集群架構(gòu)及常見集群特性介紹

本文部分內(nèi)容來源以下文章：

• http://soft.chinabyte.com/25/13169025.shtml

• http://www.linuxvirtualserver.org/zh/lvs1.html

本篇索引

• 什么是集群
  

• 集群的特點(diǎn)

• 集群的優(yōu)勢(shì)

• 集群分類

1 什么是集群

計(jì)算機(jī)集群簡稱”集群”，是一種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它通過一組松散集成的計(jì)算機(jī)軟件和/或硬件連接起來高度緊密地協(xié)作完成計(jì)算工作。在某種意義上，他們可以被看作是一臺(tái)計(jì)算機(jī)。集群系統(tǒng)中的單個(gè)計(jì)算機(jī)通常稱為節(jié)點(diǎn)，通常通過局域網(wǎng)連接，但也有其它的可能連接方式。集群計(jì)算機(jī)通常用來改進(jìn)單個(gè)計(jì)算機(jī)的計(jì)算速度和/或可靠性。一般情況下集群計(jì)算機(jī)比單個(gè)計(jì)算機(jī)，工作站或超級(jí)計(jì)算機(jī)性能價(jià)格比要高得多。

集群就是一組相互獨(dú)立的計(jì)算機(jī)，通過高速的網(wǎng)絡(luò)組成一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，每個(gè)集群節(jié)點(diǎn)都是運(yùn)行其自己進(jìn)程的一個(gè)獨(dú)立服務(wù)器。對(duì)網(wǎng)絡(luò)用戶來講，網(wǎng)站后端就是一個(gè)單一的系統(tǒng)，協(xié)同起來向用戶提供系統(tǒng)資源，系統(tǒng)服務(wù)。通過網(wǎng)絡(luò)連接組合成一個(gè)組合來共同完一個(gè)任務(wù)。常見的集群結(jié)果如下圖：

2 集群的特點(diǎn)

1）高性能(performance)

一些需要很強(qiáng)的運(yùn)算處理能力比如天氣預(yù)報(bào)，核試驗(yàn)等。這就不是幾臺(tái)計(jì)算機(jī)能夠搞定的。這需要上千臺(tái)一起來完成這個(gè)工作的。

網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的工作負(fù)載通常是大量相互獨(dú)立的任務(wù)，通過一組服務(wù)器分而治之，可以獲得很高的整體性能。

2）價(jià)格有效性（性價(jià)比）

通常一套系統(tǒng)集群架構(gòu)，只需要幾臺(tái)或數(shù)十臺(tái)服務(wù)器主機(jī)即可，與動(dòng)則上百萬的專用超級(jí)計(jì)算機(jī)相比具有更高的性價(jià)比。

組成集群系統(tǒng)的PC服務(wù)器或RISC服務(wù)器和標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備因?yàn)榇笠?guī)模生產(chǎn)降低成本，價(jià)格低，具有最高的性能/價(jià)格比。若整體性能隨著結(jié)點(diǎn)數(shù)的增長而接近線性增加，該系統(tǒng)的性能/價(jià)格比接近于PC服務(wù)器。所以，這種松耦合結(jié)構(gòu)比緊耦合的多處理器系統(tǒng)具有更好的性能/價(jià)格比。

3）可伸縮性

集群系統(tǒng)中的結(jié)點(diǎn)數(shù)目可以增長到幾千個(gè)，乃至上萬個(gè)，其伸縮性遠(yuǎn)超過單臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)。

當(dāng)服務(wù)器負(fù)載壓力增長的時(shí)候，系統(tǒng)能夠擴(kuò)展來滿足需求，且不降低服務(wù)質(zhì)量。

4）高可用性

在硬件和軟件上都有冗余，通過檢測(cè)軟硬件的故障，將故障屏蔽，由存活結(jié)點(diǎn)提供服務(wù)，可實(shí)現(xiàn)高可用性。即使部分硬件和軟件發(fā)生故障，但整個(gè)系統(tǒng)的服務(wù)必須是7*24小時(shí)運(yùn)行的。當(dāng)發(fā)現(xiàn)一個(gè)模塊失敗時(shí)，要這模塊上提供的服務(wù)遷移到其他模塊上。在理想狀況下，這種遷移是即時(shí)的、自動(dòng)的。

3 集群的優(yōu)勢(shì)

1）透明性

如果一部分服務(wù)器宕機(jī)了業(yè)務(wù)不受影響，一般耦合度沒有那么高，依賴關(guān)系沒有那么高。比如NFS服務(wù)器宕機(jī)了其他就掛載不了了，這樣依賴性太強(qiáng)。

如何高效地使得由多個(gè)獨(dú)立計(jì)算機(jī)組成的松藕合的集群系統(tǒng)構(gòu)成一個(gè)虛擬服務(wù)器；客戶端應(yīng)用程序與集群系統(tǒng)交互時(shí)，就像與一臺(tái)高性能、高可用的服務(wù)器交互一樣，客戶端無須作任何修改。部分服務(wù)器的切入和切出不會(huì)中斷服務(wù)，這對(duì)用戶也是透明的。

