heartbeat——高可用集群介绍

Heartbeat 项目是 Linux-HA 工程的一个组成部分,它实现了一个高可用集群系统心跳服务集群通信是高可用集群的两个关键组件,在 Heartbeat 项目里,由 heartbeat 模块实现了这两个功能。


       heartbeat

高可用集群是指一组通过硬件和软件连接起来的独立计算机,它们在用户面前表现为一个单一系统,在这样的一组计算机系统内部的一个或者多个节点停止工作,服务会从故障节点切换到正常工作的节点上运行,不会引起服务中断。从这个定义可以看出,集群必须检测节点和服务何时失效,何时恢复为可用。这个任务通常由一组被称为“心跳”的代码完成。在Linux-HA里这个功能由一个叫做heartbeat的程序完成。

Heartbeat通过插件技术实现了集群间的串口、多播、广播和组播通信,在配置的时候可以根据通信媒介选择采用的通信协议,heartbeat启动的时候检查这些媒介是否存在,如果存在则加载相应的通信模块。这样开发人员可以很方便地添加新的通信模块,比如添加红外线通信模块。

对于高可用集群系统,如果集群间的通信不可靠,那么很明显集群本身也不可靠。Heartbeat采用UDP协议和串口进行通信,它们本身是不可靠的,可靠性必须由上层应用来提供。那么怎样保证消息传递的可靠性呢?

Heartbeat通过冗余通信通道和消息重传机制来保证通信的可靠性。Heartbeat检测主通信链路工作状态的同时也检测备用通信链路状态,并把这一状态报告给系统管理员,这样可以大大减少因为多重失效引起的集群故障不能恢复。例如,某个工作人员不小心拨下了一个备份通信链路,一两个月以后主通信链路也失效了,系统就不能再进行通信了。通过报告备份通信链路的工作状态和主通信链路的状态,可心完全避免这种情况。因为这样在主通信链路失效以前,就可以检测到备份工作链路失效,从而在主通信链路失效前修复备份通信链路。

Heartbeat通过实现不同的通信子系统,从而避免了某一通信子系统失效而引起的通信失效。最典型的就是采用以太网和串口相结合的通信方式。这被认为是当前的最好实践,有几个理由可以使我们选择采用串口通信:

(1)IP通信子系统的失效不太可能影响到串口子系统。
(2)串口不需要复杂的外部设备和电源。
(3)串口设备简单,在实践中非常可靠。
(4)串口可以非常容易地专用于集群通信。
(5)串口的直连线因为偶然性掉线事件很少。

不管是采用串口还是以太网IP协议进行通信,heartbeat都实现了一套消息重传协议,保证消息包的可靠传递。实现消息包重传有两种协议,一种是发送者发起,另一种是接收者发起。

对于发送者发起协议,一般情况下接收者会发送一个消息包的确认。发送者维护一个计时器,并在计时器到时的时候重传那些还没有收到确认的消息包。这种方法容易引起发送者溢出,因为每一台机器的每一个消息包都需要确认,使得要发送的消息包成倍增长。这种现像被称为发送者(或者ACK)内爆(implosion)。

对于接收者发起协议,采用这种协议通信双方的接收者通过序列号负责进行错误检测。当检测到消息包丢失时,接收者请求发送者重传消息包。采用这种方 法,如果消息包没有被送达任何一个接收者,那么发送者容易因NACK溢出,因为每个接收者都会向发送者发送一个重传请求,这会引起发送者的负载过高。这种 现像被称为NACK内爆(implosion)。

Heartbeat实现的是接收者发起协议的一个变种,它采用计时器来限制过多的重传,在计时器时间内限制接收者请求重传消息包的次数,这样发送者重传消息包的次数也被相应的限制了,从而严格的限制了NACK内爆。

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