双机架构（Dual Machine Architecture）

双机架构（Dual Machine Architecture）是指利用两台服务器或计算机来实现系统的高可用性和容错能力的架构。它常用于关键任务系统中，以保证当一台服务器出现故障时，另一台服务器可以接管任务，确保系统的连续运行。

双机架构的常见类型

主备模式（Active/Standby）

• 在主备模式下，通常有一台服务器处于主服务器（Active）的状态，处理所有的业务和请求；另一台服务器处于备服务器（Standby）状态，不处理业务，只进行同步。
• 当主服务器发生故障时，备服务器会自动接管任务，保证系统的正常运行。
• 特点：
  • 容错能力强：可以快速切换到备服务器，减少宕机时间。
  • 资源利用率低：备服务器大部分时间处于待机状态，资源利用不高。

主主模式（Active/Active）

• 在主主模式下，两台服务器都处于活动状态，共同处理业务和请求。
• 这种模式下，负载可以均衡分配到两台服务器上，充分利用硬件资源。当其中一台服务器发生故障时，另一台服务器会接管它的业务。
• 特点：
  • 资源利用率高：两台服务器同时工作，负载均衡。
  • 切换速度快：一台服务器故障时，另一台已经在工作，可以迅速接管任务。

双机热备份（Hot Standby）

• 这是主备模式的一种变体，备服务器会实时同步主服务器的数据，并且可以快速接管主服务器的任务。
• 特点：
  快速切换：因为备服务器时刻保持同步，可以在主服务器出现故障后立即接管。
  实时同步：主备之间的数据更新是实时进行的，确保数据的一致性。

双机冷备份（Cold Standby）

• 在冷备份模式中，备服务器在正常情况下处于关闭状态，只有当主服务器发生故障时才会手动启动备服务器。
• 特点：
  • 成本低：备服务器在故障发生前不需要运行，节省资源。
  • 切换慢：故障发生时需要手动干预，可能导致较长的宕机时间。

双机架构的关键要素

心跳检测（Heartbeat）

• 双机架构通常使用心跳机制来监测两台服务器的状态。主服务器和备服务器会通过网络定期交换“心跳信号”，以确认彼此的运行状态。
• 如果备服务器检测不到主服务器的心跳信号，就会认为主服务器发生故障，从而自动接管业务。

数据同步

为了确保备服务器接管业务时数据一致，主服务器和备服务器需要进行数据同步。常见的同步机制有：

• 实时同步：通过同步服务（如 DRBD）或数据库复制，实时将主服务器的数据更新到备服务器。
• 定时同步：定期将主服务器的数据备份并传输到备服务器。

故障切换（Failover）

• 当主服务器发生故障时，系统会自动切换到备服务器，确保业务连续性。故障切换通常是自动化的，不需要人工干预。
• 切换后，备服务器会承担主服务器的所有职责，直到主服务器恢复。

恢复切换（Failback）

当主服务器恢复正常后，可以将业务切换回主服务器，这个过程称为恢复切换。恢复切换可以是自动的，也可以是手动执行的。

双机架构的应用场景

数据库系统

在双机架构下，主服务器处理数据库的读写请求，备服务器实时同步数据。当主服务器发生故障时，备服务器可以快速接管数据库服务，保证数据不丢失且服务不中断。

Web 服务器

双机架构可以用于 Web 应用的高可用性配置，确保网站即使在服务器故障的情况下仍然保持在线状态。通常会通过负载均衡器和双机架构共同实现 Web 服务的冗余。

企业核心业务系统

金融系统、ERP 系统等对可用性要求极高的应用场景中，双机架构可以为业务的连续性提供保障。

电信系统

电信运营商的核心系统采用双机架构以确保通信网络的高可用性和容错能力。

双机架构的优缺点

优点

• 高可用性：即使发生单点故障，系统仍然可以正常运行。
• 自动切换：大多数情况下可以实现故障的自动切换，减少人为干预和宕机时间。
• 数据安全：通过数据同步机制，确保备服务器始终拥有最新数据。

缺点

• 成本高：需要两台服务器，增加了硬件成本和维护成本。
• 配置复杂：为了实现高可用性，需要配置复杂的心跳检测、数据同步和切换策略。
• 资源浪费（主备模式）：备服务器大部分时间处于待机状态，无法充分利用其计算资源。

总结

双机架构是一种常见的高可用性解决方案，广泛应用于数据库、Web 服务、金融等需要保证业务连续性的场景。它通过心跳检测、数据同步、故障切换等机制，确保当一台服务器出现问题时，另一台服务器能够立即接管，最大限度减少宕机时间。