4、RAID5：向阵列中的磁盘写数据，奇偶校验数据存放在阵列中的各个盘上，允许单个磁盘出错。RAID5也是以数据的校验位来保证数据的安全，但它不是以单独硬盘来存放数据的校验位，而

4、是将数据段的校验位交互存放于各个硬盘上。这样，任何一个硬盘损坏，都可以根据其它硬盘上的校验位来重建损坏的数据。硬盘的利用率为n-1。基本上来说，多人多任务的环境，存取频繁，数据量不是很大的应用，都适合选用RAID 5 架构，例如企业档案服务器、WEB 服务器、在线交易系统、电子商务等应用，都是数据量小，存取频繁的应用。,4 常用容错及冗余机制,5、RAID01：同时具有RAID0和RAID1的优点。适合用在速度需求高，又要完全容错，当然经费也很多的应用。RAID 0+1到底应该是RAID 0 over RAID 1，还是RAID 1 over RAID 0，也就是说，是把多个RAID 1 做成

5、RAID 0，还是把多个RAID 0 做成RAID 1？,4 常用容错及冗余机制,4 常用容错及冗余机制,RAID 0 over RAID 1 假设我们有四台磁盘驱动器，每两台磁盘驱动器先做成RAID 1，再把两个RAID 1做成RAID 0，这就是RAID 0 over RAID 1：(RAID 1)A=Drive A1+Drive A2(Mirrored)(RAID 1)B=Drive B1+Drive B2(Mirrored)RAID 0=(RAID 1)A+(RAID 1)B(Striped)RAID 1 over RAID 0 假设我们有四台磁盘驱动器，每两台磁盘驱动器先做成RAID

6、 0，再把两个RAID 0做成RAID 1，这就是 RAID 1 over RAID 0：(RAID 0)A=Drive A1+Drive A2(Striped)(RAID 0)B=Drive B1+Drive B2(Striped)RAID 1=(RAID 1)A+(RAID 1)B(Mirrored),在RAID 1 over RAID 0架构之下，如果(RAID 0)A有一台磁盘驱动器故障，(RAID 0)A就算毁了，当然RAID 1仍然可以正常工作；如果这时(RAID 0)B也有一台磁盘驱动器故障，(RAID 0)B也就算毁了，此时RAID 1的两磁盘驱动器都算故障，整个RAID 1资

7、料就毁了。因此，RAID 0 OVER RAID 1应该比RAID 1 OVER RAID 0具备比较高的可靠度。所以我们建议，当采用RAID 0+1/RAID 10架构时，要先作RAID 1，再把数个RAID 1做成RAID 0,4 常用容错及冗余机制,4 常用容错及冗余机制,4.1.3 RAID级别的优、缺点,4 常用容错及冗余机制,4.2双机热备份（容错）4.2.1 双机热备份的概念 所谓双机热备份就是一台主机为工作机primary Server,另一台主机为备份机Standby Server,在系统正常情况下，工作机对信息系统提供支持，备份机监视工作机运行情况工作机同时监视备份机是否正

8、常，有时备份机因某种原因出现异常，工作机可尽早通知系统管理工作人员解决，确保下一次切换的可靠性。当工作机出现异常，不能支持信息系统运营时，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。当工作机经过维修恢复正常后，系统管理人员通过管理命令或经由以人工或自动的方式将备份机的工作切换回工作机，而原来的工作机就成了备份机。,4 常用容错及冗余机制,4.2.2 双机热备份的硬件系统结构 双机系统是由两台服务器和共享存储子系统组成的。其中：每台主机都有自己的系统盘，安装操作系统和应用程序。每台主机至少安装两块网卡，一块对外工作，另一块相

9、互侦测对方的工作状况。每台主机都连接在共享磁盘子系统上，共享磁盘子系统通常均为有容错的磁盘阵列。各种应用所需的数据均储存在磁盘阵列子系统上。下图是双机容错系统的硬件示意图,4 常用容错及冗余机制,4 常用容错及冗余机制,双机容错的工作模式双机容错有两种工作模式：一种是热守候，另一种是双工模式。1、热守候模式在热守候模式下，双机容错系统对外只有一个服务（如数据库服务）在运行。其中一台服务器对外服务另一台处在守候状态，并不启动服务。当工作的服务器出现问题时，如数据库服务器出现操作系统挂起、死机、网卡坏、硬盘控制器坏等等，热守候服务器接管工作主机的任务。,4 常用容错及冗余机制,2、双工模式 在双工

