服務器集群技術方案

服務器集群技術方案一、概念與定義集群(Cluster)技術是發(fā)展高性能計算機的一項技術.它是一組相互獨立的計算機，利用高速通信網絡組成一個單一的計算機系統(tǒng)，并以單一系統(tǒng)的模式加以管理。其出發(fā)點是提供高可靠性、可擴充性和抗災難性。一個集群包含多臺擁有共享數(shù)據存儲空間的服務器，各服務器通過內部局域網相互通信。當一臺服務器發(fā)生故障時，它所運行的應用程序將由其它服務器自動接管.在大多數(shù)模式下,集群中所有的計算機擁有一個共同的名稱，集群內的任一系統(tǒng)上運行的服務都可被所有的網絡客戶使用。采用集群系統(tǒng)通常是為了提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和網絡中心的數(shù)據處理能力及服務能力。集群分為同構與異構兩種，它們的區(qū)別在于：組成集群系統(tǒng)的計算機之間的體系結構是否相同。集群計算機按功能和結構可以分成以下幾類：高可用性集群High-availability(HA)clusters負載均衡集群Loadbalancingclusters高性能計算集群High—performance(HPC)clusters網格計算Gridcomputing高可用性集群一般是指當集群中有某個節(jié)點失效的情況下,其上的任務會自動轉移到其他正常的節(jié)點上。還指可以將集群中的某節(jié)點進行離線維護再上線，該過程并不影響整個集群的運行。負載均衡集群負載均衡集群運行時一般通過一個或者多個前端負載均衡器將工作負載分發(fā)到后端的一組服務器上，從而達到整個系統(tǒng)的高性能和高可用性.這樣的計算機集群有時也被稱為服務器群(ServerFarm)。一般高可用性集群和負載均衡集群會使用類似的技術，或同時具有高可用性與負載均衡的特點.Linux虛擬服務器（LVS）項目在Linux操作系統(tǒng)上提供了最常用的負載均衡軟件。高性能計算集群高性能計算集群采用將計算任務分配到集群的不同計算節(jié)點而提高計算能力，因而主要應用在科學計算領域。比較流行的HPC采用Linux操作系統(tǒng)和其它一些免費軟件來完成并行運算。這一集群配置通常被稱為Beowulf集群.這類集群通常運行特定的程序以發(fā)揮HPCcluster的并行能力。這類程序一般應用特定的運行庫，比如專為科學計算設計的MPI庫。HPC集群特別適合于在計算中各計算節(jié)點之間發(fā)生大量數(shù)據通訊的計算作業(yè),比如一個節(jié)點的中間結果或影響到其它節(jié)點計算結果的情況。網格計算網格計算或網格集群是一種與集群計算非常相關的技術。網格與傳統(tǒng)集群的主要差別是網格是連接一組相關并不信任的計算機,它的運作更像一個計算公共設施而不是一個獨立的計算機。還有，網格通常比集群支持更多不同類型的計算機集合。網格計算是針對有許多獨立作業(yè)的工作任務作優(yōu)化，在計算過程中作業(yè)間無需共享數(shù)據.網格主要服務于管理在獨立執(zhí)行工作的計算機間的作業(yè)分配。資源如存儲可以被所有結點共享，但作業(yè)的中間結果不會影響在其他網格結點上作業(yè)的進展。二、方案特色解決網絡擁塞問題，就近提供服務，實現(xiàn)地理位置無關性；為用戶提供更好的訪問質量；提高服務器響應速度；提高服務器及其他資源的利用效率。三、方案設計當前主流的集群方式包括以下幾種：服務器主備集群方式服務器主一備方式由一臺服務器在正常運行狀態(tài)提供對外服務，其它集群節(jié)點作為備份機，備份機在正常狀態(tài)下不接受外部的應用請求，實時對生產機進行檢測，當生產機停機時才會接管應用服務，因此設備利用率最高可達50%.主備方式集群如下圖所示，節(jié)點2為正常提供服務的服務器，運行多個應用（pkgA,pkgB。。），節(jié)點1平時只監(jiān)控節(jié)點2的狀態(tài)，不對外提供服務，當節(jié)點2出現(xiàn)故障時，節(jié)點1將把兩個應用接管過來，并對外提供服務。圖表錯誤!文檔中沒有指定樣式的文字。-錯誤!未定義書簽。主備方式集群服務器互備份集群方式多臺服務器組成集群，每臺服務器運行獨立的應用，同時作為其它服務器的備份機，當主應用中斷，服務將被其它集群節(jié)點所接管，接管服務的節(jié)點將運行自身應用和故障服務器的應用，這種方式各集群節(jié)點的硬件資源均可被應用于對外服務?；浞绞郊喝缦聢D所示，節(jié)點1和節(jié)點2分別運行1個或多個不同的應用，但只對外提供本地的主應用，兩個節(jié)點之間互相進行監(jiān)控，集群中任何一個節(jié)點出現(xiàn)故障后，另一個節(jié)點把故障節(jié)點的主應用接管過來，所有應用服務由一臺服務器完成。