利用Heartbeat实现Linux上的双机热备份系统

利用Heartbeat实现Linux上的双机热备份系统申志冰罗字(国防科技大学，长沙410073)E—mail：[e-mail]摘要该文简要介绍了Heartbeat双机热备份软件的原理、使用以及对其的改进，为在Linux平台上实现高可靠性系统提供了一个性价比很高的解决方案。关键词LinuxHeartbeat双机热备份文章编号1002—8331一(2002)19—0126—03文献标识码A中图分类号TP316UsingHeartbeattoImplementDynamicStandbySystemonLinuxShenZhibingLuoNing(NationalUniversityofDefenceTechnology，Changsha410073)Abstract：ThispaperintroducestheprincipleandusageofHeartbeatdynamicstandbysystemsoftware．Inordertomakethehostalivedetectionmorepreciseinthissystem，theauthorsimprovethedetectmethod，andgetanappliedsolution．Keywords：Linux，Heartbeat，Dynamicstandbysysteml前言linux自问世以来，就一直受到人们的关注，并得到了迅猛的发展。特别是近年来．1inux已经发展为一个高性能，稳定可靠的操作系统，已经可以与各种传统的商业操作系统分庭抗礼，占据了一定的市场份额。更由于Linux可以免费获得，并开放源代码，使得它在中小型服务器领域成为性价比最高的选择，有越来越多的用户选择Linux构建Web、Mail、Proxy等各种应用服务器。对于应用服务器来说，能否保证服务的可靠性和持续性，是一个极为重要的问题．特别是对于关键业务。采用高可靠性的硬件设备可以在一定程度上解决这个问题，但是只要系统中存在单点故障点，这个问题就仍然存在。目前，对于这个问题，一般是采用双机热备份或群集技术。群集技术偏重于解决负载均衡问题，投资大、安装使用复杂，一般多用于大型系统，但是对于采用集中式分发器的集群结构来说，分发器仍然要使用热备份技术。对于中小系统来说，一般是采用双机热备份方案。在双机热备份方案中，两台服务器都处于热机状态，备份机实时地监测主服务器的状态，如果主服务器故障了，备份机可以将所有的业务接管过来。双机热备份通常有两种方式，一种是Online方式，两台服务器都在工作，分别担负不同的任务，均衡负载。另一种是Standby方式，备份机不工作，只是监测作业机的工作状况。这两种方式各有利弊。Online方式机器利用率高，但管理上存在一定难度；而Standby管理简单，但备份机大多数时间都在闲置，提高了成本。在Windows和Unix平台上，已经有许多成熟的双机热备份软件，但在Linux平台上，目前还没有很成熟的双机热备份软件。Heartbeat是Linux—HA项目小组(http：／／．1inux-ha．org)~发的，专用于双机热备份的软件，很多Linux厂商都使用了这个软件，作为整体解决方案的一部分。Heartbeat软件可以在多种Linux和Unix平台上使用，安装配置简单，并遵循GPL规范，可以免费使用，并可以获得源代码，利于修改和二次开发。2Heartbeat介绍2．1Heartbeat的工作原理主服务器上的Heartbeat程序周期性地发送状态消息，以表示本机的当前状态。备份服务器上的Heartbeat程序会实时地监听主服务器发送的状态消息。当主服务器故障时，备份服务器在设定的时间间隔内没有收到主服务器的状态消息，就认为主服务器已经失效，它会自动接管主服务器的IP地址和服务程序，继续提供服务。主服务器从故障中恢复后，会重新发送状态消息，并要求接管IP地址和服务程序，备份服务器收到该消息后，会自动放弃IP地址和服务程序，以便主服务器接管。Heartbeat软件支持三种服务器间通信方式：串口通信、PPP协议通信、UDP通信。系统结构如图1。图l2．2Heartbeat的软件结构Heartbeat软件的总体结构如图2。图2Heartbeat软件主要由图中所示的4个进程和服务程序监控脚本、资源管理脚本等部分组成，本机的进程间通过管道发送消息，并由读写进程进行机器间状态消息的传递。其各部分说明如下：(1)命令处理进程(control_process函数)：接受管理员的命令，转换为消息写入管道。(2)消息处理进程(master_status_process函数)：周期性地发送状态消息，监控服务程序和其他机器的状态，当服务程序或其他机器发生故障时，发送状态消息，并调用资源管理脚本进行IP地址等资源的接管或释放。(3)读消息进程(read_child函数)：从消息通道(串口线或网络)上读取消息，并写入管道。(4)写消息进程(write_child函数)：从管道中读取消息，并发送到消息通道上。(5)资源管理脚本(ResourceManager)：启动或停止服务程序，声明IP地址或释放IP地址。3Heartbeat的安装与配置3．1安装Heartbeat使用标准的RPM包进行分发，安装十分简单，只需运行一个命令即可：rpm—iheartbeat-0．4．8．i386．rpm也可以使用RPM包管理工具进行安装。3．2配置Heartbeat主要有三个配置文件ha．cf、authkeys、haresources，放在／etc／ha．d／目录下，需要用户手工生成或从安装包中拷贝例子文件进行修改，下面介绍一下这三个文件的配置：(1)authkeys文件主要内容：authll(31122shal3md5Heartbeat可以对机器问交换的消息进行加密，这个文件就是选择加密方式的，其中crc只进行crc校验。auth后面的数字应为选择的方法，其他两种不用的方法就用“静”号注释掉。