集群与虚拟化

集群与虚拟化1集群与虚拟化集群2集群技术集群：一组相互独立的服务器在网络中表现为单一的系统，并以单一系统的模式加以管理。一个集群系统是一群松散结合的服务器组，形成一个虚拟的服务器，为客户端用户提供统一的服务。对于这个客户端来说，通常在访问集群系统时不会意识到它的服务是由具体的哪一台服务器提供。3集群的例子：MySQL数据库集群4集群的例子：Redhat服务器集群5集群的例子：Dell服务器集群6集群的意义集群提供：高可用性负载均衡可扩展性故障恢复可维护性7关键功能集群的关键功能：应用故障接管：当应用中一个执行任务的对象变得不可用时，另外对象可以接管并完成工作。站点故障接管：当单个站点上所有服务和应用都失败时，它们可以切换到其他站点，继续处理。服务器迁移：当一台服务器失败时，钉住的服务可以迁移到集群中其他服务器上。负载均衡：将访问系统的负荷分散在不同的机器上，使整个系统吞吐量和并发性得到提高,它能让多台服务器共同承担一些繁重的计算或IO任务，从而消除网络瓶颈，提高网络的灵活性和可靠性。8负载均衡（LoadBalance

）循环DNS：任意给出一个地址，DNS服务器都有一个IP地址池与之对应。每次请求将域名转换成IP地址时，循环返回IP地址池中的下一个地址，故被称作DNSround-robin。

软件Proxy：当一个Client访问服务器时，先要经过一个软件Proxy，这个代理能通过一些负载均衡的算法（如采用类似DNSRound-robin、随机方法、访问权衡算法）把一个用户的访问重新定向到一个服务器。

硬件均衡器：硬件均衡器一般采用地址转换技术，将一个外部IP地址映射为多个内部IP地址，对每次TCP连接请求动态使用其中一个内部地址，达到负载均衡的目的。

9集群架构通常的，应用被分隔成多个层次，每层代表了不同的功能：Web层展现层业务或对象层10集群架构的选择好架构某种程度上是主观的，但是有一些全局的考虑：性能有效的状态持久性最佳的负载均衡有效的故障接管可靠的通讯有两种主要集群架构可以选择：基本集群架构多层集群架构11基本集群架构基本集群架构将静态HTTP，展现逻辑，业务逻辑和对象组合在一个集群中。12多层集群架构Web层和业务逻辑服务可以分布在两个集群中。13基本集群架构的优劣基本集群架构具有如下优势：易于管理灵活的负载均衡强壮的安全性基本集群架构具有如下劣势：不能负载均衡分布式组件（如EJB）的调用跨层的负载均衡可能变得不平衡14多层集群架构的优劣多层集群架构具有如下优势：改进的负载均衡分布式组件（如EJB）的负载均衡更高可用性改进的安全选项多层集群架构具有如下劣势：当展现层频繁调用业务逻辑时会制造瓶颈增加了防火墙配置复杂性15代理服务器代理服务器用来为集群提供负载均衡和故障接管。它们：也是客户端与集群交互的第一层次给了集群一个服务器的表象代理服务器可以是基于软件的，也可以是基于硬件的。典型的，基于硬件的代理服务器是一台物理负载均衡器。16基本集群代理架构：类似于基本集群架构，除了静态内容部署在非集群HTTP服务器上。17多层集群代理架构：类似于多层集群架构，除了静态内容部署在非集群HTTP服务器上。18代理服务器的例子：WebLogicProxyServerHttpClusterServlet：作为缺省Web应用部署在代理服务器上以循环的方式分发客户端请求给集群中的服务器19网络中的集群当配置集群时，需要考虑使用的网络类型，服务器集群可以在三种不同类型的网络中创建：局域网（LAN）城域网（MAN）广域网（WAN）20局域网（LAN）局域网服务本地的计算机集合它们通常使用高质量、高速度的通讯链路典型的数据传输速率是100Mb/秒多数集群存在于单个LAN中21城域网（MAN）城域网通常是跨域校园或城市的网络在城域网内你可以有不同的、彼此适度接近的集群22广域网（WAN）WAN通常跨域广大的地理区域，可以有多个小规模的MAN和LAN构成。在WAN内你可以有不同的集群，位于不同区域一个集群可以位于MAN或WAN中不同的LAN23集群中的服务器通讯集群中的服务器实例通常使用两种不同技术通讯：一对多通讯：服务器实例使用IP单播或多播广播服务的可用性，并通过心跳表明持续的可用性。点对点通讯：IPSockets用来在服务器实例之间的点对点通讯。24检测故障集群使用如下方式检测服务器实例故障：通过IPSockets的使用：如果集群内的服务器意外地关闭了它的Socket，它将被标记为“失败”，它的服务将不可用。通过服务器心跳：服务器实例每隔几秒钟，使用多播广播心跳给集群中的其他服务器实例。如果错过了兄弟服务器几次心跳，服务器将被标记为“失败”，它的服务将不可用。25一对多通讯服务器使用一对多通讯，用于：集群范围资源目录的更新集群“心跳”由于所有一对多通讯发生在IP多播上，当设计集群时需要考虑如下因素：如果集群跨越多个子网，你的网络必须配置为可靠传输消息防火墙可能切断IP多播的传输多播地址不应和其他应用共享可能发生多播风暴26点对点通讯 服务器使用点对点通讯，用于：访问远程服务器实例上的集群对象访问远程服务器实例上的非集群对象在主服务器和次服务器之间复制HTTP会话状态和分布式组件的状态27虚拟化集群与虚拟化28虚拟化的产生虚拟化（Virtualization）技术最早出现在20世纪60年代的IBM大型机系统，在70年代的System370系列中逐渐流行起来，这些机器通过一种叫虚拟机监控器（VirtualMachineMonitor，VMM）的程序在物理硬件之上生成许多可以运行独立操作系统软件的虚拟机实例。随着近年多核系统、集群、网格甚至云计算的广泛部署，虚拟化技术在商业应用上的优势日益体现，不仅降低了IT成本，而且还增强了系统安全性和可靠性，虚拟化的概念也逐渐深入到人们日常的工作与生活中。29虚拟化的定义虚拟化是一个广义的术语，对于不同的人来说可能意味着不同的东西，这要取决他们所处的环境。在计算机科学领域中，虚拟化代表着对计算资源的抽象，而不仅仅局限于虚拟机的概念。例如：虚拟内存技术使得应用程序认为其自身拥有连续可用的地址空间，而实际上，应用程序的代码和数据可能是被分隔成多个碎片页或段，甚至被交换到磁盘、闪存等外部存储器上，即使物理内存不足，应用程序也能顺利执行。例如：CPU的虚拟化技术可以单CPU模拟多CPU并行，允许一个平台同时运行多个操作系统，并且应用程序都可以在相互独立的空间内运行而互不影响，从而显著提高计算机的工作效率。30虚拟化的分类平台虚拟化：针对计算机和操作系统的虚拟化。资源虚拟化：针对特定的系统资源的虚拟化，比如内存、存储、网络资源等。应用程序虚拟化：包括仿真、模拟、解释技术等。

