In modernen IT-Umgebungen sind Hochverfügbarkeit und Datensicherheit von zentraler Bedeutung. Vor allem in Serverumgebungen, in denen Daten permanent zugänglich sein müssen, kann der Ausfall eines Servers ohne geeignete Absicherung zu schwerwiegenden Problemen führen. Hier kommt DRBD (Distributed Replicated Block Device) ins Spiel – eine leistungsstarke Linux-Technologie, die es ermöglicht, Daten über mehrere Server in Echtzeit zu replizieren und so Hochverfügbarkeit sicherzustellen.
In diesem Blogbeitrag erklären wir, was DRBD ist, wie es funktioniert, welche Vorteile es bietet und wie es in Linux-Umgebungen implementiert wird.
1. Was ist DRBD?
DRBD ist ein Software-Tool für Linux, das es ermöglicht, Blockgeräte zwischen zwei (oder mehr) Servern zu replizieren. Es kann als eine Art Netzwerk-RAID-1 betrachtet werden, bei dem die Daten auf einem Primär-Server und einem Sekundär-Server gleichzeitig geschrieben werden. Der Hauptzweck von DRBD ist es, eine hochverfügbare und ausfallsichere Speicherlösung bereitzustellen, indem es sicherstellt, dass im Falle eines Ausfalls eines Servers die Daten sofort auf einem anderen Server zur Verfügung stehen.
Mit DRBD können Administratoren sicherstellen, dass ihre Daten auch bei einem Hardware- oder Softwareausfall eines Servers immer auf einem anderen Server verfügbar bleiben. Dies ist besonders nützlich in Clustern für Hochverfügbarkeitslösungen (HA), bei denen Dienste wie Datenbanken, Dateiserver oder Webanwendungen niemals ausfallen dürfen.
2. Wie funktioniert DRBD?
DRBD arbeitet auf der Blockgeräte-Ebene des Linux-Kernels, was bedeutet, dass es auf einer sehr niedrigen Ebene Daten zwischen den Festplatten repliziert. Dabei werden die Daten, die auf einem primären Server gespeichert werden, automatisch in Echtzeit auf den sekundären Server repliziert.
Die Funktionsweise von DRBD lässt sich in zwei Hauptkonfigurationen unterteilen:
a. Primär-Sekundär-Konfiguration
In der Primär-Sekundär-Konfiguration ist einer der beiden Server der primäre Knoten, auf dem Daten geschrieben und gelesen werden. Der sekundäre Knoten bleibt in einem Standby-Modus und empfängt nur die Datenänderungen in Echtzeit. Falls der primäre Knoten ausfällt, kann der sekundäre Knoten zum primären Knoten heraufgestuft werden und übernimmt dann die Rolle des aktiven Servers. Diese Konfiguration ist die am häufigsten verwendete in Hochverfügbarkeitslösungen.
b. Primär-Primär-Konfiguration
In der Primär-Primär-Konfiguration sind beide Knoten aktiv und sowohl Lese- als auch Schreibvorgänge können auf beiden Servern gleichzeitig ausgeführt werden. Diese Konfiguration ist komplexer, da sie zusätzliche Mechanismen zur Konfliktvermeidung erfordert, bietet jedoch den Vorteil einer Lastverteilung zwischen den Servern. Diese Konfiguration wird häufig in Clustern verwendet, in denen Lastverteilung und gleichzeitiger Zugriff erforderlich sind.
3. Vorteile von DRBD
DRBD bietet eine Vielzahl von Vorteilen für Administratoren, die hochverfügbare und redundante Systeme benötigen:
a. Hochverfügbarkeit
Das Hauptziel von DRBD ist die Gewährleistung der Hochverfügbarkeit von Daten. Wenn ein Server ausfällt, kann der andere Server die Daten nahtlos übernehmen, was eine kontinuierliche Verfügbarkeit sicherstellt.
b. Echtzeit-Datenreplikation
DRBD repliziert Daten in Echtzeit, was bedeutet, dass Änderungen an einem Server sofort auf dem anderen Server widergespiegelt werden. Dies minimiert Datenverluste im Falle eines Systemausfalls erheblich.
c. Kosteneffizienz
Da DRBD auf bestehenden Servern und Speichersystemen ausgeführt werden kann, erfordert es keine teure zusätzliche Hardware, wie es bei anderen Lösungen der Fall ist. Es ist eine flexible und kosteneffiziente Lösung für kleine bis mittlere Unternehmen.
d. Flexible Replikationsmodi
DRBD unterstützt sowohl synchrone als auch asynchrone Replikation. Dies bietet Flexibilität, wenn es um die Anforderungen an die Latenzzeit und den Schutz vor Datenverlusten geht:
- Synchrone Replikation: Bei der synchronen Replikation werden Schreibvorgänge auf beiden Knoten abgeschlossen, bevor sie als erfolgreich betrachtet werden. Dadurch wird sichergestellt, dass keine Daten verloren gehen, wenn der primäre Knoten abstürzt.
