cluster集羣

集羣定義：
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   集羣（cluster）就是一組計算機，它們作爲一個整體向用戶提供一組網絡資源。這些單個的計算機系統 就是集羣的節點（node）。
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最常用的三種集羣：
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1.  LB,Load Balancing,負載均衡集羣
    定義：即把負載壓力根據某種算法合理分配到集羣中的每一臺計算機上，以減輕主服務器的壓力，降低對主服務器的硬件和軟件要求。
2.  HA，High Availability，高可用集羣，每年在線時間爲99.9%
    優點：高可用集羣的出現是爲了使集羣的整體服務儘可能可用，從而減少由計算機硬件和軟件易錯性所帶來的損 失。如果某個節點失效，它的備援節點將在幾 秒鐘的時間內接管它的職責，可有效防止單點故障。因此，對於用戶而言，集羣永遠不會停機。高可用集羣軟件的主要作用就是實現故障檢查和業務切換的自動化。
這類集羣致力於提供高度可靠的服務。
3.  HP，High Performance，高性能集羣，科學計算集羣（人口統計，人口分析，模擬核武器爆炸實驗）
    優點：這類集羣致力於提供單個計算機所不能提供的強大的計算能力。
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常用集羣的解決方案：
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1.負載均衡集羣
  兩種常見的解決方案：
    1）LVS（linux virtual server）
    2)haproxy
2.高可用集羣
  四種常見的解決方案：
    1）heartbeat
    2）corosync openais：RHCS
    3）ultramonkey
    4）keepalive
3.高性能集羣
  常見的解決方案：
    bowerful
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LVS的介紹：
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LVS是Linux Virtual Server的縮寫
1.  定義
  LVS是一個開源的軟件，由畢業於國防科技大學的章文嵩博士於1998年5月創立，可以實現LINUX平臺下的簡單負載均衡。LVS是Linux Virtual Server的縮寫，意思是Linux虛擬服務器
2.  LVS的調度方法
  1）四種靜態調度方法（不檢查realserver的連接狀態）
      1》Round-robin（RR）輪調
          ---調度器通過"輪叫"調度算法將外部請求按順序輪流分配到集羣中的真實服務器上，它均等地對待每一臺服務器，而不管服務器上實際的連接數和系統負載。
       2》Weighted round-robin（WRR）加權輪調
           ---根據處理能力的大小來分配權重，從而分配調度次數。
      3》Destination hashing目標地址哈希（散列）
           ---實現針對同一目標地址的請求做固定定向轉發
      4》Source hashing 源地址哈希（散列）
           ---實現針對同一源地址的請求做固定定向轉發
 2）六種動態調度方法 （檢查realserver的連接數和連接狀態）
      兩種狀態 active inactive
      1》LC（Least-connection）同時檢查active連接和inactive連接，誰的連接數目少就把請求轉發給誰（退出了不一定斷開連接了）。
        公式：最大連接數=活動連接數*256 非活動連接
      2》WLC（weighted least-connection）加權最少連接數
         在集羣系統中的服務器性能差異較大的情況下，調度器採用"加權最少鏈接"調度算法優化負載均衡性能，具有較高權值的服務器將承受較大比例的活動連接負載。調度器可以自動問詢真實服務器的負載情況，並動態地調整其權值。
        公式：最大連接數=活動連接數*256 非活動連接
              最大連接數/權重
      3》SED（Shortest Expected Delay） 最短期望延遲
        公式：最大連接數=(活動連接數 1) *256
              最大連接數/權重
      4》NQ （Never Queue）永不排隊算法
      5》LBLC
         SED的改進
         Locality-Based Least-Connection （LBLC） 基於本地狀態的最少連接
      6》LBLCR
         Locality-Based Least-Connection with  Replication scheduling帶複製的基於本地狀態的最少連接數
3.  LVS的三種工作模式
  1)network address translation---LVS-NET
   2)netdirect routing ---LVS-DR路由
   3)ip tunneling 隧道
三種模式具體解析：
1）Virtual server via NAT（VS-NAT）
 
