高可用集群heartbeat全攻略

heartbeat的概念
   Linux-HA的全称是High-Availability Linux，它是一个开源项目，这个开源项目的目标是：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。 
HA集群中的相关术语
1．节点（node）
   运行heartbeat进程的一个独立主机，称为节点，节点是HA的核心组成部分，每个节点上运行着操作系统和heartbeat软件服务，在heartbeat集群中，节点有主次之分，分别称为主节点和备用/备份节点，每个节点拥有唯一的主机名，并且拥有属于自己的一组资源，例如，磁盘、文件系统、网络地址和应用服务等。主节点上一般运行着一个或多个应用服务。而备用节点一般处于监控状态。
2．资源（resource）
   资源是一个节点可以控制的实体，并且当节点发生故障时，这些资源能够被其它节点接管，heartbeat中，可以当做资源的实体有：
  磁盘分区、文件系统
  IP地址
  应用程序服务
  NFS文件系统
3．事件（event）
   也就是集群中可能发生的事情，例如节点系统故障、网络连通故障、网卡故障、应用程序故障等。这些事件都会导致节点的资源发生转移，HA的测试也是基于这些事件来进行的。
4．动作（action）
   事件发生时HA的响应方式，动作是由shell脚步控制的，例如，当某个节点发生故障后，备份节点将通过事先设定好的执行脚本进行服务的关闭或启动。进而接管故障节点的资源。

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等，目前的最新版本是Heartbeat2.x，这里的讲述也是以Heartbeat2.x为主，下面介绍Heartbeat2.0的内部组成，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
图1显示了Heartbeat2.0内部结构组成：

安装heartbeat前的准备
1．Heartbeat集群必须的硬件
从图18.2可以看出，构建一个Heartbeat集群系统必须的硬件设备有：
  节点服务器
  网络和网卡
  共享磁盘
（1）节点服务器
    安装Heartbeat至少需要两台主机，并且对主机的要求不高，普通的PC 服务器即可满足要求，当然，也可以在虚拟机上安装Heartbeat，现在Heartbeat可以很好的运行在Linux系统下，很多linux发行版本都自带了Heartbeat套件，同时，还可以运行在FreeBSD 和 Solaris操作系统上。
（2）网卡和网络
    Heartbeat集群中的每个主机必须有一块网卡和一个空闲串口，网卡用于连接公用网络，串口可以通过串口线，例如modem电线来实现连接，用于心跳监控节点间的状态，如果没有空闲串口的话，每个主机也可以通过两块网卡来实现HA，其中一块网卡用于连接公用网络，另一块网卡通过以太网交叉线与两个节点相连接。
   需要说明的是：以太网交叉线和串口电线都能用于心跳监控，串口电线传输Heartbeat信号相对较好，如有条件，尽量使用串口线代替以太网交叉线作为节点间的心跳检测设备。
Heartbeat支持三种类型的网络，公用网络（public network）、私用网络（private network）和串行网络（serial network）。
    公用网络连接多个节点，并且允许客户端访问集群中的服务节点，私用网络提供两个节点之间点到点的访问，但是不允许客户端访问，可以通过以太网交叉线构建一个私用网络，以供节点间相互通信，串行网络也是一个点到点的连接，一般使用串行网络来传输控制信息和心跳监控。串行网络可以是一条RS232串口线。
（3）共享磁盘
    共享磁盘是一个数据存储设备，HA集群中的所有节点都需要连接到这个存储设备上，在这个共享的存储设备上一般放置的是公用的、关键的数据和程序，一方面可以共享数据给所有节点使用，另一方面也保证了数据的安全性。
    Heartbeat支持两种对共享磁盘的访问方式：独占访问和共享访问，在独占访问方式下，保持活动的节点独立使用磁盘设备，只有当活动节点释放了磁盘设备，其它节点才能接管磁盘进行使用，在共享访问方式下，集群所有节点都可以同时使用磁盘设备，当某个节点出现故障时，其它节点无需接管磁盘。共享访问方式需要集群文件系统的支持，这一点将在下个章节讲述。
2．操作系统规划
    这里统一采用Red Hat Enterprise Linux Server release 5.1操作系统，每个节点服务器都有两块网卡，一块用作连接公用网络，另一块通过以太网交叉线连接两个节点，作为心跳监控。共享磁盘由一个磁盘阵列设备提供，两个节点共享一个磁盘分区。磁盘分区对应的硬件标识为/dev/sdb5，挂载点为/webdata，文件系统类型为ext3。
网络以及IP地址规划如表18.1所示：
表18.1
节点类型        IP地址规划               主机名        类型
主用节点        eth0：192.168.60.132        node1         Public IP
               eth1：10.1.1.1             priv1         private IP
               eth0:0：192.168.60.200        无         Virtual IP
备用节点        eth0：192.168.60.133        node2         Public IP
               eth1：10.1.1.2             priv1         private IP
    从上表可知，eth0网络设备用于连接公用网络，eth1网络设备用于连接私用网络，而eth0:0网络设备是HA集群虚拟出来的服务IP地址，用于对外提供应用程序服务。基本的拓扑结构如图3所示：