- Asynchrone Replikation: Bei der asynchronen Replikation werden Schreibvorgänge auf dem primären Knoten sofort abgeschlossen, während die Replikation zum sekundären Knoten verzögert erfolgt. Dies kann in Situationen nützlich sein, in denen Netzwerkverzögerungen auftreten und sofortiger Zugriff wichtiger ist als absolute Datenkonsistenz.
e. Einfache Integration in Linux-Cluster
DRBD lässt sich problemlos in andere Linux-basierte Hochverfügbarkeitslösungen wie Pacemaker und Corosync integrieren. Dies ermöglicht die Erstellung vollständiger HA-Cluster, die sowohl Daten- als auch Dienstverfügbarkeit garantieren.
4. DRBD-Architektur
Die DRBD-Architektur besteht aus mehreren Schichten, die die effiziente Replikation von Daten zwischen Knoten sicherstellen. Die Hauptkomponenten sind:
a. DRBD-Resourcen
Eine DRBD-Resource ist die grundlegende Einheit, die ein repliziertes Blockgerät darstellt. Jede Resource besteht aus einem Primär– und einem Sekundär-Knoten. Ressourcen können auf mehreren Knoten konfiguriert werden, was eine flexible Skalierung ermöglicht.
b. DRBD-Device
Das DRBD-Device ist ein virtuelles Blockgerät, das auf beiden Knoten erstellt wird. Von den Anwendungen und Diensten wird es wie ein normales Blockgerät verwendet. Intern schreibt DRBD die Daten jedoch nicht nur lokal, sondern repliziert sie über das Netzwerk auf das entsprechende DRBD-Device auf dem Sekundär-Knoten.
c. Metadata
DRBD speichert Metadaten entweder direkt auf den replizierten Blockgeräten oder auf separaten Partitionen. Diese Metadaten enthalten Informationen über die Synchronisation der beiden Knoten und ermöglichen es, nach einem Ausfall den Status der Replikation wiederherzustellen.
d. Netzwerkschicht
Die Replikation der Daten erfolgt über eine dedizierte Netzwerkschicht, die TCP/IP verwendet. DRBD kann entweder über lokale Netzwerke (LAN) oder über größere Entfernungen (WAN) verwendet werden, je nach den Anforderungen der Umgebung.
5. Implementierung von DRBD in Linux
Die Implementierung von DRBD in einer Linux-Umgebung ist relativ einfach. Hier ist eine grundlegende Schritt-für-Schritt-Anleitung zur Einrichtung von DRBD auf zwei Knoten:
Schritt 1: Installation von DRBD
Zunächst muss das DRBD-Paket auf beiden Knoten installiert werden. Dies kann mit einem Paketmanager wie apt oder yum erfolgen:
sudo apt-get install drbd-utilsSchritt 2: Partitionierung und Konfiguration
Erstellen Sie auf beiden Knoten eine Partition, die Sie mit DRBD verwenden möchten. Dies kann z.B. mit fdisk erfolgen. Nachdem die Partitionen erstellt sind, müssen Sie die DRBD-Konfigurationsdatei /etc/drbd.d/global_common.conf anpassen, um die Replikation zwischen den Knoten zu konfigurieren.
Beispiel für eine einfache DRBD-Konfiguration:
resource r0 {
device /dev/drbd0;
disk /dev/sdb1;
meta-disk internal;
on node1 {
address 192.168.1.1:7788;
}
on node2 {
address 192.168.1.2:7788;
}
}Schritt 3: Initialisierung und Start von DRBD
Initialisieren Sie das DRBD-Device und starten Sie den Replikationsprozess:
sudo drbdadm create-md r0
sudo drbdadm up r0Schritt 4: Primär-Knoten festlegen
Bestimmen Sie den Primär-Knoten, der die initialen Schreibvorgänge übernehmen soll:
sudo drbdadm -- --overwrite-data-of-peer primary r0Schritt 5: Dateisystem erstellen und einhängen
Erstellen Sie ein Dateisystem auf dem DRBD-Device und hängen Sie es ein:
sudo mkfs.ext4 /dev/drbd0
sudo mount /dev/drbd0 /mnt6. Fazit
DRBD ist eine vielseitige und leistungsstarke Lösung für die Replikation von Blockgeräten in Linux-Umgebungen. Es ermöglicht Administratoren, eine hochverfügbare Infrastruktur aufzubauen, in der Daten zwischen mehreren Servern synchronisiert werden, um Ausfälle abzufangen. Durch die Echtzeit-Replikation von Daten und die nahtlose Integration in Cluster-Umgebungen ist DRBD eine ideale Wahl für Unternehmen, die auf Datenintegrität und Verfügbarkeit angewiesen sind.
Obwohl DRBD eine hervorragende Technologie für die Hochverfügbarkeit ist, sollte es in Kombination mit anderen Tools wie Pacemaker und Corosync verwendet werden, um eine umfassende Clusterlösung zu erstellen, die sowohl Daten als auch Dienste absichert.