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服務(wù)器集群簡(jiǎn)介
一旦在服務(wù)器上安裝并運(yùn)行了集群服務(wù)，該服務(wù)器即可加入群集。集群化操作可以減少單點(diǎn)故障數(shù)量，并且實(shí)現(xiàn)了群集化資源的高可用性。下述各節(jié)簡(jiǎn)要介紹了群集創(chuàng)建和集群操作中的節(jié)點(diǎn)行為。[1]
注意：有關(guān)安裝群集服務(wù)器的信息，請(qǐng)參閱 Windows server 2003產(chǎn)品家族的幫助和部署指南。
關(guān)于Windows Server 2003的企業(yè)版和Datacenter版都可以支持最大達(dá)8個(gè)節(jié)點(diǎn)的集群配置;其典型的特征是可為數(shù)據(jù)庫(kù)、消息系統(tǒng)、文件與打印服務(wù)這些關(guān)鍵業(yè)務(wù)應(yīng)用，提供高可用性和可擴(kuò)展性，在集群中的多個(gè)服務(wù)器(節(jié)點(diǎn))保持不間斷的聯(lián)系。即是說(shuō)如果在集群中的某一節(jié)點(diǎn)因出錯(cuò)或維護(hù)不可用時(shí)，另一節(jié)點(diǎn)會(huì)立刻提供服務(wù)，以實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)。正在訪問(wèn)服務(wù)的用戶可以繼續(xù)訪問(wèn)，而不會(huì)察覺(jué)到服務(wù)已經(jīng)由另一臺(tái)服務(wù)器(節(jié)點(diǎn))提供。[2]
創(chuàng)建群集
在服務(wù)器群集產(chǎn)品中含有用來(lái)在服務(wù)器上安裝群集軟件和創(chuàng)建新群集的群集安裝實(shí)用工具。創(chuàng)建新群集時(shí)，首先在選擇作為群集的第一個(gè)成員的計(jì)算機(jī)上運(yùn)行該實(shí)用工具。第一步是確定群集名稱并創(chuàng)建群集數(shù)據(jù)庫(kù)和初始的群集成員列表來(lái)定義新群集。 Windows server 2003 群集新增了一個(gè)群集管理設(shè)置向?qū)б约笆褂?cluster.exe命令行界面創(chuàng)建（ 包括從遠(yuǎn)程創(chuàng)建 ）群集的功能。
創(chuàng)建群集的第二步是，添加可供所有群集成員使用的共用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備。這樣，創(chuàng)建的新群集將帶有一個(gè)節(jié)點(diǎn)、自己的本地?cái)?shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備以及群集共用資源 —— 通常是磁盤或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和連接介質(zhì)資源。
創(chuàng)建群集的最后一步是，在另外將要成為群集成員的每一臺(tái)計(jì)算機(jī)上運(yùn)行安裝實(shí)用工具。每當(dāng)將新節(jié)點(diǎn)添加到群集中時(shí)，新節(jié)點(diǎn)都會(huì)自動(dòng)從群集的原始成員獲得現(xiàn)有群集數(shù)據(jù)庫(kù)的副本。當(dāng)節(jié)點(diǎn)加入或形成群集時(shí)，群集服務(wù)會(huì)更新該節(jié)點(diǎn)私有的配置數(shù)據(jù)庫(kù)副本。
形成群集
如果服務(wù)器運(yùn)行了群集服務(wù)并且無(wú)法找到群集中的其它節(jié)點(diǎn)，它自己可以形成一個(gè)群集。要形成群集，節(jié)點(diǎn)必須能夠獲得對(duì)仲裁資源的獨(dú)占權(quán)。
當(dāng)最初形成群集時(shí)，群集中的第一個(gè)節(jié)點(diǎn)將包括群集配置數(shù)據(jù)庫(kù)。每當(dāng)有新節(jié)點(diǎn)加入群集時(shí)，新節(jié)點(diǎn)都會(huì)在本地獲得并保持群集配置數(shù)據(jù)庫(kù)的副本。仲裁資源用恢復(fù)日志（其中含有同節(jié)點(diǎn)無(wú)關(guān)的群集配置和狀態(tài)數(shù)據(jù)）的形式存儲(chǔ)配置數(shù)據(jù)庫(kù)的最新版本。
