服务器集群的集群的特点

在集群系统中，所有的计算机拥有一个共同的名称，集群内任一系统上运行的服务可被所有的网络客户所使用。集群必须可以协调管理各分离组件的错误和失败，并可透明的向集群中加入组件。用户的公共数据被放置到了共享的磁盘柜中，应用程序被安装到了所有的服务器上，也就是说，在集群上运行的应用需要在所有的服务器上安装一遍。当集群系统在正常运转时，应用只在一台服务器上运行，并且只有这台服务器才能操纵该应用在共享磁盘柜上的数据区，其它的服务器监控这台服务器，只要这台服务器上的应用停止运行（无论是硬件损坏、操作系统死机、应用软件故障，还是人为误操作造成的应用停止运行），其它的服务器就会接管这台服务器所运行的应用，并将共享磁盘柜上的相应数据区接管过来。其接管过程如下图所示（以应用A为例）：

1应用A正常工作时；

2应用A停止工作后，其它的备用服务器将该应用接管过来。 具体接管过程分三部执行： a系统接管 b加载应用 c客户端连接

程序员们都希望能通过自己的努力学习，技术提升，拿到更好的收入，技术提升和高收入虽然不是轻易就能实现的，但总是有章可循。

一个成熟的大型网站（如淘宝、京东等）的系统架构并不是开始设计就具备完整的高性能、高可用、安全等特性，它总是随着用户量的增加，业务功能的扩展逐渐演变完善的，在这个过程中，开发模式、技术架构、设计思想也发生了很大的变化，就连技术人员也从几个人发展到一个部门甚至一条产品线。所以成熟的系统架构是随业务扩展而完善出来的，并不是一蹴而就；不同业务特征的系统，会有各自的侧重点，例如淘宝，要解决海量的商品信息的搜索、下单、支付，例如腾讯，要解决数亿的用户实时消息传输，百度它要处理海量的搜索请求，他们都有各自的业务特性，系统架构也有所不同。尽管如此我们也可以从这些不同的网站背景下，找出其中共用的技术，这些技术和手段可以广泛运行在大型网站系统的架构中，下面就通过介绍大型网站系统的演化过程，来认识这些技术和手段。

一、最开始的网站架构

最初的架构，应用程序、数据库、文件都部署在一台服务器上，如图：

二、应用、数据、文件分离

随着业务的扩展，一台服务器已经不能满足性能需求，故将应用程序、数据库、文件各自部署在独立的服务器上，并且根据服务器的用途配置不同的硬件，达到最佳的性能效果。

三、利用缓存改善网站性能

在硬件优化性能的同时，同时也通过软件进行性能优化，在大部分的网站系统中，都会利用缓存技术改善系统的性能，使用缓存主要源于热点数据的存在，大部分网站访问都遵循28原则（即80%的访问请求，最终落在20%的数据上），所以我们可以对热点数据进行缓存，减少这些数据的访问路径，提高用户体验。

缓存实现常见的方式是本地缓存、分布式缓存。当然还有CDN、反向代理等，这个后面再讲。本地缓存，顾名思义是将数据缓存在应用服务器本地，可以存在内存中，也可以存在文件，OSCache就是常用的本地缓存组件。本地缓存的特点是速度快，但因为本地空间有限所以缓存数据量也有限。分布式缓存的特点是，可以缓存海量的数据，并且扩展非常容易，在门户类网站中常常被使用，速度按理没有本地缓存快，常用的分布式缓存是Memcached、Redis。

四、使用集群改善应用服务器性能

应用服务器作为网站的入口，会承担大量的请求，我们往往通过应用服务器集群来分担请求数。应用服务器前面部署负载均衡服务器调度用户请求，根据分发策略将请求分发到多个应用服务器节点。