   基本特點：
         1）DIP RIP 必須在同一子網
         2）RIP通常是私有地址
         3）Director處理請求的數據包和請求的數據包，directory需要兩張網卡
         4）所有的RIP必須以DIP爲默認網關
         5）net機制可以實現端口映射。
         6）任何操作系統都可以做Realserver
         7）Director壓力很大，可能會成爲瓶頸
 
   優點： 
      集羣中的物理服務器可以使用任何支持TCP/IP操作系統，物理服務器可以分配Internet的保留私有地址，只有負載均衡器需要一個合法的IP地址。
   缺點： 
      擴展性有限。當服務器節點（普通PC服務器）數據增長到20個或更多時,負載均衡器將成爲整個系統的瓶頸，因爲所有的請求包和應答包都需要經過負載均衡器再生。假使TCP包的平均長度是536字節的話，平均包再生延遲時間大約爲60us（在Pentium處理器上計算的，採用更快的處理器將使得這個延遲時間變短），負載均衡器的最大容許能力爲8.93M/s，假定每臺物理服務器的平臺容許能力爲400K/s來計算，負責均衡器能爲22臺物理服務器計算。
   解決辦法： 
      即使是是負載均衡器成爲整個系統的瓶頸，如果是這樣也有兩種方法來解決它。一種是混合處理，另一種是採用Virtual Server via IP tunneling或Virtual Server via direct routing。如果採用混合處理的方法，將需要許多同屬單一的RR DNS域。你採用Virtual Server via IP tunneling或Virtual Server via direct routing以獲得更好的可擴展性。也可以嵌套使用負載均衡器，在最前端的是VS-Tunneling或VS-Drouting的負載均衡器，然後後面採用VS-NAT的負載均衡器。
 
2）net direct routing---LVS-DR路由
   基本特點；
       1）Director和Cluster要在同一網絡中
       2）RIP的地址可以爲公有地址
       3）Director只處理請求的數據包，而不處理響應
       4）Cluster的網關不可爲DIP，應是路由ip
       5）不能重新映射端口，端口必須保持一致
       6）大多數操作系統可實現realserver
       7）這種模型可以帶動更多的realserver
       7）這種模型可以帶動更多的realserver
   模型剖析：
       1） 數據包在節點間傳輸靠的是MAC，通過ARP的廣播解析IP到MAC；此種模型中Director仍有VIP、DIP；Real server有VIP、RIP；
       2）Director及real server 都連接到一個Switch上；
       3） Director及real server 都配置的有VIP；
       4） 相同的IP，爲防止衝突，在 real server 上採取手段隱藏起VIP地址，使其對請求VIP地址解析的ARP請求不作響應，這樣解析到的VIP地址即爲Director，數據包線傳輸到Director；
       5） Director 接收到數據包後，根據算法找到某個real server ，並且修改數據包中的目的MAC地址爲該real server的Mac，然後通過       Switch轉發該數據包；此時，該數據包的源ip仍未CIP，目標ip爲VIP；
       6）real server接收到數據包後（包中的VIP、目的MAC均匹配自己），處理該包，返回的數據直接通過Switch出去並過Router傳回Client。
 
   優點： 
       負載均衡器只是分發請求，應答包通過單獨的路由方法返回給客戶端。與VS-TUN相比，VS-DR這種實現方式不需要隧道結構，因此可以使用大多數操作系統做爲物理服務器，其中包括：Linux、Solaris 、FreeBSD 、windows、IRIX 6.5；HPUX11等。
   不足： 
       要求負載均衡器的網卡必須與物理網卡在一個物理段上。
3）ip tunneling隧道
   基本特點：
        Director和Cluster不在同一網絡中
        RIP必須是公網地址，不能是私有地址
        Director只處理請求的數據包，不處理響應數據包
        不能重新映射端口，端口必須保持一致
        只有支持隧道協議的服務器才能作爲RealServer
   優點：
       負載均衡器只負責將請求包分發給物理服務器，而物理服務器將應答包直接發給用戶。所以，負載均衡器能處理很巨大的請求量，這種方式，一臺負載均衡能爲超過100臺的物理服務器服務，負載均衡器不再是系統的瓶頸。使用VS-TUN方式，如果你的負載均衡器擁有100M的全雙工網卡的話，就能使得整個 Virtual Server能達到1G的吞吐量。
   缺點：
       但是，這種方式需要所有的服務器支持”IP Tunneling”(IP Encapsulation)協議
 
