古奮飛，王良俠，張莉

摘要：校園網(wǎng)絡中心作為整個校園局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹行臉屑~，必然會因流量增加而產(chǎn)生的性能及成本問題。從而采用Linux集群技術(shù)設計的校園網(wǎng)絡中心方案在此可以有效化解這種問題。該文主要介紹采用Linux集群技術(shù)構(gòu)建高性能、低成本校園網(wǎng)的方法和相關(guān)技術(shù)。

關(guān)鍵詞：Linux；集群；高性能；低成本

中圖分類號：TP393文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2012)02-0300-03

The Campus Web Solution which is Based on Low-cost, High-performance Linux Cluster

GU Fen-fei1,WANG Liang-xia1, ZHANG Li2

(1.Anhui Xinhua University，Hefei 230088,China；2.Hefei Furong Primary School, Hefei 230088,China)

Abstract: As the nerve centre of data transmission of the LAN on campus, the network centre often faces the problem of increasing cost caused by the growing network flow, which can be effectively solved by the campus network plan adopting Linux cluster technology. This paper introduces the method and related technology for establishing high performance and low cost LAN on campus with linux cluster technology.

Key words: Linux; clusters; performance; low-cost

隨著網(wǎng)絡應用和需求的不斷增加，往往會出現(xiàn)大規(guī)模的科學計算和數(shù)據(jù)處理，如校園vod視頻點播、多媒體課件、校園遠程教學等。這些應用都需要提供可靠的數(shù)據(jù)訪問，同時還要節(jié)省成本，許多高校都開始引入和使用高性能、低成本的集群系統(tǒng)。而基于Linux集群技術(shù)的校園網(wǎng)絡中心方案可以滿足這一需求。

1集群技術(shù)簡介

集群，是一系列具有獨自系統(tǒng)的計算機構(gòu)成一個松耦合的多處理器系統(tǒng)，它們之間通過網(wǎng)絡實現(xiàn)資源共享和通信。應用程序可以通過網(wǎng)絡共享內(nèi)存進行消息傳送，實現(xiàn)分布式計算機。集群的工作方式類似于人與人之間的協(xié)同工作。

簡單的說，集群（cluster）就是一組計算機，它們作為一個整體向用戶提供一組網(wǎng)絡資源。這些單個的計算機系統(tǒng)就是集群的節(jié)點（node）。一個理想的集群是，用戶是不會意識到集群系統(tǒng)底層的節(jié)點，在用戶看來，集群就是一個系統(tǒng)，而不是多個計算機系統(tǒng)。并且集群系統(tǒng)的管理員可以隨意增加和刪改集群系統(tǒng)的節(jié)點。

2 Linux集群技術(shù)在本方案中的應用

2.1設計思路

設計一個基于Linux的集群技術(shù)的校園網(wǎng)解決方案,打破傳統(tǒng)的以單機為主的校園網(wǎng)絡。以Linux集群技術(shù)為基礎(chǔ)，構(gòu)成一個高可用性、高可靠性、負載均衡的操作平臺。該平臺能夠以很少的成本去解決網(wǎng)絡負載，同時可以不斷監(jiān)視集群中各節(jié)點的負載狀況，并且將來自外網(wǎng)的多種應用請求轉(zhuǎn)發(fā)到到內(nèi)網(wǎng)集群中的某一臺真實服務器上執(zhí)行，從而解決校園網(wǎng)服務器面臨的大量并發(fā)訪問造成的高負載問題。

2.2解決方案

基于Linux集群技術(shù)的校園網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)主要有三部分組成，如圖1所示。

1）負載均衡器

在整個校園網(wǎng)工作的過程中，內(nèi)網(wǎng)主要是通過集群去接入Internet的。從校內(nèi)局域網(wǎng)中的某個客戶端看，集群主要提供了一個Ip地址的映像，整個校園網(wǎng)共用這個虛擬IP地址，客戶端的所有應用請求都發(fā)往這個虛擬IP地址，通過地址轉(zhuǎn)換連接Internet,從而可以有效地解決校園網(wǎng)IP地址的短缺問題[3]。

在本解決方案中，整個集群系統(tǒng)如果只有一臺主負載均衡器，那么在多用戶并發(fā)請求時，容易造成負載均衡器的超負荷運行，從而造成該節(jié)點失效，使其成為集群系統(tǒng)中最薄弱的環(huán)節(jié)。所以在解決方案中，提出備份負載均衡器，這樣在主負載均衡器失效的時候，可以將請求移至備份負載均衡器并完成相應的工作。

圖1解決方案原理圖

2）應用服務器集群

方案中服務節(jié)點池指的是真實服務的應用服務器群?？蛻舳税l(fā)出的服務請求通過均衡器處理以后轉(zhuǎn)交到應用服務器群有相應的真實服務器作出響應并返回數(shù)據(jù)。在校園網(wǎng)中一般提供www、多媒體教學、Ftp、vod視頻、遠程教學等服務，使用單一服務器在訪問高峰期會造成服務器超負載運行。從而通過多臺應用服務器集群可以有效達到負載均衡，同時也是比較經(jīng)濟可行的。