接着配置每个节点的/etc/hosts文件，保证两个节点内容一致，/etc/hosts文件内容如下：
[root@node1 ~]#more /etc/hosts
192.168.60.132         node1
192.168.60.133         node2
10.1.1.1                      priv1
10.1.1.2                   priv1
        一切准备就绪，接下来开始安装heartbeat。
安装heartbeat
1．获取heartbeat
   Heartbeat到目前为止发行了两个主版本，Heartbeat1.x和Heartbeat2.x，Heartbeat1.x仅仅允许创建2个节点的集群，提供基本的高可用性failover服务。Heartbeat2.x提供了增强的特性，允许创建多个节点的集群，又支持模块结构的配置方法－集群资源管理器（Cluster Rescource Manager-CRM)，CRM可以支持最多16个节点，这里我们选择heartbeat2.0.8版本进行介绍。
Heartbeat的下载地址为：http://linux-ha.org/download/index.html，找到heartbeat2.0.8版本，下载类似heartbeat-2.0.8.tar.gz的源代码包即可。此外在安装heartbeat时需要同时安装libnet工具包，Libnet是一个高层次的API工具，可以从http://www.packetfactory.net/libnet/下载到，现在的稳定版本是1.1.2.1，下载后的包名为libnet.tar.gz。
2．安装heartbeat
    接下来需要在两个节点安装heartbeat，安装过程很简单，只需解压编译、安装即可，这里不再详述，在两个节点执行相同的操作，下面是在node1上的安装过程：
[root@node1 ~]#tar -zxvf libnet.tar.gz 
[root@node1 ~]#cd libnet
[root@node1 ~/libnet]#./configure
[root@node1 ~/libnet]#make 
[root@node1 ~/libnet]#make install
[root@node1 ~]#tar zxf heartbeat-2.0.8.tar.gz
[root@node1 ~]#cd heartbeat-2.0.8
[root@node1 ~/heartbeat-2.0.8]#./ConfigureMe configure \
> --disable-swig --disable-snmp-subagent
[root@node1 ~/heartbeat-2.0.8]#make
[root@node1 ~/heartbeat-2.0.8]#make install
[root@node1 ~/heartbeat-2.0.8]#cp doc/ha.cf doc/haresources doc/authkeys /etc/ha.d/
[root@node1 ~/heartbeat-2.0.8]#cp ldirectord/ldirectord.cf /etc/ha.d/
[root@node1 ~/heartbeat-2.0.8]#groupadd -g 694 haclient
[root@node1 ~/heartbeat-2.0.8]#useradd -u 694 -g haclient hacluster
配置heartbeat
配置主节点的heartbeat 
    Heartbeat的主要配置文件有ha.cf、haresources、authkeys，在Heartbeat安装后，默认并没有这三个文件，可以从官方网站下载得到，也可以直接从解压的源码目录中找到，在上面的安装过程中，我们已经将这三个文件放到了/etc/ha.d目录下，下面分别详细介绍。
1.主配置文件(/etc/ha.d/ha.cf)
下面对ha.cf文件的每个选项进行详细介绍，其中“#”号后面的内容是对选项的注释说明。
#debugfile /var/log/ha-debug
logfile /var/log/ha-log         #指名heartbeat的日志存放位置
#crm yes                     #是否开启Cluster Resource Manager（集群资源管理）功能
bcast eth1                  #指明心跳方式使用以太广播方式，并且是在eth1接口上进行广播
keepalive 2                 #指定心跳间隔时间为2秒（即每两秒钟在eth1上发送一次广播）
deadtime 30              #指定备用节点在30秒内没有收到主节点的心跳信号后，则立即接管主节点的服务资源
warntime 10              #指定心跳延迟的时间为十秒。当10秒钟内备份节点不能接收到主节点的心跳信号时，就会往日志中写入一个警告日志，但此时不会切换服务。
initdead 120             #在某些系统上，系统启动或重启之后需要经过一段时间网络才能正常工作，该选项用于解决这种情况产生的时间间隔。取值至少为deadtime的两倍。 
udpport 694                        #设置广播通信使用的端口，694为默认使用的端口号
baud 19200                         #设置串行通信的波特率。
#serial /dev/ttyS0          #选择串行通信设备，用于双机使用串口线连接的情况。如果双机使用以太网连接，则应该关闭该选项。
auto_failback on        #用来定义当主节点恢复后，是否将服务自动切回，heartbeat的两台主机分别为主节点和备份节点。主节点在正常情况下占用资源并运行所有的服务，遇到故障时把资源交给备份节点并由备份节点运行服务。在该选项设为on的情况下，一旦主节点恢复运行，则自动获取资源并取代备份节点，如果该选项设置为off，那么当主节点恢复后，将变为备份节点，而原来的备份节点成为主节点。
#stonith baytech /etc/ha.d/conf/stonith.baytech          # stonith的主要作用是使出现问题的节点从集群环境中脱离，进而释放集群资源，避免两个节点争用一个资源的情形发生。保证共享数据的安全性和完整性。