常用的负载均衡技术硬件的有F5，价格比较贵，软件的有LVS、Nginx、HAProxy。LVS是四层负载均衡，根据目标地址和端口选择内部服务器，Nginx是七层负载均衡和HAProxy支持四层、七层负载均衡，可以根据报文内容选择内部服务器，因此LVS分发路径优于Nginx和HAProxy，性能要高些，而Nginx和HAProxy则更具配置性，如可以用来做动静分离（根据请求报文特征，选择静态资源服务器还是应用服务器）。

五、数据库读写分离和分库分表

随着用户量的增加，数据库成为最大的瓶颈，改善数据库性能常用的手段是进行读写分离以及分表，读写分离顾名思义就是将数据库分为读库和写库，通过主备功能实现数据同步。分库分表则分为水平切分和垂直切分，水平切换则是对一个数据库特大的表进行拆分，例如用户表。垂直切分则是根据业务不同来切换，如用户业务、商品业务相关的表放在不同的数据库中。

六、使用CDN和反向代理提高网站性能

假如我们的服务器都部署在成都的机房，对于四川的用户来说访问是较快的，而对于北京的用户访问是较慢的，这是由于四川和北京分别属于电信和联通的不同发达地区，北京用户访问需要通过互联路由器经过较长的路径才能访问到成都的服务器，返回路径也一样，所以数据传输时间比较长。对于这种情况，常常使用CDN解决，CDN将数据内容缓存到运营商的机房，用户访问时先从最近的运营商获取数据，这样大大减少了网络访问的路径。比较专业的CDN运营商有蓝汛、网宿。

而反向代理，则是部署在网站的机房，当用户请求达到时首先访问反向代理服务器，反向代理服务器将缓存的数据返回给用户，如果没有没有缓存数据才会继续走应用服务器获取，也减少了获取数据的成本。反向代理有Squid，Nginx。

七、使用分布式文件系统

用户一天天增加，业务量越来越大，产生的文件越来越多，单台的文件服务器已经不能满足需求。需要分布式的文件系统支撑。常用的分布式文件系统有NFS。

八、使用NoSql和搜索引擎

对于海量数据的查询，我们使用nosql数据库加上搜索引擎可以达到更好的性能。并不是所有的数据都要放在关系型数据中。常用的NOSQL有mongodb和redis，搜索引擎有lucene。

九、将应用服务器进行业务拆分

随着业务进一步扩展，应用程序变得非常臃肿，这时我们需要将应用程序进行业务拆分，如百度分为新闻、网页、等业务。每个业务应用负责相对独立的业务运作。业务之间通过消息进行通信或者同享数据库来实现。

十、搭建分布式服务

这时我们发现各个业务应用都会使用到一些基本的业务服务，例如用户服务、订单服务、支付服务、安全服务，这些服务是支撑各业务应用的基本要素。我们将这些服务抽取出来利用分部式服务框架搭建分布式服务。淘宝的Dubbo是一个不错的选择。

大型网站的架构是根据业务需求不断完善的，根据不同的业务特征会做特定的设计和考虑，本文只是讲述一个常规大型网站会涉及的一些技术和手段。

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很多组织机构慢慢的在不同的服务器和地点部署SQL Server数据库——为各种应用和目的——开始考虑通过SQL Server集群的方式来合并。

将SQL Server实例和数据库合并到一个中心的地点可以减低成本，尤其是维护和软硬件许可证。此外，在合并之后，可以减低所需机器的数量，这些机器就可以用于备用。

当寻找一个备用，比如高可用性的环境，企业常常决定部署Microsoft的集群架构。我常常被问到小的集群(由较少的节点组成)SQL Server实例和作为中心解决方案的大的集群哪一种更好。在我们比较了这两个集群架构之后，我让你们自己做决定。

什么是Microsoft集群服务器

MSCS是一个Windows Server企业版中的内建功能。这个软件支持两个或者更多服务器节点连接起来形成一个“集群”，来获得更高的可用性和对数据和应用更简便的管理。MSCS可以自动的检查到服务器或者应用的失效，并从中恢复。你也可以使用它来(手动)移动服务器之间的负载来平衡利用率以及无需停机时间来调度计划中的维护任务。