在群集運(yùn)行中，群集服務(wù)使用仲裁恢復(fù)日志執(zhí)行以下操作 ：
保證只有一組活動(dòng)、可相互通訊的節(jié)點(diǎn)才能形成群集
僅當(dāng)某個(gè)節(jié)點(diǎn)可以獲得對(duì)仲裁資源的控制權(quán)時(shí) ， 才允許它形成群集
僅當(dāng)某個(gè)節(jié)點(diǎn)可以同控制仲裁資源的節(jié)點(diǎn)通訊時(shí) ， 才允許它加入或留在現(xiàn)有群集中
集群服務(wù)的狀態(tài)
從群集中的其它節(jié)點(diǎn)和群集服務(wù)管理接口的角度看，當(dāng)形成群集時(shí)，群集中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)可能處于三種不同狀態(tài)中的一種。事件處理器會(huì)記錄這些狀態(tài)，而事件日志管理器會(huì)將這些狀態(tài)復(fù)制到群集的其它節(jié)點(diǎn)。群集服務(wù)狀態(tài)包括：
脫機(jī)。此時(shí)的節(jié)點(diǎn)不是完全有效的群集成員。該節(jié)點(diǎn)及其群集服務(wù)器可能在運(yùn)行，也可能未運(yùn)行。
聯(lián)機(jī)。此時(shí)的節(jié)點(diǎn)是完全有效的群集成員。它遵從群集數(shù)據(jù)庫(kù)的更新、對(duì)仲裁算法施加自己的影響、維護(hù)心跳通訊，并可以擁有和運(yùn)行資源組。
暫停。它只能支持它當(dāng)前已擁有的那些資源組。之所以提供暫停狀態(tài)，是為了允許執(zhí)行某些維護(hù)。大多數(shù)服務(wù)器群集組件會(huì)將聯(lián)機(jī)和暫停視為等價(jià)的狀態(tài)。
優(yōu)勢(shì)
一、集群系統(tǒng)可解決所有的服務(wù)器硬件故障，當(dāng)某一臺(tái)服務(wù)器出現(xiàn)任何故障，如：硬盤、內(nèi)存、CPU、主板、I/O板以及電源故障，運(yùn)行在這臺(tái)服務(wù)器上的應(yīng)用就會(huì)切換到其它的服務(wù)器上。
二、集群系統(tǒng)可解決軟件系統(tǒng)問(wèn)題，我們知道，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，用戶所使用的是應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)，而應(yīng)用系統(tǒng)運(yùn)行在操作系統(tǒng)之上，操作系統(tǒng)又運(yùn)行在服務(wù)器上。這樣，只要應(yīng)用系統(tǒng)、操作系統(tǒng)、服務(wù)器三者中的任何一個(gè)出現(xiàn)故障，系統(tǒng)實(shí)際上就停止了向客戶端提供服務(wù)，比如我們常見(jiàn)的軟件死機(jī)，就是這種情況之一，盡管服務(wù)器硬件完好，但服務(wù)器仍舊不能向客戶端提供服務(wù)。而集群的最大優(yōu)勢(shì)在于對(duì)故障服務(wù)器的監(jiān)控是基于應(yīng)用的，也就是說(shuō)，只要服務(wù)器的應(yīng)用停止運(yùn)行，其它的相關(guān)服務(wù)器就會(huì)接管這個(gè)應(yīng)用，而不必理會(huì)應(yīng)用停止運(yùn)行的原因是什么。
三、集群系統(tǒng)可以解決人為失誤造成的應(yīng)用系統(tǒng)停止工作的情況，例如，當(dāng)管理員對(duì)某臺(tái)服務(wù)器操作不當(dāng)導(dǎo)致該服務(wù)器停機(jī)，因此運(yùn)行在這臺(tái)服務(wù)器上的應(yīng)用系統(tǒng)也就停止了運(yùn)行。由于集群是對(duì)應(yīng)用進(jìn)行監(jiān)控，因此其它的相關(guān)服務(wù)器就會(huì)接管這個(gè)應(yīng)用。
缺點(diǎn)
我們知道集群中的應(yīng)用只在一臺(tái)服務(wù)器上運(yùn)行，如果這個(gè)應(yīng)用出現(xiàn)故障，其它的某臺(tái)服務(wù)器會(huì)重新啟動(dòng)這個(gè)應(yīng)用，接管位于共享磁盤柜上的數(shù)據(jù)區(qū)，進(jìn)而使應(yīng)用重新正常運(yùn)轉(zhuǎn)。我們知道整個(gè)應(yīng)用的接管過(guò)程大體需要三個(gè)步驟：偵測(cè)并確認(rèn)故障、后備服務(wù)器重新啟動(dòng)該應(yīng)用、接管共享的數(shù)據(jù)區(qū)。因此在切換的過(guò)程中需要花費(fèi)一定的時(shí)間，原則上根據(jù)應(yīng)用的大小不同切換的時(shí)間也會(huì)不同，越大的應(yīng)用切換的時(shí)間越長(zhǎng)。
