伺服器集群技術

1、伺服器集群的集群技術的分類

高可用集群
高可用集群的英文全稱是High Availability，簡稱HA cluster。高可用的含義是最大限度地可以使用。從集群的名字上可以看出，此類集群實現的功能是保障用戶的應用程序持久、不間斷地提供服務。 負載均衡集群
負載均衡集群也是由兩台或者兩台以上的伺服器組成。分為前端負載調度和後端服務兩個部分。負載調度部分負責把客戶端的請求按照不同的策略分配給後端服務節點，而後端節點是真正提供應用程序服務的部分。與HA Cluster不同的是，負載均衡集群中，所有的後端節點都處於活動動態，它們都對外提供服務，分攤系統的工作負載。 科學計算集群
高性能計算集群，簡稱HPC集群。這類集群致力於提供單個計算機所不能提供的強大計算能力，包括數值計算和數據處理，並且傾向於追求綜合性能。HPC與超級計算類似，但是又有不同，計算速度是超級計算追求的第一目標。最快的速度、最大的存儲、最龐大的體積、最昂貴的價格代表了超級計算的特點。隨著人們對計算速度需求的提高，超級計算也應用到各個領域，對超級計算追求單一計算速度指標轉變為追求高性能的綜合指標，即高性能計算。

2、集群技術的分類

1 科學集群
科學集群是並行計算的基礎。通常，科學集群涉及為集群開發的並行應用程序，以解決復雜的科學問題。科學集群對外就好像一個超級計算機，這種超級計算機內部由十至上萬個獨立處理器組成，並且在公共消息傳遞層上進行通信以運行並行應用程序。
2 負載均衡集群
負載均衡集群為企業需求提供了更實用的系統。負載均衡集群使負載可以在計算機集群中盡可能平均地分攤處理。負載通常包括應用程序處理負載和網路流量負載。這樣的系統非常適合向使用同一組應用程序的大量用戶提供服務。每個節點都可以承擔一定的處理負載，並且可以實現處理負載在節點之間的動態分配，以實現負載均衡。對於網路流量負載,當網路服務程序接受了高入網流量，以致無法迅速處理，這時，網路流量就會發送給在其它節點上運行的網路服務程序。同時，還可以根據每個節點上不同的可用資源或網路的特殊環境來進行優化。與科學計算集群一樣，負載均衡集群也在多節點之間分發計算處理負載。它們之間的最大區別在於缺少跨節點運行的單並行程序。大多數情況下，負載均衡集群中的每個節點都是運行單獨軟體的獨立系統。
但是，不管是在節點之間進行直接通信，還是通過中央負載均衡伺服器來控制每個節點的負載,在節點之間都有一種公共關系。通常，使用特定的演算法來分發該負載。
3 高可用性集群
當集群中的一個系統發生故障時，集群軟體迅速做出反應，將該系統的任務分配到集群中其它正在工作的系統上執行。考慮到計算機硬體和軟體的易錯性，高可用性集群的主要目的是為了使集群的整體服務盡可能可用。如果高可用性集群中的主節點發生了故障，那麼這段時間內將由次節點代替它。次節點通常是主節點的鏡像。當它代替主節點時，它可以完全接管其身份，因此使系統環境對於用戶是一致的。
高可用性集群使伺服器系統的運行速度和響應速度盡可能快。它們經常利用在多台機器上運行的冗餘節點和服務，用來相互跟蹤。如果某個節點失敗，它的替補者將在幾秒鍾或更短時間內接管它的職責。因此，對於用戶而言,集群永遠不會停機。
在實際的使用中，集群的這三種類型相互交融，如高可用性集群也可以在其節點之間均衡用戶負載。同樣，也可以從要編寫應用程序的集群中找到一個並行集群，它可以在節點之間執行負載均衡。從這個意義上講，這種集群類別的劃分是一個相對的概念，不是絕對的。

