一種高可靠集群在檔案數(shù)字化管理中的應(yīng)用

王越+孟粉霞+鄭江玲

摘 要：為提高西北核技術(shù)研究所檔案數(shù)字化管理和服務(wù)的高可靠性，研究分析集群及其關(guān)鍵技術(shù)原理，提出一種運用集群模式規(guī)劃基于OA平臺的檔案數(shù)字化管理系統(tǒng)的架構(gòu)， 采用集群熱備及鏡像關(guān)鍵技術(shù)提高系統(tǒng)和數(shù)據(jù)的冗余能力。應(yīng)用實例驗證了體系架構(gòu)在實際應(yīng)用中的安全性、可靠性及有效性，對今后內(nèi)部應(yīng)用服務(wù)的可靠性設(shè)計有一定的參考價值。

關(guān)鍵詞：集群技術(shù)；檔案管理；OA平臺

1 引言

目前，信息系統(tǒng)在日常辦公和業(yè)務(wù)信息管理中的重要性不斷加強(qiáng)，同時，信息安全等級保護(hù)規(guī)范針對涉密信息系統(tǒng)提出更高的要求，如要求應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器分離，系統(tǒng)需要有不間斷服務(wù)和容災(zāi)的能力等[1]。如何提高安全性和可靠性，保證信息系統(tǒng)的高可用性，是目前信息化系統(tǒng)建設(shè)中的主要問題之一。

由于本單位在線歸檔數(shù)量較多，均通過流程審批校驗歸檔及時處理和查閱，要求在線服務(wù)不能間斷，且檔案的存儲安全級別較高，需要有完善的機(jī)制保證系統(tǒng)高可靠性和數(shù)據(jù)的安全性。

本文探討了雙機(jī)熱備及冗余技術(shù)，重點闡述集群的概念和實現(xiàn)方法，特別針對西北核技術(shù)研究所數(shù)字化檔案在線管理具體應(yīng)用環(huán)境下的設(shè)計和實現(xiàn)方法。

2 需求分析和集群技術(shù)

檔案管理系統(tǒng)基于OA平臺開發(fā)，辦公流程和業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)依靠OA開發(fā)平臺的智能代碼產(chǎn)生，而應(yīng)用服務(wù)不間斷、數(shù)據(jù)可靠性、涉密資源的保護(hù)十分重要，所以方案設(shè)計重點考慮系統(tǒng)的穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)存儲安全性。

檔案資料定位為涉密內(nèi)容，而涉密信息系統(tǒng)要求Web應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器相互分離，并且采用雙臺Web、雙臺數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的熱備配置，而且為保證應(yīng)用服務(wù)不間斷，每對服務(wù)器向外提供虛擬IP，相互之間采用監(jiān)控應(yīng)用服務(wù)和心跳線的方法進(jìn)行監(jiān)控系統(tǒng)和應(yīng)用程序的運行狀態(tài)。其次，要求服務(wù)器之間的切換不能影響數(shù)據(jù)的實時存儲，而且數(shù)據(jù)存儲應(yīng)該保證可靠性和冗余性。

根據(jù)需求分析，重點在實現(xiàn)實時切換和數(shù)據(jù)存儲之間相互關(guān)系。目前，較為流行的實現(xiàn)方式應(yīng)該為集群模式。集群（ Cluster）是指一組相互獨立的服務(wù)器在網(wǎng)絡(luò)中表現(xiàn)為單一的系統(tǒng)，并以單一系統(tǒng)的模式加以管理。集群中的服務(wù)器（或稱節(jié)點服務(wù)器）不管從物理上講，還是從程序上講都是彼此相連的，均通過響應(yīng)客戶端請求時協(xié)調(diào)通信，重要的是節(jié)點服務(wù)器可以在硬件或應(yīng)用程序出現(xiàn)故障時提供冗余操作。因此，應(yīng)用集群增強(qiáng)了信息系統(tǒng)應(yīng)用服務(wù)器及存儲的可用性、可伸縮性和可管理性。

傳統(tǒng)雙機(jī)熱備模式通常需要開發(fā)程序在不同的服務(wù)器之間手動或自動切換，本地有自己的應(yīng)用程序或數(shù)據(jù)庫，切換時需要人工進(jìn)行程序更新或數(shù)據(jù)庫同步，加之需要虛擬IP和程序切換，導(dǎo)致應(yīng)用服務(wù)切換時數(shù)據(jù)一致性程度不高或切換間隔較長[2]。