加入群集
尋找
如果一個(gè)服務(wù)器要加入現(xiàn)有群集 ， 則它必須運(yùn)行群集服務(wù)并且必須成功找到群集中的其它節(jié)點(diǎn)。在找到其它節(jié)點(diǎn)后，加入的服務(wù)器必須接受群集成員資格驗(yàn)證，并獲得群集配置數(shù)據(jù)庫(kù)的副本。
條件
加入現(xiàn)有群集的過(guò)程開(kāi)始于 Windows Server 2003 或 Windows 2000 Service Control Manager 在節(jié)點(diǎn)上啟動(dòng)群集服務(wù)之時(shí)。在啟動(dòng)過(guò)程中，群集服務(wù)會(huì)配置并裝入該節(jié)點(diǎn)的本地?cái)?shù)據(jù)設(shè)備。它并不會(huì)試圖將共用的群集數(shù)據(jù)設(shè)備作為節(jié)點(diǎn)聯(lián)機(jī)，因?yàn)楝F(xiàn)有群集可能正在使用這些設(shè)備。
過(guò)程
為了查找其它節(jié)點(diǎn) ， 會(huì)啟動(dòng)一個(gè)發(fā)現(xiàn)過(guò)程。當(dāng)節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)任何群集成員時(shí)，它將執(zhí)行身份驗(yàn)證序列。第一個(gè)群集成員會(huì)對(duì)新加入者進(jìn)行身份驗(yàn)證，并且在新服務(wù)器得到成功驗(yàn)證后返回成功狀態(tài)。如果驗(yàn)證不成功（未能識(shí)別待加入節(jié)點(diǎn)的群集成員身份，或者它使用了無(wú)效的帳戶密碼），則加入群集的請(qǐng)求會(huì)被拒絕。
驗(yàn)證
進(jìn)行成功驗(yàn)證后，首先聯(lián)機(jī)的群集節(jié)點(diǎn)會(huì)檢查加入節(jié)點(diǎn)上的配置數(shù)據(jù)庫(kù)副本。如果該副本已過(guò)時(shí)，對(duì)加入服務(wù)器進(jìn)行驗(yàn)證的群集節(jié)點(diǎn)會(huì)為加入的服務(wù)器發(fā)送該數(shù)據(jù)庫(kù)的更新副本。剛加入群集的節(jié)點(diǎn)在收到復(fù)制的數(shù)據(jù)庫(kù)后，可以用它查找共享資源并根據(jù)需要將它們聯(lián)機(jī)。
脫離群集
當(dāng)節(jié)點(diǎn)關(guān)閉或群集服務(wù)被停止時(shí)，節(jié)點(diǎn)可能脫離群集。但當(dāng)節(jié)點(diǎn)不執(zhí)行群集操作（比如不向群集配置數(shù)據(jù)庫(kù)提交更新）時(shí)，節(jié)點(diǎn)也可能被迫脫離（被逐出）群集。
如果節(jié)點(diǎn)根據(jù)預(yù)先的計(jì)劃脫離群集，它會(huì)向其它所有節(jié)點(diǎn)成員發(fā)送 ClusterExit 消息，通知它們它將脫離群集。該節(jié)點(diǎn)不等待任何響應(yīng)就會(huì)立即進(jìn)行關(guān)閉資源和所有群集連接的操作。由于其余節(jié)點(diǎn)收到了退出消息，因此它們不會(huì)執(zhí)行在節(jié)點(diǎn)意外失效或網(wǎng)絡(luò)通訊停止時(shí)發(fā)生的重新分組過(guò)程以重新確立群集成員身份。
方法
有兩種常用的服務(wù)器集群方法，一種是將備份服務(wù)器連接在主服務(wù)器上,當(dāng)主服務(wù)器發(fā)生故障時(shí),備份服務(wù)器才投入運(yùn)行,把主服務(wù)器上所有任務(wù)接管過(guò)來(lái)。另一種方法是將多臺(tái)服務(wù)器連接,這些服務(wù)器一起分擔(dān)同樣的應(yīng)用和數(shù)據(jù)庫(kù)計(jì)算任務(wù),改善關(guān)鍵大型應(yīng)用的響應(yīng)時(shí)間。同時(shí),每臺(tái)服務(wù)器還承擔(dān)一些容錯(cuò)任務(wù),一旦某臺(tái)服務(wù)器出現(xiàn)故障時(shí),系統(tǒng)可以在系統(tǒng)軟件的支持下,將這臺(tái)服務(wù)器與系統(tǒng)隔離,并通過(guò)各服務(wù)器的負(fù)載轉(zhuǎn)嫁機(jī)制完成新的負(fù)載分配。PC服務(wù)器中較為常見(jiàn)的是兩臺(tái)服務(wù)器的集群,UNIX系統(tǒng)可支持8臺(tái)服務(wù)器的集群系統(tǒng),康柏的專用系統(tǒng)OpenVMS可支持多達(dá)96臺(tái)服務(wù)器的集群系統(tǒng)。