3、集群技術的目的

1 提高性能
一些計算密集型應用，如：天氣預報、核試驗模擬等，需要計算機要有很強的運算處理能力，現有的技術，即使普通的大型機器計算也很難勝任。這時，一般都使用計算機集群技術，集中幾十台甚至上百台計算機的運算能力來滿足要求。提高處理性能一直是集群技術研究的一個重要目標之一。
2 降低成本
通常一套較好的集群配置，其軟硬體開銷要超過100000美元。但與價值上百萬美元的專用超級計算機相比已屬相當便宜。在達到同樣性能的條件下，採用計算機集群比採用同等運算能力的大型計算機具有更高的性價比。
3 提高可擴展性
用戶若想擴展系統能力，不得不購買更高性能的伺服器，才能獲得額外所需的CPU 和存儲器。如果採用集群技術，則只需要將新的伺服器加入集群中即可，對於客戶來看，服務無論從連續性還是性能上都幾乎沒有變化，好像系統在不知不覺中完成了升級。
4 增強可靠性
集群技術使系統在故障發生時仍可以繼續工作，將系統停運時間減到最小。集群系統在提高系統的可靠性的同時，也大大減小了故障損失。

4、集群技術的發展趨勢

雖然集群系統的構建目前可以說是模塊化的，從硬體角度來看可以分為節點機系統、通訊系統、存儲系統等，軟體角度則主要有操作系統、集群操作系統（COS）、並行環境、編譯環境和用戶應用軟體等，目前高性能計算機的通訊、存儲等硬體系統是伴隨摩爾定律快速發展的，跟蹤、測試、比較最新硬體設備構成的高性能計算機的可能方案也成了高性能計算機廠商的重要科研活動，而所有這些關鍵部件研發、系統方案科研以及廠商的自主部件研發的高度概括就是「整合計算」。整合硬體計算資源的同時，伴隨著整合軟體資源，其中集群操作系統COS是軟體系統中連接節點機操作系統和用戶並行應用的重要「黏合劑」，也是高性能計算機廠商的技術殺手鐧。
高性能集群系統目前在國內的應用領域主要集中在氣象雲圖分析和石油勘探的領域。這樣的應用對於高性能集群系統來說進入門檻比較低，所以目前這些領域都採用了國內廠商構建的集群系統。雖然對比要處理大量並發的小問題的用於商業計算的高可用性集群來說，高性能集群實現起來要簡單一些。但實際上，高性能集群的構建中仍有許多技術上的難點，尤其是高性能集群系統往往是針對一個很獨特的科學計算的應用，而對這種應用的實現用高性能集群系統來計算，就必須要先建立數學模型，而這樣的建模過程需要大量的對於這種應用模式的理解。總結起來，可管理性、集群的監控、並行程序的實現、並行化的效率以及網路實現是構建高性能集群的幾個難點。這其中，並行化程序的實現就是指特定應用領域的特定應用程序在集群系統上的實現。雖然有諸多的技術實現上的難點，但集群系統本身的優勢仍然給了廠商們克服難點、攻克高性能集群的力量。首先撇開一些具體的優勢不說，從互聯網中心伺服器的變化來看，可以清晰地觀察到集群結構是中心伺服器的發展趨勢。20世紀90年代以前，中心伺服器一般都用大型機（Mainframe），大型機上可以完成一切的應用和服務，用戶從終端通過網路完成應用。這種應用模式帶來許多的好處：應用集中、比較好部署、系統監控、管理方便等。但大型機的缺點也是非常明顯的，主要是設備昂貴，很難實現高可用解決方案；非高可用系統在出現故障時，全部應用都受到影響；操作系統、設備和部件比較專用，用戶本身維護困難；可擴展性不強等。這些缺點中的任何一個都是用戶難以接受的。隨著PC及其操作系統的普及和Intel CPU的性能和穩定性的不斷提高，人們逐漸用PC伺服器構成的分布式系統（Distributed System）去代替大型機。分布式系統解決了大型機上面提到的多個缺點,卻丟棄了大型機應用的優點，伺服器多且雜，不好監控、管理，不好部署。因此綜合大型機和分布式系統優勢的伺服器必將成為趨勢，集群系統就是這樣應運而生的伺服器。

5、什麼是伺服器集群?伺服器集群的缺點和優點是什麼？

出現任何故障，如：硬碟、內存、CPU、主板、I/O板以及電源故障，運行在這台伺服器上的應用就會切換到其它的伺服器上。

二、集群系統可解決軟體系統問題，我們知道，在計算機系統中，用戶所使用的是應用程序和數據，而應用系統運行在操作系統之上，操作系統又運行在伺服器上。這樣，只要應用系統、操作系統、伺服器三者中的任何一個出現故障，系統實際上就停止了向客戶端提供服務，比如我們常見的軟體死機，就是這種情況之一，盡管伺服器硬體完好，但伺服器仍舊不能向客戶端提供服務。而集群的最大優勢在於對故障伺服器的監控是基於應用的，也就是說，只要伺服器的應用停止運行，其它的相關伺服器就會接管這個應用，而不必理會應用停止運行的原因是什麼。

