集群簡介

簡單地說，集群就是指?組（若?個）相互獨?的計算機，利??速通信?絡組成的?個較?的計算機服務系統(tǒng)，每個集群節(jié)點（即集群中

的每臺計算機）都是運?各?服務的獨?服務器。這些服務器之間可以彼此通信，協(xié)同向?戶提供應?程序，系統(tǒng)資源和數(shù)據(jù)，并以單?系

統(tǒng)的模式加以管理。當?戶請求集群系統(tǒng)時，集群給?戶的感覺就是?個單?獨?的服務器，?實際上?戶請求的是?組集群服務器。

舉個例?：

打開?歌，百度的頁?，看起來好簡單，也許你覺得??分鐘就可以制作出相似的?頁，?實際上，這個頁?的背后是由成千上萬臺服務器

集群協(xié)同?作的結(jié)果。

若要??句話描述集群，即?堆服務器合作做同?件事，這些機器可能需要統(tǒng)?協(xié)調(diào)管理，可以分布在?個機房，也可以分布在全國全球各

個地區(qū)的多個機房。

為什么要使?集群

（1）?性能

?些國家重要的計算密集型應?（如天?預報，核試驗模擬等），需要計算機有很強的運算處理能?。以全世界現(xiàn)有的技術(shù)，即使是?型

機，其計算能?也是有限的，很難單獨完成此任務。因為計算時間可能會相當長，也許?天，甚??年或更久。因此，對于這類復雜的計算

業(yè)務，便使?了計算機集群技術(shù)，集中??上百臺，甚?成千上萬臺計算機進?計算。

假如你配?個LNMP環(huán)境，每次只需要服務10個并發(fā)請求，那么單臺服務器?定會?多個服務器集群要快。只有當并發(fā)或總請求數(shù)量超過單

臺服務器的承受能?時，服務器集群才會體現(xiàn)出優(yōu)勢。

（2）價格有效性

通常?套系統(tǒng)集群架構(gòu)，只需要?臺或數(shù)?臺服務器主機即可。與動輒價值上百萬元的專?超級計算機相?便宜了很多。在達到同樣性能需

求的條件下，采?計算機集群架構(gòu)?采?同等運算能?的?型計算機具有更?的性價?。

早期的淘寶，?付寶的數(shù)據(jù)庫等核?系統(tǒng)就是使?上百萬元的?型機服務器。后因使?維護成本太?以及擴展設(shè)備費?成?何級數(shù)翻倍，甚

?成為擴展瓶頸，?員維護也?分困難，最終使?PC服務器集群替換之，?如，把數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)從?機結(jié)合Oracle數(shù)據(jù)庫遷移到MySQL開源

數(shù)據(jù)庫結(jié)合PC服務器上來。不但成本下降了，擴展和維護也更容易了。

（3）可伸縮性

當服務負載，壓?增長時，針對集群系統(tǒng)進?較簡單的擴展即可滿?需求，且不會降低服務質(zhì)量。

通常情況下，硬件設(shè)備若想擴展性能，不得不增加新的CPU和存儲器設(shè)備，如果加不上去了，就不得不購買更?性能的服務器，就拿我們現(xiàn)

在的服務器來講，可以增加的設(shè)備總是有限的。如果采?集群技術(shù)，則只需要將新的單個服務器加?現(xiàn)有集群架構(gòu)中即可，從訪問的客戶?

度來看，系統(tǒng)服務?論是連續(xù)性還是性能上都?乎沒有變化，系統(tǒng)在不知不覺中完成了升級，加?了訪問能?，輕松地實現(xiàn)了擴展。集群系

統(tǒng)中的節(jié)點數(shù)?可以增長到?千乃?上萬個，其伸縮性遠超過單臺超級計算機。

（4）?可?性

單?的計算機系統(tǒng)總會?臨設(shè)備損毀的問題，如CPU，內(nèi)存，主板，電源，硬盤等，只要?個部件壞掉，這個計算機系統(tǒng)就可能會宕機，?

法正常提供服務。在集群系統(tǒng)中，盡管部分硬件和軟件也還是會發(fā)?故障，但整個系統(tǒng)的服務可以是7*24?時可?的。

集群架構(gòu)技術(shù)可以使得系統(tǒng)在若?硬件設(shè)備故障發(fā)?時仍可以繼續(xù)?作，這樣就將系統(tǒng)的停機時間減少到了最?。集群系統(tǒng)在提?系統(tǒng)可靠

性的同時，也??減?了系統(tǒng)故障帶來的業(yè)務損失，?前?乎100%的互聯(lián)??站都要求7*24?時提供服務。

（5）透明性

多個獨?計算機組成的松耦合集群系統(tǒng)構(gòu)成?個虛擬服務器。?戶或客戶端程序訪問集群系統(tǒng)時，就像訪問?臺?性能，?可?的服務器?