集群的特點(diǎn)
在集群系統(tǒng)中，所有的計(jì)算機(jī)擁有一個(gè)共同的名稱，集群內(nèi)任一系統(tǒng)上運(yùn)行的服務(wù)可被所有的網(wǎng)絡(luò)客戶所使用。集群必須可以協(xié)調(diào)管理各分離組件的錯(cuò)誤和失敗，并可透明的向集群中加入組件。用戶的公共數(shù)據(jù)被放置到了共享的磁盤柜中，應(yīng)用程序被安裝到了所有的服務(wù)器上，也就是說(shuō)，在集群上運(yùn)行的應(yīng)用需要在所有的服務(wù)器上安裝一遍。當(dāng)集群系統(tǒng)在正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，應(yīng)用只在一臺(tái)服務(wù)器上運(yùn)行，并且只有這臺(tái)服務(wù)器才能操縱該應(yīng)用在共享磁盤柜上的數(shù)據(jù)區(qū)，其它的服務(wù)器監(jiān)控這臺(tái)服務(wù)器，只要這臺(tái)服務(wù)器上的應(yīng)用停止運(yùn)行（無(wú)論是硬件損壞、操作系統(tǒng)死機(jī)、應(yīng)用軟件故障，還是人為誤操作造成的應(yīng)用停止運(yùn)行），其它的服務(wù)器就會(huì)接管這臺(tái)服務(wù)器所運(yùn)行的應(yīng)用，并將共享磁盤柜上的相應(yīng)數(shù)據(jù)區(qū)接管過(guò)來(lái)。其接管過(guò)程如下圖所示（以應(yīng)用A為例）：
1.應(yīng)用A正常工作時(shí)；
2.應(yīng)用A停止工作后，其它的備用服務(wù)器將該應(yīng)用接管過(guò)來(lái)。 具體接管過(guò)程分三部執(zhí)行： a.系統(tǒng)接管 b.加載應(yīng)用 c.客戶端連接
集群技術(shù)的分類
高可用集群
高可用集群的英文全稱是High Availability，簡(jiǎn)稱HA cluster。高可用的含義是最大限度地可以使用。從集群的名字上可以看出，此類集群實(shí)現(xiàn)的功能是保障用戶的應(yīng)用程序持久、不間斷地提供服務(wù)。
負(fù)載均衡集群
負(fù)載均衡集群也是由兩臺(tái)或者兩臺(tái)以上的服務(wù)器組成。分為前端負(fù)載調(diào)度和后端服務(wù)兩個(gè)部分。負(fù)載調(diào)度部分負(fù)責(zé)把客戶端的請(qǐng)求按照不同的策略分配給后端服務(wù)節(jié)點(diǎn)，而后端節(jié)點(diǎn)是真正提供應(yīng)用程序服務(wù)的部分。與HA Cluster不同的是，負(fù)載均衡集群中，所有的后端節(jié)點(diǎn)都處于活動(dòng)動(dòng)態(tài)，它們都對(duì)外提供服務(wù)，分?jǐn)傁到y(tǒng)的工作負(fù)載。
科學(xué)計(jì)算集群
高性能計(jì)算集群，簡(jiǎn)稱HPC集群。這類集群致力于提供單個(gè)計(jì)算機(jī)所不能提供的強(qiáng)大計(jì)算能力，包括數(shù)值計(jì)算和數(shù)據(jù)處理，并且傾向于追求綜合性能。HPC與超級(jí)計(jì)算類似，但是又有不同，計(jì)算速度是超級(jí)計(jì)算追求的第一目標(biāo)。最快的速度、最大的存儲(chǔ)、最龐大的體積、最昂貴的價(jià)格代表了超級(jí)計(jì)算的特點(diǎn)。隨著人們對(duì)計(jì)算速度需求的提高，超級(jí)計(jì)算也應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域，對(duì)超級(jí)計(jì)算追求單一計(jì)算速度指標(biāo)轉(zhuǎn)變?yōu)樽非蟾咝阅艿木C合指標(biāo)，即高性能計(jì)算。
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