Heartbeat
简介
Heartbeat是Linux-HA工程的一个组件，自1999年开始到现在，发布了众多版本，是目前开源Linux-HA项目最成功的一个例子，在行业内得到了广泛的应用，这里分析的是2007年1月18日发布的版本2.0.8。
随着Linux在关键行业应用的逐渐增多，它必将提供一些原来由IBM和SUN这样的大型商业公司所提供的服务，这些商业公司所提供的服务都有一个关键特性，就是高可用集群。
高可用集群介绍高可用集群是指一组通过硬件和软件连接起来的独立计算机，它们在用户面前表现为一个单一系统，在这样的一组计算机系统内部的一个或者多个节点停止工作，服务会从故障节点切换到正常工作的节点上运行，不会引起服务中断。从这个定义可以看出，集群必须检测节点和服务何时失效，何时恢复为可用。这个任务通常由一组被称为“心跳”的代码完成。在Linux-HA里这个功能由一个叫做heartbeat的程序完成。
消息通信模型Heartbeat包括以下几个组件：
heartbeat – 节点间通信校验模块
CRM - 集群资源管理模块
CCM - 维护集群成员的一致性
LRM - 本地资源管理模块
StonithDaemon - 提供节点重启服务
logd - 非阻塞的日志记录
apphbd - 提供应用程序级的看门狗计时器
Recovery Manager - 应用故障恢复
底层结构–包括插件接口、进程间通信等
CTS – 集群测试系统，集群压力测试
这里主要分析的是Heartbeat的集群通信机制，所以这里主要关注的是heartbeat模块。
heartbeat模块由以下几个进程构成：
master进程（masterprocess）
FIFO子进程（fifochild）
read子进程（readchild）
write子进程（writechild）
在heartbeat里每一条通信通道对应于一个write子进程和一个read子进程，假设n是通信通道数，p为heartbeat模块的进程数，则p、n有以下关系：
p=2*n+2
在heartbeat里，master进程把自己的数据或者是客户端发送来的数据，通过IPC发送到write子进程，write子进程把数据发送到网络；同时read子进程从网络读取数据，通过IPC发送到master进程，由master进程处理或者由master进程转发给其客户端处理。
Heartbeat启动的时候，由master进程来启动FIFO子进程、write子进程和read子进程，最后再启动client进程。
可靠消息通信Heartbeat通过插件技术实现了集群间的串口、多播、广播和组播通信，在配置的时候可以根据通信媒介选择采用的通信协议，heartbeat启动的时候检查这些媒介是否存在，如果存在则加载相应的通信模块。这样开发人员可以很方便地添加新的通信模块，比如添加红外线通信模块。
对于高可用集群系统，如果集群间的通信不可靠，那么很明显集群本身也不可靠。Heartbeat采用UDP协议和串口进行通信，它们本身是不可靠的，可靠性必须由上层应用来提供。那么怎样保证消息传递的可靠性呢？
Heartbeat通过冗余通信通道和消息重传机制来保证通信的可靠性。Heartbeat检测主通信链路工作状态的同时也检测备用通信链路状态，并把这一状态报告给系统管理员，这样可以大大减少因为多重失效引起的集群故障不能恢复。例如，某个工作人员不小心拨下了一个备份通信链路，一两个月以后主通信链路也失效了，系统就不能再进行通信了。通过报告备份通信链路的工作状态和主通信链路的状态，可心完全避免这种情况。因为这样在主通信链路失效以前，就可以检测到备份工作链路失效，从而在主通信链路失效前修复备份通信链路。
Heartbeat通过实现不同的通信子系统，从而避免了某一通信子系统失效而引起的通信失效。最典型的就是采用以太网和串口相结合的通信方式。这被认为是当前的最好实践，有几个理由可以使我们选择采用串口通信：
（1）IP通信子系统的失效不太可能影响到串口子系统。
（2）串口不需要复杂的外部设备和电源。
（3）串口设备简单，在实践中非常可靠。
（4）串口可以非常容易地专用于集群通信。
（5）串口的直连线因为偶然性掉线事件很少。
不管是采用串口还是以太网IP协议进行通信，heartbeat都实现了一套消息重传协议，保证消息包的可靠传递。实现消息包重传有两种协议，一种是发送者发起，另一种是接收者发起。
对于发送者发起协议，一般情况下接收者会发送一个消息包的确认。发送者维护一个计时器，并在计时器到时的时候重传那些还没有收到确认的消息包。这种方法容易引起发送者溢出，因为每一台机器的每一个消息包都需要确认，使得要发送的消息包成倍增长。这种现像被称为发送者（或者ACK）内爆（implosion）。