圖表錯誤!文檔中沒有指定樣式的文字。-錯誤!未定義書簽?；浞莘绞郊哼@種方式的主要缺點在于：＞由于需要重新啟動數(shù)據庫核心進程，無法保證數(shù)據庫系統(tǒng)連續(xù)不間斷地運行＞在系統(tǒng)切換的過程中，客戶端與服務器之間的數(shù)據庫連接會中斷，需要重新進行數(shù)據庫的連接和登錄工作＞由于數(shù)據庫系統(tǒng)只能在一臺服務器上運行，另一臺服務器無法分擔系統(tǒng)的負載，實際上造成了客戶投資的浪費。在有些系統(tǒng)中，為了解決雙機負載分擔的問題，將應用系統(tǒng)人為分割為兩個數(shù)據庫系統(tǒng)，分別在兩臺服務器上運行.這種方式在一定程度上解決了負載分擔的問題，但給系統(tǒng)管理、統(tǒng)計分析等業(yè)務處理帶來了很多額外的復雜性服務器并行集群方式集群有多臺服務器構成，同時提供相同的應用，可以實現(xiàn)多臺服務器之間的負載均衡，提供大訪問量的應用需求，如Web訪問及數(shù)據庫等應用，服務器并行集群方式一般由應用系統(tǒng)自身（如OracleRAC、中間件負載均衡等）或外部專用服務器負載均衡設備實現(xiàn)。圖表錯誤!文檔中沒有指定樣式的文字。-錯誤!未定義書簽。服務器并行方式集群以下是上述群集技術對比表:集群技術資源利用率故障收斂時間可靠性主備集群技術資源有效利用率低相對較慢較高互備集群技術資源有效利用率高相對較慢較高并行集群技術資源有效利用率高快高圖表錯誤!文檔中沒有指定樣式的文字。-1群集技術對比表Weblogic集群Weblogic集群由代理來實現(xiàn)負載均衡，通過將請求轉發(fā)到不同的管理服務器上來實現(xiàn)。代理是用來分發(fā)用戶請求，代理可以硬件設備也可以是軟件Web服務器，也可以用硬件代理來實現(xiàn)。軟件代理的實現(xiàn)相對簡單一下，硬件代理的性能強大些，而且穩(wěn)定性也優(yōu)于軟件代理。硬件帶來的廠家主要有：F5Networks>Radware、array、浪潮、趨勢等。軟件代理主要有:Apache、weblogic等HTTP服務器.Oracle數(shù)據庫集群RealApplicationCluster（以前稱作OracleParallelServer，OPS）用來在集群環(huán)境下實現(xiàn)多機共享數(shù)據庫，以保證應用的高可用性.同時可以自動實現(xiàn)并行處理及均分負載，還能實現(xiàn)數(shù)據庫在故障時的容錯和無斷點恢復.RealApplicationCluster為大多數(shù)關鍵業(yè)務要求的數(shù)據庫環(huán)境提供了極高的性能和完善的糾錯功能。RealApplicationCluster允許集群系統(tǒng)或大型并行系統(tǒng)中的多個節(jié)點共享同一物理數(shù)據庫。RealApplicationCluster可以自動進行負載平衡、故障修復和規(guī)劃停機時間，以支持高可用性應用程序。它還顯著地提高了大型數(shù)據倉庫和決策支持系統(tǒng)的性能。通過與并行查詢選件結合，它還提供了節(jié)點間的并行性和節(jié)點內的并行性，以得到更高的性能。多服務器的Cluster(集群)結構，因其具有高可靠性、大容量共享磁盤支持、以及無斷點的故障恢復，越來越受到業(yè)界的關注，越來越多的硬件廠商都相繼推出自己的Cluster機種和機型，它已經成為硬件平臺的一個新的發(fā)展方向.Oracle公司在1989年率先推出ParallelServer選件，以支持這種體系結構(Oracle6.2版).隨著Cluster技術自身的成熟，以及Oracle對這一技術的經驗,RealApplicationCluster目前已能支持幾乎所有的Cluster集群系統(tǒng)。在share-nothing或shared-disk模式的集群系統(tǒng)上，RealApplicationCluster均可以實現(xiàn)多節(jié)點共享數(shù)據庫,并自動并行處理及均分負載，在數(shù)據庫故障時進行容錯和無斷點恢復處理。Oracle提供一個通用的、集成的分布式鎖定管理器(DLM)替代了原來的，由不同操作系統(tǒng)廠商提供的鎖管理器，從而提高了在大多數(shù)工作平臺上的執(zhí)行性能和可移植性.這些使得Oracle并行服務器的運行速度顯著加快。Oracle集成的DLM使Oracle并行服務器能夠跨平臺工作。當并行服務器中某節(jié)點失效，透明的應用程序容錯能夠把用戶自動轉接到另一節(jié)點上繼續(xù)運行，應用程序在用戶沒有察覺的情況下繼續(xù)執(zhí)行。這使周期性和非周期性發(fā)生故障的系統(tǒng)增大了連續(xù)可用性。進程的失效可以完全透明地轉移到另一節(jié)點上去，通過適當?shù)嘏渲?