故障轉移群集關鍵技術及實際應用

田源

摘 要：運用Windows故障轉移群集的冗余功能，可以實現生產系統數據的安全性和高可用性，從而保證7x24不間斷運行。簡單介紹Windows故障轉移群集的概念，主要技術特點，架設Windows故障轉移群集及SQL Server故障轉移的步驟。在GPS卡車智能調度系統中故障轉移群集的運用及產生的價值。

關鍵詞：故障轉移群集；節點；冗余；可用性

一、故障轉移群集簡介

隨著計算機技術的不斷更新、普及，各大中小型企業都加大了信息化建設的力度。在信息化技術中服務器技術是一項非常關鍵的核心技術。越來越多的生產系統要求提供7×24小時的不間斷服務，作為服務程序載體的服務器的穩定性及高可用性有著十分重要的研究價值。如何兼顧服務器的可靠性和經濟性，是各大中小企業在建設新系統時面臨的難題，通過Windows服務器轉移群集技術來提高系統的可用性和可擴展性是目前備受推崇的一種解決方案。

故障轉移群集是微軟公司推出的針對服務器技術的一種服務，該服務用于防止某個單臺服務器故障或者宕機導致服務中斷。Windows故障轉移群集是一組具有獨立功能的計算機，群集服務器通過物理纜線及雙機軟件實現協同工作，增強應用程序和服務的可用性。每臺計算機相當于一個冗余節點，整個群集系統允許某個節點故障、宕機或者損壞而不影響整個系統的正常運行。一臺服務器接管發生故障服務器服務的過程稱作故障轉移。如果一臺服務器變為不可用，則另一臺服務器自動接管發生故障的服務器并繼續處理任務。群集中的每臺服務器在群集中至少有一臺其他服務器確定為其備用服務器。

二、故障轉移群集的技術要點

Windows故障轉移群集必須基于域的管理模式部署，以“心跳機制”來監視各個節點的健康狀況；備用服務器以心跳信號來確定活動服務器是否正常，要讓備用服務器變成活動服務器，它必須確定活動服務器不再正常工作。在Windows故障轉移群集技術中最關鍵的技術為：共享儲存設備、心跳線、仲裁盤等。

共享儲存設備，故障轉移群集包含一個連接到所有節點的共享存儲設備，共享存儲設備用來存儲群集的公共數據和仲裁數據。為了保證共享儲存設備上數據的完整性，故障轉移群集一次只允許一個節點擁有共享儲存設備的所有權。只有該節點宕被認為不可用，發生故障轉移后才會由下一個節點擁有共享儲存設備的所有權。故障轉移群集內一般只有一個節點為用戶提供服務，其余節點都處于被動狀態。當主動節點因故宕機時，會由下一個節點接替繼續為用戶提供服務。

心跳線，群集的各個節點間會定期使用專用的群集網絡交換數據報信息（默認每隔5秒），出于活動狀態的節點，就會不停地、周期性地發送信息給群集內的其余節點，這些消息被稱作心跳信息，用于傳送心跳信息的專用網絡被稱為心跳線。如果主動節點發生故障，在指定的周期內（默認為兩個周期，10秒鐘）備份節點沒有接收到心跳信息，那么將進行故障轉移，由備份節點接管群集，對外提供服務。

仲裁盤，保存有群集的配置數據庫，在數據庫內包含多種配置信息。仲裁在群集中非常重要，它主要提供以下兩個功能：一致性，對所有同群集有關的配置信息而言，仲裁充當了最具權威的倉庫，如果群集服務無法讀取仲裁日志，它將不會啟動，因為它無法保存處于一致性的狀態，而這又是群集最主要的要求之一。斡旋作用，仲裁提供斡旋作用可以避免“各自為政”的情況。當兩個或多個群集節點之間的所有網絡通信鏈路都失效時，會發生“各自為政”的局面。使用仲裁后，可以保證任何群集資源只會在某一個節點上進入聯機狀態。

三、故障轉移群集的實際應用

我公司現在使用的GPS卡車智能調度系統就是使用的Windows故障轉移群集和SQL Server 故障轉移群集來保證生產服務的穩定性。配置Windows故障轉移群集至少需要三臺服務器和一臺磁盤陣列柜，其中一臺服務器作為域服務器，兩臺服務器作為負載應用服務的應用服務器。三臺服務器都安裝了windows server 2008R2 企業版，兩臺應用服務器安裝了SQL Server 2008。磁盤陣列柜做RAID5，群集提供共享磁盤和仲裁盤。我公司架設故障轉移集群示意圖如下。

架設Windows故障轉移群集的過程簡單的來說分為一下幾部。架設完成以后服務器1和服務器2在域服務器的控制下可實現故障轉移，轉移的是Windows虛擬機Hyper-V及SQL Server 故障轉移群集。利用Windows故障轉移群集、SQL Server 故障轉移群集、虛擬機Hyper-V技術架設一套完整的故障轉移群集主要步驟介紹如下。

（1）首先給三臺服務器安裝windows server 2008R2操作系統。配置域服務器，設置服務器的外網IP地址和心跳地址等前期的設置。

（2）配置磁盤陣列柜，陣列柜磁盤做RAID5，分別給Windows Server 2008故障轉移劃分冗余盤、SQL Server故障轉移劃分共享磁盤、Hyper-V虛擬機劃分共享磁盤。

（3）服務器的HBA，添加到陣列柜中（用光纖線將服務器與陣列柜連接），陣列柜劃分好的磁盤映射到服務器，將陣列柜中劃分好的磁盤，掛在兩臺服務器上，并將兩臺服務器磁盤進行格式化。

（4）安裝windows故障轉移集群，用域用戶進行登錄，進行配置。

（5）新建一個集群，并將1號機和2號機分別加入這個集群里，并且給這個集群設定IP和名字等。

（6）新建一個群集共享卷，共添加虛擬機使用，將2號機也加入集群中。

（7）安裝 SQL SERVER 故障轉移集群，將SQL鏡像文件復制到群集共享卷，供2臺服務器安裝SQL Server使用。

（8）1號主機安裝”新的SQL Server 故障轉移群集”，為SQL故障轉移選擇共享磁盤，為SQL故障轉移設置IP地址和名稱。

（9）2號機安裝”向SQL Server故障轉移群集添加節點”，安裝完成 SQL server 故障轉移集群配置結束。

（10）安裝虛擬機HyperV后，添加了虛擬機網絡適配器。

（11）配置虛擬機，給虛擬安裝系統，安裝結束后，能看到磁盤的切換，SQL server 數據庫服務的切換，以及虛擬機的切換等。

（12）將GPS卡車智能調度系統所使用的應用程序部署到虛擬機HyperV中，故障轉移群集轉移的是虛擬機HyperV及SQL Server 故障轉移群集。

四、故障轉移群集實際應用的優點

Windows故障轉移群集是微軟公司為企業客戶提供的一套冗余恢復服務，配合SQL Server 故障轉移群集及Hyper-V虛擬機技術，真正的實現了應用系統的高可用性。同時群集內的設備又是相互獨立存在的，為將來系統的擴展、升級預留了足夠的空間。在考慮到高可用性和經濟實用性的前提下，Windows故障轉移群集是一個不錯的選擇。

五、結語

Windows故障轉移群集為數字化礦山應用程序端提供的安全保護機制，保證了遭遇意外事故下數據的完整性和業務的連續性，將損失降低到最小，使得GPS卡車智能調度系統成為真正的高可用系統，為公司創造了更多的收益。