一種基于占位虛擬機的云數(shù)據(jù)中心高可用方案

黃穎　徐嵐

摘要：本文針對分布式云數(shù)據(jù)中心間“數(shù)據(jù)跨中心備份、服務(wù)按需接管”的中心級高可用能力，提出一種基于占位虛擬機的云高可用方案，并將系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)分為網(wǎng)絡(luò)層、云平臺層、數(shù)據(jù)層、服務(wù)層、訪問接八層五個層次，分析7每層的高可用技術(shù)應(yīng)用策略，該方案具備較好的應(yīng)用推廣前景。

關(guān)鍵詞：高可用 占位虛擬機 云數(shù)據(jù)中心

1高可用相關(guān)概念

隨著虛擬化、網(wǎng)絡(luò)化、服務(wù)化技術(shù)的快速發(fā)展，云架構(gòu)已在各個領(lǐng)域大量運用，數(shù)據(jù)中心作為云資源的提供者承載了大量不同類型的應(yīng)用。目前單一的數(shù)據(jù)中心已發(fā)展為分布式云數(shù)據(jù)中心模式，對分布式云數(shù)據(jù)中心構(gòu)成一體化高可用能力的需求也越來越迫切。

在業(yè)界通常概念定義中，高可用性（High AvailabiLity， HA）用來描述一個系統(tǒng)經(jīng)過專門的設(shè)計，以減少停工時間，而保持其服務(wù)的高度可用性。業(yè)界通常說的數(shù)據(jù)中心雙活，也屬于高可用能力的范疇。描述系統(tǒng)高可用能力，一般有兩個重要指標：系統(tǒng)恢復(fù)時間（RTO）和數(shù)據(jù)恢復(fù)點目標（RPO）。RTO是針對服務(wù)丟失，從業(yè)務(wù)系統(tǒng)故障開始，到業(yè)務(wù)系統(tǒng)恢復(fù)正常之間的時間段。RPO是針對數(shù)據(jù)丟失.指業(yè)務(wù)系統(tǒng)和應(yīng)用數(shù)據(jù)恢復(fù)正常后，系統(tǒng)及生產(chǎn)數(shù)據(jù)能恢復(fù)到過去的哪個時間點。

一般來說，數(shù)據(jù)中心高可用能力根據(jù)備用中心活躍程度由低到高，可定義為5個等級，如圖1所示。對于最高等級的全集雙活，兩中心技術(shù)架構(gòu)應(yīng)是完全對稱、去中心化的，需要從底層網(wǎng)絡(luò)到上層應(yīng)用進行一體化設(shè)計，實現(xiàn)起來難度很大，性價比不高。在大多數(shù)工程實踐中，一般結(jié)合高可用性需求在冷備、熱備、只讀、分片4個等級中選擇，也可采用混合架構(gòu)，對系統(tǒng)進行分層，不同層采用不同的高可用技術(shù)策略。

2高可用方案簡述

在某大型系統(tǒng)建設(shè)了相距100公里以內(nèi)的兩個數(shù)據(jù)中心，作為邏輯一體的后臺，共同對前臺客戶端提供服務(wù)。其中，系統(tǒng)的主用中心已經(jīng)上線常態(tài)化運行，系統(tǒng)內(nèi)的業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)運行在華為云平臺（fusion cloud2.0.6），數(shù)據(jù)分別存儲在物理服務(wù)器部署的ORACLEllg、Hadoop、HBase上?，F(xiàn)要求在應(yīng)用層軟件不改造、兩中心對外信息交互服務(wù)的IP地址保持一致等前提下，提供兩中心的高可用方案，確保發(fā)生中心級故障時，核心數(shù)據(jù)RPO≈O，系統(tǒng)切換時間RTO在1小時內(nèi)。

經(jīng)過用戶需求分析，提出一種基于占位虛擬機的云數(shù)據(jù)中心高可用方案，即依托華為云平臺基于占位虛擬機的高可用能力，將兩中心云平臺構(gòu)建為“一朵云”，通過底層存儲雙活技術(shù)，將主用中心云存儲節(jié)點上的虛擬機同步到備用中心。在該模式下，相當于在備用中心實時復(fù)制一套主用中心的服務(wù)（IP地址保持一致）;平時主用中心對外服務(wù)、備用中心離線備份;故障時，拉起備用中心占位虛機，切換數(shù)據(jù)庫，由備用中心對外提供服務(wù)。由于中心切換時，需拉起占位虛機，相當于重啟動備用系統(tǒng)，因此該方案適用于RTO要求不高、現(xiàn)有業(yè)務(wù)需快速具備高可用能力的場景。

3關(guān)鍵技術(shù)分析

要實現(xiàn)系統(tǒng)級高可用架構(gòu)需對數(shù)據(jù)中心的各個層面進行高可用設(shè)計，將系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)分為5層，分別為網(wǎng)絡(luò)層、云平臺層、數(shù)據(jù)層、服務(wù)層和訪問接人層。每一層采用不同的技術(shù)策略，實現(xiàn)整中心的高可用能力，如圖2所示。

