集群架構及常見集群特性介紹

本文部分內容來源以下文章：

• 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

• 集群的優勢

• 集群分類

1 什么是集群

計算機集群簡稱”集群”，是一種計算機系統，它通過一組松散集成的計算機軟件和/或硬件連接起來高度緊密地協作完成計算工作。在某種意義上，他們可以被看作是一臺計算機。集群系統中的單個計算機通常稱為節點，通常通過局域網連接，但也有其它的可能連接方式。集群計算機通常用來改進單個計算機的計算速度和/或可靠性。一般情況下集群計算機比單個計算機，工作站或超級計算機性能價格比要高得多。

集群就是一組相互獨立的計算機，通過高速的網絡組成一個計算機系統，每個集群節點都是運行其自己進程的一個獨立服務器。對網絡用戶來講，網站后端就是一個單一的系統，協同起來向用戶提供系統資源，系統服務。通過網絡連接組合成一個組合來共同完一個任務。常見的集群結果如下圖：

2 集群的特點

1）高性能(performance)

一些需要很強的運算處理能力比如天氣預報，核試驗等。這就不是幾臺計算機能夠搞定的。這需要上千臺一起來完成這個工作的。

網絡服務的工作負載通常是大量相互獨立的任務，通過一組服務器分而治之，可以獲得很高的整體性能。

2）價格有效性（性價比）

通常一套系統集群架構，只需要幾臺或數十臺服務器主機即可，與動則上百萬的專用超級計算機相比具有更高的性價比。

組成集群系統的PC服務器或RISC服務器和標準網絡設備因為大規模生產降低成本，價格低，具有最高的性能/價格比。若整體性能隨著結點數的增長而接近線性增加，該系統的性能/價格比接近于PC服務器。所以，這種松耦合結構比緊耦合的多處理器系統具有更好的性能/價格比。

3）可伸縮性

集群系統中的結點數目可以增長到幾千個，乃至上萬個，其伸縮性遠超過單臺超級計算機。

當服務器負載壓力增長的時候，系統能夠擴展來滿足需求，且不降低服務質量。

4）高可用性

在硬件和軟件上都有冗余，通過檢測軟硬件的故障，將故障屏蔽，由存活結點提供服務，可實現高可用性。即使部分硬件和軟件發生故障，但整個系統的服務必須是7*24小時運行的。當發現一個模塊失敗時，要這模塊上提供的服務遷移到其他模塊上。在理想狀況下，這種遷移是即時的、自動的。

3 集群的優勢

1）透明性

如果一部分服務器宕機了業務不受影響，一般耦合度沒有那么高，依賴關系沒有那么高。比如NFS服務器宕機了其他就掛載不了了，這樣依賴性太強。

如何高效地使得由多個獨立計算機組成的松藕合的集群系統構成一個虛擬服務器；客戶端應用程序與集群系統交互時，就像與一臺高性能、高可用的服務器交互一樣，客戶端無須作任何修改。部分服務器的切入和切出不會中斷服務，這對用戶也是透明的。

2）高性能

訪問量增加，能夠輕松擴展。

性能要接近線性加速，這需要設計很好的軟硬件的體系結構，消除系統可能存在的瓶頸。將負載較均衡地調度到各臺服務器上。

3）可管理性

整個系統可能在物理上很大，要使集群系統變得易管理，就像管理一個單一映像系統一樣。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

在集群系統上，容易開發應用程序，門戶網站會要求這個。

4 集群分類

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

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

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

【4】網格計算（Gridcomputing）

在網絡上，一般認為只前三有三個，"負載均衡"和"高可用集群"是互聯網行業常用的集群架構，也是我們必須掌握的。下面詳細說說前三種集群。

@@|負載均衡集群|

負載均衡集群為企業提供了更為實用，性價比更高的系統架構解決方案。負載均衡集群把很多客戶集中訪問的請求負載壓力盡可能平均的分攤到計算機集群中處理。客戶請求負載通常包括"應用程度處理負載"和"網絡流量負載"。這樣的系統非常適合向使用同一組應用程序為大量用戶提供服務。每個節點都可以承擔一定的訪問請求負載壓力，并且可以實現訪問請求在各節點之間動態分配，以實現負載均衡。

負載均衡運行時，一般通過一個或多個前端負載均衡器將客戶訪問請求分發到后端一組服務器上，從而達到整個系統的高性能和高可用性。這樣計算機集群有時也被稱為服務器群。一般高可用性集群和負載均衡集群會使用類似的技術，或同時具有高可用性與負載均衡的特點。

|負載均衡集群的作用|：

分擔訪問流量（負載均衡）

保持業務的連續性（高可用性）

@@|高可用性集群|：

一般是指當集群中的任意一個節點失效的情況下，節點上的所有任務自動轉移到其他正常的節點上，并且此過程不影響整個集群的運行，不影響業務的提供。

類似是集群中運行著兩個或兩個以上的一樣的節點，當某個主節點出現故障的時候，那么其他作為從節點的節點就會接替主節點上面的任務。從節點可以接管主節點的資源（IP地址，架構身份等），此時用戶不會發現提供服務的對象從主節點轉移到從節點。

|高可用性集群的作用|：

當一個機器宕機另一臺進行接管。

比較常用的高可用集群開源軟件有：keepalive，heardbeat

@@|高性能計算集群|:

高性能計算集群采用將計算任務分配到集群的不同計算節點兒提高計算能力，因而主要應用在科學計算領域。比較流行的HPC采用Linux操作系統和其它一些免費軟件來完成并行運算。這一集群配置通常被稱為Beowulf集群。這類集群通常運行特定的程序以發揮HPCcluster的并行能力。這類程序一般應用特定的運行庫, 比如專為科學計算設計的MPI庫。

HPC集群特別適合于在計算中各計算節點之間發生大量數據通訊的計算作業，比如一個節點的中間結果會影響到其它節點計算結果的情況。

@@|常用集群軟硬件|：

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

常用商業集群硬件有：F5,Netscaler，Radware，A10等

筆者便簽

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