这种集群设计使用软件“心跳”来检测应用或者服务器的失效。在服务器失效的事件中，它会自动将资源(比如磁盘和IP地址)的所有权从失效的服务器转移到活动的服务器。注意还有方法可以保持心跳连接的更高的可用性，比如站点全面失效的情况下。

MSCS不要求在客户计算机上安装任何特殊软件，因此用户在灾难恢复的经历依赖于客户-服务器应用中客户一方的本质。客户的重新连接常常是透明的，因为MSCS在相同的IP地址上重启应用、文件共享等等。进一步，为了灾难恢复，集群的节点可以处于分离的、遥远的地点。

在集群服务器上的SQL Server

SQL Server 2000可以配置为最多4个节点的集群，而SQL Server 2005可以配置为最多8个节点的集群。当一个SQL Server实例被配置为集群之后，它的磁盘资源、IP地址和服务就形成了集群组来实现灾难恢复。

SQL Server 2000允许在一个集群上安装16个实例。根据在线帮助，“SQL Server 2005在一个服务器或者处理器上可以支持最多50个SQL Server实例，”但是，“只能使用25个硬盘驱动器符，因此如果你需要更多的实例，那么需要预先规划。”

注意SQL Server实例的灾难恢复阶段是指SQL Server服务开始所需要的时间，这可能从几秒钟到几分钟。如果你需要更高的可用性，考虑使用其他的方法，比如log shipping和数据库镜像。

单个的大的SQL Server集群还是小的集群

下面是大的、由更多的节点组成的集群的优点：

◆更高的可用新(更多的节点来灾难恢复)。

◆更多的负载均衡选择(更多的节点)。

◆更低廉的维护成本。

◆增长的敏捷性。多达4个或者8个节点，依赖于SQL版本。

◆增强的管理性和简化环境(需要管理的少了)。

◆更少的停机时间(灾难恢复更多的选择)。

◆灾难恢复性能不受集群中的节点数目影响。

下面是单个大的集群的缺点：

◆集群节点数目有限(如果需要第9个节点怎么办)。

◆在集群中SQL实例数目有限。

◆没有对失效的防护——如果磁盘阵列失效了，就不会发生灾难恢复。

◆使用灾难恢复集群，无法在数据库级别或者数据库对象级别，比如表，创建灾难恢复集群。

虚拟化和集群

虚拟机也可以参与到集群中，虚拟和物理机器可以集群在一起，不会发生问题。SQL Server实例可以在虚拟机上，但是性能可能会受用影响，这依赖于实例所消耗的资源。在虚拟机上安装SQL Server实例之前，你需要进行压力测试来验证它是否可以承受必要的负载。

在这种灵活的架构中，如果虚拟机和物理机器集群在一起，你可以在虚拟机和物理机器之间对SQL Server进行负载均衡。比如，使用虚拟机上的SQL Server实例开发应用。然后在你需要对开发实例进行压力测试的时候，将它灾难恢复到集群中更强的物理机器上。

集群服务器可以用于SQL Server的高可用性、灾难恢复、可扩展性和负载均衡。单个更大的、由更多的节点组成的集群往往比小的、只有少数节点的集群更好。大个集群允许更灵活环境，为了负载均衡和维护，实例可以从一个节点移动到另外的节点。

一、集群的基本概念

有一种常见的方法可以大幅提高服务器的安全性，这就是集群。

Cluster集群技术可如下定义：一组相互独立的服务器在网络中表现为单一的系统，并以单一系统的模式加以管理。此单一系统为客户工作站提供高可靠性的服务。

大多数模式下，集群中所有的计算机拥有一个共同的名称，集群内任一系统上运行的服务可被所有的网络客户所使用。Cluster必须可以协调管理各分离的组件的错误和失败，并可透明地向Cluster中加入组件。

一个Cluster包含多台（至少二台）拥有共享数据存储空间的服务器。任何一台服务器运行一个应用时，应用数据被存储在共享的数据空间内。每台服务器的操作系统和应用程序文件存储在其各自的本地储存空间上。

