故障转移集群本质上是适用于数字架构的冗余、性能优化的备份系统。当一组两个或多个独立服务器设计为协同工作以提供强大的备份结构时;更好地平衡工作负载;确保应用程序、系统或服务的完整性和可靠性;并提供可伸缩性和可用性，因此它被视为故障转移群集。

需要运行任务关键型应用程序、系统和服务的行业大量使用故障转移集群。下面介绍了该技术的工作原理、不同类型的故障转移集群、它们面临的挑战和实际应用。

故障转移群集类型

故障转移群集有两种主要类型：高可用性 （HA） 和持续可用性 （CA），但也有其他选项，特别是对于结合虚拟和物理基础结构的混合故障转移。

哪种类型的故障转移集群最适合您的组织将取决于几个因素，包括您的基础设施、硬件和软件、系统和应用程序的复杂程度以及您的数字运营对业务的关键程度。此外，某些行业需要的延迟比其他行业少。最后，还必须评估内部人才、预算和网络安全以及合规性要求等问题。

高可用性集群

高可用性 （HA） 集群旨在最大限度地减少停机时间，并确保应用程序和服务始终可用，即使集群中的一台服务器发生故障也是如此。HA 集群通常使用共享存储和集群角色在多个服务器之间复制数据和工作负载。如果一台服务器发生故障，集群中的另一台服务器可以接管其工作负载，同时将中断降至最低。

持续可用性集群

另一方面，持续可用性 （CA） 集群旨在为应用程序和服务提供零停机时间。CA 群集通常使用一种称为同步复制的技术来确保数据在群集中的所有服务器上始终可用。如果一台服务器发生故障，集群中的另一台服务器可以立即接管其工作负载，而不会中断用户。

CA 集群中的同步复制

同步复制的工作原理是将所有数据写入主服务器，然后等待辅助服务器确认数据，然后再将响应返回给客户端。这确保了两个节点上的数据可用性。

此技术通常用于需要零停机时间的应用程序和服务，例如金融交易系统和任务关键型数据库。但是，同步复制也可能导致延迟，因为客户端必须等待辅助服务器确认数据，然后才能收到响应。

其他故障转移群集类型

除了 HA 和 CA 群集之外，还有一些其他类型的故障转移群集，包括：

● 延伸集群：Stretch 集群跨越两个或多个数据中心。它们通常使用同步复制，具有高速和低延迟的连接以及出色的可靠性和恢复设计。

● 异地分布式集群：异地分布式集群用于为应用程序、系统和服务提供全球或大型区域服务。异地分布式集群中的节点分布在多个地理区域。异地分布式群集通常还使用异步复制来跨不同区域复制数据。他们可以使用内容交付网络 （CDN） 网络或其他形式的边缘计算来减少延迟并提高性能。

混合故障转移集群：虚拟机、物理数据中心以及私有云和公有云

故障转移集群还可以将物理服务器与虚拟机 （VM） 或私有云和公共云基础架构相结合。这些混合集群正变得越来越流行，因为 VM 和云服务允许公司访问硬件和虚拟化技术，而无需购买硬件或软件或维护它的前期成本。

此外，通过将物理本地或私有云节点的更高安全性与 VM 的灵活性和可用性相结合，公司可以创建将两者的优势相结合的混合故障转移集群。

通常，集群的后端和关键组件部署在物理数据中心或私有云节点上，而面向客户或公共的系统、应用程序和服务则在 VM 上运行。

部署混合故障转移集群的另一种方法是使用虚拟机管理程序在物理服务器层上创建虚拟集群。这种方法可以提供最大的灵活性和可扩展性，但实施起来也可能是最复杂的。

故障转移群集如何工作？

故障转移群集技术的工作方式取决于部署的故障转移群集的类型。但是，有几个关键的共同点技术值得一提，包括共享存储、集群角色、同步复制、心跳监控和仲裁投票。

描述故障转移群集体系结构的信息图

共享存储和群集角色

HA 集群通常使用共享存储和集群角色在多个服务器之间复制数据和工作负载。

虽然并非所有故障转移群集系统都使用共享存储，但群集中的所有服务器或节点都可以访问具有共享存储设备的故障转移群集系统。这可确保所有服务器都可以访问相同的数据，即使一个服务器发生故障也是如此。