10、模式下双机系统对外提供两个服务（例如：应用服务和数据库服务）。两台服务器都安装了应用服务和数据库服务软件,数据库的数据存在共享盘中。在正常情况下,一台服务器只起应用服务,未起数据库服务,对客户端的应用请求进行处理;另一台服务器只起数据库服务,不起应用服务,对共享盘拥有控制权并对共享盘中的数据进行存取,提供数据库服务.当其中任何一台服务器出现问题，如数据库服务器出现操作系统挂起、死机、网卡坏、硬盘控制器坏等等。这时，另一台服务器将出问题的服务器上的任务接管，此时，这台服务器同时提供应用服务和数据库服务,客户端就可继续进行对服务器的业务请求，保证业务的继续进行。在出问题的服务器恢复正常后，又可选择

11、适当时间切换到正常操作状态，以保证整体性能。,4 常用容错及冗余机制,双机容错软件 在双机容错系统的工作中，双机软件是必不可少的。一切故障的诊断，服务的切换，硬件的控制都由双机软件来控制实现。同时为了使双机系统对外象一个单主机系统一样，双机软件还可以为双机系统生成系统虚拟IP对外工作，客户机通过虚拟IP访问双机系统。这样就避免了服务切换后主机IP地址改变导致客户机无法连通的问题。并且双机软件还可以控制两台服务器对共享磁盘子系统的访问同一时刻只能有一台主机可以对其访问，避免了同时访问可能造成的数据破坏。双机软件通过侦测网卡或两台服务器之间互连的串口线进行两台主机的状态诊断，一旦工作的主机出现问题

12、，如数据库服务器出现操作系统挂起、死机、网卡坏、硬盘控制器坏等等，双机软件控制备份机接管系统的虚拟IP和共享磁盘子系统的控制权并启动备份机上的服务对外工作，保证系统的实时性和可靠性。,4 常用容错及冗余机制,下图为双机工作示意图：,4 常用容错及冗余机制,双机软件应支持WINDOWS NT 和主流的UNIX操作系统。支持主流的数据库，如SQLSERVER、ORACLE、SYBASE、INFORMIX等。支持TCP/IP通讯协议。支持现在市场上的主流服务器产品。,4.3 SAN存储4.3.1 SAN的概念 SAN(Storage Area Network)：存储区域网络，是随着光纤通道技术的出现

13、而产生的新一代磁盘共享系统，是一种类似于普通局域网的高速存储网络。4.3.2 SAN的构成 SAN由硬件和软件构成，硬件主要包括 FC（Fibre Channel）卡、FC HUB、FC 交换机、存储设备；软件主要包括FC卡对各种操作系统的驱动程序及存储/监控管理软件。SAN通过光纤通道连接到一群计算机上。在该网络中提供了多主机连接，但并非通过标准的网络拓扑。,4 常用容错及冗余机制,4 常用容错及冗余机制,4 常用容错及冗余机制,FC卡用于主机和FC设备之间的连接，一般为64 PCI总线。存储/监控管理软件的主要功能是自动发现网络拓扑及映射，当存储网络发生变化时可自动发现并更新。另一个重要的

14、功能是作传输的监视，报告及预测网络的交通情况，管理人员可根据这些情况作最佳化的设计以平衡负载。由于采用光纤接口，一般使用FC存储设备，如光纤硬盘，当然也可以采用SCSI硬盘，但要使用Fiber to SCSI转接设备。,4 常用容错及冗余机制,4.3.3 SAN的优点 管理上的方便性，集中式管理软件允许远程配置、监管和无人值守运行;可扩展性，容量可扩展以符合网络需求，在不影响LAN性能的情况下充分发挥存储硬件的功能；高容错能力、高可靠性和高可获性，SAN就绪的磁带库具备可热插拔的冗余磁带机、介质、电源和冷却系统以确保可靠性；配置的灵活性，具备长达20公里距离的远程功能及灵活的网络部件，基于光纤

