如何防止HA集群的腦裂

如何防止HA集群的腦裂

1. 引言

腦裂（split-brain），指在一個高可用（HA）系統中，當聯系著的兩個節點斷開聯系時，本來為一個整體的系統，分裂為兩個獨立節點，這時兩個節點開始爭搶共享資源，結果會導致系統混亂，數據損壞。

對於無狀態服務的HA，無所謂腦裂不腦裂；但對有狀態服務(比如MySQL)的HA，必須要嚴格防止腦裂。（但有些生產環境下的系統按照無狀態服務HA的那一套去配置有狀態服務，結果可想而知...）

2. 如何防止HA集群腦裂

一般采用2個方法
1. 仲裁
當兩個節點出現分歧時，由第3方的仲裁者決定聽誰的。這個仲裁者，可能是一個鎖服務，一個共享盤或者其它什麼東西。
2. fencing
當不能確定某個節點的狀態時，通過fencing把對方干掉，確保共享資源被完全釋放，前提是必須要有可靠的fence設備。

理想的情況下，以上兩者一個都不能少。
但是，如果節點沒有使用共享資源，比如基於主從復制的數據庫HA，我們也可以安全的省掉fence設備，只保留仲裁。而且很多時候我們的環境裡也沒有可用的fence設備，比如在雲主機裡。

那麼可不可以省掉仲裁，只留fence設備呢？
不可以。因為，當兩個節點互相失去聯絡時會同時fencing對方。如果fencing的方式是reboot，那麼兩台機器就會不停的重啟。如果fencing的方式是power off，那麼結局有可能是2個節點同歸於盡，也有可能活下來一個。但是如果兩個節點互相失去聯絡的原因是其中一個節點的網卡故障，而活下來的正好又是那個有故障的節點，那麼結局一樣是悲劇。

所以，單純的雙節點，無論如何也防止不了腦裂。

3. 沒有fence設備是否安全

以PostgreSQL或MySQL的數據復制為例來說明這個問題。
在基於復制的場景下，主從節點沒有共享資源，所以2個節點都活著本身沒有問題。問題是客戶端會不會訪問到本該死掉的那個節點。這又牽扯到客戶端路由的問題。

客戶端路由有幾種方式，基於VIP，基於Proxy，基於DNS或者干脆客戶端維護一個服務端地址列表自己判斷主從。不管采用哪種方式，主從切換的時候都要更新路由。

基於DNS的路由是不太靠譜的，因為DNS可能會被客戶端緩存，很難清干淨。

基於VIP的路由有一些變數，如果本該死掉的節點沒有摘掉自己身上的VIP，那麼它隨時可能出來搗亂（即使新主已經通過arping更新了所有主機上的arp緩存，如果某個主機的arp過期，發一個arp查詢，那麼就會發生ip沖突）。所以可以認為VIP也是一種特殊的共享資源，必需把它從故障節點上摘掉。至於怎麼摘，最簡單的辦法就是故障節點發現自己失聯後自己摘，如果它還活著的話（如果它死了，也就不用摘了）。如果負責摘vip的進程無法工作怎麼辦？這時候就可以用上本來不太靠譜的軟fence設備了(比如ssh)。

基於Proxy的路由是比較靠譜的，因為Proxy是唯一的服務入口，只要把Proxy一個地方更新了，就不會發生客戶端誤訪問的問題了，但是也要考慮Proxy的高可用。

至於基於服務端地址列表的方法，客戶端需要通過後台服務判斷主從（比如PostgreSQL/MySQL會話是否處於只讀模式）。這時，如果出現2個主，客戶端就會錯亂。為防止這個問題，原主節點發現自己失聯後要自己把服務停掉，這和前面摘vip的道理是一樣的。

因此，為了不讓故障節點搗亂，故障節點應該在失聯後自己釋放資源，為了應對釋放資源的進程本身出現故障，可以加上軟fence。在這個前提下，可以認為沒有可靠的物理fence設備也是安全的。

4. 主從切換後數據能否保證不丟

主從切換後數據會不會丟和腦裂可以認為是2個不同的問題。還以PostgreSQL或MySQL的數據復制為例來說明。

對PostgreSQL，如果配置成同步流復制，可以做到不管路由是否正確，都不會丟數據。因為路由到錯誤節點的客戶端根本寫不進任何數據，它會一直等待從節點的反饋，而它以為的從節點，現在已經是主子了，當然不會理它。當然如果老是這樣也不好，但它給集群監視軟件糾正路由錯誤提供了充足的時間。

