集群技术概述.doc

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1、集群技术概述第一台计算机问世已经半个世纪了，在这期间计算机技术经历了五次更新换代。更新换代的标志主要有两个：一个是计算机的器件，另一个是系统体系结构。从第一代到第五代计算机，器件发生了根木的变化：从屯子管、品体管发展到集成电路，而集成电路乂经小规模、屮规模、大规模、非常人规模等阶段发展到超人规模阶段。系统体系结构的不断改进，许多重要的概念的不断提出并11得到实现，推动计算机技术向更高的层次发展。从早期的变址寄存器、通用寄存器、程序中断和I/O通道等概念，到虚拟存储器、Cache存储器、微程序设计、基于总线的多CPU系统、向量处理机等概念

2、，发展到64位RISC及Itanium处理器、基于MPP、NUMA、集群等体系结构的町伸缩并行处理系统，计算机系统技术也取得了突飞猛进的发展。将多台同构或异构的计算机连接起来协同完成特定的任务就构成了集群系统。早在二十世纪七八十年代,Digitalequipment公司和Tandem计算机公司就开始了集群系统的研究与开发工作。自80年代初以来，各种形式的集群技术纷纷涌现，这些技术均源于Digital的VAX平台Z上。1集群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

3、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，在他们看来，集群是一个系统，而非多个计算机。并1L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人家所熟知。直到基于商用系统的集群出现，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)o提高CPU主频和总线带宽是最初提供计算机性能的主要

4、于段，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，彖SMP这些多处理机系统的可扩展性就变得极差。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个数的増加儿乎是线性变化的。图1显示了这中情况。集群系统的优点并不仅在于此。下而列举了集群系统的主要优点:1、高可扩展性：如上所述。2、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。3

5、、高性能：负载平衡集群允许系统同时接入更多的用户。4、高性价比：可以采用嫌价的符合T•业标准的陨件构造高性能的系统。1.2.1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，但是一般我们把集群系统分为两类：高可用(HighAvailability)集群，简称HA集群。这类集群致力于提供高度可靠的服务。高性能计算(HighPerformanceComputing)集群，简称HPC集群。这类集群致力于提供单个计算机所不能提供的强人的计算能力。2高可用集群2.1什么是高可用性计算机系统的可用性(Availability)是通过系统

6、的可靠性(Reliability)和可维护性(Maintainability)^度量的。工程上通常用平均无故障时间(MTTF)来度量系统的町靠性，用平均维修时间(MTTR)来度量系统的可维护性。于是可用性被定义为：MTTF/(MTTF+MTTR)*100%业界根据可用性把计算机系统分为如下几类:可用比例(PercentAvailability)年停机时间(downtime/year)可用性分类99.5%3.7X常规系统(Conventional)99.9%8.8小时口J用系统(Available)99.99%52.6分钟高可用系统(Hi

7、ghlyAvailable)99.999%5.3分钟FaultResilient99.9999%32秒FaultTolerant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口人的。下而的统计数字列举了不同类型金业应用系统停机所带来的损失。应用系统每分钟损失(美元)呼叫中心(CallCenter)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分户服务(CustomerServiceCenter)系统27000随着企业越来越依赖于信息技术，由于系统停机

8、而带来的损失也就人。2.2高可用集群高可用集群就是采用集群技术来实现计算机系统的不间断服务。有许多应用程序都必须一天24小时不停的运转，如所有的Web服务器、工业控制系统、ATM、远程通讯服务器、医学与军事