对于接收者发起协议，采用这种协议通信双方的接收者通过序列号负责进行错误检测。当检测到消息包丢失时，接收者请求发送者重传消息包。采用这种方法，如果消息包没有被送达任何一个接收者，那么发送者容易因NACK溢出，因为每个接收者都会向发送者发送一个重传请求，这会引起发送者的负载过高。这种现像被称为NACK内爆（implosion）。
Heartbeat实现的是接收者发起协议的一个变种，它采用计时器来限制过多的重传，在计时器时间内限制接收者请求重传消息包的次数，这样发送者重传消息包的次数也被相应的限制了，从而严格的限制了NACK内爆。
可靠消息通信的实现一般集群通信有两类消息包，一类是心跳消息包，这类消息包通告集群内节点的存活情况；另一类是控制消息包，这类消息包负责集群的节点和资源管理。heartbeat把心跳消息包看成是控制消息包的一个特例，采用相同的通信通道进行发送，这使得协议的实现简单化，而且很有效，并把相应的代码限制在几百行之内。
在heartbeat里，一切流向网络的数据都由master进程发送到write子进程进行发送。master进程调用send_cluster_msg()函数把消息发送到所有的write子进程。下面通过一些代码片段看看heartbeat是怎么发送消息的。在介绍代码之前先介绍相关的重要数据结构
Heartbeat的消息包数据结构structha_msg{intnfields;/*消息包数据域的个数*/intnalloc;/*己分配的内存块个数*/char**names;/*消息包数据域的名称*/size_t*nlens;/*各个数据域称的长度*/void**values;/*与数据域名称对应的数据值*/size_t*vlens;/*各个数据域对应的数据值的长度*/int*types;/*消息包的类型*/};
Heartbeat的历史消息队列structmsg_xmit_hist{structha_msg*msgq[MAXMSGHIST];/*历史消息队列*/seqno_tseqnos[MAXMSGHIST];/*历史消息序列号*/longclock_tlastrexmit[MAXMSGHIST];/*上一次重传的时间*/intlastmsg;/*上一次重传到的消息序列号*/seqno_thiseq;/*最大消息序列号*/seqno_tlowseq;/*最小消息序列号*/seqno_tackseq;/*确认了的消息序列号*/structnode_info*lowest_acknode;/*确认的节点*/};
代码所属文件heartbeat/heartbeat.c
intsend_cluster_msg(structha_msg*msg){...pid_tourpid=getpid();...
if(ourpid==processes[0]){/*来自master进程的消息*//*添加控制信息，包括源节点名，源节点全局标识符，序列号，代数，时间等*/if((msg=add_control_msg_fields(msg))!=NULL){/*可靠的多播消息包传递*/rc=process_outbound_packet(&msghist,msg);}}else{/*来自client进程的消息*/intffd=-1;char*smsg=NULL;
...
/*发送到FIFO进程*/
if((smsg=msg2wirefmt_noac(msg,&len))==NULL){...}elseif((ffd=open(FIFONAME,O_WRONLY|O_APPEND))nodename)==0);
/*把消息转换成字符串*/smsg=msg2wirefmt(msg,&len);
...
if(cseq!=NULL){/*存放到历史消息队列里，通过序列号记录，如果需要，则进行重传*/add2_xmit_hist(hist,msg,seqno);}
...
/*通过write子进程发送到所有的网络接口上*/send_to_all_media(smsg,len);
...
returnHA_OK;}
add2_xmit_hist()函数把发送的消息发到一个历史消息队列里去，队列的最大长度为200。如果接收者请求重传消息，发送者通过序列号在该队列里查找要重传的消息，如果找到则进行重传。下面是相关代码。
staticvoidadd2_xmit_hist(structmsg_xmit_hist*hist,structha_msg*msg,seqno_tseq){intslot;structha_msg*slotmsg;
...