對MySQL，即使配置成半同步復制，在超時發生後，它可能會自動降級為異步復制。為了防止MySQL的復制降級，可以設置一個超大的rpl_semi_sync_master_timeout，同時保持rpl_semi_sync_master_wait_no_slave為on(即默認值)。但是，這時如果從宕了，主也會hang住。這個問題的破解方法和PostgreSQL是一樣的，或者配置成1主2從，只要不是2個從都宕機就沒事，或者由外部的集群監視軟件動態切換半同步和異步。
如果本來就是配置的異步復制，那就是說已經做好丟數據的准備了。這時候，主從切換時丟點數據也沒啥大不了，但要控制自動切換的次數。比如控制已經被failover掉的原主不允許自動上線，否則如果因為網絡抖動導致故障切換，那麼主從就會不停的來回切，不停的丟數據，破壞數據的一致性。

5. 如何實現上面的策略

你可以自己完全從頭開始實現一套符合上述邏輯的腳本。但我更傾向於基於成熟的集群軟件去搭建，比如Pacemaker+Corosync+合適的資源Agent。Keepalived我是極不推薦的，它就不適合用於有狀態服務的HA，即使你把仲裁，fence那些東西都加到方案裡，總覺得別扭。

使用Pacemaker+Corosync的方案也有一些注意事項
1）了解資源Agent的功能和原理
了解資源Agent的功能和原理，才能知道它適用的場景。比如pgsql的資源Agent是比較完善的，支持同步和異步流復制，並且可以在兩者之前自動切換，並且可以保證同步復制下數據不會丟失。但目前MySQL的資源Agent就很弱了，沒有使用GTID又沒有日志補償，很容易丟數據，還是不要用的好，繼續用MHA吧（但是，部署MHA時務必要防范腦裂）。

2）確保法定票數(quorum)
quorum可以認為是Pacemkaer自帶的仲裁機制，集群的所有節點中的多數選出一個協調者，集群的所有指令都由這個協調者發出，可以完美的杜絕腦裂問題。為了使這套機制有效運轉，集群中至少有3個節點，並且把no-quorum-policy設置成stop，這也是默認值。（很多教程為了方便演示，都把no-quorum-policy設置成ignore，生產環境如果也這麼搞，又沒有其它仲裁機制，是很危險的！）

但是，如果只有2個節點該怎麼辦？
一是拉一個機子借用一下湊足3個節點，再設置location限制，不讓資源分配到那個節點上。
二是把多個不滿足quorum小集群拉到一起，組成一個大的集群，同樣適用location限制控制資源的分配的位置。

但是如果你有很多雙節點集群，找不到那麼多用於湊數的節點，又不想把這些雙節點集群拉到一起湊成一個大的集群（比如覺得不方便管理）。那麼可以考慮第三種方法。
第三種方法是配置一個搶占資源，以及服務和這個搶占資源的colocation約束，誰搶到搶占資源誰提供服務。這個搶占資源可以是某個鎖服務，比如基於zookeeper包裝一個，或者干脆自己從頭做一個，就像下面這個例子。
http://my.oschina.net/hanhanztj/blog/515065
（這個例子是基於http協議的短連接，更細致的做法是使用長連接心跳檢測，這樣服務端可以及時檢出連接斷開而釋放鎖）
但是，一定要同時確保這個搶占資源的高可用，可以把提供搶占資源的服務做成lingyig高可用的，也可以簡單點，部署3個服務，雙節點上個部署一個，第三個部署在另外一個專門的仲裁節點上，至少獲取3個鎖中的2個才視為取得了鎖。這個仲裁節點可以為很多集群提供仲裁服務（因為一個機器只能部署一個Pacemaker實例，否則可以用部署了N個Pacemaker實例的仲裁節點做同樣的事情。）。但是，如非迫不得已，盡量還是采用前面的方法，即滿足Pacemaker法定票數，這種方法更簡單，可靠。

6.參考

http://blog.chinaunix.net/uid-20726500-id-4461367.html
http://my.oschina.net/hanhanztj/blog/515065
http://clusterlabs.org/doc/en-US/Pacemaker/1.1-plugin/html-single/Pacemaker_Explained/index.html
http://clusterlabs.org/wiki/PgSQL_Replicated_Cluster
http://mysqllover.com/?p=799
http://gmt-24.net/archives/1077