應用服務器節(jié)點在工作過程中也有可能出現(xiàn)暫時無法連接的情況，特別是某一節(jié)點提供多種服務的時候，系統(tǒng)會根據(jù)故障將服務進行遷移至其他真實服務器節(jié)點執(zhí)行。另外，對集群系統(tǒng)用戶來說，最關(guān)鍵的問題就是要把客戶的應用程序和管理系統(tǒng)有機地結(jié)合起來。

3）存儲系統(tǒng)

存儲系統(tǒng)主要為整個集群系統(tǒng)內(nèi)部運行提供穩(wěn)定、一致的文件存取服務。該系統(tǒng)可以為應用服務器集群提供單一的文件系統(tǒng)入口；并且自動完成不同節(jié)點訪問文件系統(tǒng)所引發(fā)的文件鎖定、負載均衡、容錯、內(nèi)容一致、讀寫事務等底層功能，對應用層提供一個透明文件訪問服務體系。

2.3關(guān)鍵技術(shù)

該解決方案實際借助于網(wǎng)絡接入?yún)f(xié)議層的負載均衡技術(shù)，將用戶請求進行合理分布式處理，由應用服務器池中節(jié)點來共同承擔，以實現(xiàn)性能最大化、負載均衡化的一項集群技術(shù)。從用戶的角度看，所有請求是在一個并行的集群系統(tǒng)中運行的，主要通過消息傳遞方式實現(xiàn)各主機之間的通信。那么它與傳統(tǒng)的單一計算機相比，集群系統(tǒng)的主要特點是：

高可靠性：整個集群系統(tǒng)是由多個節(jié)點通過高速網(wǎng)絡進行互聯(lián)，并形成一個完整的系統(tǒng)，從而使用戶感覺高效可靠。

高并行處理能力：在集群系統(tǒng)同時接受多用戶請求時，集群系統(tǒng)中多個真實服務器節(jié)點之間通過并行環(huán)境和并行程序設計實現(xiàn)應用的高效并行處理。

負載均衡：通過多個節(jié)點實現(xiàn)負載均衡，極大地發(fā)揮節(jié)點的運行效率。

管理便捷性：通過相應的集群硬件和集群管理軟件能夠?qū)φ麄€集群實現(xiàn)單一的管理。

3校園集群案例分析

根據(jù)以上分析，Linux集群技術(shù)方案能夠合理的解決校園網(wǎng)絡高性能低成本的需求。計算機集群系統(tǒng)通常采用并行計算體系結(jié)構(gòu)，它能夠?qū)⒁粋€大型的計算任務分解成各個子任務，然后分配到各節(jié)點并進行并行計算。一般來說，集群中的節(jié)點可以被劃分為5種類型[4]:

登陸節(jié)點：指的是外部用戶訪問改集群系統(tǒng)的入口。用戶可以登陸到該節(jié)點來編譯和運行作業(yè)。

管理節(jié)點：指的是用于監(jiān)控各節(jié)點是否出現(xiàn)故障，并對出現(xiàn)故障的節(jié)點的任務進行轉(zhuǎn)移。。

存儲節(jié)點：用于集群系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲和備份。

安裝節(jié)點：提供在集群系統(tǒng)中各軟件安裝的節(jié)點。

服務器池節(jié)點：指的是整個集群系統(tǒng)的核心，也就是我們方案中的服務器池。主要功能就是執(zhí)行計算。

該解決方案主要通過這些節(jié)點完成各節(jié)點的互相訪問。每臺計算機所扮演的節(jié)點類型一般是由集群的實際需求和計算機的配置來決定的。該方案中，登陸節(jié)點、管理節(jié)點、存儲節(jié)點、安裝節(jié)點就存放在同一臺計算機上，這臺計算機通常被稱為主節(jié)點。其具體集群系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

當用戶的應用需求較大時，主節(jié)點負責進行作業(yè)的分配計算，主節(jié)點通常通過監(jiān)視各個節(jié)點的運行狀態(tài)實現(xiàn)作業(yè)的分配。當發(fā)現(xiàn)某些節(jié)點失效時，系統(tǒng)會自動啟動其他應用服務器群里的真實服務器來執(zhí)行當前的應用需求。同時在此方案中，若主節(jié)點出現(xiàn)故障，還專門配置了備份服務器來接受用戶的需求。從而達到系統(tǒng)的高性能運行。

通過實驗，單一服務器與集群系統(tǒng)在處理同樣多的客戶數(shù)時，所花費的時間我們可以見圖3。

圖2校園網(wǎng)絡解決方案圖

圖3性能測試結(jié)果

通過以上分析，可以清楚的看到，在Linux集群系統(tǒng)下的校園網(wǎng)解決方案的確是高性能的，同時也是經(jīng)濟的。

4結(jié)束語

本文主要講述高校校園網(wǎng)的建設，利用Linux集群解決方案，并通過實例演示對該方案進行了闡述，同時通過性能測試，充分說明該方案性能是較高的。本方案同時給高校節(jié)省很大的成本，并給校園網(wǎng)用戶帶來極大的收益。是值得推廣的解決方案。

參考文獻：

[1]陳年.Linux服務器集群系統(tǒng)構(gòu)建[J].福建電腦,2005(12)

[2]張林波,遲學斌.并行計算導論[M].北京:清華大學出版社,2006.

[3]姚耀文.基于Linux的服務器群集方案[J].計算機工程,2001(4).

[4]張瑩瑩.基于校園網(wǎng)的集群服務系統(tǒng)[J].計算機與信息技術(shù),2006(3).