15、通道的SAN可以根据要求进行配置；（可实现物理上分离的、不在机房的存储）支持异构服务器，UNIX、NT和NetWare服务器可同时连;能够有效地减少总体拥有成本(TCO)。,4 常用容错及冗余机制,传统存储与SAN的区别 服务器存储方式的显著特点是局域网用户通过访问专用服务器及与专用服务器相连的SCSI存储设备而实现对信息的存取访问。工作在这种模式下的数据传输的瓶颈主要集中在服务器上，当多个Client访问存取同一个服务器的时候，一旦超出该服务器的处理能力的情况，无论服务器与存储设备之间是通过SCSI设备连接,还是通过高速的Fibre Channel（光纤通道）设备连接，都将不可避免地导致存取

16、速度的下降，从而影响整个系统性能。SAN实际上是一种存储设备池，即一个由盘阵、磁带以及光纤设备构成的子网，这一子网上的存储空间可由以太网主网上的每一系统所共享。它是企业存储数据的场所，在被服务器调用之前，所有的数据都驻留在SAN上，仅当服务器调用它们时，SAN才会转化为客户机网络。它使存储系统和主机从物理连接和功能上都独立出来，分别组成自己的网络，实现了主机和盘阵间的Point-to-Point存取到Many-to-Many存取的飞跃。它采用了高速光纤通道连接（FC-AL），有效地提高多个服务器集群Cluster时的系统性能。,4 常用容错及冗余机制,4 常用容错及冗余机制,4.3.5 SAN

17、的主要应用 SAN用于存储量大的工作环境，如ISP、银行、电信、图书馆等部门。1、LAN-Free备份 传统的备份都是基于LAN或本地直接连接备份设备，系统在执行备份操作时将大量占用资源。在SAN环境下，每台主机都可以直接访问备份设备。系统在执行备份操作时，通过备份相应的备份软件，可以直接通过SAN备份数据，释放了传统备份对LAN资源的占用。2、多节点集群 在SAN环境下，2个节点以上变为可能。3、原有系统的存储整合 传统的存储都是每个服务器各自拥有自己的存储系统，共享存储必须通过LAN，占用LAN资源。另外，存储的扩充性较差。通过实施LAN整合原由系统的存储，存储集中管理、备份，降低了管理成

18、本，提高了数据的可靠性和可用性。,4 常用容错及冗余机制,选择SAN系统的要点 目前市场主要的SAN解决方案提供商有Compaq、SUN、IBM、EMC、DELL、联想等，选择SAN解决方案应考虑以下几点：1、共享存储(Shared Storage):具有开放性,支持不同厂商的主机和操作系统,基本要求能支持Windows NT及Unix；2、存储虚拟化：能够动态扩展，分布式部署，支持远程备份和灾难恢复；3、动态可伸缩性:能提供在线动态容量分配和扩展，能按需分配存储，不用重新安装卷组和文件系统就可扩展存储容量；4、可提供主机On-Line作业下的测试和开发环境，提供即时第三方拷贝(Instant

19、 Copy)；,4 常用容错及冗余机制,5、支持多主机：对于大多数SAN环境来说，共享存储的将会是多台主机，而这些主机通常采用集群方式工作，因此SAN系统应能支持主机集群，保证主机系统级的高可用性(Clustering)；6、存取带宽：SAN接口有SCSI、光纤通道、ESCON等，连接设备有交换机、网关、路由器等，协议有IP、SCSI等，大多数是采用100M光纤环，而SCSI连接方式是80M；另外，磁盘阵列的存取速度、通道仲裁机制、支持RAID 0、1、5等因素也需要全面考虑；7、简单化的存储管理：对于SAN来说，关键任务在于管理软件。自管理的SAN系统和基于策略的SAN管理是选择SAN系统的有利出发点。8、可以保护目前存储设备的投资，具备前瞻成长性，可平稳地过渡到SAN。,