樣，集群中?部分服務器的上線，下線不會中斷整個系統(tǒng)服務，這對?戶也是透明的。

（6）可管理性

整個系統(tǒng)可能在物理上很?，但其實容易管理，就像管理?個單?映像系統(tǒng)?樣。在理想狀況下，軟硬件模塊的插?能做到即插即?。

（7）可編程性

在集群系統(tǒng)上，容易開發(fā)及修改各類應?程序。

集群的常見分類

3.1  集群的常見分類

計算機集群架構(gòu)按功能和結(jié)構(gòu)可以分成以下?類：

負載均衡集群，簡稱LBC或者LB

?可?性集群，簡稱HAC

?性能計算集群，簡稱HPC

?格計算集群

提?：

負載均衡集群和?可?性集群是互聯(lián)??業(yè)常?的集群架構(gòu)模式，也是我們要學習的重點。

3.2  不同種類的集群介紹

（1）負載均衡集群

-負載均衡集群為企業(yè)提供了更為實?，性價?更?的系統(tǒng)架構(gòu)解決?案。負載均衡集群可以把很多客戶集中的訪問請求負載壓?盡可能平

均地分攤在計算機集群中處理?？蛻粼L問請求負載通常包括應?程序處理負載和?絡流量負載。這樣的系統(tǒng)?常適合使?同?組應?程序為

?量?戶提供服務的模式，每個節(jié)點都可以承擔?定的訪問請求負載壓?，并且可以實現(xiàn)訪問請求在各節(jié)點之間動態(tài)分配，以實現(xiàn)負載均

衡。

-負載均衡集群運?時，?般是通過?個或多個前端負載均衡器將客戶訪問請求分發(fā)到后端的?組服務器上，從?達到整個系統(tǒng)的?性能和

?可?性。?般?可?性集群和負載均衡集群會使?類似的技術(shù)，或同時具有?可?性與負載均衡的特點。

負載均衡集群的作?為：

分攤?戶訪問請求及數(shù)據(jù)流量（負載均衡）

保持業(yè)務連續(xù)性，即7*24?時服務（?可?性）。

應?于Web及數(shù)據(jù)庫等服務器的業(yè)務

負載均衡集群典型的開源軟件包括LVS，Nginx，Haproxy等。如下圖所?：

提?：

不同的業(yè)務會有若?秒的切換時間，DB業(yè)務明顯長于Web業(yè)務切換時間。

（2）?可?性集群

?般是指在集群中任意?個節(jié)點失效的情況下，該節(jié)點上的所有任務會?動轉(zhuǎn)移到其他正常的節(jié)點上。此過程并不影響整個集群的運?。

當集群中的?個節(jié)點系統(tǒng)發(fā)?故障時，運?著的集群服務會迅速作出反應，將該系統(tǒng)的服務分配到集群中其他正在?作的系統(tǒng)上運?。考慮

到計算機硬件和軟件的容錯性，?可?性集群的主要?的是使集群的整體服務盡可能可?。如果?可?性集群中的主節(jié)點發(fā)?了故障，那么

這段時間內(nèi)將由備節(jié)點代替它。備節(jié)點通常是主節(jié)點的鏡像。當它代替主節(jié)點時，它可以完全接管主節(jié)點（包括IP地址及其他資源）提供服