下面對每一層高可用技術(shù)進行分析：

（1）網(wǎng)絡(luò)層

通過大二層網(wǎng)絡(luò)和虛擬機遷移，在網(wǎng)絡(luò)層提供計算服務(wù)的災(zāi)后恢復(fù)、負載均衡、異地容災(zāi)和雙機熱備等抗毀能力[6]，采用虛擬路由冗余協(xié)議VRRP（Virtual Router Redundancy Protocol），把分布于兩個數(shù)據(jù)中心的路由設(shè)備聯(lián)合組成一臺虛擬的路由設(shè)備，將虛擬路由設(shè)備的IP地址作為用戶的默認網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)與外部網(wǎng)絡(luò)通信。對路由設(shè)備采用主從備份方式配置，通過對路由設(shè)備的優(yōu)先級調(diào)整，設(shè)置VRRP虛擬網(wǎng)關(guān)的主備狀態(tài)。當主用網(wǎng)關(guān)設(shè)備發(fā)生故障時，VRRP機制能夠選舉新的網(wǎng)關(guān)設(shè)備承擔數(shù)據(jù)流量，從而保障網(wǎng)絡(luò)的可靠通信。

（2）云平臺層

兩數(shù)據(jù)中心和仲裁區(qū)組成“一朵云”，其中兩中心的云管理節(jié)點、存儲節(jié)點之間網(wǎng)絡(luò)互通，主用后臺的存儲節(jié)點向備用中心存儲節(jié)點同步數(shù)據(jù)，第三方的仲裁服務(wù)器與主備的管理節(jié)點通信，發(fā)生中心級故障時，通過仲裁服務(wù)器避免出現(xiàn)腦裂情況。

（3）數(shù)據(jù)層

系統(tǒng)中在用的數(shù)據(jù)存儲方式主要是ORACLE、Hdfs和Hbsae三種，部署在物理服務(wù)器上，分別采用不同的技術(shù)策略。

關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的高可用技術(shù)主要有數(shù)據(jù)庫集群技術(shù)和復(fù)制技術(shù)[7]兩類。一般，在中心內(nèi)，可通過搭建ORACLE RAC實現(xiàn)高可用，在中心間的高可用技術(shù)有Data Guard、Golden Gate、RAC跨雙中心部署、Extended RAC等幾種。其中，前兩種屬于數(shù)據(jù)庫復(fù)制技術(shù)，后兩種屬于數(shù)據(jù)庫集群技術(shù)。對這幾種技術(shù)的分析比對，Data Guard方式穩(wěn)定性高，部署難度最小，對業(yè)務(wù)系統(tǒng)影響也最小，但屬于一寫多讀模式，備升主切換時間在分鐘級;其它三種技術(shù)都處于雙寫模式，實時切換，但部署環(huán)境要求高，維護成本高。綜合考慮高可用要求及維護成本，在兩數(shù)據(jù)中心間采用Data Guard方式，保證在RTO分鐘級的條件下核心數(shù)據(jù)RPO≈O。

在中心內(nèi)搭建了Hadoop集群數(shù)據(jù)存儲Hdfs和Hbase中，在中心間，Hdfs數(shù)據(jù)采用Distcp命令進行兩個中心分布式文件系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)同步方式;Hbae數(shù)據(jù)采用基于協(xié)處理器的增量數(shù)據(jù)同步方式。

（4）服務(wù)層

服務(wù)層的高可用實現(xiàn)機制一般有三類，一是基于主機集群技術(shù)，二是基于中間件軟件自身集群實現(xiàn)功能，三是基于負載均衡設(shè)備方式。這三類方式需要增加第三方集群軟件、負載均衡器設(shè)備等設(shè)備/軟件。因此，在無法增加其它設(shè)備的條件下，采用華為云平臺的占位虛擬機，可方便實現(xiàn)服務(wù)層的備份和切換，但服務(wù)切換需進行虛擬機拉起操作，根據(jù)虛擬機數(shù)量和應(yīng)用服務(wù)啟動先后順序的限制，服務(wù)層RTO -般在15至25分鐘內(nèi)。

（5）訪問接入層

本系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)中心面向前臺和與外部系統(tǒng)的信息路由方式是基于IP的尋址方式。同樣采用華為云平臺的占位虛擬機，在中心級切換時，對外的IP地址不變化，前臺和外部系統(tǒng)的服務(wù)尋址配置不改變。

4總結(jié)

高可用、持續(xù)服務(wù)已成為各類數(shù)據(jù)中心的基本需求，系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)也正向分布式云數(shù)據(jù)中心架構(gòu)轉(zhuǎn)變。本文提出的一種基于占位虛擬機的云數(shù)據(jù)中心高可用方案，可初步支撐主備數(shù)據(jù)中心間的數(shù)據(jù)備份與服務(wù)接替，并已通過了工程實踐，具備一定的推廣應(yīng)用場景。要實現(xiàn)RTO秒級的數(shù)據(jù)中心雙活/多活能力，還需要對網(wǎng)絡(luò)、云平臺、數(shù)據(jù)存儲、應(yīng)用服務(wù)等進行全系統(tǒng)一體化設(shè)計，緊密聯(lián)動，才能真正做到數(shù)據(jù)中心對外業(yè)務(wù)不中斷。

參考文獻

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