另一方面，群集角色是可以在不中断应用程序或服务的情况下从群集中的一个节点移动到另一个节点的应用程序和服务。

心跳监控

检测信号监控是一种复制方法技术，用于监控节点的运行状况和性能。通过检测信号监控，集群中的每个节点都会通过专用网络链路不断发送“检测信号”，公布其状态和可用性。

Quorum 投票

● 仲裁投票是故障转移群集系统中使用的一个过程，用于确保群集中始终有大多数服务器或节点正常运行。

● 仲裁投票的工作原理是给集群中的每个服务器分配一票。群集必须具有 quorum，这是其运行所需的最低投票数。

● 仲裁投票的参数可以配置为不同的设置。例如，具有 5 个节点的集群可能需要 4 个节点的仲裁。

同步复制

专为零停机时间而设计的 CA 群集通常使用同步复制来确保数据在群集中的所有服务器上始终可用。Stretch 群集和异地分布式群集通常也使用同步复制。

混合集群可能使用不同类型的工具和技术，尤其是在使用顶级虚拟化供应商提供的服务和基础设施构建时。

故障转移群集的实际应用

让我们看看数字世界中常用的故障转移集群的几个实用的现代应用程序。

任务关键型应用程序的持续可用性

容错系统是联机事务处理 （OLTP） 系统中使用的计算机的必需品。OLTP 要求 100% 的可用性，例如，用于航空公司预订系统、电子股票交易和 ATM 银行业务。

许多其他类型的组织还将 CA 群集或容错计算机用于任务关键型应用程序，例如制造、物流和零售领域的企业。应用程序包括电子商务、订单管理和员工时钟系统。

灾难恢复

故障转移群集还用于灾难恢复。如果一个数据中心发生故障，应用程序和服务可以切换到另一个数据中心，而不会中断用户。这可以帮助企业快速从灾难中恢复并最大限度地减少停机时间。

当然，强烈建议将故障转移服务器安装在远程站点，以防发生区域性中断或灾难（如火灾或洪水）。通过扩展故障转移集群，组织可以在多个数据中心之间进行复制。如果一个位置发生灾难，则所有数据将继续存在于其他站点的故障转移服务器上。

数据和分析

当今每个行业的数据和分析行业都有复杂的运营需求，通常充斥着严格的合规性和治理规则，并且必须管理和分析大量数据。在这些环境中，故障转移集群的特性对处理整个数据生命周期的用户有益。

边缘计算

边缘计算是一种分布式计算范式，它使计算和数据存储更接近最终用户。故障转移集群可用于部署和管理边缘计算应用程序和服务。

故障转移集群的其他实际用途包括需要高度可扩展以处理流量高峰的 Web 应用程序、需要边缘计算的物联网 （IoT） 应用程序，以及管理实时低延迟信息但需要高级别备份和冗余的金融科技等行业。

故障转移集群的挑战

尽管故障转移群集技术具有许多既定的好处，但它们也有几个缺点。该技术最显着的缺点与所需的技能和成本有关。

成本

如果企业想要使用自己的硬件和软件，故障转移集群的成本可能会很高。幸运的是，随着云计算和虚拟化的兴起，硬件、软件以及维护和管理成本已显著降低。

管理

同样，想要构建复杂的故障转移集群但没有这些系统所需的内部人才的公司可以卸载和外包技术的管理。这将代表成本的增加，但与拥有自己的专业专家团队的费用相比，这些成本往往要低得多。

但是，即使在卸载业务关键型故障转移集群管理和操作流程时，企业仍然需要至少有一小群才华横溢的员工来确保系统正常运行。毫无疑问，这些人才障碍是那些想要部署故障转移集群的人的最大障碍。

安全性、合规性和可靠性

此外，人才问题还将影响性能、安全性、合规性和隐私。未正确构建、自定义和配置的故障转移群集具有造成中断的高风险。故障转移集群还扩大了企业的数字攻击面，因此增加了网络犯罪分子找到可利用漏洞的机会。