集群技術(shù)目前通常采用封裝軟件HA（High Availability，高可用性）實現(xiàn)。相比傳統(tǒng)的雙機(jī)熱備模式，其集成了虛擬IP、監(jiān)控心跳和應(yīng)用、磁盤陣列柜等雙機(jī)熱備要素。集群中每臺服務(wù)器的操作系統(tǒng)存儲在其各自的本地儲存空間上，本機(jī)運行計算，成為節(jié)點服務(wù)器，所有節(jié)點服務(wù)器運行的服務(wù)均可以以虛擬IP地址提供服務(wù)，多臺節(jié)點服務(wù)器擁有共享數(shù)據(jù)存儲空間，保存應(yīng)用程序及數(shù)據(jù)。任何服務(wù)器運行應(yīng)用程序時，應(yīng)用數(shù)據(jù)被存儲在共享的數(shù)據(jù)空間內(nèi)，保證節(jié)點任何時刻的應(yīng)用和存儲數(shù)據(jù)一致[3]。

3 高可用服務(wù)器集群設(shè)計

根據(jù)以上需求和技術(shù)路線分析，檔案數(shù)字化管理系統(tǒng)采用集群方式進(jìn)行設(shè)計。該方案的雙機(jī)與磁盤陣列柜互聯(lián)結(jié)構(gòu)不采用內(nèi)存鏡像技術(shù)，可以有效避免由于應(yīng)用程序自身的缺陷導(dǎo)致系統(tǒng)全部宕機(jī)，同時由于所有的數(shù)據(jù)實時存貯在鏡像磁盤陣列柜中，當(dāng)監(jiān)控到主服務(wù)器節(jié)點出現(xiàn)故障時，備份節(jié)點接替任務(wù)，直接從鏡像磁盤陣列中讀取數(shù)據(jù)，所以不會產(chǎn)生數(shù)據(jù)不同步的問題，不需要網(wǎng)絡(luò)鏡像同步，因此這種集群方案服務(wù)器的性能要比鏡像服務(wù)器結(jié)構(gòu)高出很多[3]。

其中節(jié)點服務(wù)器只安裝應(yīng)用系統(tǒng)，數(shù)據(jù)都保存在磁盤陣列的鏡像分區(qū)內(nèi)。為避免當(dāng)磁盤陣列柜出現(xiàn)邏輯或物理故障時，所有存貯的數(shù)據(jù)會全部丟失，將磁盤陣列通過RAID技術(shù)配置為分區(qū)并相互鏡像的模式：通過磁盤陣列控制卡將陣列柜中的硬盤配置成為邏輯盤陣，根據(jù)數(shù)據(jù)存儲量需要將磁盤陣列分為兩個邏輯分區(qū)（A分區(qū)和B分區(qū)），將A分區(qū)分給Web服務(wù)器操作系統(tǒng)，將B分區(qū)分給數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，在服務(wù)器系統(tǒng)分區(qū)直接指向磁盤陣列，保證主機(jī)節(jié)點和備機(jī)節(jié)點根據(jù)任務(wù)切換時，準(zhǔn)確指向自己的分區(qū)，同時，兩臺存儲陣列配置成相互鏡像的存儲空間。集群體系設(shè)計結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

集群發(fā)布虛擬IP地址，并將該IP地址連接轉(zhuǎn)移到主服務(wù)器實際物理IP地址。 如主服務(wù)器發(fā)生故障， 虛擬IP的連接將轉(zhuǎn)移到備服務(wù)器上， 因此任意一臺服務(wù)器故障都不會導(dǎo)致連接虛擬IP地址的失效， 實現(xiàn)了從主服務(wù)器到備服務(wù)器切換不影響用戶訪問[4]。集群服務(wù)器節(jié)點之間通過串口進(jìn)行通訊，程序?qū)崿F(xiàn)邏輯主要有兩部分：監(jiān)控和切換。

