Linux操作系统下集群技术的应用

一、 集群的定义

集群是一组协同工作的服务集合，用来提供比单一服务更稳定、更高效、更具扩展性的服务平台，在外界看来，集群就是一个独立的服务实体，但实际上，在集群的内部，有两个或两个以上的服务实体在协调、配合完成一系列复杂的工作。

集群一般有两个或两个以上的服务器组建而成，每个服务器被称为一个集群节点，集群节点之间可以相互通信，通信的方式有两种，一种是基于RS232线的心跳监控，另一种是用一块单独的网卡来跑心跳，因而，集群具有节点间服务状态监控功能，同时还必须具有服务实体的扩展功能，可以灵活的增加和剔除某个服务实体。

在集群中，同样的服务可以由多个服务实体提供。因而，当一个节点出现故障时，集群的另一个节点可以自动接管故障节点的资源，从而保证服务持久、不间断运行。因而集群具有故障自动转移功能。

一个集群系统必须拥有共享的数据存储，因为集群对外提供的服务是一致的，任何一个集群节点运行一个应用时，应用的数据都集中存储在节点共享空间内，而每个节点的操作系统上仅运行应用的服务，同时存储应用程序文件。

综上所述，构建一个集群系统至少需要两台服务器，同时还需要有串口线、集群软件、共享存储设备(例如磁盘阵列)等。

基于Linux的集群以其极高的计算能力、可扩展性、可用性及更加优化的性价比在企业各种应用中脱颖而出。 成为目前大家都关心的Linux应用热点，熟练掌握Linux集群知识，可以用低价格做出高性能的应用。为企业、个人节省了成本。国内大型网站新浪、网易等都采用了linux集群系统构建高性能web应用，着名搜索引擎google采用了上万台linux服务器组成了一个超大集群，这些实例都说明了集群在 linux应用中的地位和重要性。

二、 集群的特点与功能

2.1 高可用性与可扩展性

1.高可用性

对于一些实时性很强的应用系统，必须保证服务的24小时不间断运行，而由于软件、硬件、网络、人为等各种原因，单一的服务运行环境很难达到这种要求，此时构建一个集群系统是个不错的选择，构建集群的一个最大优点是集群具有高可用性，在服务出现故障时，集群系统可以自动将服务从故障节点切换到另一个备用节点，从而提供不间断性服务，保证了业务的持续运行。

2.可扩展性

随着业务量的加大，现有的集群服务实体不能满足需求时，可以向此集群中动态的加入一个或多个服务节点，从而满足应用的需要，增强集群的整体性能。这就是集群的可扩展性。

2.2 负载均衡与错误恢复

1.负载均衡

集群系统最大的特点是可以灵活、有效的分担系统负载，通过集群自身定义的负载分担策略，将客户端的访问分配到下面的各个服务节点，例如，可以定义轮询分配策略，将请求平均的分配到各个服务节点，还可以定义最小负载分配策略，当一个请求进来时，集群系统判断哪个服务节点比较清闲，就将此请求分发到这个节点。

2.错误恢复

当一个任务在一个节点上还没有完成时，由于某种原因，执行失败，此时，另一个服务节点应该能接着完成此任务，这就是集群提供的错误恢复功能，通过错误的重定向，保证了每个执行任务都能有效的完成。

2.3心跳检测与漂移IP

1.心跳监测

为了能实现负载均衡、提供高可用服务和执行错误恢复，集群系统提供了心跳监测技术，心跳监测是通过心跳线实现的，可以做心跳线的设备有RS 232串口线，也可以用独立的一块网卡来跑心跳，还可以是共享磁盘阵列等，心跳线的数量应该为集群节点数减1,需要注意的是，如果通过网卡来做心跳的话，每个节点需要两块网卡，其中，一块作为私有网络直接连接到对方机器相应的网卡，用来监测对方心跳。另外一块连接到公共网络对外提供服务，同时心跳网卡和服务网卡的IP地址尽量不要在一个网段内。心跳监控的效率直接影响故障切换时间的长短，集群系统正是通过心跳技术保持着节点间的内部有效通信。