#watchdog /dev/watchdog        #该选项是可选配置，是通过Heartbeat来监控系统的运行状态。使用该特性，需要在内核中载入"softdog"内核模块，用来生成实际的设备文件，如果系统中没有这个内核模块，就需要指定此模块，重新编译内核。编译完成输入"insmod softdog"加载该模块。然后输入"grep misc /proc/devices"(应为10)，输入"cat /proc/misc |grep watchdog"(应为130)。最后，生成设备文件："mknod /dev/watchdog c 10 130" 。即可使用此功能。
node node1                          #主节点主机名，可以通过命令“uanme –n”查看。
node node2                          #备用节点主机名。
ping 192.168.60.1            #选择ping的节点，ping 节点选择的越好，HA集群就越强壮，可以选择固定的路由器作为ping节点，但是最好不要选择集群中的成员作为ping节点，ping节点仅仅用来测试网络连接。

respawn hacluster /usr/lib/heartbeat/ipfail        #该选项是可选配置，列出与heartbeat一起启动和关闭的进程，该进程一般是和heartbeat集成的插件，这些进程遇到故障可以自动重新启动。最常用的进程是ipfail，此进程用于检测和处理网络故障，需要配合ping语句指定的ping node来检测网络的连通性。其中hacluster表示启动ipfail进程的身份。
2．资源文件(/etc/ha.d/haresources)
    Haresources文件用于指定双机系统的主节点、集群IP、子网掩码、广播地址以及启动的服务等集群资源，文件每一行可以包含一个或多个资源脚本名，资源之间使用空格隔开，参数之间使用两个冒号隔开，在两个HA节点上该文件必须完全一致，此文件的一般格式为：
node-name network  <resource-group>
node-name表示主节点的主机名，必须和ha.cf文件中指定的节点名一致，network用于设定集群的IP地址、子网掩码、网络设备标识等，需要注意的是，这里指定的IP地址就是集群对外服务的IP地址，resource-group用来指定需要heartbeat托管的服务，也就是这些服务可以由heartbeat来启动和关闭，如果要托管这些服务，必须将服务写成可以通过start/stop来启动和关闭的脚步，然后放到/etc/init.d/或者/etc/ha.d/resource.d/目录下，heartbeat会根据脚本的名称自动去/etc/init.d或者/etc/ha.d/resource.d/目录下找到相应脚步进行启动或关闭操作。
下面对配置方法进行具体说明：
node1 IPaddr::192.168.60.200/24/eth0/  Filesystem::/dev/sdb5::/webdata::ext3  httpd tomcat
其中，node1是HA集群的主节点，IPaddr为heartbeat自带的一个执行脚步，heartbeat首先将执行/etc/ha.d/resource.d/IPaddr 192.168.60.200/24 start的操作，也就是虚拟出一个子网掩码为255.255.255.0，IP为192.168.60.200的地址，此IP为heartbeat对外提供服务的网络地址，同时指定此IP使用的网络接口为eth0，接着，heartbeat将执行共享磁盘分区的挂载操作，“Filesystem::/dev/sdb5::/webdata::ext3”相当于在命令行下执行mount操作，即“mount –t ext3 /dev/sdb5 /webdata”，最后依次启动httpd和tomcat服务。
注意：主节点和备份节点中资源文件haresources要完全一样。 
3．认证文件(/etc/ha.d/authkeys)
    authkeys文件用于设定heartbeat的认证方式，共有三种可用的认证方式：crc、md5和sha1，三种认证方式的安全性依次提高，但是占用的系统资源也依次增加。如果heartbeat集群运行在安全的网络上，可以使用crc方式，如果HA每个节点的硬件配置很高，建议使用sha1，这种认证方式安全级别最高，如果是处于网络安全和系统资源之间，可以使用md5认证方式。这里我们使用crc认证方式，设置如下：
auth 1
1 crc
#2 sha1 sha1_any_password
#3 md5 md5_any_password
需要说明的一点是：无论auth后面指定的是什么数字，在下一行必须作为关键字再次出现，例如指定了“auth 6”，下面一定要有一行“6 认证类型”。
最后确保这个文件的权限是600（即-rw-------）。
配置备份节点的heartbeat
   在备份节点上也需要安装heartbeat，安装方式与在主节点安装过程一模一样，这里不再重述，依次安装libnet和heartbeat源码包，安装完毕，在备份节点上使用scp命令把主节点配置文件传输到备份节点。 
    [root@node2 ~]#scp –r node1:/etc/ha.d/*  /etc/ha.d/
其中，node1是主节点的主机名。
设置主节点和备份节点时间同步
    在双机高可用集群中，主节点和备份节点的系统时间也非常重要，因为节点之间的监控都是通过设定时间来实现的，主备节点之间的系统时间相差在十秒以内是正常的，如果节点之间时间相差太大，就有可能造成HA环境的故障。解决时间同步的办法有两个，一个是找一个时间服务器，两个节点通过ntpdate命令定时与时间服务器进行时间校准，另一个办法是让集群中的主节点作为ntp时间服务器，让备份节点定时去主节点进行时间校验。