實(shí)現(xiàn)高可用的兩種方案與實(shí)戰(zhàn)

seal_de 發(fā)布于2019-08-15 17:45 / 1204人閱讀

摘要：高可用的首要想法就是雙機(jī)熱備，故障時(shí)自動(dòng)切換，所以我們要給加一個(gè)備機(jī)。注下面實(shí)現(xiàn)高可用都用的是雙機(jī)熱備，為了方便，把調(diào)度服務(wù)器簡(jiǎn)稱為主機(jī)，把調(diào)度服務(wù)器的備機(jī)簡(jiǎn)稱為備機(jī)。

我之前在一片文章用Nginx+Redis實(shí)現(xiàn)session共享的均衡負(fù)載中做了一個(gè)負(fù)載均衡的實(shí)驗(yàn)，其主要架構(gòu)如下：

把debian1作為調(diào)度服務(wù)器承擔(dān)請(qǐng)求分發(fā)的任務(wù)，即用戶訪問的是debian1，然后debain1把請(qǐng)求按照一定的策略發(fā)送給應(yīng)用服務(wù)器：debian2或者debain3，甚至更多的debain4、5、6......

狀態(tài)和數(shù)據(jù)可以放在外部的分布式緩存服務(wù)和分布式數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)中，這樣應(yīng)用服務(wù)本身就是無狀態(tài)的，所以機(jī)器增減都是很容易的，應(yīng)用的高可用是有保證的（對(duì)于有狀態(tài)的高可用不僅要注意機(jī)器增減與切換、還要注意備份冗余、數(shù)據(jù)一致性等問題）。但是當(dāng)時(shí)忽略了一個(gè)地方，那就是調(diào)度服務(wù)器debian1本身的高可用性沒有考慮到，存在單點(diǎn)問題。

高可用的首要想法就是雙機(jī)熱備，故障時(shí)自動(dòng)切換，所以我們要給debian1加一個(gè)備機(jī)debain1"。我現(xiàn)在按照自己的知識(shí)粗淺的把解決方案分為兩類：客戶端有感知的高可用、對(duì)客戶端透明的高可用，并分別挑選一個(gè)示例做一下實(shí)驗(yàn)。

注：下面實(shí)現(xiàn)高可用都用的是雙機(jī)熱備，為了方便，把調(diào)度服務(wù)器debian1簡(jiǎn)稱為主機(jī)，把調(diào)度服務(wù)器debian1的備機(jī)debian1"簡(jiǎn)稱為備機(jī)。

客戶端有感知的高可用

客戶端有感知的高可用，也就是需要客戶端的配合，客戶端自己去確認(rèn)服務(wù)器的變更并切換訪問的目標(biāo)。比如說我們的主機(jī)、備機(jī)都在ZooKeeper（或者其他類似的注冊(cè)中心比如redis）中進(jìn)行注冊(cè)，客戶端監(jiān)聽ZooKeeper中服務(wù)器的信息，發(fā)現(xiàn)主機(jī)下線自己就切換訪問備機(jī)即可。

ZooKeeper偽集群搭建

首先在本機(jī)搭建包含3個(gè)節(jié)點(diǎn)的ZooKeeper偽集群。在官網(wǎng)下載版本3.5.4-beta，解壓，然后復(fù)制3份，每一份都要做如下操作：

進(jìn)入conf文件夾創(chuàng)建一個(gè)配置文件zoo.cfg。代碼如下：

    initLimit=10
    syncLimit=5
    clientPort=2181（每個(gè)節(jié)點(diǎn)不同：2181,3181,4181）
    tickTime=2000
    dataDir=E:/zookeeper-3.5.4-1/data（每個(gè)節(jié)點(diǎn)不同：3.5.4-2,3.5.4-3）
    dataLogDir=E:/zookeeper-3.5.4-1/datalog（每個(gè)節(jié)點(diǎn)不同，同上）
    server.1=192.168.*.*::2888:3888（實(shí)驗(yàn)機(jī)器的局域網(wǎng)IP或者直接localhost）
    server.2=192.168.*.*::4888:5888
    server.3=192.168.*.*::6888:7888