2）高性能

訪問量增加，能夠輕松擴(kuò)展。

性能要接近線性加速，這需要設(shè)計(jì)很好的軟硬件的體系結(jié)構(gòu)，消除系統(tǒng)可能存在的瓶頸。將負(fù)載較均衡地調(diào)度到各臺(tái)服務(wù)器上。

3）可管理性

整個(gè)系統(tǒng)可能在物理上很大，要使集群系統(tǒng)變得易管理，就像管理一個(gè)單一映像系統(tǒng)一樣。在理想狀況下，軟硬件模塊的插入能做到即插即用（Plug & Play）。

4）可編程性

在集群系統(tǒng)上，容易開發(fā)應(yīng)用程序，門戶網(wǎng)站會(huì)要求這個(gè)。

4 集群分類

【1】負(fù)載均衡集群（Load balancing clusters）簡稱LBC

【2】高可用性集群（High-availability clusters）簡稱HAC

【3】高性能計(jì)算集群（High-perfomance clusters）簡稱HPC

【4】網(wǎng)格計(jì)算（Gridcomputing）

在網(wǎng)絡(luò)上，一般認(rèn)為只前三有三個(gè)，"負(fù)載均衡"和"高可用集群"是互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)常用的集群架構(gòu)，也是我們必須掌握的。下面詳細(xì)說說前三種集群。

@@|負(fù)載均衡集群|

負(fù)載均衡集群為企業(yè)提供了更為實(shí)用，性價(jià)比更高的系統(tǒng)架構(gòu)解決方案。負(fù)載均衡集群把很多客戶集中訪問的請(qǐng)求負(fù)載壓力盡可能平均的分?jǐn)偟接?jì)算機(jī)集群中處理?？蛻粽?qǐng)求負(fù)載通常包括"應(yīng)用程度處理負(fù)載"和"網(wǎng)絡(luò)流量負(fù)載"。這樣的系統(tǒng)非常適合向使用同一組應(yīng)用程序?yàn)榇罅坑脩籼峁┓?wù)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以承擔(dān)一定的訪問請(qǐng)求負(fù)載壓力，并且可以實(shí)現(xiàn)訪問請(qǐng)求在各節(jié)點(diǎn)之間動(dòng)態(tài)分配，以實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡。

負(fù)載均衡運(yùn)行時(shí)，一般通過一個(gè)或多個(gè)前端負(fù)載均衡器將客戶訪問請(qǐng)求分發(fā)到后端一組服務(wù)器上，從而達(dá)到整個(gè)系統(tǒng)的高性能和高可用性。這樣計(jì)算機(jī)集群有時(shí)也被稱為服務(wù)器群。一般高可用性集群和負(fù)載均衡集群會(huì)使用類似的技術(shù)，或同時(shí)具有高可用性與負(fù)載均衡的特點(diǎn)。

|負(fù)載均衡集群的作用|：

分擔(dān)訪問流量（負(fù)載均衡）

保持業(yè)務(wù)的連續(xù)性（高可用性）

@@|高可用性集群|：

一般是指當(dāng)集群中的任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)失效的情況下，節(jié)點(diǎn)上的所有任務(wù)自動(dòng)轉(zhuǎn)移到其他正常的節(jié)點(diǎn)上，并且此過程不影響整個(gè)集群的運(yùn)行，不影響業(yè)務(wù)的提供。

類似是集群中運(yùn)行著兩個(gè)或兩個(gè)以上的一樣的節(jié)點(diǎn)，當(dāng)某個(gè)主節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障的時(shí)候，那么其他作為從節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)就會(huì)接替主節(jié)點(diǎn)上面的任務(wù)。從節(jié)點(diǎn)可以接管主節(jié)點(diǎn)的資源（IP地址，架構(gòu)身份等），此時(shí)用戶不會(huì)發(fā)現(xiàn)提供服務(wù)的對(duì)象從主節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)移到從節(jié)點(diǎn)。

|高可用性集群的作用|：

當(dāng)一個(gè)機(jī)器宕機(jī)另一臺(tái)進(jìn)行接管。

比較常用的高可用集群開源軟件有：keepalive，heardbeat

@@|高性能計(jì)算集群|:

高性能計(jì)算集群采用將計(jì)算任務(wù)分配到集群的不同計(jì)算節(jié)點(diǎn)兒提高計(jì)算能力，因而主要應(yīng)用在科學(xué)計(jì)算領(lǐng)域。比較流行的HPC采用Linux操作系統(tǒng)和其它一些免費(fèi)軟件來完成并行運(yùn)算。這一集群配置通常被稱為Beowulf集群。這類集群通常運(yùn)行特定的程序以發(fā)揮HPCcluster的并行能力。這類程序一般應(yīng)用特定的運(yùn)行庫, 比如專為科學(xué)計(jì)算設(shè)計(jì)的MPI庫。

HPC集群特別適合于在計(jì)算中各計(jì)算節(jié)點(diǎn)之間發(fā)生大量數(shù)據(jù)通訊的計(jì)算作業(yè)，比如一個(gè)節(jié)點(diǎn)的中間結(jié)果會(huì)影響到其它節(jié)點(diǎn)計(jì)算結(jié)果的情況。

@@|常用集群軟硬件|：

常用開源集群軟件有：lvs，keepalived，haproxy，nginx，apache，heartbeat

常用商業(yè)集群硬件有：F5,Netscaler，Radware，A10等

筆者便簽

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