Präsentation. Failover-Cluster unter Linux Debian Folie: 1 Failover-Cluster 2017 Präsentation G. Hellberg

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1 Präsentation Failover-Cluster unter Linux Debian mit Pacemaker, Corosync, DRBD und dem Dienst NFS Folie: 1 Failover-Cluster

2 Gliederung Einleitung und Motivation Begriffsklärung Schaubild Failover-Cluster Cluster-Management Arten von Clustern Ressourcen Syntax Testumgebung - Schaubild Live Demo Folie: 2 Failover-Cluster

3 Gliederung Einleitung und Motivation Begriffserklärung Schaubild Failover-Cluster Cluster-Management Arten von Clustern Ressourcen Syntax Testumgebung - Schaubild Live Demo Folie: 3 Failover-Cluster

4 Einleitung und Motivation Der beste und schnellste Server ist nutzlos, wenn dieser nicht erreichbar ist. Unternehmen sind auf ihre Systeme angewiesen, die 24/7 verfügbar sind. Dank der hier vorgestellten Software-Lösung ist diese hohe Verfügbarkeit selbst für kleine und mittelständische Unternehmen erschwinglich. Folie: 4 Failover-Cluster

6 Gliederung Begriffserklärung Verfügbarkeit Hochverfügbarkeit AEC-Klassen Cluster Knoten Pacemaker und Corosync DRBD Ressource Resource Agent Failover SPOF (Single point of failure) Split-Brain Network File System Folie: 6 Failover-Cluster

7 Verfügbarkeit Ein System wird als verfügbar bezeichnet, wenn es in der Lage ist, die Aufgaben zu erfüllen, für die es vorgesehen ist. Als Verfügbarkeit wird die Wahrscheinlichkeit, dass ein System innerhalb eines spezifizierten Zeitraums funktionstüchtig (verfügbar) ist, bezeichnet. Die Verfügbarkeit wird als Verhältnis aus Downtime und Uptime eines Systems bemessen: Folie: 7 Failover-Cluster

8 Hochverfügbarkeit "Ein System gilt als hochverfügbar, wenn eine Anwendung auch im Fehlerfall weiterhin verfügbar ist und ohne unmittelbaren menschlichen Eingriff weiter genutzt werden kann. In der Konsequenz heißt dies, dass der Anwender keine oder nur eine kurze Unterbrechung wahrnimmt. Hochverfügbarkeit (abgekürzt auch HA, abgeleitet von engl. High Availability) bezeichnet also die Fähigkeit eines Systems, bei Ausfall einer seiner Komponenten einen uneingeschränkten Betrieb zu gewährleisten".[1] Die Definition des Begriffes High Availability (engl. Hochverfügbarkeit) durch das Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) lautet: "Availability of resources in a computer system, in the wake of component failures in the system." Folie: 8 Failover-Cluster

9 AEC-Klassen Die Harvard Research Group (HRG) teilt Hochverfügbarkeit in ihrer Availability Environment Classification (AEC 0-5) in 6 Klassen ein. AEC-Klassen Prozentuale Verfügbarkeit Ausfallzeit pro Jahr AEC-0 99% 3,6 Tage AEC-1 99,9% 8,76 Stunden AEC-2 99,99% 52 Minuten AEC-3 99,999% 5 Minuten AEC-4 99,9999% 30 Sekunden AEC-5 99,99999% 3 Sekunden Folie: 9 Failover-Cluster

10 Cluster Ein Cluster ist ein Zusammenschluss von zwei oder mehreren Rechnern (Knoten), die bestimmte Dienste wie zum Beispiel ein NFS oder Web-Server dann noch zu Verfügung stellen sollen, wenn ein oder mehrere Rechner des Clusters ausfallen. Folie: 10 Failover-Cluster

11 Knoten Ein Knoten ist ein physikalischer oder virtueller Computer, der Teil eines Clusters ist, auf dem die Clustersoftware (Pacemaker) läuft. Beim Einsatz von virtuellen Computern sollte unbedingt darauf geachtet werden, dass die einzelnen Knoten auf unterschiedlichen physikalischen Rechnern laufen, damit Redundanz geben ist. Andernfalls wäre der physikalische Rechner ein Single point of failure (SPOF). Folie: 11 Failover-Cluster

12 DRBD Distributed Replicated Block Device (DRBD) ist eine Opensource Software von Linbit, welche Geräte im System bereitstellt, die als block device eingebunden werden können. Dabei wird eine Partition von einem aktiven Knoten auf einem anderen passiven Knoten gespiegelt. Dies ist ein RAID 1 übers Netzwerk mit TCP/IP. Folie: 12 Failover-Cluster

