集群就是通過軟體將一組伺服器作為乙個整體向客戶提供資源。這些單個的伺服器就是集群的節點。當對外提供資源的節點故障後，集群中其餘的節點能夠將資源接管起來，繼續對客戶提供資源。
集群技術的核心就是資源訪問控制。由於集群中所有節點都可以訪問集群對外共享的資源，當多個節點同時操作同乙個資源的時候，就可能引發問題。例如節點a要對共享的儲存進行寫資料操作，如果節點b也要對相同位置的儲存進行寫操作，則會引發資料不一致的後果。
一般情況，根據集群資源訪問控制技術的發展，我們可以將集群分為無預留模式、scsi-2預留模式和scsi-3預留模式集群。不同模式的集群對儲存系統的要求是不同的。
最開始的時候，集群的模式為無預留。該模式下，最常見的控制方式是控制捲組狀態。此時集群節點訪問lun的過程如下。
1. 集群節點上對lun建立捲組、邏輯卷。
2. 集群節點啟動集群業務。
3. 集群判斷哪個節點是主節點、哪個節點是備節點。
4. 集群在主節點啟用捲組、掛載邏輯卷。
5. 集群在備節點去啟用捲組，確保無法訪問邏輯卷。
這種工作模式下，對儲存系統並沒有額外的要求，只需要對映的lun能夠在作業系統上建立捲組、邏輯卷並正常讀寫即可。集群控制每個節點對lun的訪問是通過控制節點上捲組的狀態來實現的。
這種方式實現起來是最簡單的，但是有乙個非常嚴重的缺陷就是心跳不能出現問題。一旦出現腦裂(集群節點間心跳通訊斷開)，集群節點間相互失去了聯絡，則每個節點都會誤認為對方出現故障，從而引發節點搶占資源的情況。
另外，在乙個共享儲存的環境下，多台前端主機可能會同時訪問同一臺儲存裝置，如果此時多台主機在同一時點上對乙個lun進行寫操作，那麼可想而知這個lun將不知道哪個資料先寫，哪個資料後寫。為了防止這種情況發生而導致的資料損壞，所以就有了scsi預留概念。通過scsi reservation機制來進行資料讀寫的操作，目前絕大多數的磁碟和陣列都支援scsi reservvation命令。如果一台主機給磁碟陣列傳輸了一條scsi reservation命令，則這個磁碟陣列對於其他的主機就處於鎖定狀態。
如果有其他的主機給已經被鎖定的磁碟傳送讀寫請求，則會收到reservation conflict報錯資訊。如果保留scsi預留的主機崩潰，或者其他主機給磁碟陣列傳送break reservation或者reset target命令用來解除scsi鎖。然後，第二個主機傳送i/o請求之前需要重新傳送scsi reservation命令給磁碟陣列，才可以進行後續的io操作。scsi預留有scsi-2 reservation和scsi-3 reservation兩種型別，然而乙個lun上只能存在一種型別的scsi預留。
為解決腦裂後集群節點搶占資源的問題，引入了scsi-2預留模式的集群。在這種情況下，集群節點訪問lun的過程如下。
1. 集群節點向需要訪問的lun發起預留操作。
2. 預留操作成功後，則節點獲得lun操作許可權;如果預留失敗，提示預留衝突，會繼續嘗試，直到預留成功。
3. 節點對lun操作完畢後，執行釋放操作，其他節點可以預留。
通過使用這種預留方式，可以保證任意時刻均只有乙個節點能訪問共享資源，但是它要求儲存系統支援scsi-2預留命令集，同時也有下面的一些缺陷。
1)預留基於路徑。集群節點存在多路徑的情況下，當前路徑故障後，預留無法取消，無法對lun繼續訪問，多路徑相當於沒有生效。
2)誰預留誰釋放。如果lun已經被預留，其他節點將無法預留，除非對lun進行重置操作。但是重置容易引發資料不一致。因為重置操作是不會通知原先預留主機的。
由於scsi-2 reservation只允許裝置被發出scsi鎖的initiator訪問，也就是主機的hba。比如主機1上的hba1對訪問的lun加上scsi-2鎖，此時即使主機1的hba2也無法訪問這個lun。所以scsi-2 reservation也被稱為single path reservation。
為解決scsi-2預留的問題，最終引入了scsi-3持續預留的集群技術。在該模式下，集群節點在訪問lun之前，首先向lun註冊(registration)乙個預留金鑰(persistent reservation key)，註冊成功後集群節點可以嘗試進行持續預留(persistent reserve)，持續預留成功後就可以獲得lun操作許可權。
不同的主機對應的pr key也不同，所以一般scsi-3 reservation通常被應用在多路徑的共享環境下面。這裡scsi-3 reservation也稱之為persistent reservation。與scsi-2不同，scsi-3釋放操作根據預留金鑰，不同集群節點可以使用相同金鑰或是不同金鑰進行預留，具體可以結合持續預留型別決定。集群節點可以通過搶占來獲取已被持續預留的lun訪問許可權。scsi-3搶占和scsi-2重置不一樣，搶占不會造成資料丟失。
scsi-3預留能夠解決之前集群模式預留的問題，但是它對儲存系統要求更高，要求其支援更多更複雜的scsi-3預留命令集。
scsi預留是多台主機用來操作lun的基本機制。在windows儲存環境中，當多台windows主機需要訪問乙個lun的情況下，例如windows cluster環境，就會用到scsi預留命令。接下來就windows cluster 2003/ 2008中使用到的scsi預留命令進行介紹。
windows 2003集群中使用scsi-2 reserverelease命令。作為非持久的reservation，集群中的一台節點會持有scsi-2 reservation的鎖，然後每過3秒會重新重新整理一次。如果故障轉移發生，則切換節點主機會在相應的磁碟上放置scsi-2 reservation然後維護scsi鎖。如果所有節點主機上的集群服務都會關閉，reservation也不會保留。
windows 2008集群中使用scsi-3 persistent reservation機制。如果磁碟從主機上沒有正確移除，集群使用的磁碟(cluster disk)會保留著這些reservation。鎖對應的scsi預留會一直存在於相應的磁碟之上，即使集群服務被關閉或者磁碟對於主機取消對映(unmasked)。所以，有些時候需要強行移除磁碟上的reservation。
常見集群 Cluster 軟體和技術解析
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