企业应用总结(一)：双机热备

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1       背景
　　由于在企业应用中，双机热备与负载均衡是常见的两种服务器集群模式，两者经常被一起提到但是场景并不相同。初学者经常将二者混为一体，故在此加以说明。
2       双机热备
2.1     概述
　　双机热备的服务场景为高可用性，其目的是保证当前运行的服务器出现故障无法访问的时候，热备集群切换至另外一台备用服务器，双机热备在硬件上最少需要两台服务器。
2.2     工作模式
　　热备集群在生产环境中，不论有多少热备服务器，始终只有一台服务器对外提供服务，其他服务器处于待命状态。只有当主服务器出现问题的时候，监控程序才会唤醒其他一台备用服务器。
　　热备软件工作模式有以下两种
2.2.1     主从互备

图一：主从模式备份

　　主从互备模式下，明确区分主机与备机，当主机运行时，备机处于待命状态。当主机从异常中恢复后，业务请求会自动切换至主机，备机继续处于待命状态。
　　该模式主要用于有明确主从要求的生产环境中，如高低配置主从服务器。
2.2.2     互为主从

图二：互为主从模式

　　相比于主从模式，互为主从模式即为所有服务器的访问权值一致，当一台服务器宕机后另外一台服务器成为主机，并且除非这台服务器再发生宕机的，不然原有的服务器从异常恢复后将成为一台备机。在两台服务器硬件及环境资源一致的情况下，可以使用互为主从的方式进行热备。
2.3     热备方案
2.3.1     共享存储方案

图三：单节点共享存储

　　共享存储方案为热备集群采用同一个共享存储作为数据共享存储。采用该方案是需要注意，当共享存储发生故障时，整个热备集群将直接崩崩溃。
2.3.2     冗余共享存储方案

图四：冗余共享存储

　　冗余共享存储在服务器集群的基础上，引入了存储集群。服务器之间做热备的同时，存储之间也作数据的完全冗余拷贝。该方案可以实现真正的7*24小时无间断服务，且在主机切换时理论上可以实现无数据丢失。但该方案无法实现异地容灾互备，并且贵。
2.3.3     拷贝方案

图五：拷贝方案

　　使用拷贝方案时，服务器之间无共享存储，而是采用自身存储设备（本机硬盘或外界存储）。同时为了保障两台备机与主机之间的数据资源保持一致，需要通过网络进行实时的数据远程备份。因此拷贝模式下，数据具有一定的延迟性。
2.4     注意事项
　　1、  热备方案中，主机切换到从机后，从机并非恢复主机上的服务，而是重新启动新的服务。因此主机原有的运行状态在从机中并不存在。
　　2、  在数据库热备方案中，结合数据库主键的产生方式（mysql的字增以及oracle的序列），需要尽量避免主从机的频繁切换，进而避免主键冲突错误（此时即可采用主从模式）。
　　3、  在采用拷贝方案的情况下，需要考虑数据的时效性，需要能够承受数据的少量永久/暂时丢失。
3       负载均衡
3.1     概述
　　负载均衡的使用场景为高并发场景。负载均衡是为了解决高并发场景下单个应用服务的性能瓶颈问题。区别于热备需要两台应用服务器，负载均衡是由一个反向代理服务和多个应用容器组成的，可以在一台服务器上实现负载均衡集群。
3.2     负载方案
3.2.1     软件负载方案
　　软件负载方案是采用软件进行负载分发。常见的软件负载方案有LVS、NGINX、APACHE、WEBLOGIC等方案。
3.2.2     硬件负载方案
　　最为常见的硬件负载方案为F5，但负载均衡只是F5的一部分功能。
3.3     算法
　　负载均衡常见算法有直接轮询、加权轮训、HASH分配、性能分配等几种。
3.3.1     直接轮询RR
　　采用轮询的方式进行请求分发，为A-B-C-A-B-C的方式，该方式不考虑服务器的实际运行情况及现有压力。
3.3.2     加权轮询WRR
　　人工设置后台服务器的访问权值，按照分配的权值比例通过轮询方式分配访问请求。
3.3.3     IP-HASH
　　根据访问客户端的访问IP，每个IP每次访问的都是固定的服务器。该方案相对降低了负载的性能。
3.3.4     URL-HASH
　　绑定每个URL请求地址的处理服务器，该方案有利于提高后台服务器缓存。
3.3.5     FAIR
　　根据服务器的响应性能进行请求分配，并根据服务器的响应性能动态调整转发策略。
3.4     注意实现
　　1、  集群缓存处理
　　a)       session缓存
　　在不采用iphash的情况下，需要注意应用集群中的session共享问题，避免出现登录凭证丢失的问题。
　　b)       查询缓存
　　在使用ORM框架中，为了提高查询效率，减轻数据库负担，需要对部分查询开启查询缓存。应用集群需要采用支持缓存共享的缓存技术，避免出现脏读/脏写的情况。
　　2、  集群任务处理
　　由于负载集群中，集群中的应用是同时运行，因此应用服务中的任务也是同时多出运行。为了避免一个任务多次执行，可以结合集群应用均能访问到的数据库/文件，采用信号量PV操作方式，争用信号量来执行/放弃任务。
　　3、  集群文件处理
　　在涉及文件操作的应用场景中，需要考虑整应用集群对文件的可访问性与可操作性。考虑使用共享文件存储方式存储文件。
4       备注
　　由于在热备方案中至少需要两台或两台以上主机，因此在使用热备方案的同时，将主从服务器部署为负载集群，提高服务器利用率。