数据层的高可用

不同于高可用的应用层和服务层，由于数据存储服务器上保存的数据不同，当某台服务器宕机的时候，数据访问请求不能任意切换到集群中其他的机器上。

保证数据存储高可用的手段主要是数据备份和失效转移机制。

• 数据备份是保证数据有多个副本，任意副本的失效都不会导致数据的永久丢失，从而实现数据完全的持久化。

• 失效转移机制则保证当一个数据副本不可访问时，可以快速切换访问数据的其他副本，保证系统可用。

数据备份

冷备

冷备的优点是简单和廉价，成本和技术难度都较低。

缺点是不能保证数据最终一致，由于数据是定期复制，因此备份设备中的数据比系统中的数据陈旧，如果系统数据丢失，那么从上个备份点开始后更新的数据就会永久丢失，不能从备份中恢复。同时也不能保证数据可用性，从冷备存储中恢复数据需要较长的时间，而这段时间无法访问数据，系统也不可用。

热备

数据热备可分为两种：异步热备方式和同步热备方式。

• 异步方式是指多份数据副本的写入操作异步完成，应用程序收到数据服务系统的写操作成功响应时，只写成功了一份，存储系统将会异步地写其他副本（这个过程有可能会失败）

• 同步方式是指多份数据副本的写入操作同步完成，即应用程序收到数据服务系统的写成功响应时，多份数据都已经写操作成功。但是当应用程序收到数据写操作失败的响应时，可能有部分副本或者全部副本都已经写成功了（因为网络或者系统故障，无法返回操作成功的响应） 同步热备具体实现的时候，为了提高性能，在应用程序客户端并发向多个存储服务器同时写入数据，然后等待所有存储服务器都返回操作成功的响应后，再通知应用程序写操作成功。

关系数据库热备机制就是通常所说的 Master-Slave 同步机制。Master-Slave 机制不但解决了数据备份问题，还改善了数据库系统的性能，实践中，通常使用读写分离的方法访问 Slave 和 Master 数据库，写操作只访问 Master 数据库，读操作只访问 Slave 数据库。

失效转移

若数据服务器集群中任何一台服务器宕机，那么应用程序针对这台服务器的所有读写操作都需要重新路由到其他服务器，保证数据访问不会失败，这个过程叫作失效转移。

失效转移操作由三部分组成：失效确认、访问转移、数据恢复。

失效确认

判断服务器宕机是系统进行失效转移的第一步，系统确认一台服务器是否宕机的手段有两种：心跳检测和应用程序访问失败报告。

访问转移

确认某台数据存储服务器宕机后，就需要将数据读写访问重新路由到其他服务器上。

• 对于完全对等存储的服务器（几台存储服务器存储的数据完全一样，我们称这几台服务器为对等服务器），当其中一台宕机后，应用程序根据配置直接切换到对等服务器上。

• 如果存储是不对等的，那么就需要重新计算路由，选择存储服务器。

数据恢复

因为某台服务器宕机，所以数据存储的副本数目会减少，必须将副本的数目恢复到系统设定的值，否则，再有服务器宕机时，就可能出现无法访问转移（所有副本的服务器都宕机了），数据永久丢失的情况。因此系统需要从健康的服务器复制数据，将数据副本数目恢复到设定值。