Cluster内各节点服务器通过一内部局域网相互通讯。当一台节点服务器发生故障时，这台服务器上所运行的应用程序将在另一节点服务器上被自动接管。当一个应用服务发生故障时，应用服务将被重新启动或被另一台服务器接管。当以上任一故障发生时，客户将能很快连接到新的应用服务上。

二、集群的硬件配置

镜像服务器双机

集群中镜像服务器双机系统是硬件配置最简单和价格最低廉的解决方案，通常镜像服务的硬件配置需要两台服务器，在每台服务器有独立操作系统硬盘和数据存贮硬盘，每台服务器有与客户端相连的网卡，另有一对镜像卡或完成镜像功能的网卡。

镜像服务器具有配置简单，使用方便，价格低廉诸多优点，但由于镜像服务器需要采用网络方式镜像数据，通过镜像软件实现数据的同步，因此需要占用网络服务器的CPU及内存资源，镜像服务器的性能比单一服务器的性能要低一些。

有一些镜像服务器集群系统采用内存镜像的技术，这个技术的优点是所有的应用程序和网络操作系统在两台服务器上镜像同步，当主机出现故障时，备份机可以在几乎没有感觉的情况下接管所有应用程序。因为两个服务器的内存完全一致，但当系统应用程序带有缺陷从而导致系统宕机时，两台服务器会同步宕机。这也是内存镜像卡或网卡实现数据同步，在大数据量读写过程中两台服务器在某些状态下会产生数据不同步，因此镜像服务器适合那些预算较少、对集群系统要求不高的用户。

硬件配置范例：

网络服务器 两台

服务器操作系统硬盘 两块

服务器数据存贮硬盘 视用户需要确定

服务器镜像卡（部分软件可使用标准网卡） 两块

网络服务网卡 两块三、双机与磁盘阵列柜

与镜像服务器双机系统相比，双机与磁盘阵列柜互联结构多出了第三方生产的磁盘阵列柜，目前，豪威公司、精业公司等许多公司都生产有磁盘阵列柜，在磁盘阵列柜中安装有磁盘阵列控制卡，阵列柜可以直接将柜中的硬盘配置成为逻辑盘阵。磁盘阵列柜通过SCSI电缆与服务器上普通SCSI卡相连，系统管理员需直接在磁盘柜上配置磁盘阵列。

双机与磁盘阵列柜互联结构不采用内存镜像技术，因此需要有一定的切换时间（通常为60？D？D180秒），它可以有郊的避免由于应用程序自身的缺陷导致系统全部宕机，同时由于所有的数据全部存贮在中置的磁盘阵列柜中，当工作机出现故障时，备份机接替工作机，从磁盘阵列中读取数据，所以不会产生数据不同步的问题，由于这种方案不需要网络镜像同步，因此这种集群方案服务器的性能要比镜像服务器结构高出很多。

双机与磁盘阵列柜互联结构的缺点是在系统当中存在单点错的缺陷，所谓单点错是指当系统中某个部件或某个应用程序出现故障时，导致所有系统全部宕机。在这个系统中磁盘阵列柜是会导致单点错，当磁盘阵列柜出现逻辑或物理故障时，所有存贮的数据会全部丢失，因此，在选配这种方案时，需要选用一个品质与售后服务较好的产品。