13 Ressource Als Ressource wird im Rahmen der Clustersoftware all das bezeichnet, was von pacemaker verwaltet wird. Dies kann eine IP-Adresse, die Partition einer Festplatte oder ein Dienst wie z.b ein Web-Server sein. Einfache Ressourcen: primitive z.b primitive cluster_ip ocf:heartbeat:ipaddr \ Komplexe Ressourcen: Gruppen Multi-State Klone params ip= cidr_netmask= 24 z.b group nfs_grp filesys nfsserver cluster_ip Folie: 13 Failover-Cluster

14 Resource Agent Resource Agents (RA) nutzen Skripte, die von einer Cluster- Software (Pacemaker) benutzt werden. Sie dienen zur Überwachung und Steuerung der Dienste und Applikationen. Diese Skripte sind vergleichbar mit den LSB (Linux Standard Base) kompatiblen Init-Skripten, welche unter /etc/init.d vorzufinden sind. Folie: 14 Failover-Cluster

15 Failover Ein Failover ist in der Regel ein ungeplanter Wechsel zwischen zwei Knoten bei einem einseitigen Ausfall. Ziel ist es, trotz eines Ausfalls, die Dienste verfügbar zu halten. Folie: 15 Failover-Cluster

16 Single point of failure Unter SPOF (Single point of failure) werden Systemkomponenten bezeichnet, durch die im Fehlerfall das System nicht mehr betriebsbereit ist. Im Idealfall muss darauf geachtet werden, dass alle Komponenten, die eine zentrale Funktion im Gesamtsystem haben (Switch, Router, Netzteil), redundant ausgelegt werden. Folie: 16 Failover-Cluster

17 Split-Brain Split-Brain bedeutet, dass die Verbindung zwischen zwei Knoten dauerhaft oder nur temporär getrennt ist. Dadurch wissen die beiden Knoten nicht, in welchem Status sich jeweils der andere Knoten befindet, und jeder Knoten denken, er ist der einzige. Beide Knoten denken sie wären der Master was nicht vorkommen darf.?? Folie: 17 Failover-Cluster

18 Network File System Das Network File System (NFS) ermöglicht den Zugriff auf Daten über ein Netzwerk. Dabei werden Dateisysteme von entfernten Rechnern auf lokale Dateisysteme zugeordnet. (mounten). Folie: 18 Failover-Cluster

20 Gliederung Schaubild Failover-Cluster Aufbau und Funktion Folie: 20 Failover-Cluster

21 Folie: 21 Failover-Cluster Schaubild Failover-Cluster

22 Aufbau und Funktion Failover-Cluster Dieser Failover-Cluster besteht aus zwei Rechnern(Knoten) Auf dem aktiven Knoten laufen die Ressourcen Der passive Knoten läuft als Reservesystem Die Clustersoftware Pacemaker überwacht zusammen mit Corosync den Status der einzelnen Knoten Die Festplatten werden von DRBD Blockweise über TCP/IP synchronisiert Falls ein Problem auf dem aktiven Knoten auftritt, wird der passive Knoten automatisch zum aktiven Knoten hochgestuft und die Ressourcen werden darauf gestartet Die Dienste NFS und Apache können nach einer kurzen Unterbrechung weiter vom Client genutzt werden Folie: 22 Failover-Cluster

24 Gliederung Cluster Management Pacemaker Corosync Folie: 24 Failover-Cluster

25 Cluster Management Das Cluster-Management wird in zwei Komponenten unterteilt. Cluster Resource Management (CRM) Pacemaker Cluster Communication Management (CCM) Corosync Cluster- Management Pacemaker Corosync Folie: 25 Failover-Cluster

26 Pacemaker Pacemaker ist eine Open-source Clustersoftware, die auf Linux Systemen für Ressourcenverwaltung in Clustern eingesetzt wird Pacemaker empfängt im Zusammenspiel mit Corosync Informationen über mehrere Rechner (Knoten) in einem Cluster, überwacht die Ressourcen und greift im Fehlerfall ein Im Fehlerfall sorgt Pacemaker dafür, dass der passive Knoten zum aktiven Knoten hochgestuft wird und die Dienste dann darauf gestartet werden Folie: 26 Failover-Cluster

27 Corosync Corosync ist eine Opensource Software, die auf Linux Systemen für die Kommunikation zwischen zwei oder mehreren Knoten im Cluster zuständig ist Corosync stellt Schnittstellen und Funktionen zur Überwachung und Steuerung aller im Cluster befindlichen Knoten und Dienste zur Verfügung. Dadurch können die einzelnen Knoten Nachrichten miteinander austauschen Folie: 27 Failover-Cluster

29 Gliederung Arten von Clustern Vorteile und Nachteile Aktiv/Passiv Vorteile und Nachteile Aktiv/Aktiv Folie: 29 Failover-Cluster