三、集群系統可以解決人為失誤造成的應用系統停止工作的情況，例如，當管理員對某台伺服器操作不當導致該伺服器停機，因此運行在這台伺服器上的應用系統也就停止了運行。由於集群是對應用進行監控，因此其它的相關伺服器就會接管這個應用。

集群系統的不足之處在於：

我們知道集群中的應用只在一台伺服器上運行，如果這個應用出現故障，其它的某台伺服器會重新啟動這個應用，接管位於共享磁碟櫃上的數據區，進而使應用重新正常運轉。我們知道整個應用的接管過程大體需要三個步驟：偵測並確認故障、後備伺服器重新啟動該應用、接管共享的數據區。因此在切換的過程中需要花費一定的時間，原則上根據應用的大小不同切換的時間也會不同，越大的應用切換的時間越長。

6、伺服器集群怎麼實現？

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一、集群的基本概念

有一種常見的方法可以大幅提高伺服器的安全性，這就是集群。

Cluster集群技術可如下定義：一組相互獨立的伺服器在網路中表現為單一的系統，並以單一系統的模式加以管理。此單一系統為客戶工作站提供高可靠性的服務。

大多數模式下，集群中所有的計算機擁有一個共同的名稱，集群內任一系統上運行的服務可被所有的網路客戶所使用。Cluster必須可以協調管理各分離的組件的錯誤和失敗，並可透明地向Cluster中加入組件。

一個Cluster包含多台（至少二台）擁有共享數據存儲空間的伺服器。任何一台伺服器運行一個應用時，應用數據被存儲在共享的數據空間內。每台伺服器的操作系統和應用程序文件存儲在其各自的本地儲存空間上。

Cluster內各節點伺服器通過一內部區域網相互通訊。當一台節點伺服器發生故障時，這台伺服器上所運行的應用程序將在另一節點伺服器上被自動接管。當一個應用服務發生故障時，應用服務將被重新啟動或被另一台伺服器接管。當以上任一故障發生時，客戶將能很快連接到新的應用服務上。

二、集群的硬體配置

鏡像伺服器雙機

集群中鏡像伺服器雙機系統是硬體配置最簡單和價格最低廉的解決方案，通常鏡像服務的硬體配置需要兩台伺服器，在每台伺服器有獨立操作系統硬碟和數據存貯硬碟，每台伺服器有與客戶端相連的網卡，另有一對鏡像卡或完成鏡像功能的網卡。

鏡像伺服器具有配置簡單，使用方便，價格低廉諸多優點，但由於鏡像伺服器需要採用網路方式鏡像數據，通過鏡像軟體實現數據的同步，因此需要佔用網路伺服器的CPU及內存資源，鏡像伺服器的性能比單一伺服器的性能要低一些。

有一些鏡像伺服器集群系統採用內存鏡像的技術，這個技術的優點是所有的應用程序和網路操作系統在兩台伺服器上鏡像同步，當主機出現故障時，備份機可以在幾乎沒有感覺的情況下接管所有應用程序。因為兩個伺服器的內存完全一致，但當系統應用程序帶有缺陷從而導致系統宕機時，兩台伺服器會同步宕機。這也是內存鏡像卡或網卡實現數據同步，在大數據量讀寫過程中兩台伺服器在某些狀態下會產生數據不同步，因此鏡像伺服器適合那些預算較少、對集群系統要求不高的用戶。

硬體配置範例：

網路伺服器 兩台

伺服器操作系統硬碟 兩塊

伺服器數據存貯硬碟 視用戶需要確定

伺服器鏡像卡（部分軟體可使用標准網卡） 兩塊

網路服務網卡 兩塊三、雙機與磁碟陣列櫃

與鏡像伺服器雙機系統相比，雙機與磁碟陣列櫃互聯結構多出了第三方生產的磁碟陣列櫃，目前，豪威公司、精業公司等許多公司都生產有磁碟陣列櫃，在磁碟陣列櫃中安裝有磁碟陣列控制卡，陣列櫃可以直接將櫃中的硬碟配置成為邏輯盤陣。磁碟陣列櫃通過SCSI電纜與伺服器上普通SCSI卡相連，系統管理員需直接在磁碟櫃上配置磁碟陣列。