創(chuàng)建上面的dataDir和dataLogDir，并在dataDir目錄下必須創(chuàng)建myid文件，寫入不同的整數(shù)ID，也就是上面的server.x的x，比如1

分別進(jìn)入bin目錄，在zkServer.cmd中call之前加入set ZOOCFG=../conf/zoo.cfg 并用其啟動(dòng)。

順帶一提，代碼開發(fā)我就使用我之前的項(xiàng)目CHKV了，因?yàn)檫@個(gè)項(xiàng)目中的NameNode或者DataNode也可以用ZooKeeper實(shí)現(xiàn)高可用，歡迎和我一起完善這個(gè)項(xiàng)目，一塊進(jìn)步。

調(diào)度服務(wù)端開發(fā)

調(diào)度服務(wù)器主要向ZooKeeper注冊(cè)自己，并向客戶端提供服務(wù)。我們使用curator框架來和ZooKeeper交互，特別要注意版本問題。

主要代碼如下：

public static void main(String... arg) throws Exception {

    thisNode = ManagementFactory.getRuntimeMXBean().getName();
    logger.debug("my pid: {}",thisNode);

    // 構(gòu)造連接
    CuratorFramework curator = CuratorFrameworkFactory
            .builder()
            .connectString(CONNECT_ADDR)
            .connectionTimeoutMs(CONNECTION_TIMEOUT)//連接創(chuàng)建超時(shí)時(shí)間
            .sessionTimeoutMs(SESSION_TIMEOUT)//會(huì)話超時(shí)時(shí)間
            .retryPolicy(policy)
            .build();
    curator.start();

    // 創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)也就是成為master，阻塞等待
    boolean result = becomeMaster(curator);
    if (result){
        logger.info("Successfully Became Master");
    }else {
        logger.info("Failed to Became Master");
    }

    // 監(jiān)聽
    NodeCache cache = new NodeCache(curator, MASTER_NODE_PATH,false);
    cache.getListenable().addListener(()->{
        ChildData data = cache.getCurrentData();
        if (data != null){
            String path = data.getPath();
            Stat stat = data.getStat();
            String dataString = new String(data.getData());
            logger.debug("masterNode info, path:{},data:{},stat,{}",path,dataString,stat);
        }else {
            logger.info("masterNode is down, try to become Master");
            if (becomeMaster(curator)){
                logger.info("Successfully tried to Became Master");
            }else {
                logger.info("Failed to try to Became Master");

            }
        }
    });
    cache.start(true);
}

// 確認(rèn)master
private static boolean confirm(CuratorFramework curator) throws Exception {
    masterNode = new String(curator.getData().forPath(MASTER_NODE_PATH));
    logger.info("masterNode: {}",masterNode);
    return thisNode.equals(masterNode);

}

// 成為master
private static boolean becomeMaster(CuratorFramework curator) throws Exception {
    String path= "";
    try {
         path =  curator.create()
                .creatingParentContainersIfNeeded()
                .withMode(CreateMode.EPHEMERAL)
                .forPath(MASTER_NODE_PATH,thisNode.getBytes());
        logger.debug(path);
    }catch (Exception e){
        logger.error(e.getMessage());
    }
    return MASTER_NODE_PATH.equals(path);
}

完整代碼在GitHub上。

客戶端開發(fā)

客戶端主要向ZooKeeper監(jiān)聽調(diào)度服務(wù)器變更事件，并向其發(fā)起應(yīng)用請(qǐng)求。實(shí)際上應(yīng)用服務(wù)器也可以使用這部分代碼來監(jiān)聽調(diào)度服務(wù)器的變化。

主要代碼如下：

public static void main(String... arg) throws Exception {

    CuratorFramework curator = CuratorFrameworkFactory
            .builder()
            .connectString(CONNECT_ADDR)
            .connectionTimeoutMs(CONNECTION_TIMEOUT)
            .sessionTimeoutMs(SESSION_TIMEOUT)
            .retryPolicy(policy)
            .build();
    curator.start(); 

    NodeCache cache = new NodeCache(curator, MASTER_NODE_PATH,false);
    cache.getListenable().addListener(()->{
        ChildData data = cache.getCurrentData();
        if (data != null){
            String path = data.getPath();
            Stat stat = data.getStat();
            String dataString = new String(data.getData());
            logger.debug("masterNode info, path:{},data:{},stat,{}",path,dataString,stat);
            masterInfo = dataString;
        }else {
            logger.info("masterNode is down, waiting");
        }
    });
    cache.start(true);

