大型WEB网站架构深入分析_镜像.docx

镜像1 介绍镜像技术是集群技术的一种。是将建立在同一个局域网之上的两台服务器通过软件或其他特殊的网络设备，将两台服务器的硬盘做镜像。其中，一台服务器被指定为主服务器，另一台为从服务器。客户只能对主服务器上的镜像的卷进行读写，即只有主服务器通过网络向用户提供服务，从服务器上相应的卷被锁定以防对数据的存取。主/从服务器分别通过心跳监测线路互相监测对方的运行状态，当主服务器因故障停机时，从服务器将在很短的时间内接管主服务器的应用。1.1 基本概念镜像的优点镜像保护是一种软件可用性功能，它保护数据避免由于故障或由于磁盘相关部件损坏而丢失。系统在两个独立的磁盘单元上保存数据的两个副本，所以数据受到保护。当磁盘相关部件发生故障时，系统可以通过使用数据的镜像副本继续运行而不会中断，直到修复发生故障的部件为止。 镜像还能提供增强的读(写)性能。因为读请求服务可以从任意一个成员处提供。在许多性能度量和基准程序中，观察到镜像的时间开销大约增加15到20。而一个存储设备如果是镜像的，它可提供的读请求服务数目将增加一倍。使用磁盘镜像增加I/O性能，异步读取通过增加磁盘轴数量增加性能。镜像的异步读取主磁盘和镜像磁盘主磁盘 客户端正常读写数据的磁盘。镜像磁盘 主磁盘的副本。数据每次写入主磁盘的同时，存储控制器也会把数据写入镜像磁盘，因此镜像磁盘保留了主磁盘的完整副本。镜像对镜像对：主磁盘和镜像磁盘均连接到同一个存储服务器，它们被称为镜像对。如果主磁盘发生故障，存储服务器自动将数据访问快速地切换到镜像磁盘，整个过程无缝地进行，对客户端没有影响。物理镜像硬盘镜像最简单的形式是:一个主机控制器带二个互为镜像的硬盘。数据同时写入二个硬盘，二个硬盘上的数据完全相同，因此一个硬盘故障时，另一个硬盘可提供数据。硬盘镜像简图硬盘数据跨盘（Disk Spanning） 利用这种技术，几个硬盘看上去像是1个大硬盘；这个虚拟盘可以把数据跨盘存储在不同的物理盘上，用户不需关心哪个盘上存有他需要的数据。硬盘数据分段（Disk Striping） 数据分散存储在几个盘上。数据的第1段放在盘0，第2段放在盘1，直至达到硬盘链中的最后1个盘，然后下1个逻辑段将放在硬盘0，再下1个逻辑段放在盘1，如此循环直至完成写操作。双控（Duplexing） 这里指的是用2个控制器来驱动个硬盘子系统。个控制器发生故障，另1个控制器马上控制硬盘操作。此外，如果编写恰当的控制器软件，可实现不同的硬盘驱动器同时工作。容错（Fault Tolerant） 具有容错功能的机器有抗故障的能力。例如RAID 1镜像系统是容错的，镜像盘中的一个出故障，硬盘子系统仍能正常工作。主机控制器（Host Adapter） 指的是使主机和外设进行数据交换的控制部件（如SCSI控制器）。热修复（Hot Fix） 指用一个硬盘热备份来替换发生的故障的硬盘。要注意故障盘并不是真正地被物理替换了。用作热备份的盘被加载上故障盘原来的数据，然后系统恢复工作。热补（Hot Patch） 具有硬盘热备份，可随时替换故障盘的系统。热备份（Hot Spare） 与CPU系统电连接的硬盘，它能替换下系统中的故障盘。与冷备份的区别是，冷备份盘平时与机器不相连接，硬盘故障时才换下故障盘。平均数据丢失时间（MTBDLMean Time Between Data Loss） 发生数据丢失的事件间的平均时间。 平均无故障工作时间（MTBFMean Time Between Failure或MTIF） 设备平均无故障运行时间。系统重建（Reconstruction or Rebuild） 一个硬盘发生故障后，从其它正确的硬盘数据和奇偶信息恢复故障盘数据的过程。恢复时间（Reconstruction Time） 为故障盘重建数据所需要的时间。逻辑镜像在物理资源之上划分成逻辑资源，在对逻辑资源作镜像。