(2)ha．cf文件主要内容debugfile／var／log／ha—debuglogfile／vat／log／ha-logkeepalive2deadtime1010．0．0．1／dev／ttys210．0．0．2／dev／watchdognodel，snamenode2snamedebule和lole是设置调试文件和日志文件的，建议使用lole项。keepalive项设置机器间交换状态信息的间隔，缺省为2秒，必须设置。deadtime项设置确定机器故障的时间，即在deadtime时间内没有收到一台机器的状态信息，则认为该机器已经故障。缺省为1O秒，必须设置。serial项是在使用串口线进行直接通讯时使用，后面需指定串口的设备名。PPP—udp项是在串口线上使用PPP—udp协议时使用，后面必须指明两个串口设备以及它们的IP地址(使用内部地址)。baud项设置串口通讯时的速率。udppofl项是使用UDP协议进行通讯时使用，用于设置端口，缺省是694。udp项设置使用UDP协议进行通讯时使用的网络设备。node项设置主要服务器和备份服务器，取值为使用“an—ame—a”命令查看得到的机器名，必须设置。(3)haresources文件内容nodename10．0．0．34servicenamenodename是作为主要服务器的机器名称，必须为使用“uname—a”命令查看得到的机器名；10．0．0．34是服务器对外的IP地址；service_name是要进行备份的服务，它必须与该服务在／etc／rc．d／init．d／目录下的启动脚本的名称相同。4对Heartbeat软件的改进4．1Heartbeat软件存在的一些缺点Heartbeat软件在服务器状态的检测和资源的接管上都实现得很好，但是在实际应用中仍然存在一些缺点，主要是：(1)Heartbeat软件只检测服务器的状态，不检测服务程序的状态，在服务程序出现软件故障而停止服务的时候，Heart—beat软件无法检测到这种情况，这在一定程度上降低了系统的可靠性。(2)在服务器故障时，Heartbeat可以进行机器的自动切换，但是不能及时把故障通知管理员，不便于整个系统的维护。(3)服务器故障时，Heartbeat只能进行机器的自动切换，不支持用户自定义其他操作，灵活性较差。4．2改进的目的因为Heartbeat软件提供源代码，所以笔者针对上面所说的两个问题，对其源代码进行了修改，改进的目的在于：(1)监测服务器状态的同时，也监测服务程序的状态，当服务程序故障时，也能自动进行主机与备份机的切换。应支持对多种服务程序的检测，并留给用户实现自定义监测的灵活性。(2)出现故障时，Heartbeat应该能通过邮件通知管理员，并说明是服务器故障还是服务程序故障。(3)用户可以自定义出现故障时的操作，出现故障时，由Heartbeat调用这些操作。4-3改进的实现改进主要改写了master_status_process函数，改进后的流程如下，其中黑体部分是新增加的或经过改动的：for(；；(msg!=NULL))f．send_local—status()发送本机状态信息check—for—timeouts()检查是否有更新状态超时的节点。如有。进行相应处理check_service_status()检测服务进程m~g=iLmsgfromst~am(f，iface)读取消息if(strcasecmp(type，T_STATUS)==O)f此消息是状态消息strcopy(thisnode一status，status)；更新消息发送者的状态if(此消息是check_service_status()发出的状态信息){if(服务进程状态由active变为dead){释放资源执行dosth_after_service_dead脚本；服务进程状态由dead变为active接管资源。启动服务进程}}}}其中：check_service_status()函数调用了一个同名的shell脚本，执行检测服务进程的工作，脚本内容如下：#!／bin／sh#．／etc／ha．d／shellfuncscase、／etc／rc．d／init．d／namedstatusin[Rr]unningIOKha_clustermsg-!MSGt=statusdest=$1st=active!MSG；：)ha_clustermsg((一!MSGt=statusdest=$1st=dead!MSG；；esac注：脚本中黑体部分就是监测服务程序的命令，用户可以根据服务程序的不同，修改这个命令来监测不同的服务程序，例如，“named”是DNS服务程序的名字，换为“httpd”即可监测WEB服务程序，用户也可以修改这个脚本文件，以适应其他的特殊要求。check—for—timeouts()函数对主服务器发来的状态更新信息进行检查，如果超过指定时间，没有收到新的状态信息，就认为主服务器已经失效，开始进行接管动作。改进后，在进行接管动作之前，执行“dosth_after_mach_dead”脚本。该脚本使用shell编写，用户可以在该脚本中写入“mail”命令及时地通知管理员服务器失效，也可以由用户根据不同的应用写入特定的命令，执行一些必要的操作。dosth—after_service_dead脚本也使用shell编写，用户可以在该脚本中写入“mail”命令通知管理员主服务器上的服务程序失效，也可以写入其他的命令。这两个脚本可以由用户自由编写，以适应用户的不同需要，而且不必修改源程序，极大地提高了系统管理上的灵活性。5结论Heartbeat软件性能可靠、适用范围广、安装配置简单，而且是免费软件，并提供源代码，利于改进和二次开发，十分适合中小企业及单位应用于关键业务，提供高可靠性的服务。而且经改进后，可靠性进一步提高，并可以适应用户的不同需求，管理更加灵活。(收稿日期：2001年10月)参考文献1．计算机系统容错技