浅谈集群系统

浅谈集群系统组员：高亚萍张志娟张晨萌张晶王俊蓉组长：高亚萍浅谈集群系统集群技术的相关概念和特点集群分类双机集群集群应用发展趋势一、集群的产生背景近年来服务器的性能有了大幅度的提升，服务器作为处理关键性事物的业务主机已随处可见。对于要求有高可用性和高安全性的系统，如金融、邮电、交通、电力、证券等行业，用户对系统安全性能提出了更高的要求。这时就需要一套能让系统永不停机的解决方案，集群技术应运而生。集群技术是实现系统高可用性、可靠性、稳定性、安全性并需要快速处理能力、大容量存储及系统的可管理性的手段。

二、相关概念welcometousethesePowerPointtemplates,NewContentdesign,10yearsexperience集群概念集群概念最早由IBM于20世纪60年代提出集群一般由高速网络连接起来的高性能工作站或PC机组成。集群在工作中像一个统一的整合资源，所有节点使用单一界面。在客户端看来集群是一个统一的服务实体，事实上集群是有一组服务实体构成。简单的说，集群（cluster）就是一组计算机，它们作为个整体向用户提供一组网络资源。这些单个的计算机系统就是集群的节点（node）。一个理想的集群是，用户从来不会意识到集群系统底层的节点，在他/她们看来，集群是一个系统，而非多个计算机系统，该系统为客户工作站提供高可靠性的服务，并且集群系统的管理员可以随意增加和删改集群系统的节点。

NOTAClusterCluster二、相关概念welcometousethesePowerPointtemplates,NewContentdesign,10yearsexperience结点

●可以是多种高性能组件

■PC机

■工作站

■SMP●这些节点可以是不同的体系结构，可以运行不同的操作系统三、集群技术的特点高性能高可用性透明性

可伸缩性负载均衡高性价比可管理性三、集群技术的特点高性能高可用性透明性

可伸缩性负载均衡高性价比可管理性在硬件和软件上都有冗余，通过检测软硬件的故障，将故障屏蔽，由存活结点提供服务，可实现高可用性。三、集群技术的特点高性能

高可用性透明性

可伸缩性负载均衡高性价比可管理性网络服务的工作负载通常是大量相互独立的任务，通过一组服务器分而治之，可以获得很高的整体性能。三、集群技术的特点高性能高可用性透明性

可伸缩性负载均衡高性价比可管理性客户端应用程序与集群系统交互时，就像与一台高性能、高可用的服务器交互一样，客户端无须作任何修改。部分服务器的切入和切出不会中断服务，这对用户也是透明的。三、集群技术的特点高性能高可用性透明性

可伸缩性负载均衡高性价比可管理性调度器通过调度各种负载调度算法,将外部请求按一定要求分配到集群中的真实服务器上.

三、集群技术的特点高性能高可用性透明性

可伸缩性负载均衡高性价比可管理性集群系统中的结点数目可以增长到几千个，乃至上万个，其伸缩性远超过单台超级计算机。三、集群技术的特点高性能高可用性透明性

可伸缩性负载均衡高性价比可管理性组成集群系统的PC服务器和标准网络设备因为大规模生产降低成本，价格低，具有最高的性能/价格比。若整体性能随着结点数的增长而接近线性增加，该系统的性能/价格比接近于PC服务器。所以，这种松耦合结构比紧耦合的多处理器系统具有更好的性能/价格比。

三、集群技术的特点高性能高可用性透明性

可伸缩性负载均衡高性价比可管理性要使集群系统变得易管理，就像管理一个单一系统一样。在理想状况下，软硬

件模块的插入能做到即插即用。四、集群分类高可用性集群高性能集群负载均衡集群高可用性集群

高可用性(HA)集群主要是提供不间断的服务，致力于使服务器系统的运行速度和响应速度尽可能快。它们经常使用在多台机器上运行的冗余节点和服务,用来相互跟踪。如果某个节点失败,它的替补将在几秒钟或更短时间内接管它的职责。次节点通常是主节点的镜像,所以当它代替主节点时,它可以完全接管其身份,使系统环境对于用户是一致的。因此,对于用户而言,群集永远不会停机。

高性能集群

高性能集群通过将多台机器连接起来同时处理复杂的计算问题，提供同步运算及平行处理的能力.负载均衡集群负载均衡群集为企业需求提供了更实用的系统。集群中所有的节点都处于活动状态,它们分摊系统的工作负载,对于运行同一组应用程序的大量用户,每个节点都可以处理一部分负载,并且可以在节点之间动态分配负载,以实现平衡。五、双机集群