務，因此，使集群系統(tǒng)環(huán)境對于?戶來說是?致的，即不會影響?戶的訪問。

?可?性集群使服務器系統(tǒng)的運?速度和響應速度會盡可能的快。他們經(jīng)常利?在多臺機器上運?的冗余節(jié)點和服務來相互跟蹤。如果某個

節(jié)點失敗，它的替補者將在?秒鐘或更短時間內(nèi)接管它的職責。因此，對于?戶??，集群?的任意?臺機器宕機，業(yè)務都不會受影響（理

論情況下）。

?可?性集群的作?為：

當?臺機器宕機時，另外?臺機器接管宕機的機器的IP資源和服務資源，提供服務。

常?于不易實現(xiàn)負載均衡的應?，?如負載均衡器，主數(shù)據(jù)庫，主存儲對之間。

?可?性集群常?的開源軟件包括Keepalived，Heartbeat等，其架構(gòu)圖如下圖所?：

（3）?性能計算集群

?性能計算集群也稱并?計算。通常，?性能計算集群涉及為集群開發(fā)的并?應?程序，以解決復雜的科學問題（天?預報，?油勘探，核

反應模擬等）。?性能計算集群對外就好像?個超級計算機，這種超級計算機內(nèi)部由數(shù)??上萬個獨?服務器組成，并且在公共消息傳遞層

上進?通信以并?運?應?程序。在?產(chǎn)環(huán)境中實際就是把任務切成蛋糕，然后下發(fā)到集群節(jié)點計算，計算后返回結(jié)果，然后繼續(xù)領(lǐng)新任務

計算，如此往復。

（4）?格計算集群

由于很少?到，在此略

特別提?：

在互聯(lián)?的?站中，?較常?的就是負載均衡集群和?可?性集群

常?的集群軟硬件介紹及選型

4.1  企業(yè)中常見的集群軟硬件產(chǎn)品

互聯(lián)?企業(yè)常?的開源集群軟件有：Nginx，LVS，Haproxy，Keepalived，heartbeat。

互聯(lián)?企業(yè)常?的商業(yè)集群硬件有：F5，Netscaler，Radware，A10等，?作模式相當于Haproxy的?作模式。

淘寶，趕集?，新浪等公司曾使?過Netscaler負載均衡產(chǎn)品。集群硬件Netscaler的產(chǎn)品圖如下圖所?：

集群硬件F5產(chǎn)品如下圖所?：

4.2  對于集群軟硬件產(chǎn)品如何選型

當企業(yè)業(yè)務重要，技術(shù)?量?薄弱，并且希望出錢購買產(chǎn)品及獲取更好的服務時，可以選擇硬件負載均衡產(chǎn)品，如

F5，Netscaler，Radware等，此類公司多為傳統(tǒng)的?型?互聯(lián)?企業(yè)，如銀?，證券，?融業(yè)及寶馬，奔馳公司等

對于門戶?站來說，?多會并?軟件及硬件產(chǎn)品來分擔單?產(chǎn)品的風險，如淘寶，騰訊，新浪等。融資了的企業(yè)會購買硬件產(chǎn)品，如趕集?

等?站。

中?型互聯(lián)?企業(yè)，由于起步階段?利潤可賺或者利潤很低，會希望通過使?開源免費的?案來解決問題，因此會雇傭?qū)ｉT的運維?員進?

維護。例如：51CTO等

相?較??，商業(yè)的負載均衡產(chǎn)品成本?，性能好，更穩(wěn)定，缺點是不能?次開發(fā)，開源的負載均衡軟件對運維?員的能?要求較?，如果

運維及開發(fā)能?強，那么開源的負載均衡軟件是不錯的選擇，?前的互聯(lián)??業(yè)更傾向于使?開源的負載均衡軟件。

4.3  如何選擇開源集群軟件產(chǎn)品

中?企業(yè)互聯(lián)?公司?站在并發(fā)訪問和總訪問量不是很?的情況下，建議?選Nginx負載均衡，理由是Nginx負載均衡配置簡單，使??便，

安全穩(wěn)定，社區(qū)活躍，使?的?逐漸增多，成為流?趨勢，另外?個實現(xiàn)負載均衡的類似產(chǎn)品為Haproxy（?持L4和L7負載，同樣優(yōu)秀，但

社區(qū)不如Nginx活躍）。

如果要考慮Nginx負載均衡的?可?功能，建議?選Keepalived軟件，理由是安裝和配置簡單，使??便，安全穩(wěn)定，與Keepalived服務類

似的?可?軟件還有Heartbeat（使??較復雜，并不建議初學者使?）

如果是?型企業(yè)互聯(lián)?公司，負載均衡產(chǎn)品可以使?LVS+Keepalived在前端做四層轉(zhuǎn)發(fā)（?般是主備或主主，如果需要擴展可以使?DNS

或前端使?OSPF），后端使?Nginx或者Haproxy做7層轉(zhuǎn)發(fā)（可以擴展到百臺），再后?是應?服務器，如果是數(shù)據(jù)庫與存儲的負載均衡

和?可?，建議選擇LVS+Heartbeat，LVS?持TCP轉(zhuǎn)發(fā)且DR模式效率很?，Heartbeat可以配合drbd，不但可以進?VIP的切換，還可以

?持塊設(shè)備級別的數(shù)據(jù)同步（drbd），以及資源服務的管理。