计算机集群技术探析

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1、计算机集群技术探析【摘要】集群系统成为构建高性能计算系统的主流方式，由于具有低成本、高性能和良好的可扩展性，集群系统已经日益成为构建高性能计算系统的主要方式，计算机集群技术进行了探讨分析。【关键词】计算机;集群;集群技术计算机软硬件及算法的改进及提高，对高性能计算技术提出了更高的要求。集群技术是处理器技术和网络技术不断提高的产物，是一组独立的计算机的集合体，使节点间通过高性能的互连网络连接。一、集群定义随着计算机技术的发展和越来越广泛的应用，越来越多的依赖于计算机技术的应用系统走进了我们的工作和生活。在给我们带来方便和效率的同时，也使得

2、各行各业对于计算机技术的依赖程度越来越高。尽管随着计算机技术以目新月异的速度发展，单台服务器的性能和可靠性越来越好，但还是有许多现实的要求是单台服务器难以达到的。往往需要将多台服务器组织起来进行协同工作来模拟一台功能更强大的系统，这种技术称为集群技术。所谓集群，就是共同为客户机提供网络资源的一组服务器系统，其中的每一台提供服务的计算机，称之为节点。当一个节点不可用或者不能处理客户的请求时，该请求将会转到另外的可用节点来处理，这些对于客户端来说，它根本不必关心这此要使用的资源的具体位置，集群系统会自动完成。集群中节点可以以不同的方式来运行

3、，这要看它们是如何设置。在一个理想的两个节点的集群中，两个服务器都同时处于活动状态，也就是在两个节点上同时运行应用程序，当一个节点出现故障时，运行在出故障的节点上的应用程序就会转移到另外的没有出现故障的服务器上，这样一来，由于两个节点的工作现在由一个服务器来承担，自然会影响服务器的性能。针对这种情况的解决方案是，在正常操作时，另一个节点处于备用状态，只有当恬动的节点出现故障时该备用节点才会接管工作，这并不是一个很经济的方案，你不得不买两个服务器来做一个服务器的工作。虽然当岀现故障时不会对性能产生任何影响，但是在正常运行时的性能价格比并不

4、太好。二、集群网络服务器发展现状由同构或异构的计算机连接起来协同完成特定的任务，应用程序或用户可以透明访问的、均衡负载的双机或多机系统就是集群系统。集群系统在可靠性、高性能、可扩展性、负载均衡及性价比方面具有独特的优势，因而是目前构建高性能网络服务器的主要发展方向。我们称集群网络服务器系统中实际进行任务处理的机器为执行服务器。用集群系统来提供高性能网络信息服务的难点主要在于：透明性，性能，高可用性，可管理性。围绕这些问题，主要从如下几个方面展开了研究：(1)体系结构。如以IBM的TCPRouter(3),LVS(LinuxVirtual

5、Server)⑷的IPVS为代表的单负载均衡部件的体系结构;以Boston大学的DPR(DistributedPacketRewriting)(5)为代表的多负载均衡部件的体系结构及其扩展：以VAnessa(vANetworkEnhancedScalableServerArchitecture)(6)为代表的全球地理分布的体系结构。⑵调度机制。这是影响到集群服务器系统关键性能的重要技术，也是目前研究工作的重点。现有的调度机制都以负载均衡为基础，按照控制粒度由粗到细的顺序有如下几种：基于RRDNS的调度，如NCSAgroup和DECWRL

6、group采用过的解决方案，这是客户机一级的粗粒度调度方案。其好处是实现简单，主要问题是负载容易倾斜，服务器非完全透明，可用性与可维护性差;基于负载均衡器的调度，通过专门的负载均衡器将用户请求分派给执行服务器。根据控制粒度又可分为：基于第四层负载平衡的解决方法，如CISCO的LocalDirectorBerkeleyNOWproject的MagicRouter,IBM的TCPRouter和InteractjveNetworkDispatcher,LVS的IPVS,这是单次连接一级的中粒度调度方案;基于内容的负载平衡解决方法（又称为第七层

7、调度或基于应用层的调度），调度考虑服务器的负载，还考虑服务的内容，如Zeus负载调度器、pWeb,ReverseProxy和SWEB以及Resonate、Alteon等提供的第四层交换产品，这是单次请求一级的细粒度调度方案。以上各种调度机制实现了不同粒度的负载平衡，并结合使用了不同的报文分发技术，各有特点，适合不同的应用场合。基于RRDNS的调度由于其实施的简单性和经济性，在目前的因特网站点中使用较多。基于负载均衡器的产品性能较高，如基于第四层负载平衡调度的LVS（软件）前端节点可达到每秒15万个报文的处理速率，吞吐率约为每秒2万5千个

8、连接.NortelNetworks的Alteon180系列的Web交换机(基于TCP层及应用层信息进行负载平衡)可达到每秒33万6千个连接的吞吐率，但这类系统多为昂贵的商业产品。(3)动态重构、故障定位及恢