30 Arten von Clustern Aktiv/Passiv: Ein Knoten ist aktiv (Master) und stellt die Dienste wie z.b NFS und Web-Server zu Verfügung Ein Knoten ist passiv (Slave) und läuft als Reserve nebenbei Beim Ausfall des aktiven Knotens werden die Dienste auf dem Reserve-Knoten gestartet Aktiv/Aktiv: Alle Knoten im Cluster sind aktiv Eine Clustersoftware kann für die Lastverteilung eingesetzt werden (Load Balancing) Ein Knoten sollte in der Lage sein, alle Dienste übernehmen zu können Folie: 30 Failover-Cluster

31 Vorteile und Nachteile Aktiv/Passiv Aktiv/Passiv Vergleich mit Aktiv/Aktiv Vorteile Im Failover-Fall sind von der Performance keine Beeinträchtigungen zu erwarten, da beide Knoten typischerweise mit gleicher Hardware ausgestattet sind. Nachteile Der Passive Knoten läuft nebenbei im Stand-by und liefert keine zusätzliche Performance. Durch den Betrieb fallen weiterhin Kosten an. Einfache Konfiguration. Schnelle und sichere Lösung im HA-Bereich. Im Failover-Fall sind Dienste kurzzeitig nicht erreichbar. Folie: 31 Failover-Cluster

32 Vorteile und Nachteile Aktiv/Aktiv Aktiv/Aktiv Vergleich mit Aktiv/Passiv Vorteile Dadurch, dass alle Knoten aktiv sind, können die Ressourcen effektiver genutzt werden. Die Last kann auf beide Knoten durch ein Load Balancer verteilt werden. (Load Balancing) Nachteile Schwieriger zu Konfigurieren als ein Aktiv/Passiv Cluster. Bis auf kurze auftretende Unterbrechungen gibt es in der Regel keine größeren Ausfallzeiten sondern eine erhöhte Sicherheit durch Redundanz. Dienste könnten für ein Aktiv/Aktiv Cluster nicht geeignet sein. (z.b Datenbanken oder ESXi Server) Folie: 32 Failover-Cluster

34 Gliederung Ressourcen Syntax Cluster-IP DRBD Filesystem Multistate NFS Group Colocation Order Folie: 34 Failover-Cluster

35 Ressourcen Syntax Aufbau einer einfachen Ressource: Syntax: [Art] [Name] [Klassifizierung] [Provider] [RA] [Parameter] Beispiel: primitive cluster_ip ocf:heartbeat:ipaddr \ params ip= cidr_netmask= 24 primitive = einfache Ressource cluster_ip = Name der Ressource ocf = Open Cluster Framework - eine Art von Skripten heartbeat = Provider Ipaddr = Name vom Resource Agent \ = Eine Zeile wird auf mehrere Zeilen verteilt. Es folgt kein Carriage Return. params = Schlüsselwort für die Konfigurationsparameter Folie: 35 Failover-Cluster

36 Cluster-IP Der aktive Knoten ist für die Clients nur über eine virtuelle IP erreichbar. Somit bedient immer nur genau ein Knoten die Anfragen der Clients über die Cluster-IP. Syntax: [Art] [Name] [Klassifizierung] [Provider] [RA] [Parameter] primitive cluster_ip ocf:heartbeat:ipaddr \ op monitor interval= 10 timeout= 20 \ params ip= cidr_netmask= 24 primitive = Schlüsselwort für eine Einfache Ressource cluster_ip = Name der Ressource ocf = Open Cluster Framework - eine Art von Skripten heartbeat = Provider IPaddr = Ressource Agent op monitor = monitor operation die die Ressource im interval von 10sek Überwacht und ein timeout von 20sek zulässt. Folie: 36 Failover-Cluster

37 DRBD Diese Ressource verwaltet das Distributed Replicated Blockdevice(DRBD). Dadurch können komplette Partitionen von Festplatten zwischen zwei Knoten Blockweise über TCP/IP synchronisiert werden. Syntax: [Art] [Name] [Klassifizierung] [Provider] [RA] [Parameter] primitive drbd_r0 ocf:linbit:drbd params drbd_resource= r0 primitive = Schlüsselwort für eine Einfache Ressource drbd_r0 = Name der Ressource ocf = Open Cluster Framework - eine Art von Skripten linbit = Provider drbd = Ressource Agent drbd_resource = Verweis auf die per drbd.conf vorkonfigurierte Ressource Folie: 37 Failover-Cluster