雙機與磁碟陣列櫃互聯結構不採用內存鏡像技術，因此需要有一定的切換時間（通常為60？D？D180秒），它可以有郊的避免由於應用程序自身的缺陷導致系統全部宕機，同時由於所有的數據全部存貯在中置的磁碟陣列櫃中，當工作機出現故障時，備份機接替工作機，從磁碟陣列中讀取數據，所以不會產生數據不同步的問題，由於這種方案不需要網路鏡像同步，因此這種集群方案伺服器的性能要比鏡像伺服器結構高出很多。

雙機與磁碟陣列櫃互聯結構的缺點是在系統當中存在單點錯的缺陷，所謂單點錯是指當系統中某個部件或某個應用程序出現故障時，導致所有系統全部宕機。在這個系統中磁碟陣列櫃是會導致單點錯，當磁碟陣列櫃出現邏輯或物理故障時，所有存貯的數據會全部丟失，因此，在選配這種方案時，需要選用一個品質與售後服務較好的產品。

硬體配置範例：

網路伺服器 兩台

伺服器操作系統硬碟 兩塊

第三方生產的磁碟陣列櫃 一台

磁碟櫃專用SCSI電線 兩根

磁碟陣列櫃數據存貯硬碟 視用戶需求確定

網路服務網卡 兩塊

除此之外，一些廠商還有更優秀的技術的解決方案，比如 HP.

四、HP雙機雙控容錯系統

HP NetServer為雙機雙控容錯系統提供了高品質和高可靠的硬體基礎……

HP雙機雙控容錯系統結合了HP伺服器產品的安全可靠性與Cluster技術的優點，相互配合二者的優勢。

硬體配置範例：

HP L系統的網路伺服器 兩台

伺服器操作系統硬碟 兩塊

HP硬碟存貯櫃（SS/6，RS/8，RS/12） 一台

磁碟櫃專用SCSI集群適配電纜 兩根

磁碟櫃數據存貯硬碟 視用戶需求確定

HP集群專用陣列卡 兩塊

網路服務網卡 兩塊五、HP光纖通道雙機雙控集群系統

光纖通道是一種連接標准，可以作為SCSI的一種替代解決方案，光纖技術具有高帶寬、抗電磁干擾、傳輸距離遠、質量高、擴展能力強等特性，目前在FC-AL仲裁環路上可接入126個設備。

光纖設備提供了多種增強的連接技術，大大方便了用戶使用。伺服器系統可以通過光纜遠程連接，最大可跨越10公里的距離。它允許鏡像配置，這樣可以改善系統的容錯能力。伺服器系統的規模將更加靈活多變。SCSI每條通道最多可連接15個設備，而光纖仲裁環路最多可以連接126個設備。

光纖集群系統組成：

HP光纖集群系統硬體設備包括有兩台HP伺服器（需支持光纖卡，目前有LC2000、LH3000、LH4、 LH6000、LT6000、LXr8000、LXR8500）及光纖適配卡，可以使用RS/12FC光纖磁碟陣列櫃，需另加一對或兩對網卡用於心跳檢測和與客戶端連接。在配置過程中還需另外選配光纖卡到光纖存貯設備的光纖電纜。

硬體配置：

HPL系統的網路伺服器 兩台

伺服器操作系統硬碟 兩塊

HP光纖陣列存貯櫃（RS/12FC） 一台

光纖磁碟櫃專用光纖電纜 兩根

光纖磁碟櫃數據存貯硬碟 視用戶需求確定

HP光纖適配卡 兩塊

網路服務網卡 兩塊

六、集群的軟體配置

基於NT平台的集群軟體

Microsoft的MSCS，也有許多第三方的專業軟體公司開發的集群軟體，如豪威的DATAWARE，VIN CA公司的STANDBY SERVER，NSI公司的DOUBLE-TAKE.