    // 獲得主機(jī)，阻塞等待  
    try {
        masterInfo =  new String(curator.getData().forPath(MASTER_NODE_PATH));
    }catch (Exception e){
        logger.error("no masterInfo");
        masterInfo = null;
    }
    while (masterInfo==null);
    logger.info("masterInfo:{}",masterInfo);

}

完整代碼在GitHub上。

對(duì)客戶端透明的高可用

對(duì)客戶端透明的高可用，也就是客戶端不需要做什么工作，服務(wù)器切換不切換客戶端根本不知道也不關(guān)心。主要實(shí)現(xiàn)方式有兩種，一種是客戶端通過域名訪問主機(jī)，那么監(jiān)控主機(jī)下線后就把域名重新分配給備機(jī)，當(dāng)然這個(gè)切換會(huì)有時(shí)間成本，視定義的DNS緩存時(shí)間而定；第二種就是客戶端通過IP訪問主機(jī)，監(jiān)控到主機(jī)下線后就通過IP漂移技術(shù)把對(duì)外的IP（或者說虛擬IP）分配給備機(jī)，這樣就能做到及時(shí)的切換。

實(shí)際環(huán)境中常常使用keepalived來實(shí)現(xiàn)IP漂移。

搭建過程參考了The keepalived solution for LVS和官網(wǎng)文檔

首先主機(jī)、備機(jī)都要安裝keepalived，然后配置主機(jī)/etc/keepalived/keepalived.conf：

vrrp_instance VI_1 {
    state MASTER       # MASTER表示此實(shí)例是主機(jī)，BACKUP表示此實(shí)例是備機(jī)
    interface eth0     # 網(wǎng)卡名稱，亦即網(wǎng)絡(luò)接口
    virtual_router_id 51
    priority 100
    advert_int 1       # 心跳檢查時(shí)間間隔，單位秒
    authentication {   # 認(rèn)證方式 是 密碼的方式
        auth_type PASS
        auth_pass 1111
    }
    virtual_ipaddress {# 虛擬IP地址，也就是對(duì)外開放的IP
        10.23.8.80
    }
}
    
virtual_server 10.23.8.80 80 {    # 虛擬服務(wù)器，也就是對(duì)外開放的IP與端口
    delay_loop 6
    lb_algo wlc                   # 負(fù)載均衡調(diào)度算法 此處是 加權(quán)最少連接
    lb_kind NAT                   # 有 DR,NAT,TUN三種     
    persistence_timeout 600
    protocol TCP

    real_server 172.18.1.11 80 {# 后端的 應(yīng)用服務(wù)器
        weight 100              # 節(jié)點(diǎn)的權(quán)重
        TCP_CHECK {
            connect_timeout 3   # 3秒超時(shí)
        }
    }
    real_server 172.18.1.12 80 {# 后端的 應(yīng)用服務(wù)器
        weight 100
        TCP_CHECK {
            connect_timeout 3
        }
    }
    real_server 172.18.1.13 80 {# 后端的 應(yīng)用服務(wù)器
        weight 100
        TCP_CHECK {
            connect_timeout 3
        }
    }
}

配置備機(jī)/etc/keepalived/keepalived.conf，與主機(jī)類似，但是state是backup，且權(quán)重較低即可：

vrrp_instance VI_1 {
    state BACKUP
    interface eth1
    virtual_router_id 51
    priority 90
    advert_int 1
    authentication { 
        auth_type PASS
        auth_pass 1111
    }
    virtual_ipaddress {
        10.23.8.80
    }
}

反思

說白了，這兩種高可用的實(shí)現(xiàn)方式前者是在應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)的，而后者是在傳輸層實(shí)現(xiàn)的，那么我們就可以想到，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的每一層其實(shí)都是可以做負(fù)載均衡和高可用的。

查看原文，來自MageekChiu

GPU云服務(wù)器云服務(wù)器 json的兩種結(jié)構(gòu)】數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的兩種方法最優(yōu)生成樹的兩種算法域名解析的兩種主要方式為

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