Heartbeat概念详解

比眉伴天荒 2022-08-04 09:14 191阅读 0赞

**Heartbeat的概念**  
High-Availability Linux是一个开源项目，目标是：通过社区开发者的共同努力，提供一个增强linux可靠性（reliability）、可用性（availability）和可服务性（serviceability）（RAS）的群集解决方案。其中Heartbeat就是Linux-HA项目中的一个组件，也是目前开源HA项目中最成功的一个例子，它提供了所有 HA 软件所需要的基本功能，比如心跳检测和资源接管、监测群集中的系统服务、在群集中的节点间转移共享 IP 地址的所有者等，自1999年开始到现在，Heartbeat在行业内得到了广泛的应用，也发行了很多的版本，可以从Linux-HA的官方网站www.linux-ha.org下载到Heartbeat的最新版本。  
**Heartbeat的组成与原理**  
**1．Heartbeat的组成**  
Heartbeat提供了高可用集群最基本的功能，例如，节点间的内部通信方式、集群合作管理机制、监控工具和失效切换功能等  
Heartbeat内部组成，主要分为以下几大部分：

*  heartbeat： 节点间通信检测模块
 *  ha-logd： 集群事件日志服务
 *  CCM（Consensus Cluster Membership）：集群成员一致性管理模块
 *  LRM （Local Resource Manager）：本地资源管理模块
 *  Stonith Daemon： 使出现问题的节点从集群环境中脱离
 *  CRM（Cluster Resource Management）：集群资源管理模块
 *  Cluster Policy Engine： 集群策略引擎
 *  Cluster Transition Engine：集群转移引擎

下图显示了Heartbeat2.0内部结构组成：  
![这里写图片描述][20150820204758465]  
**2．Heartbeat的工作原理**  
**集群成员一致性管理模块（CCM）**用于管理集群节点成员，同时管理成员之间的关系和节点间资源的分配，heartbeat模块负责检测主次节点的运行状态，以判断节点是否失效。ha-logd模块用于记录集群中所有模块和服务的运行信息。

**本地资源管理器（LRM）**负责本地资源的启动，停止和监控，一般由LRM守护进程lrmd和节点监控进程（Stonith Daemon）组成，lrmd守护进程负责节点间的通信，Stonith Daemon通常是一个Fence设备，主要用于监控节点状态，当一个节点出现问题时处于正常状态的节点会通过Fence设备将其重启或关机以释放IP、磁盘等资源，始终保持资源被一个节点拥有，防止资源争用的发生。

**集群资源管理模块（CRM）**用于处理节点和资源之间的依赖关系，同时，管理节点对资源的使用，一般由CRM守护进程crmd、集群策略引擎和集群转移引擎三个部分组成，集群策略引擎（Cluster policy engine）具体实施这些管理和依赖，集群转移引擎（Cluster transition engine）监控CRM模块的状态，当一个节点出现故障时，负责协调另一个节点上的进程进行合理的资源接管。

在Heartbeat集群中，最核心的是heartbeat模块的心跳监测部分和集群资源管理模块的资源接管部分，心跳监测一般由串行接口通过串口线来实现，两个节点之间通过串口线相互发送报文来告诉对方自己当前的状态，如果在指定的时间内未受到对方发送的报文，那么就认为对方失效，这时资源接管模块将启动，用来接管运行在对方主机上的资源或者服务。

Heartbeat仅仅是个HA软件，它仅能完成心跳监控和资源接管，不会监视它控制的资源或应用程序，要监控资源和应用程序是否运行正常，必须使用第三方的插件，例如ipfail、Mon、Ldirector等。Heartbeat自身包含了几个插件，分别是ipfail、Stonith和Ldirectord，介绍如下：

*  ipfail的功能直接包含在Heartbeat里面，主要用于检测网络故障，并作出合理的反应，为了实现这个功能，ipfail使用ping节点或者ping节点组来检测网络连接是否出现故障，从而及时的做出转移措施。
 *  Stonith插件可以在一个没有响应的节点恢复后，合理接管集群服务资源，防止数据冲突，当一个节点失效后，会从集群中删除，如果不使用Stonith插件，那么失效的节点可能会导致集群服务在多于一个节点运行，从而造成数据冲突甚至是系统崩溃。因此，使用Stonith插件可以保证共享存储环境中的数据完整性。
 *  Ldirector是一个监控集群服务节点运行状态的插件。Ldirector如果监控到集群节点中某个服务出现故障，就屏蔽此节点的对外连接功能，同时将后续请求转移到正常的节点提供服务，这个插件经常用在LVS负载均衡集群中。

同样，对于操作系统自身出现的问题，Heartbeat也无法监控，如果主节点操作系统挂起，一方面可能导致服务中断，另一方面由于主节点资源无法释放，而备份节点却接管了主节点的资源，此时就发生了两个节点同时争用一个资源的状况。针对这个问题，就需要在linux内核中启用watchdog的模块，它通过定时向/dev/watchdog设备文件执行写操作，从而确定系统是否正常运行，如果watchdog认为内核挂起，就会重新启动系统，进而释放节点资源。在linux中完成watchdog功能的软件叫softdog，softdog维护一个内部计时器，此计时器在一个进程写入/dev/watchdog设备文件时更新，如果softdog没有看到进程写入/dev/watchdog文件，就认为内核可能出了故障。watchdog超时周期默认是一分钟，可以通过将watchdog集成到Heartbeat中，从而通过Heartbeat来监控系统是否正常运行。

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