集群的可擴(kuò)展性及其分布式體系結(jié)構(gòu)

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1、集群的可擴(kuò)展性及其分布式體系結(jié)構(gòu)(1)介紹這是一個(gè)新的關(guān)于集群技術(shù)的專(zhuān)欄。作者將側(cè)重就集群的可擴(kuò)展性及體系結(jié)構(gòu)分析、原理論、集群的考量、具體的分析案例（LVS、beowulf、MOSIX）、集群高可用技術(shù)、分布式文件系統(tǒng)等等各個(gè)方面為您更加深入的介紹集群系統(tǒng)。本文是第一篇。主要闡述集群起源的概念，分布式系統(tǒng)的定義和目標(biāo)體現(xiàn)。作者通過(guò)一個(gè)故事講述了考慮集群解決方案時(shí)需要注意的是：如何正確看待集群，應(yīng)該從什么角度來(lái)考察一個(gè)集群系統(tǒng)。解決了集群的這一根本性立場(chǎng)和觀點(diǎn)角度，才能利用集群的技術(shù)解決現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。前言"話說(shuō)天下大勢(shì)，分久必合，合久必分

2、"高端計(jì)算的體系結(jié)構(gòu)發(fā)展正是遵循著這樣一個(gè)規(guī)律。從金融、電信等大行業(yè)的數(shù)據(jù)集中處理到分布計(jì)算處理，再到二次集中和海量計(jì)算，趨勢(shì)和應(yīng)用顯然是在變化，作為技術(shù)本身，分區(qū)和群集技術(shù)正是為適應(yīng)不斷變化的需要而產(chǎn)生的。分而治之分區(qū)技術(shù)初始于大型主機(jī)時(shí)代。企業(yè)級(jí)用戶(hù)在購(gòu)買(mǎi)大機(jī)后，許多應(yīng)用都只使用大機(jī)的一小部分資源。這時(shí)，如果一個(gè)企業(yè)的生產(chǎn)部門(mén)只需要使用這臺(tái)機(jī)器的10%的資源，而且需要比較好的安全性，那么分區(qū)技術(shù)就能夠滿足它的要求，將主機(jī)的部分處理器和系統(tǒng)資源隔離出來(lái)，只利用這些資源組織計(jì)算系統(tǒng)，供生產(chǎn)部門(mén)使用，其他的計(jì)算資源不受任何影響。這是早期

3、的物理分區(qū)的概念。分區(qū)技術(shù)發(fā)展到今天，并不只為大型主機(jī)服務(wù)，因?yàn)榉植际接?jì)算的應(yīng)用在不斷地?cái)U(kuò)展，在許多方面，高性能的UNIX服務(wù)器和IA架構(gòu)服務(wù)器已經(jīng)在慢慢地取代大機(jī)的位置，分區(qū)這項(xiàng)技術(shù)在這些領(lǐng)域中也有著重要的作用。分區(qū)帶給人們的是更高的投資回報(bào)率和使用率，更加靈活的應(yīng)用水平，以及動(dòng)態(tài)地使用和分配資源。這些特點(diǎn)通過(guò)不同的分區(qū)種類(lèi)來(lái)實(shí)現(xiàn)，目前分區(qū)的種類(lèi)越來(lái)越多，而且越來(lái)越細(xì)致，更傾向于客戶(hù)的應(yīng)用。最典型的分區(qū)技術(shù)就數(shù)我們?cè)赑C上使用的多操作系統(tǒng)了，這屬于本地物理分區(qū)的范疇。而在多機(jī)環(huán)境中，通過(guò)分區(qū)可以將不同"種群"的計(jì)算機(jī)分割開(kāi)來(lái)（即使幾

4、臺(tái)計(jì)算機(jī)位于同一個(gè)物理位置也可能服務(wù)于不同的"種群"），被分區(qū)的計(jì)算機(jī)還可以在不同的層面上復(fù)用，以提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的利用率。最常見(jiàn)的情況莫如VPN了，借助安全協(xié)議，VPN可以把分散的遠(yuǎn)程的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集合成一個(gè)邏輯上的"局域網(wǎng)"，協(xié)同完成復(fù)雜任務(wù)并保證遠(yuǎn)程通信的安全；而這些計(jì)算機(jī)可能同那些物理上相近的計(jì)算機(jī)（比如同一個(gè)辦公室）再次合并為一個(gè)機(jī)群，利用空閑時(shí)間完成另外一些實(shí)時(shí)性不高的計(jì)算任務(wù)?，F(xiàn)在來(lái)講講"合"集群技術(shù)是一種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間連接的方式，運(yùn)用它可以將分散的計(jì)算系統(tǒng)連接起來(lái)完成原來(lái)單獨(dú)節(jié)點(diǎn)的計(jì)算系統(tǒng)無(wú)法完成的任務(wù)，最早的集群系統(tǒng)就是