，可以指定所有查詢都在客戶端進行緩存，這樣它們便可以在轉移后的節(jié)點上重新設置。同時，還可以在沒有失效時預先與容錯節(jié)點建立一個連接，這樣可以減少容錯時在連接所花的時間。Oracle不僅支持第一代、第二代并行處理技術，還最先支持第三代多節(jié)點并行處理機.能夠在ClusterMode3及MPP結構的各節(jié)點上實現(xiàn)并行處理,均分負載.Oracle并行處理技術的另一大優(yōu)勢在于，無論在任何平臺上，從單機到并行處理機，從OLTP應用到OLAP應用，Oracle數(shù)據庫均為同一核心，因此在不同平臺之間應用系統(tǒng)可平滑移植，提高了開發(fā)效率，降低了維護費用。目前，Oracle并行服務器技術在業(yè)界處于絕對領先地位，已在全球數(shù)千個實際應用系統(tǒng)中運行,經過十多年的不斷完善和發(fā)展，其可靠性及穩(wěn)定性已得到徹底檢驗.與雙機熱備份方式相比,Oracle11gRealApplicationCluster并行服務器方式有以下優(yōu)點：＞各服務器共享一個數(shù)據庫,在正常運行時可以進行負載分擔，無需考慮應用數(shù)據的人為分割＞并行服務器方式對應用完全透明，在應用程序設計和開發(fā)的過程中也不需要進行特殊編程，簡化了開發(fā)的復雜程度，同時今后系統(tǒng)擴展也無需修改應用程序＞不需要重新啟動數(shù)據庫核心進程，縮短了故障造成的停機時間總結以上ORACLERAC的功能和特點,ORACLERAC主要具有如下好處：1.可伸縮性用戶或者中間層應用服務器客戶，可以通過虛擬數(shù)據庫服務名連接到數(shù)據庫上。Oracle在集群中多個節(jié)點之間自動平衡用戶負載。不同節(jié)點上的RealApplicationClusters數(shù)據庫實例預訂所有數(shù)據庫服務或者部分子集數(shù)據庫服務。這使得DBA高度靈活地選定，連接到特定數(shù)據庫服務的特定應用程序客戶是否可以連接到某些或者全部的數(shù)據庫節(jié)點.雖然每一個節(jié)點有一個不同的物理IP地址時，應用客戶仍可以在一個邏輯數(shù)據庫服務名的水平上進行連接.因此客戶端對于不相關的事情如多服務器的多個地址可以毫不關心。隨著業(yè)務的增長，電子商務可以從容地增加處理能力。CacheFusion體系結構直接地利用新節(jié)點的CPU和內存資源。DBA無需用手工對數(shù)據重新分區(qū)。這個優(yōu)點是這種體系結構的副產品，因為有透明度的數(shù)據存取是CacheFusion的一項基本功能.CacheFusion體系機構自動適應快速變化的電子商務需求及隨之而來的工作負荷的改變°DBA也不必因為工作負荷變化而對數(shù)據進行手工的重新分區(qū).RealApplicationClusters通過動態(tài)地重新分配數(shù)據庫資源，從而在節(jié)點之間用最小化的磁盤I/O和低的延遲通信來優(yōu)化利用集群系統(tǒng)資源。這使得RealApplicationClusters可以從容實現(xiàn)增加的應用吞吐量和優(yōu)化的響應時間。高可用性RealApplicationClusters提供了真正的高可用性解決方案，關鍵的突破是在大多數(shù)數(shù)據庫恢復期間能提供完整的數(shù)據庫訪問。這使得RealApplicationClusters成為電子商務應用所要求的24x7可用性的最佳平臺。RealApplicationClusters在高可用性上在三個關鍵領域勝出：＞提供了數(shù)據庫恢復期間的數(shù)據塊訪問＞透明的失效轉移對最終用戶屏蔽了系統(tǒng)失效＞N—1節(jié)點失效的容錯能力只要有一個數(shù)據庫節(jié)點幸存，RealApplicationClusters就能夠提供完全的數(shù)據庫訪問和相對不間斷的操作。可管理性RealApplicationClusters實現(xiàn)了真正意義上的一個單系統(tǒng)訪問數(shù)據庫，它提供了從任何節(jié)點到所有磁盤設備和遠程高速緩存進行無縫數(shù)據訪問的能力.此單系統(tǒng)映像延伸到所有數(shù)據庫管理操作.安裝、配置、備份、升級以及監(jiān)控等操作只需進行一次，然后會自動發(fā)布到集群中所有節(jié)點上去.各種Oracle工具（如OracleUniversalInstaller、DatabaseConfigurationAssistant以及RecoveryManager）將發(fā)現(xiàn)集群數(shù)據塊中所有不同的節(jié)點并以它們?yōu)槟繕朔峙浣o想得到的任務。在Oracle11g的RealApplication