程序首先進(jìn)入基于串口的心跳信號的循環(huán)監(jiān)視。此時，程序處于活躍狀態(tài)，每隔指定的時間從串口讀入數(shù)據(jù)，如果讀取成功，則進(jìn)入下一次循環(huán)，如果不成功，程序先檢測主備服務(wù)器之間的網(wǎng)絡(luò)連接狀況，串口鏈路出現(xiàn)故障，可以執(zhí)行切換程序；在備服務(wù)器連續(xù)監(jiān)測到指定數(shù)量的來自主服務(wù)器的接管請求，則刪除備服務(wù)器上綁定的虛擬IP，之后通知主服務(wù)器可以接管服務(wù)，并由結(jié)束過渡狀態(tài)進(jìn)入活躍狀態(tài)。

通過熱備切換和數(shù)據(jù)鏡像存儲的冗余設(shè)計，節(jié)點服務(wù)器的熱備切換都不會影響用戶訪問的數(shù)據(jù)，保證節(jié)點切換時間短、數(shù)據(jù)一致性，進(jìn)而提高數(shù)據(jù)和應(yīng)用服務(wù)的安全性。

4 實現(xiàn)效果分析

在系統(tǒng)實施中，充分利用已有信息安全管理體系，使檔案在線管理系統(tǒng)符合涉密計算機(jī)系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)的保密要求：將開發(fā)的檔案在線管理系統(tǒng)服務(wù)器部署在防火墻和認(rèn)證網(wǎng)關(guān)之后，利用信息安全管理體系集中完成用戶身份認(rèn)證、訪問控制以及網(wǎng)絡(luò)加密傳輸。

各熱備子系統(tǒng)的服務(wù)器通過心跳信號、HBA與光纖網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)連接成內(nèi)部網(wǎng)，以SAN方式完成服務(wù)器和磁盤陣列相連，在各自系統(tǒng)上建立具有容錯功能的共享磁盤。集群的心跳信號和內(nèi)部網(wǎng)用于數(shù)據(jù)交換，各節(jié)點服務(wù)器通過內(nèi)部局域網(wǎng)相互通訊，不影響服務(wù)器和用戶訪問之間的數(shù)據(jù)流通，不占用服務(wù)器和客戶機(jī)、服務(wù)器與磁盤陣列的通信資源，降低服務(wù)器節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷，大大提高了利用率。實現(xiàn)的集群結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

相比傳統(tǒng)的雙機(jī)熱備方法，集群技術(shù)有效保證兩方面的可靠性，即應(yīng)用服務(wù)和數(shù)據(jù)的安全性。集群技術(shù)通過冗余設(shè)計，將故障點任務(wù)分散到內(nèi)部其他節(jié)點上，有效保證整個系統(tǒng)應(yīng)用服務(wù)的穩(wěn)定性；通過數(shù)據(jù)在磁盤陣列上鏡像的方式，保證數(shù)據(jù)在任意節(jié)點切換時數(shù)據(jù)的一致性。

形成統(tǒng)一基礎(chǔ)數(shù)據(jù)之后，需要建立數(shù)據(jù)應(yīng)用的安全管理和備份恢復(fù)機(jī)制，通過定時備份任務(wù)將鏡像磁盤的重要數(shù)據(jù)定時備份在其他分區(qū)。數(shù)據(jù)的集中管理也考慮了三員管理、日志審計和數(shù)據(jù)加密存儲的安全管理策略，符合系統(tǒng)安全等級評估的要求。

5 結(jié)語

本方案在設(shè)計和實現(xiàn)過程中，充分考慮了系統(tǒng)現(xiàn)有需求和可持續(xù)發(fā)展能力。該系統(tǒng)在西北核技術(shù)研究所運行兩年以來，大大提高了歸檔的數(shù)量和質(zhì)量，且熱備切換和數(shù)據(jù)存儲管理均不需要人工干預(yù)，不但提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和可用性，也減少管理和數(shù)據(jù)備份的復(fù)雜度。

目前，系統(tǒng)還存在的不足是，系統(tǒng)沒有應(yīng)用負(fù)載均衡（LB）機(jī)制。在大量并發(fā)訪問時期，如果能利用上備份節(jié)點資源應(yīng)該更加完善。同時，應(yīng)該考慮遠(yuǎn)程異地備份策略，以進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)的安全級別[5]。