在服务器集群中，双机集群的磁盘阵列系统应用最为广泛。硬件架构上有两台服务器，并在两台服务器之间设一组磁盘阵列子系统实现数据的冗余和容错；集控软件在服务器的多处理器之间分配资源和应用，将其进行整合，使之成为一个整体，服务于系统。

两台机器通过“心跳”来通讯，即主从系统之间相互按照一定的时间间隔发送通讯信号，表明各自系统当前的运行状态。

三种工作模式双机热备=主机+备机（active/standby方式

）请在此添加段落内容……请在此添加段落内容……双机互备=主机（备机）+备机（主机）双机双工=主机+主机

双机热备就是一台主机为工作机,另一台主机为备份机。系统在正常情况下,工作机为系统提供支持,备份机监视对方的运行情况;当一台主机出现异常,不能支持系统正常运行时,另一台主机则主动接管异常机的工作,继续支持系统的运行,从而保证系统不间断运行,实现永不停机的功能。当异常机修复后再进行切换。

双机热备

双机热备模式图

双机互备就是两台主机均为工作机,在正常情况下,两台工作机均为系统提供支持,并互相监视对方的运行情况。当一台主机出现异常,不能支持系统正常运行时,另一台主机则主动接管异常机的工作,继续支持系统的运行。这样保证了系统不间断运行,达到永不停机的目的。异常机经过维修恢复正常后再切换回来。

双机互备

双机互备模式图Privatenet双机双工就是两台主机同时为一套业务应用提供服务，每套主机互为备份。在系统正常情况下，两台主机同时工作，相互监控。当其中一套主机出现异常，不能支持信息系统运营时，另一套主动接管所有的工作，继续支持信息的运营，从而保证信息系统能够不间断地运行。两台服务器均为活动，同时运行相同的应用，保证整体的性能。双机双工

双机双工模式图结合前二者特点六、集群系统应用实例三维地质勘探技术数值天气预报图像处理技术三维地质勘探技术的数据量较大，处理时间长，一般的计算机系统不容易实现，因此使用集群系统并行处理技术就可以很好地弥补这一缺陷。将集群技术应用到数值天气预报领域就可以很好地解决数值天气预报比较困难这些问题。CAD图像处理技术中采用集群技术并行处理的方式，可以提高数据处理速度防火墙集群技术防火墙集群，简单说就是将多台防火墙捆绑使用，可以按需新增或减少防火墙以调整防火墙集群整体性能1.更经济的线性弹性性能扩展2.更灵活的防火墙多活冗余3.更完备的单点管理方式下一代防火墙集群通过“无状态负载均衡”的方式来实现集群内防火墙的流量负载均衡。当出现链路故障流量异步时，一代集群利用自有的防火墙寻回算法，自动将流量送回有对应会话的防火墙进行处理。“下一代防火墙集群”非常好地实现了统一管理。这其中包括了单点配置、单点查看各种统计信息、日志。另外，能够实现基于群的故障查询。传统的防火墙冗余方式使用两台防火墙主备冗余或者双活方式。“下一代防火墙集群”可以很容易将原来两台防火墙的双活模式扩展为三活、四活到最大8台设备同时工作在主用状态。发展趋势高性能集群的构建中仍有许多技术上的难点，尤其是高性能集群系统往往是针对一个很独特的科学计算的应用，而对这种应用的实现用高性能集群系统来计算，就必须要先建立数学模型，而这样的建模过程需要大量的对于这种应用模式的理解。

总结起来，可管理性、集群的监控、并行程序的实现、并行化的效率以及网络实现是构建高性能集群的几个难点。虽然有诸多的技术实现上的难点，但集群系统本身的优势仍然给了厂商们克服难点、攻克高性能集群的力量。首先撇开一些具体的优势不说，从互联网中心服务器的变化来看，可以清晰地观察到集群结构是中心服务器的发展趋势。20世纪90年代以前，中心服务器一般都用大型机（Mainframe），大型机上可以完成一切的应用和服务，用户从终端通过网络完成应用。这种应用模式带来许多的好处：应用集中、比较好部署、系统监控、管理方便等。但大型机的缺点也是非常明显的，主要是设备昂贵，很难实现高可用解决方案；非高可用系统在出现故障时，全部应用都受到影响；操作系统、设备和部件比较专用，用户本身维护困难；可扩展性不强等。这些缺点中的任何一个都是用户难以接受的。随着PC及其操作系统的普及和IntelCPU的性能和稳定性的不断提高，人们逐渐用PC服务器构成的分布式系统（DistributedSystem）去代替大型机。分布式系统解决了大型机上面提到的多个缺点,却丢弃