基于linux的集群系统综述

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1、基于Linux的集群系统综述摘要：基于Linux操作系统，本文首先分析介绍了集群系统的构建方法和主要发展方向，然后就集群系统的三大应用（高性能计算、高可用系统、负载均衡）分别介绍了面向各种应用时构建集群系统的侧重点和关键技术。1集群系统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

2、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的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

3、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13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，它的任务可以传递给其他节点。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。1.3集群系统的分类最常见的三种群集类型包括

4、高性能计算群集、负载均衡群集和高可用性群集。[1]1、高性能计算群集通常，第一种涉及为群集开发并行编程应用程序，以解决复杂的科学问题。这是并行计算的基础，尽管它不使用专门的并行超级计算机，这种超级计算机内部由十至上万个独立处理器组成。但它却使用商业系统，如通过高速连接来链接的一组单处理器或双处理器PC，并且在公共消息传递层上进行通信以运行并行应用程序。因此，您会常常听说又有一种便宜的Linux超级计算机问世了。但它实际是一个计算机群集，其处理能力与真的超级计算机相等，通常一套象样的群集配置开销要超过$100,000。这对一般人来说似

5、乎是太贵了，但与价值上百万美元的专用超级计算机相比还算是便宜的。2、负载均衡群集13负载均衡群集为企业需求提供了更实用的系统。如名称所暗示的，该系统使负载可以在计算机群集中尽可能平均地分摊处理。该负载可能是需要均衡的应用程序处理负载或网络流量负载。这样的系统非常适合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。对于网络流量也是如此。通常，网络服务器应用程序接受了太多入网流量，以致无法迅速处理，这就需要将流量发送给在其它节点上运行的网络服务器应用。还可以根据每个节点上不同的可

6、用资源或网络的特殊环境来进行优化。3、高可用性群集高可用性群集的出现是为了使群集的整体服务尽可能可用，以便考虑计算硬件和软件的易错性。如果高可用性群集中的主节点发生了故障，那么这段时间内将由次节点代替它。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，并且因此使系统环境对于用户是一致的。在群集的这三种基本类型之间，经常会发生混合与交杂。于是，可以发现高可用性群集也可以在其节点之间均衡用户负载，同时仍试图维持高可用性程度。同样，可以从要编入应用程序的群集中找到一个并行群集，它可以在节点之间执行负载均衡。尽管集群系

7、统本身独立于它在使用的软件或硬件，但要有效运行系统时，硬件连接将起关键作用。1.4实现集群的两大技术实现集群务必要有以下两大技术：一、集群地址－－集群由多个服务实体组成，集群客户端通过访问集群的集群地址获取集群内部各服务实体的功能。具有单一集群地址（也叫单一影像）是集群的一个基本特征。维护集群地址的设置被称为负载均衡器。负载均衡器内部负责管理各个服务实体的加入和退出，外部负责集群地址向内部服务实体地址的转换。有的负载均衡器实现真正的负载均衡算法，有的只支持任务的转换。只实现任务转换的负载均衡器适用于支持ACTIVE-STANDBY的

8、集群环境，在那里，集群中只有一个服务实体工作，当正在工作的服务实体发生故障时，负载均衡器把后来的任务转向另外一个服务实体。二、内部通信－－为了能协同工作、实现负载均衡和错误恢复，集群各实体间必须时常通信，比如负载均衡器对服务实体心跳测