三種IP負載均衡技術的優缺點比較:
   | VS/NAT　　　　 VS/TUN　　　　　　VS/DR
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服務器操作系統　　　 |任意　　　　　　支持隧道　　　    多數          
服務器網絡　　　　　 |　私有網絡　　　　局域網/廣域網　　局域網
服務器數目(100M網絡) |10-20　　　　　　100　　　　　　　多(100)
服務器網關　　　　　 |負載均衡器　　　自己的路由　　　　自己的路由
效率　　　　　　　　 |一般　　　　　　高　　　　　　　　最高
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LVS的調度算法：
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1.靜態調度方法（不檢查realserver的連接狀態）
      1）Round-robin（RR）輪調
      2）Weighted round-robin（WRR）加權輪調
           ---根據處理能力的大小來分配權重，從而分配調度次數。
      3）Destination hashing目標地址哈希（散列）
           ---實現針對同一目標地址的請求做固定定向轉發
      4）Source hashing 源地址哈希（散列）
           ---實現針對同一源地址的請求做固定定向轉發
2.動態調度方法 （檢查realserver的連接數和連接狀態）
      兩種狀態 active inactive
      1）LC（Least-connection）最少連接數
           同時檢查active連接和inactive連接，誰的連接數目少就把請求轉發給誰（退出了不一定斷開連接了）。
        公式：最大連接數=活動連接數*256+非 活動連接
      2）WLC（weighted least-connection）加權最少連接數
           lvs需要裝在調度節點上，接受用戶發來的請求並將其轉發到後臺真正提供服務的服務器（real server）
        公式：最大連接數=活動連接數*256+非活動連接
              最大連接數/權重
      3）SED（Shortest Expected Delay） 最短期望延遲
        公式：最大連接數=(活動連接數+1) *256
              最大連接數/權重
      4）NQ （Never Queue）永不排隊算法
            無需隊列。如果有臺 realserver的連接數＝0就直接分配過去，不需要在進行sed運算
      5）LBLC  基於局部性的最少鏈接
         SED的改進
         Locality-Based Least-Connection （LBLC）“基於局部性的最少鏈接”
         調度算法是針對目標IP地址的負載均衡，目前主要用於Cache集羣系統。該算法根據請求的目標IP地址找出該目標IP地址最近使用的服務器，若該服務器是可用的且沒有超載，將請求發送到該服務器；若服務器不存在，或者該服務器超載且有服務器處於一半的工作負載，則用“最少鏈接” 的原則選出一個可用的服務器，將請求發送到該服務器。 基於本地狀態的最少連接
        
      6）LBLCR  帶複製的基於局部性最少鏈接
         Locality-Based Least-Connection with Replication scheduling
        調度算法也是針對目標IP地址的負載均衡，目前主要用於Cache集羣系統。它與LBLC算法的不同之處是它要維護從一個目標 IP地址到一組服務器的映射，而LBLC算法維護從一個目標IP地址到一臺服務器的映射。該算法根據請求的目標IP地址找出該目標IP地址對應的服務器組，按“最小連接”原則從服務器組中選出一臺服務器，若服務器沒有超載，將請求發送到該服務器；若服務器超載，則按“最小連接”原則從這個集羣中選出一臺服務器，將該服務器加入到服務器組中，將請求發送到該服務器。同時，當該服務器組有一段時間沒有被修改，將最忙的服務器從服務器組中刪除，以降低複製的程度。
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 轉自：http://blog.chinaunix.net/uid-25749499-id-2759787.html