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集群技术案例介绍和具体操作 集群技术案例介绍和具体操作 中国科学院西安网络中心 中科红旗linux培训认证中心 集群技术 1.1 什么是集群 简单的说，集群（cluster）就是一组计算机，它们作为一个整体向用户提 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。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。 1.2 为什么需要集群 集群并不是一个全新的概念，其实早在七十年代计算机厂商和研究机构就 开始了对集群系统的研究和开发。由于主要用于科学工程计算，所以这些系统并 不为大家所熟知。直到Linux集群的出现，集群的概念才得以广为传播。 对集群的研究起源于集群系统良好的性能可扩展性(scalability)。提高CPU 主频和总线带宽是最初提供计算机性能的主要手段。但是这一手段对系统性能的 提供是有限的。接着人们通过增加CPU个数和内存容量来提高性能，于是出现了 向量机，对称多处理机(SMP)等。但是当CPU的个数超过某一阈值，象SMP这些 多处理机系统的可扩展性就变的极差。主要瓶颈在于CPU访问内存的带宽并不能 随着CPU个数的增加而有效增长。与SMP相反，集群系统的性能随着CPU个数的 增加几乎是线性变化的。图1显示了这中情况。 图1. 几种计算机系统的可扩展性 对于关键业务，停机通常是灾难性的。因为停机带来的损失也是巨大的。下 面的统计数字列举了不同类型企业应用系统停机所带来的损失。 中科红旗linux技术支持服务中心---西安站 中国科学院西安网络中心 中科红旗linux培训认证中心 应用系统每分钟损失(美元) 呼叫中心(Call Center) 27000 企业资源计划(ERP)系统13000 供应链管理(SCM)系统11000 电子商务(eCommerce)系统10000 客户服务(Customer Service Center)系统27000 图2：停机给企业带来的损失 随着企业越来越依赖于信息技术，由于系统停机而带来的损失也越拉越大。 集群系统的优点并不仅在于此。下面列举了集群系统的主要优点： 高可扩展性：如上所述。 高可用性：集群中的一个节点失效，它的任务可传递给其他节点。可以有效防止单点失效。 高性能：负载平衡集群允许系统同时接入更多的用户。 高性价比：可以采用廉价的符合工业标准的硬件构造高性能的系统。 2.1 集群系统的分类 虽然，根据集群系统的不同特征可以有多种分类方法，但是一般把集群系统分为两类： （1）、高可用(High Availability)集群,简称HA集群。 这类集群致力于提供高度可靠的服务。就是利用集群系统的容错性对外提供7*24小时不间 断的服务，如高可用的文件服务器、数据库服务等关键应用。 目前已经有在Linux下的高可用集群，如Linux HA项目。 负载均衡集群：使任务可以在集群中尽可能平均地分摊不同的计算机进行处理，充分利 用集群的处理能力，提高对任务的处理效率。 在实际应用中这几种集群类型可能会混合使用，以提供更加高效稳定的服务。如在一个使 用的网络流量负载均衡集群中，就会包含高可用的网络文件系统、高可用的网络服务。 （2）、性能计算(High Perfermance Computing)集群，简称HPC集群，也称为科学计算 集群。 在这种集群上运行的是专门开发的并行应用程序，它可以把一个问题的数据分布到多 台的计算机上，利用这些计算机的共同资源来完成计算任务，从而可以解决单机不能胜任 的工作（如问题规模太大，单机计算速度太慢）。 这类集群致力于提供单个计算机所不能提供的强大的计算能力。如天气预报、石油勘探与油 藏模拟、分子模拟、生物计算等。这些应用通常在并行通讯环境MPI、PVM等中开发，由于MPI 中科红旗linux技术支持服务中心---西安站 中国科学院西安网络中心 中科红旗linux培训认证中心 是目前的标准，故现在多使用MPI为并行环境。 比较有名的集群Beowulf就是一种科学计算集群项目。 3、集群系统转发方式和调度算法 3．1转发方式 目前LVS主要有三种请求转发方式和八种调度算法。根据请求转发方式的不同，所构 架集群的网络拓扑、安装方式、性能表现也各不相同。用LVS主要可以架构三种形式的集群， 分别是LVS/NAT、LVS/TUN和LVS/DR，可以根据需要选择其中一种。 （1）、网络地址转换（LVS/NAT） 中科红旗linux技术支持服务中心---西安站 中国科学院西安网络中心