硬件配置范例：

网络服务器 两台

服务器操作系统硬盘 两块

第三方生产的磁盘阵列柜 一台

磁盘柜专用SCSI电线 两根

磁盘阵列柜数据存贮硬盘 视用户需求确定

网络服务网卡 两块

除此之外，一些厂商还有更优秀的技术的解决方案，比如 HP

四、HP双机双控容错系统

HP NetServer为双机双控容错系统提供了高品质和高可靠的硬件基础……

HP双机双控容错系统结合了HP服务器产品的安全可靠性与Cluster技术的优点，相互配合二者的优势。

硬件配置范例：

HP L系统的网络服务器 两台

服务器操作系统硬盘 两块

HP硬盘存贮柜（SS/6，RS/8，RS/12） 一台

磁盘柜专用SCSI集群适配电缆 两根

磁盘柜数据存贮硬盘 视用户需求确定

HP集群专用阵列卡 两块

网络服务网卡 两块五、HP光纤通道双机双控集群系统

光纤通道是一种连接标准，可以作为SCSI的一种替代解决方案，光纤技术具有高带宽、抗电磁干扰、传输距离远、质量高、扩展能力强等特性，目前在FC-AL仲裁环路上可接入126个设备。

光纤设备提供了多种增强的连接技术，大大方便了用户使用。服务器系统可以通过光缆远程连接，最大可跨越10公里的距离。它允许镜像配置，这样可以改善系统的容错能力。服务器系统的规模将更加灵活多变。SCSI每条通道最多可连接15个设备，而光纤仲裁环路最多可以连接126个设备。

光纤集群系统组成：

HP光纤集群系统硬件设备包括有两台HP服务器（需支持光纤卡，目前有LC2000、LH3000、LH4、 LH6000、LT6000、LXr8000、LXR8500）及光纤适配卡，可以使用RS/12FC光纤磁盘阵列柜，需另加一对或两对网卡用于心跳检测和与客户端连接。在配置过程中还需另外选配光纤卡到光纤存贮设备的光纤电缆。

硬件配置：

HPL系统的网络服务器 两台

服务器操作系统硬盘 两块

HP光纤阵列存贮柜（RS/12FC） 一台

光纤磁盘柜专用光纤电缆 两根

光纤磁盘柜数据存贮硬盘 视用户需求确定

HP光纤适配卡 两块

网络服务网卡 两块

六、集群的软件配置

基于NT平台的集群软件

Microsoft的MSCS，也有许多第三方的专业软件公司开发的集群软件，如豪威的DATAWARE，VIN CA公司的STANDBY　SERVER，NSI公司的DOUBLE-TAKE

MS　WolfPack的特点

MS WolfPack是MS　Cluster server的别称，是 微软针对Cluster技术研制开发的双机软件。它集成在NT SERVER上，支持由二台机器组成的双机系统，提供一种高可用且易管理的应用环境。

主要特点：

自动检测和修复服务器或应用程序的错误

可实现对服务器中应用程序的切换

可通过TCP/IP连接各种客户端，如MS-DOS、WINDOWS　3X/9X/NT，Apple Macintosh、UNIX等

生产主机无需人工干涉即可自动恢复数据并接管任务

易管理性：

可自动审核服务器和应用程序的工作状态

可建立高可用性的应用程序、文件共享、打印请求等

可灵活设置应用程序和数据的恢复策略

简单操作即可进行应用程序的离线，重新再线，服务器间的迁移。

目前，WINDOWS 2000 Advanced Server与WINDOWS 2000 DataCenter Server都集成有更先进集群技术。

其它的网络操作系统平台上也有许多集群软件，比如：

基于novell平台的集群软件有Novell HA Server、Novell SFT III

基于sco UNIX平台的集群软件有Sentinel集群软件

基于Linux平台的集群软件有TurboCluster

七、集群技术的发展趋势

集群技术随着服务器硬件系统与网络操作系统的发展将会在可用性、高可靠性、系统冗余等方面逐步提高。未来的集群可以依靠集群文件系统实现对系统中的所有文件、设备和网络资源的全局访问，并且生成一个完整的系统映像。这样，无论应用程序在集群中的哪台服务器上，集群文件系统允许任何用户（远程或本地）都可以对这个软件进行访问。任何应用程序都可以访问这个集群任何文件。甚至在应用程序从一个节点转移到另一个节点的情况下，无需任何改动，应用程序就可以访问系统上的文件。

在今天，利用服务器的集群技术，通过周密计划和网络维护，系统破坏的机率是非常小的。所以，企业服务器的稳定必须使用集群技术。