双机热备软件Lifekeeper技术白皮书（一）

一、       Steeleye LifeKeeper技术简介及其应用 (共享磁盘阵列柜方式)

（一）     Steeleye LifeKeeper原理

1、      Steeleye LifeKeeper定义、特性、资源保护

LifeKeeper For Windows  提供了一个完全容错的软件解决方案，并提供数据、应用程序和通信资源的高度可用性。LifeKeeper 不需要任何特别的容错硬件。你可以集合使用二到十六个节点。并访问特定地点的配置数据。然后，LifeKeeper 会自动地提供错误检测和多层现场恢复。

在出现故障的情况下，LifeKeeper会将保护资源自动转换到一个根据优先权而设定的系统。在实际进行切换用户时，会经历一个十分短暂的休眠，但是，当系统完成了切换操作后，LifeKeeper会在所选择的系统上自动地恢复操作。

可以被LifeKeeper保护起来的资源是：

Ø        卷（Volume）

Ø        IP 地址

Ø        共享文件

Ø        LAN（局域网）管理器服务器名称

Ø        应用程序

Ø        定义的用户

 

2、心跳故障检测Heartbeat

LifeKeeper在集群节点间保持着间歇的通信信号，也叫做心跳信号，是错误检测的一个机制。即通过每一个通信路径，在两个对等系统之间进行周期性的握手,如果连续没有收到的心跳信号到了一定的数目，LifeKeeper 就把这条路径标示为失效（红色）。

如果你只定义了一条通信路径，当LifeKeeper 把这唯一的一条通信路径标为失效时， LifeKeeper 便立即开始恢复过程。然而，如果你有冗余路径， LifeKeeper 能够通过第二条路径确定是系统故障还是只是通信路径有问题。如果LifeKeeper 开启优先级第二的通信路径并收到了心跳信号，它就不开始failover恢复，只需要把第一条通信路径标成红色（失效），作为信号告诉你需要修理一下有故障的路径。

一般情况下LifeKeeper 只在下列事件发生时，启动系统恢复功能：

Ø        所有的通信路径故障。如果所有节点都没能收到心跳信号， 把所有通信路径都标为失效， Lifekeeper 开始安全检查。

Ø        安全检查失败。当所有通信路径故障时，LifeKeeper向整个网络发出安全检查信号。如果信号指出配对系统还“活”着的时候，LifeKeeper 不启动Failover。如果安全检查没从配对节点返回信号，LifeKeeper 就开始Failover。

因而，为了减少由于潜在的通讯错误所引起的不必要的系统切换，建议您使用不同介质的多条通信路径。

3、      通信路径

   LifeKeeper支持在节点之间和心跳通讯中，使用如下通讯路径：

(1) socket，即套接字。你使用任何的网络硬件接口，只要它能够支持TCP/IP的通讯协议。这样的硬件包括：以太网、快速以网、令牌环网以及FDDI 或CDDI 。

(2)串行口 在LifeKeeper配置中，你应当配置有一个串行口通信路径。串口通信路径需要利用RS232的拟调解线路来与LifeKeeper系统相连接。

(3)共享磁盘 你可以定义一个共享磁盘分区来作为LifeKeeper的通讯中介。可以只使用小至1MB的分区，当然，也可以使用更大的空间。

LifeKeeper 假定，当通过心跳信号检测其它服务器失败时，则认为此服务器是关闭的。因此，为了避免不必要的失效切换，最好建立两种以上独立的物理路径，使用至少两种心跳。

例如，如果两个服务器被一个串口连接起来，并且，从属服务器来的心跳信号无法被主服务器所检测到，则下面之一是可能引起这一现象的原因：

Ø           服务器的RS-232卡或者端口失败

Ø           电缆失效

Ø           主服务器暂时挂起

Ø           主服务器失败

失效切换只可能在最后一种情况下才发生。因此，节点间的多种通信路径可以帮助避免不必要的失效切换。

 

 

 

 

（二）Steeleye LifeKeeper 配置示范

 

 

磁盘阵列

Server1

Server2

Heartbeat  Connections

TCP/IP

LifeKeeper

 应用系统

Windows  Server

硬件平台

                   

LifeKeeper

 应用系统

Windows  Server

硬件平台

 

                 

注解；   支持的数据库系统： SQL Server、Sybase、Orcale等；支持的群件：lotus Notes、Exchange Server等；其他：SAP R/3。 STEELEYE除了提供以上的恢复工具包外，还提供了一个用

户自定义接口，使您的应用也能处于LifeKeeper的保护之下                                    

 

 

