高可用架构

Feb 5, 2022 22:30 · 1463 words · 3 minute read Architecture

高可用存储架构

常见的高可用存储架构：

主备
主从
主主
集群
分区

1. 主备

备机平时不承担实际的业务读写，需要人工操作将备机升级为主机。

优点：
- 备机升级为主机对客户端透明
- 主备之间只需要复制数据，无需状态判断和主备切换
缺点：
- 备机平时不提供读写，浪费硬件和算力
- 故障需要人工干预，容易翻车

2. 主从

主机可读写，从机只读。

优点：
- 主机故障不影响读操作
- 从机提供读操作，对硬件有一定的利用率
缺点：
- 客户端需要感知主从关系，写操作不能发送给从机
- 主从复制延迟会导致数据不一致
- 故障需要人工干预

适合写少读多的业务：论坛、BBS、新闻网站

3 主备/主从切换

主备/主从共同存在的问题：

主机故障后无法进行写操作
发生故障需要人工干预

由系统自动决定角色并实现切换。

3.1 关键点

主备/主从间状态判断
- 状态传递渠道：
  - 互连
  - 连接至第三方中介
- 状态检测：
  - 机器是否挂了
  - 进程是否挂了
  - 响应速度
切换决策
- 切换时机
  - 主机挂了
  - 主机上进程挂了
  - 主机响应过慢
- 切换策略
  
  主机故障恢复后
  - 再次切换成为主机
  - 成为备机
- 自动程度
  - 全自动
  - 半自动（需要人工确认）
解决数据冲突

3.2 架构

3.2.1 互连

主备/主从机之间直接建立状态传递通道。

状态传递通道实现：

网络连接/串口连接
主机主动发送给备机/备机从主机拉取状态信息
共用数据复制通道/独立通道

主备机绑定虚拟 IP，对客户端透明。

主要缺点：状态传递通道故障会导致脑裂。

3.2.2 中介

主备/从机将状态上报给中介，通过中介传递状态信息。

状态决策：

所有节点初始状态都是备机，只要与中介断开连接就降级为备机
主机与中介断连后，中介能够告知备机，备机升级为主机
原来的主机恢复后，以备机的身份向中介上报状态，新的主机不会降级

关键在于实现中介的高可用，选用成熟的方案：

keepalived
ZooKeeper
etcd

3.2.3 模拟

备机模拟客户端向主机发送读写操作，根据读写操作的响应情况来判断主机的状态。

优点：实现简单，不需要状态传递通道
缺点：响应状态有限，可能有偏差
- HTTP 状态码
- 超时

4. 主主

主要优点：

两台都是主机，不用切换
客户端读写操作随便发送给其中一台即可

实现数据双向复制，但是有很多数据是不能双向复制的。

适合临时性、可丢失数据、数据可被覆盖的业务：用户登录产生的 token，内容草稿数据

5. 集群（两台以上）

复制集群：数据量不大，集群节点数量不多
切片集群：业务数据量巨大，集群节点数量庞大

5.1 复制集群

1 主 N 备/从

只有主机可读写，备/从机只读。

关键点：

主机如何将数据复制给备/从机
主机如何检测备机状态
如何从多台备/从机中选出新的主机

5.2 切片集群

数据分散到不同的服务器上，每个服务器只存储一部分数据，而且备份一部分数据。