同步镜像同步镜像的概念：当客户端需要写入数据时，设备会同时把数据写入主磁盘和镜像磁盘，因此，镜像磁盘保留主磁盘的精确、完整的副本。同步镜像流程：镜像产生一对镜像I/O,并将它们发往一对磁盘。每个磁盘单独地响应这个请求，标有响应搜集的进程收到来自两个磁盘响应后再将它们发送给所接收的原有I/O。如下图：同步镜像I/O请求的操作流程性能：采用同步镜像时，要求主磁盘和镜像磁盘的性能相近，否则可能会影响系统性能。异步镜像异步镜像概念：当客户端需要写入数据时，存储服务器先把数据写入Cache（专用缓存资源），而不用等待主磁盘和镜像磁盘的确认信息，然后存储服务器把Cache里的数据写入主磁盘和镜像磁盘。异步镜像数据流：镜像操作部分缺少了响应搜集成分，镜像器产生的I/O，并将它们发送到镜像磁盘。异步镜像的数据流过程：1，配置异步镜像时，必须创建一个Cache，将其与主磁盘关联。2，完成镜像添加后，存储设备将同步主磁盘和镜像磁盘，这个过程不会影响客户端读写操作。3，同步完成后，客户端的数据先写入Cache，然后这些数据在后台被写入到主磁盘及镜像磁盘。如果要提供进一步的保护，也可以对Cache进行镜像。异步镜像同步镜像与异步镜像的区别1，缓存：同步镜像无缓存。异步镜像有缓存。2，速度同步镜像（稍慢） 数据随机写入每一I/O事务需等待主磁盘和镜像磁盘都完成，确认信息方可释放异步镜像（快）数据顺序写入Cache，再由Cache随机写入磁盘系统只需等待Cache确认信息3，使用场合同步镜像当数据一致性对商业应用非常关键时，并且数据丢失去几乎不可忍受时，适合采用同步镜像模式。异步镜像 该模式适用于对速度要求比较高的场合。4， 写操作同步镜像 是指“写”操作会同时在主磁盘和镜像磁盘上完成。异步镜像 虽然同时将“写”命令和数据同时发送给原始磁盘和镜像磁盘，但原始磁盘的“写”操作完成后并不需要等待镜像磁盘完成“写”操作，镜像磁盘的“写”操作可以通过数据复制进程异步完成。 镜像实现一般来说，镜像是在硬件架构的基础上由软件实现 的，通常可在系统的三个位置上实现：卷管理器磁盘控制器主机总线适配器卷管理器：作为服务器的软件组件，它是在文件系统和主机总线适配器驱动程序之间构架的单独一层。其主要目的是把服务器挂载的物理磁盘驱动器虚拟化，以更方便的形式提供给文件系统使用。卷管理器中实现的镜像I/O路径磁盘控制器：磁盘控制器除了完成数据块的移动、拷贝、计算等特殊功能外，还带有功能强大的通用处理器。磁盘控制器是一些较大型服务器实现数据镜像和RAID最为常用的位置。在磁盘子系统中实现的镜像I/O路径主机总线适配器：一些供应商开发了一种既可以提供传统主机总线适配器的格式转换功能，又能实现多I/O总线接口以及RAID和数据镜像算法的主机总线适配器。主机控制器中磁盘实现的I/O路径镜像过程2， 镜像是在硬件架构的基础上由软件实现的；2，两份（或多份）数据拷贝写入；3， 选择其中一个磁盘（主磁盘）读出数据；4，具体实现根据镜像分类不同有所区别（如物理镜像，逻辑镜像和同步、异步镜像）。磁盘镜像镜像层次模型1.2 镜像和其他技术的区别综合区别镜像、备份、拷贝、复制技术名称备份恢复时间 性能 备份介质 增量机制备份距离对业务系统的影响 管理 拷贝 长，碎小文件拷贝较慢；连续大文件拷贝较快 磁盘不能做增量拷贝，每次都要拷贝所有文件 近 拷贝过程占用大量服务器资源 手工执行占用人力资源。 Client/Server传统备份模式 长，磁带介质故障经常导致恢复失败慢，高端磁带库可提供较快的性能，但是价格昂贵 磁带机磁带库磁盘 支持增量，文件级增量或数据库表级增量为主，支持裸设备增量备份的软件较少且价格昂贵， 近，以本地备份为主 需要配置备份服务器、客户端软件及大量的License，占用服务器资源和网络带宽 备份软件对使用者要求较高，需要掌握裸设备、文件系统、数据库等综合知识。 复制技术 短快，以磁盘为