核心思想

高可用架构的核心思想：通过增加服务器来达到计算高可用。

复杂度

任务管理

• 哪些服务器可以执行任务
  1. 每台服务器都可以执行任务
  2. 特定的服务器执行任务（服务器故障后，选举出新的服务器作为执行者）
• 任务如何重新执行
  1. 保证任务分配到健康服务器（故障时执行失败的任务不做处理）
  2. 保证任务处理完成（使用任务执行状态反馈机制，根据状态决定是否需要重新将任务分配到其它服务器执行）

常见的计算高可用架构

主备

主备架构的主机提供服务；备机处于就绪状态，不提供服务。

详细设计

• 主机
  • 执行所有计算任务
    • 主机故障时，任务分配器不分配任务给主机（服务处于 不可用状态）
      • 如果主机恢复，任务分配器继续将任务分配给主机
      • 如果主机不可恢复，需要切换备机为主机
        • 任务分配器将任务分配给新主机
        • 为了保持主备架构，需要重新加入新的备机
• 备机
  • 冷备
    • 原理：备机上的配置等都准备好，但服务系统未启动（只启动服务器）
      • 切换为主机时，需要启动（人工）服务系统，再切换任务分配器到当前主机
    • 优点：节省一定资源
    • 缺点：主备切换时操作较麻烦
  • 温备（推荐）
    • 原理：备机上启动服务系统，只是不对外提供服务
      • 切换为主机时，只需切换任务分配器指向到当前主机
    • 优点：主备切换简单
    • 缺点：略微浪费资源

特点

结构简单，但故障响应恢复时间不稳定。人工成本高，且操作失误风险大。

主从

主从架构中，从机也需要执行任务（主机、从机可能根据业务执行不同任务）。

详细设计

• 主机
  • 执行部分计算任务
    • 主机故障时，分配器始终发任务给主机（不管执行结果）
      • 如果故障恢复：分配器继续分配策略
      • 如果故障不可恢复：从机升级为主机，增加新从机，从机就绪后，分配继续
• 从机
  • 执行部分计算任务
    • 主机故障不可恢复时升级为主机，并加入新从机

特点

主从架构从机执行任务的特点提高了硬件资源利用率，但任务分配复杂度上升。人工成本高，且操作失误风险大。

集群

集群主要设计目的是提供高可用的同时降低人工操作带来的后果。根据集群中角色不同分为对称集群和非对称集群。

对称集群

又称负载均衡集群。通常不同机器都有执行所有或者部分任务的能力。

详细设计

设计关键：

• 任务分配器的分配策略
• 任务分配器的服务器状态感知
  • 服务器状态
  • 任务执行状态（执行时间等）

执行流程：

• 正常情况
  • 任务分配器将不同的任务分配给不同的服务器
• 故障情况
  • 故障时：任务分配器不再分配任务给故障服务器，转而分配给正常的其它服务器
  • 故障恢复后：任务分配器重新给恢复的机器分配任务

非对称集群

只有特定角色能够执行特定的任务（不同角色执行不同的任务）。

详细设计

设计关键：

• 任务分配器设计更加复杂
  • 划分不同类型任务
  • 分配不同任务给不同角色
• 角色分配策略时间复杂（算法复杂：ZAB、Raft 等）

执行流程：

• 初始化
  • 通过某种方式觉得节点角色（选举 Master 等）
• 运行态
  • 任务分配器分配不同任务给不同角色
• 故障态
  • Master 故障：重新选举 Master
  • Slave 故障：剔除故障 Slave