MS WolfPack的特點

MS WolfPack是MS Cluster server的別稱，是 微軟針對Cluster技術研製開發的雙機軟體。它集成在NT SERVER上，支持由二台機器組成的雙機系統，提供一種高可用且易管理的應用環境。

主要特點：

自動檢測和修復伺服器或應用程序的錯誤

可實現對伺服器中應用程序的切換

可通過TCP/IP連接各種客戶端，如MS-DOS、WINDOWS 3.X/9X/NT，Apple Macintosh、UNIX等

生產主機無需人工干涉即可自動恢復數據並接管任務

易管理性：

可自動審核伺服器和應用程序的工作狀態

可建立高可用性的應用程序、文件共享、列印請求等

可靈活設置應用程序和數據的恢復策略

簡單操作即可進行應用程序的離線，重新再線，伺服器間的遷移。

目前，WINDOWS 2000 Advanced Server與WINDOWS 2000 DataCenter Server都集成有更先進集群技術。

其它的網路操作系統平台上也有許多集群軟體，比如：

基於novell平台的集群軟體有Novell HA Server、Novell SFT III

基於sco UNIX平台的集群軟體有Sentinel集群軟體

基於Linux平台的集群軟體有TurboCluster

七、集群技術的發展趨勢

集群技術隨著伺服器硬體系統與網路操作系統的發展將會在可用性、高可靠性、系統冗餘等方面逐步提高。未來的集群可以依靠集群文件系統實現對系統中的所有文件、設備和網路資源的全局訪問，並且生成一個完整的系統映像。這樣，無論應用程序在集群中的哪台伺服器上，集群文件系統允許任何用戶（遠程或本地）都可以對這個軟體進行訪問。任何應用程序都可以訪問這個集群任何文件。甚至在應用程序從一個節點轉移到另一個節點的情況下，無需任何改動，應用程序就可以訪問系統上的文件。

在今天，利用伺服器的集群技術，通過周密計劃和網路維護，系統破壞的機率是非常小的。所以，企業伺服器的穩定必須使用集群技術。

7、網站集群技術

資料庫也是集群的，訂單的提交是以事物的方式提交的，保證資料庫集群中數據的一致性（事物失敗會回滾）。現在的電商網站已經不是簡單理解的每台機器部署個php+mysql了，而是將很多功能服務化了，比如某類商品的查詢直接調用RPC介面，或者某個訂單的提交調用訂單服務API。系統內部已經逐漸將功能模塊服務化。面向服務的單功能API可以很好的維護、部署，開發。分布式資料庫會有多級緩存支持，這個插入和查詢的延遲不會很高，具體得看業務場景要求了。

8、什麼是伺服器集群技術，常用的伺服器集群技術有哪些

比如私有雲、公有雲等都是採用的集群技術，你可以去伺服器廠商（正睿）的網上找找相關技術文檔參考一下，應該很快就清楚了！

9、集群伺服器有什麼優勢

1)強擴展能力
其他擴展技術，通常僅能支持兒十個CPU 的擴展，擴展能力有限。而採用集群技術的集群系統則可以擴展到包括成百上千個CPU的多台服務穗，擴展能力具有明顯優勢。集群服務還可不斷進行調整，以滿足不斷增長的應用需求。當集群的整體負荷超過集群的實際能力時，還可以添加額外的節點。

2)實現方式容易
伺服器集群技術相對其他擴展技術來說更加容易實現，主要是通過軟體進行的。在硬體上可以把多台性能較低、價格便宜的伺服器，通過集群服務集中連接在一起即可實現整個伺服器系統成倍，甚至幾十、幾百倍地增長。無論是從軟硬體構成成本上來看，還是從技術實現成本上來看都較其他擴展方式低。

3)高可用性
使用集群服務擁有整個集群系統資源的所有權。如磁碟驅動器和IP地址將自動地從有故障的伺服器上轉移到可用的伺服器上。當集群中的系統或應用程序出現故障時，集群軟體將在可用的伺服器上，重啟失效的應用程序，或將失效節點上的工作分配到剩餘的節點上。在切換過程中，用戶只是覺得服務暫時停頓了一下。

4)易管理性
可以使用集群管理器來管理集群系統的所有伺服器資源和應用程序，就像它們都運行在同一個伺服器上一樣。可以通過拖放集群對象，在集群里的不同伺服器間移動應用程序，也可以通過同樣的方式移動數據，還可以通過這種方式來手工地平衡伺服器負荷、卸載伺服器，從而方便地進行維護。同時，還可以從網路的任意地方的節點和資源處，監視集群的狀態。當失效的伺服器連回來時，將自動返回工作狀態，集群技術將自動在集群中平衡負荷，而不需要入工干預。