/*查找队列里消息存放的位置*/slot=hist->lastmsg+1;if(slot>=MAXMSGHIST){/*到达队尾，从头开始。在这里实现循环队列*/slot=0;}
hist->hiseq=seq;slotmsg=hist->msgq[slot];
/*删除队列中找到的位置上的旧消息*/if(slotmsg!=NULL){hist->lowseq=hist->seqnos[slot];hist->msgq[slot]=NULL;if(!ha_is_allocated(slotmsg)){...}else{ha_msg_del(slotmsg);}}
hist->msgq[slot]=msg;hist->seqnos[slot]=seq;hist->lastrexmit[slot]=0L;hist->lastmsg=slot;
if(enable_flow_control&&live_node_count>1&&(hist->hiseq–hist->lowseq)>((MAXMSGHIST*3)/4)){/*消息队列长度大于告警长度，记录日志*/...}if(enable_flow_control&&hist->hiseq–hist->ackseq>FLOWCONTROL_LIMIT){/*消息队列的长度大于流控限制长度*/if(live_node_counthiseq–(FLOWCONTROL_LIMIT–1));all_clients_resume();}else{/*client进程发送消息过快，暂停所有的client进程*/all_clients_pause();hist_display(hist);}}
}
当发送者收到接收者的重传请求后，通过回调函数HBDoMsg_T_REXMIT()函数调用process_rexmit()函数进行消息重传。
#defineMAX_REXMIT_BATCH50/*每次最多重传的消息包数*/
staticvoidprocess_rexmit(structmsg_xmit_hist*hist,structha_msg*msg){constchar*cfseq;constchar*clseq;seqno_tfseq=0;seqno_tlseq=0;seqno_tthisseq;intfirstslot=hist->lastmsg–1;intrexmit_pkt_count=0;constchar*fromnodename=ha_msg_value(msg,F_ORIG);structnode_info*fromnode=NULL;
...
/*取得要重传的消息包的起始序列号*/if((cfseq=ha_msg_value(msg,F_FIRSTSEQ))==NULL||(clseq=ha_msg_value(msg,F_LASTSEQ))==NULL||(fseq=atoi(cfseq))lseq){/*无效序列号，记录日志信息*/...}
...
/*重传丢失的消息包*/for(thisseq=fseq;thisseqtrack.ackseq){/*该消息包已经被确认过，可以忽略掉*/continue;}if(thisseqlowseq){/*序列号小于消息队列里的最小序列号，该消息己不存在于历史消息队列中*//*告知对方，不重传该消息*/nak_rexmit(hist,thisseq,fromnodename,“seqnotoolow”);continue;}if(thisseq>hist->hiseq){/*序列号大于消息队列中最大序列号*/...continue;}
for(msgslot=firstslot;!foundit&&msgslot!=(firstslot+1);--msgslot){char*smsg;longclock_tnow=time_longclock();longclock_tlast_rexmit;size_tlen;
...
/*重传上一次重传剩下的消息包*/last_rexmit=hist->lastrexmit[msgslot];
if(cmp_longclock(last_rexmit,zero_longclock)!=0&&longclockto_ms(sub_longclock(now,last_rexmit))<(ACCEPT_REXMIT_REQ_MS)){gotoNextReXmit;}
/*一次不能发送太多数据包，如果数据包太多的话，可能会引起串口溢出*/++rexm
Heartbeat专辑Heartbeat顾名思义就是心跳线，两台计算机通过某种途径向对方发送、接收“Heartbeat”，监听对方状态，并根据需要接替和释放资源。这其实就是类似于双机热备的方案。Heartbeat一般都是和Load
Balance结合起来使用。
专辑介绍：《1：59pm》
唱片名称：－－－1：59pm
歌手： ——－－－ 2PM
发行时间：－－－2009年11月10日
唱片类型：－－－Dance Pop（韩国）
简 介：
在队长宰范暂时离队后，2PM暂时以6人组合的形式于10日发行了首张正式专辑《1:59PM》。在2008年9月初到之后发行了2张迷你专辑，并以《满分10分的10分》、《Again & Again》、《讨厌你 》获得了大家的热烈好评。这次的专辑中总共收录了13首歌曲，包括之前迷你专辑中的歌曲和主打歌《Heartbeat》 等新歌。这次的主打歌《Heartbeat》是一首能够直击心脏的强烈节奏的歌曲，给人的印象非常深刻。其中《等得累了》也是一首中毒性很强的歌曲，其中的歌词更令歌迷们回忆起暂时离去的队长宰范，也是备受争议的一首歌。
专辑曲目：
01. My Heart
02. Heartbeat （主打曲）
03. 기다리다 지친다（等到累了）
04. 너에게 미쳤었다（为你疯狂）
05. Gimme The Light
06. Back 2U
07. All Night Long
08. Heartbeat（Red Light Mix）
09.10점 만점에 10점（10分满分的10）
10. Only You （Acoustic Mix）
11. Again& Again
12. 니가 밉다（讨厌你）(Lounge Mix)
13. 돌아올지도 몰라（不懂得回来）(Bossa Nova Mix)