 软件、硬件配置

a、软件：Steeleye LifeKeeper及Recovery Kit

b、硬件：服务器可以是任何Intel基础上的平台， Server的型号、配置不必一致，只需硬件平台能保证运行；磁盘阵列正常使用。

 

1、Steeleye LifeKeeper运行机制

I、共享的SCSI 和LifeKeeper软件锁定

LifeKeeper For Winddows  软件锁定：LifeKeeper   管理共享磁盘上的数据，以防止多个服务器在同一时间访问数据。LifeKeeper在逻辑设备级（卷）上控制对数据的访问，并让Windows  软件或硬件RAID Corollers 管理物理级。有了Lifekeeper For Windows  来管理对共享数据的访问，用户就可以不必担心群中的其它服务器访问数据时，可能会带来的数据访问冲突。LifeKeeper 自动在被应用程序定义为共享资源的磁盘卷上设置锁定。当被保护的应用程序由一个服务器被移动/转换到另一个服务器时， LifeKeeper 控制这些锁定，以保证激活服务器对共享卷的访问。

在主系统发生故障的情况下， 次节点系统将能够在磁盘上建立SCSI 锁定，并在备份的系统上将资源投入使用。

II、  Local Recovery（局部恢复）

LifeKeeper在快速检查（Quickcheck）和深入检查（deepcheck）的时间间隔执行预先定义的行为，以察看资源本身是否失效。如果快速检查和深入检查均局部告失败，系统将尝试局部恢复资源。如果尝试成功，资源将不会向下一优先级的节点进行失效切换（failover ）。如果局部恢复尝试失败，系统将向下一优先级的节点进行失效切换。

例如，你可以在LifeKeeper 服务器上配置多块NIC 卡，当定义的NIC发生故障时， 你就可以配置将IP 资源切转到另一个NIC 上，从而避免不必要的失效切换。

III、    Failover（失效切换）

指定主要的节点或资源失败时，重新恢复资源的过程。一个失效切换通常是没有事先计划的，它将发生在一个被从属系统所检测到并确定为失败的情况下。

 

IV、        ACS（管理员可配置的迁回）

Administrator Configurable Switchback（ACS ）允许LifeKeeper管理员通过命令行或GUI界面来指定资源，其所在LK节点发生故

障而后又恢复正常，该资源将被自动地切换回到原来节点上。可能的值是Iellige（智能的）和Automatic（自动的）。如果选择Automatic ，那么，一旦发生故障的节点回到服务状态时，被配置失效切换的层次都将被切换回到该节点上。如果策略是Iellige，即使当发生故障的节点回到服务状态时，被配置失效切换的层次也会留在它们被失效切换到的节点上，等待由管理员决定合适的时间进行切换。

V、            Switchover（正常切换）

指用一个有顺序的方式关闭资源，然后将它们恢复到一个备份系统的过程。这通常发生在当你处于维护或者测试模式中的情况下。这时，没有任何东西失败。

 

2、工作方式

I、Active/Standby

 

RS232

TCP/IP

Disk Array

AppA

 

 

Server1

AppA

 

 

Server2

Active

Standby

 在一个激活/备用对中，主节点处于处理状态，从属节点处于备用状态，以防主节点上发生失败。备用系统可以是一个小一点、性能低一点的系统，但是，当主节点失败时，它必须有保证资源可达性的处理能力。例如，假设 Server1是主“激活”节点， Server2是次“备用”节点。如果 Server1发生故障了，它的被保护资源由 Server2 节点来恢复。当节点 Server1恢复后， 资源可以被 Server1重新获得。然而，当 Server2 节点失败时， Server2节点上并没有需要被 Server1节点恢复的资源。

 

II、        Active/Active

 

Server2

W:\

AppA

on W:

AppB

on M:

AppB

on M:

AppA

on W:

M:\

Server1

RS232

TCP/IP

Disk Array

 在一个激活/激活对中，两个节点都是激活的处理器，但是它们也可分别作为其对应节点上的资源和资源层次的从属节点。

 

在激活/激活的图表中，有两个主要应用：APPA 处于Volume w中，并且在 Server1上激活。APPB存储在Volume M上，并且在 Server2上激活。在这一配置中， Server1应该是Volume W：资源的主节点， Server2应该是Volume M：\资源的主节点。

当 Server2失败时， LifeKeeper应该将Volume M：\转换到 Server1上去。如果系统资源是足够的，这一转换不会影响到已经在 Server1上运行的APPA，转换只是简单地将 Server2上的被保护应用程序（APPB）加到 Server1的运行负载上去。

 

 

III、    N-Way（N=3，N=4…… N=16）

 

Disk Array

AppA

AppB

AppC

服务器B

AppB

服务器C

AppC

服务器A

 Server3

AppA

 