38 Filesystem Die Ressource Filesystem kümmert sich um den Mount Punkt für die DRBD- Ressource r0. Syntax: [Art] [Name] [Klassifizierung] [Provider] [RA] [Parameter] primitive filesys ocf:heartbeat:filesystem \ op monitor interval= 120 \ params device= /dev/drbd0 fstype= ext3 \ directory= /daten primitive = Schlüsselwort für eine Einfache Ressource filesys = Name der Ressource ocf = Open Cluster Framework - eine Art von Skripten heartbeat = Provider Filesystem = Ressource Agent device = Logischer Gerätename /dev/drbd0 fstype = Dateisystem ext3 directory = Pfad zum Mount Punkt /daten Folie: 38 Failover-Cluster

39 Multistate Eine multistate Ressource kann in mehreren Zuständen vorliegen. Diese Zustände (auch Rollen genannt) heißen Master und Slave. Bei einem Failover-Cluster wird intern folgende Einstellung vorgenommen: master-max = 1, master-node-max = 1 Syntax: [Art] [Name] [Parameter] ms ms_drbd_r0 drbd_r0 \ meta notify= true ms = Schlüsselwort für eine multistate Ressource ms_drbd_r0 = Name der Ressource drbd_r0 = Verweis auf unsere drbd Ressource Über das meta Atribute notify= true informieren sich die beiden Knoten über den DRBD Status Folie: 39 Failover-Cluster

40 NFS (Network-File-System) Das NFS ist eine Client/Server-Anwendung, die es einem Benutzer ermöglicht, auf Dateien über das Netzwerk zuzugreifen. Diese Ressource startet den nfs-kernel Server. Syntax: [Art] [Name] [Klassifizierung] [RA] [Parameter] primitive nfsserver lsb:nfs-kernel-server \ op monitor interval= 30 primitive = Schlüsselwort für eine Einfache Ressource nfsserver = Name der Ressource lsb = Linux Standard Base - eine Art von Skripten nfs-kernel-server = Name vom Resource Agent op monitor = Überwachung der Ressource mit dem angegeben Intervall Folie: 40 Failover-Cluster

41 Group Gruppen dienen dazu, einfache Ressourcen, die gleichzeitig auf einem Knoten laufen sollen, logisch zusammenzuführen. Dadurch ist es nicht notwendig alle Ressourcen einzeln zu konfigurieren. Syntax: [Art] [Name] [Ressource1] [Ressource2] [ ] group nfs_grp filesys nfsserver cluster_ip group = Schlüsselwort für eine group Ressource nfs_grp = Name der Ressource filesys nfsserver cluster_ip = Ressourcen die in der Gruppe sein sollen Folie: 41 Failover-Cluster

42 Colocation Eine colocation (Abhängigkeit) legt fest, dass eine bestimmte Ressource oder eine Gruppe von Ressourcen sich nur auf dem Knoten befinden darf, auf dem das unterliegende DRBD als Master aktiv ist. Syntax: [Art] [Name] [Parameter] colocation col_nfs_grp-on-drbd_master \ inf: nfs_grp:started ms_drbd_r0:master colocation = Schlüsselwort für eine colocation Ressource col_nfs_grp-on-drbd_master = Name der Ressource Die Gruppe nfs_grp darf sich immer nur auf dem Knoten befinden, auf dem das unterliegende DRBD als Master aktiv ist. Folie: 42 Failover-Cluster

43 Order Die order Ressource legt fest, wann die Ressourcen gestartet werden sollen. Syntax: [Art] [Name] [Parameter] order ord_nfs_grp-after-drbd_master \ inf: ms_drbd_r0:promote nfs_grp:start order = Schlüsselwort für eine order Ressource ord_nfs_grp-after-drbd_master = Name der Ressource Die Ressourcen, die in der Gruppe nfs_grp sind, dürfen erst dann gestartet werden, wenn der entsprechende DRBD-Knoten zum aktiven aufgestuft wurde. Folie: 43 Failover-Cluster

44 Gliederung Einleitung und Motivation Begriffserklärung Schaubild Failover-Cluster Cluster-Management Arten von Clustern Ressourcen - Syntax Testumgebung - Schaubild Live Demo Folie: 44 Failover-Cluster

45 Folie: 45 Failover-Cluster Testumgebung - Schaubild

46 Gliederung Einleitung und Motivation Begriffserklärung Schaubild Failover-Cluster Cluster-Management Arten von Clustern Testumgebung - Schaubild Ressourcen - Syntax Live Demo Folie: 46 Failover-Cluster

47 ENDE Fragen? Folie: 47 Failover-Cluster

48 Quellen Buch: Linux Hochverfügbarkeit Einsatzszenarien und Praxislösungen Autor: Oliver Liebel Verlag: Galileo Computing Buch: Clusterbau: Hochverfügbarkeit mit Linux Autor: Michael Schwarzkopff Verlag: O REILLY PowerPoint: BS-1Quartal2017_HA-5.ppt Autor: Prof. Dr. G. Hellberg Folie: 48 Failover-Cluster