31平台虚拟化我们通常所说的虚拟化主要是指平台虚拟化技术，通过使用控制程序（VMM），隐藏特定计算平台的实际物理特性，为用户提供抽象的、统一的、模拟的计算环境（称为虚拟机）。

虚拟机中运行的操作系统被称为客户机操作系统（GuestOS），运行虚拟机监控器的操作系统被称为主机操作系统（HostOS），运行虚拟机的真实系统我们称之为主机系统。

32平台虚拟化技术的分类全虚拟化：全虚拟化是指虚拟机模拟了完整的底层硬件，包括处理器、物理内存、时钟、外设等，使得为原始硬件设计的操作系统或其它系统软件完全不做任何修改就可以在虚拟机中运行。

超虚拟化：这是一种修改GuestOS部分访问特权状态的代码以便直接与VMM交互的技术。

硬件辅助虚拟化：硬件辅助虚拟化是指借助硬件（主要是主机处理器）的支持来实现高效的全虚拟化。

33部分虚拟化：VMM只模拟部分底层硬件，因此客户机操作系统不做修改是无法在虚拟机中运行的，其它程序可能也需要进行修改。操作系统级虚拟化：操作系统级虚拟化是一种在服务器操作系统中使用的轻量级的虚拟化技术，内核通过创建多个虚拟的操作系统实例（内核和库）来隔离不同的进程，不同实例中的进程完全不了解对方的存在。34IT成本构成为了得到更高的投资回报率（ROI），IT经理们在制定预算时，都力图减少IT部署的总拥有成本（TCO）。一般而言，TCO主要包括：软硬件成本：服务器、存储和网络设备成本；服务器迁移成本；软硬件高可用容灾部署成本。IT运行成本：数据中心的制冷设施、数据备份等成本；以及服务器安全配置等后期部署成本；电力成本。宕机成本：解决故障及重新部署服务的成本；因为宕机而损失的收入和员工效率成本。管理成本：IT管理人员薪酬成本；IT培训成本。35虚拟化对TCO的影响虽然虚拟化确实能够在一定程度上削减TCO的各项成本，但是对于某些成本的削减程度还是比较有限。

不同机构，IT规模不同，部署的结构不同，TCO的构成也有所不同，而每个IT经理在详细评估之后，如果真的决定推进虚拟化部署，IT经理们也还是面临着多种虚拟化软件的选购问题。从免费开源的虚拟机，到操作系统集成的虚拟机，再到昂贵的独立虚拟软件，众多不同的虚拟化技术和不同的品牌的选择，给IT经理们出了不小的难题。

36虚拟化软件VMware：使用最广泛的X86虚拟化技术。37微软VirtualServer：与VMware相似，但不支持零宕机迁移和虚拟SMP，仅支持Windows平台。

38Swsoft：操作系统虚拟，占用资源少，异构灵活性较差，适合主机行业用户。39Xen：开源软件，CitrixXenSourceV4几乎是VMwareVI3的翻版，价格低廉。在2004年以前，X86虚拟化市场上的三巨头是SWsoft、VMware和Connectix(被微软并购，即现在的VirtualServer)。而自从05年开源Xen项目诞生以来，这个格局就被打破了。

40414243操作系统集成虚拟：各主流操作系统均有支持，但功能有限。2006年，Novell在SuSELinuxEnterprise10版本中，开始集成Xen。RedHat也在RedHatEnterpriseLinux5Server之中支持Xen。除了Xen，在Linux开源社区里，还有Bochs、QEMU、Linux-V