AppB

AppC

 

Active

Active

N-Way配置是激活/激活或激活/备用的一个有三到十六个服务器的扩展。服务器A被配置为服务器B 和服务器C的备份。而且，服务器A可以被配置为除了服务器B和服务器C的其他服务器做备份。当任何一个服务器发生故障时，被保护的应用程序被从该服务器上转到备用的服务器上。

 

在N-WAY配置中，可以配置Cascading Recovery （层叠恢复）。当主节点发生故障时，层叠恢复允许多个从属节点被按照一定的优先级次序恢复一个资源或层次。对于在一对节点上的资源恢复，如果节点A发生故障了，资源将会失效切换到节点B上；如果节点B再发生故障而节点 A仍然不可用，资源将会失效切换到节点C上。多个从属节点被指定一个恢复优先级。在上面的例子中，节点A有最高的优先级，节点B有第二优先级，而节点C有最低优先级。LifeKeeper按优先级次序测验节点来决定在失效切换时哪一个服务器将进行工作。

 

二、STEELEYE LifeKeeper with Extended Mirroring技术简介及其应用（支持非共享磁盘阵列的扩展方式）

（一）     STEELEYE Extended Mirroring原理

1、      STEELEYE Extended Mirroring简介

STEELEYE 扩展镜像是一种软件产品，专为Windows  系统设计的客户/服务器环境下一种有效、高性能的高可用性解决方案。单独使用STEELEYE扩展镜像软件，无需较贵的RAID磁盘子系统，无需考虑小型计算机系统接口（SCSI）对缆线长度的限制，去除了单点故障（磁盘阵列子系统）。集群计算机环境所要考虑的主要问题是系统总开销，而使用STEELEYE 扩展镜像软件的STEELEYE Lifekeeper For Windows  是解决这个问题的首选方案。公司只需最小的硬件集成便可以得到低价、高可用性的方案。

STEELEYE扩展镜像软件在局域网的服务器之间提供完全基于软件的镜像。一个服务器被指定为主服务，另一个为从服务器。客户只能对主服务器上的镜像卷进行读或写，从服务器上相应的卷被锁定以防对数据的存取，除非在主服务器上检测到故障状态。这是实现一个高性能方案要考虑的一个重要问题，因为数据的完整性是主要因素。尽管STEELEYE扩展镜像软件可以单独使用，但是与STEELEYE LifeKeeper for Windows  配合使用会显著增强它的功能。

2、      STEELEYE Extended Mirroring特性

在STEELEYE 扩展镜像环境下，一个镜像是主服务器上的一个卷，其内容与从服务器上的相关磁盘通过LAN同步。STEELEYE 扩展镜像软件使卷镜像的创建更为容易。

在卷镜像建立后，主服务器和从服务器上的驱动器已经同步，并且两个服务器都已启动运行，出现下面的事件：

Ø        最初的镜像建立后，系统禁止所有用户存取从镜像卷，不允许对从服务器上的镜像卷读和写。主服务器镜像则可以进行读和写操作。

Ø        到达主服务器的所有镜像和非镜像卷的读操作被传递给卷后，可以无干扰的正常完成。对从服务器上镜像卷不能以Standby模式读，例如，从服务器尚未承担主服务器发生故障时的角色。

Ø        无论何时主服务器收到一个写请求，系统首先决定这个请求是否针对某个镜像卷。如果不是，写操作可以完全正常的完成。如果主服务器写请求是针对镜像卷的，那么请求首先被送到从镜像卷去。从系统在自己的镜像卷上执行写请求后，向主系统发送写回状态。主服务器在收到这个写回状态前不做任何写操作。

Ø        当从系统返回一个成功状态时，主系统在自己的镜像卷执行写操作，并返回到请求方。如果从系统执行镜像卷写操作时发生错误，那么从系统上的写操作将被中止，主系统结束自己的镜像卷写请求，镜像状态从Normal 变为Broken。

3、      STEELEYE LifeKeeper with Extended Mirroring特性

STEELEYE LifeKeeper For Windows  与STEELEYE 扩展镜像软件互有优点，两者的结合给用户提供了不少好处。

Ø        STEELEYE LifeKeeper For Windows  的自动检测与恢复功能和STEELEYE 扩展镜像软件的卷镜像功能相辅相成，使STEELEYE LifeKeeper系统配置中，无需昂贵的RAID磁盘子系统。

Ø        使用扩展镜像的LifeKeeper由于数据被镜像到另一个系统上去，因此STEELEYE LifeKeeper For Windows  与STEELEYE 扩展镜像软件的结合去除了RAID 磁盘子系统中单点故障的可能性。