5、出于這樣的并行處理的目的出現(xiàn)的。但是隨著計(jì)算機(jī)性能的發(fā)展和網(wǎng)絡(luò)不安全因素的出現(xiàn)，系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性是人們主要面臨解決的問(wèn)題。人們開(kāi)始使用集群方式將兩臺(tái)以上的設(shè)備連接起來(lái)，當(dāng)整個(gè)集群系統(tǒng)中發(fā)生單點(diǎn)或者局部多點(diǎn)故障時(shí)，集群中其他的計(jì)算機(jī)將自動(dòng)來(lái)接替出故障設(shè)備。最典型的例子就是實(shí)現(xiàn)雙機(jī)熱備份。兩臺(tái)一樣的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，使用集群軟件連接起來(lái)，其中一臺(tái)作為另一臺(tái)的備份，當(dāng)主機(jī)系統(tǒng)崩潰時(shí)，另一臺(tái)來(lái)接替它的任務(wù)。除此以外，利用集群系統(tǒng)的高并行性能進(jìn)行復(fù)雜的科學(xué)、工程計(jì)算，也是非常有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的做法。對(duì)于集群系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，計(jì)算機(jī)的架構(gòu)是一個(gè)非常重要的問(wèn)題。同

6、種架構(gòu)的計(jì)算機(jī)之間，可以比較容易實(shí)現(xiàn)集群連接，一般來(lái)講都是由廠商提供的集群軟件。對(duì)于異構(gòu)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，一般沒(méi)有特別多的選擇，目前類(lèi)似JAVA的中間件技術(shù)可以解決部分跨平臺(tái)的問(wèn)題。集群技術(shù)可以有效地解決開(kāi)放系統(tǒng)的穩(wěn)定、抗壓和負(fù)載平衡問(wèn)題。為什么需要集群以往，企業(yè)用戶(hù)在構(gòu)建信息應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)只能在兩種計(jì)算體系中進(jìn)行選擇，一是基于主機(jī)的計(jì)算體系，大體上采用的就是我們上面描述的分區(qū)方式；另一就是基于客戶(hù)機(jī)/服務(wù)器的群集型計(jì)算體系?；谥鳈C(jī)的計(jì)算體系具有良好的系統(tǒng)可伸縮性、可靠性和高性能，但它昂貴的價(jià)格迫使用戶(hù)在系統(tǒng)建設(shè)之初就在硬件系統(tǒng)上投入巨大資

7、源，而用戶(hù)花費(fèi)巨額資金購(gòu)買(mǎi)的主機(jī)系統(tǒng)也許包含了不少并不需要的功能，造成資源浪費(fèi)?；诳蛻?hù)機(jī)/服務(wù)器的群集型計(jì)算體系允許用戶(hù)根據(jù)實(shí)際需要逐步增加硬件系統(tǒng)，但這種體系的系統(tǒng)畢竟不是真正意義上的集群，缺乏必要的可用性和可管理性，在應(yīng)用升級(jí)和管理方面都需要用戶(hù)付出巨大的代價(jià)，每增加一個(gè)服務(wù)器/客戶(hù)端的連接就要同時(shí)增加兩端的管理負(fù)擔(dān)。因此，未來(lái)對(duì)計(jì)算速度、系統(tǒng)可靠性和成本實(shí)效性的要求必將促使發(fā)展另外的計(jì)算機(jī)模型來(lái)替代上述的計(jì)算模型。隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)，一個(gè)新的具有更高性能/價(jià)格比的體系逐漸成為應(yīng)用主流--分布式集群計(jì)算體系。當(dāng)用戶(hù)需要完成任何

8、任務(wù)時(shí)，分布式集群計(jì)算提供了盡可能多的計(jì)算機(jī)處理能力和數(shù)據(jù)的透明訪問(wèn)能力，同時(shí)實(shí)現(xiàn)高性能與高可靠性的目標(biāo)。集群計(jì)算模式是最經(jīng)濟(jì)的計(jì)算模式。集群系統(tǒng)允許用戶(hù)把普通商用硬件系統(tǒng)組成機(jī)群，并根據(jù)需要隨時(shí)在機(jī)群中增加新的硬件，提