Ø        因为没有共享SCSI缆线的长度限制，STEELEYE 扩展镜像软件使用户能够将LifeKeeper服务器放置在局域网上任意处，这使带有STEELEYE 扩展镜像功能的STEELEYE Lifekeeper For Windows  有可能在独立楼房中通过对服务器的定位来达到灾难恢复的目的。

 

 

 

 

（二）     STEELEYE LifeKeeper with Extended Mirroring配置示范

 

镜像盘

Heartbeat  Connections

TCP/IP

 

RS232串口

LifeKeeper With

 Extended Mirroring

 应用系统

Windows  Server

硬件平台

LifeKeeper With

 Extended Mirroring

 应用系统

Windows  Server

硬件平台

 

Server1

Server2

  

 

 

注解；   支持的数据库系统： SQL Server、Sybase、Orcale等；支持的群件：lotus Notes、Exchange Server等；其他：SAP R/3。 STEELEYE除了提供以上的恢复工具包外，还提供了一个用户自定义接口，使您的应用也能处于LifeKeeper的保护之下。

 

 

 

 

 

 

使用带有STEELEYE 扩展镜像功能的STEELEYE LifeKeeper for Windows  来进行配置，其中 Server1是主服务器， Server2是从服务器。

当一个客户向 Server1上的镜像卷发出写命令，STEELEYE扩展镜像软件保证写命令通过网络送给 Server2， Server2上的写操作成功完成时， Server1上的写操作才能完成。因此，两处系统能够同时更新，因此主、从服务镜像卷中的数据一致性得以保证。

软件、硬件配置

1、软件：STEELEYE LifeKeeper及Recovery Kit

2、硬件：服务器可以是任何IEL基础上的平台，两台Server的型号、配置不必一致，只需硬件平台能保证运行

1、STEELEYE LifeKeeper with Extended Mirroring运行机制

I、通讯路径

“Heartbeat”是服务器间发出的周期性检测信息，它允许STEELEYE Lifekeeper For Windows  决定服务器的状态。当一个服务器向另一处服务器发送一个“Heartbeat”消息，并且在规定时间段里没有得到任何回应时，发送消息的服务器开始评测接收消息的服务器是否正在发生故障。多种“Heartbeat”检测信号保证故障检测的可靠性，以防止不必要的资源服务切换。STEELEYE LifeKeeper For Windows  为STEELEYE 扩展镜像提供下列途径上的“Heartbeat”通信：

（1）    Socket （TCP/IP ）

（2）    RS-232 TTY通信端口（Communications port ）

STEELEYE 扩展镜像软件消除了共享SCSI 的需要。

II、主服务器发生故障

客户向 Server1上运行的一个程序发送一个请求，而 Server1出现写错误时，使用带有STEELEYE 扩展镜像功能的STEELEYE Lifekeeper For Windows  能够检测出系统失败。然后，STEELEYE LifeKeeper For Windows  执行恢复规则，试图关闭 Server1上的应用，并且在 Server2上重新启动它们。 Server2现在承担主服务器的角色，镜像卷地址从 Server1转移到 Server2上去，这个转换过程对用户来说是透明的，客户一般不会发现系统曾经发生这样的故障。

一旦系统发生的故障被被纠正过来，管理员必须重新同步镜像卷。重新同步这些卷并被锁定，目的是不接受任何客户的存取。在这个过程中，非镜像应用不会受到影响，因此这些应用可以毫无干扰的继续运行。系统管理员可以选择何时对镜像卷进行同步，通过提供选择时间的灵活性达到对整个系统的影响减为最小。

重新同步主服务器和从服务器上镜像的时间依赖于卷的大小。 一般情况下，在100MB 以太网上，恢复1Gigabyte（GB）的数据只需要10分钟。

III、从服务器发生故障

当从系统发生故障时，受影响的镜像卷标志为Broken。有必要纠正这些故障，并重新同步有关的卷。当从系统发生故障时，任何写请求不会送给从系统。当从服务器发生故障后再次恢复时，扩展镜像管理器用来重新同步主镜像卷和从镜像卷。

2、工作方式

I、Active/Standby

 

镜像盘

Standby

Heartbeat  Connections

TCP/IP

 

RS232串口

LifeKeeper With

Extended Mirroring

应用系统

Windows Server

硬件平台

Active

II、        Active/Active

 

 

镜像盘

Active

Heartbeat  Connections

TCP/IP

RS232串口

LifeKeeper With

Extended Mirroring

应用系统

Windows Server

硬件平台

AppA

AppB

AppB

LifeKeeper With Extended Mirroring 具有以上两种工作方式，可支持两个 Server系统。