【高可用性集群技术应用】 高可用集群
时间：2019-05-17 03:33:15 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
【摘 要】当今高可用性集群技术已经发展的非常成熟，并在网络系统中部署、应用日益广泛。本文介绍了高可用性集群技术的原理，应用和部署知识。并对其特点和部署方法进行了剖析和解释，总結提出了高可用性集群设计和应用的一些基本原则，希望能对读者的工作有一些启发和帮助。
【关键词】网络；高可用性；集群技术
一、引言
随着网络技术飞速的发展，网络服务的日益普及。用户在生活和工作上对网络越来越依赖。对网络的可靠性要求越来越高。可用性作为系统可靠性的一个重要指标。已经越来越受到服务提供商和开发者的重视。高可用性集群是为了保证系统高可用性而设计的一种服务集群技术。它在应用中的良好表现，使得人们对它的未来充满希望。
二、高可用性集群（High Availability Cluster）技术
1.可用性（Availability）定义
可用性是指在要求的外部资源得到保证的前提下，产品(软硬件设备)在规定的条件下，在给定的瞬时或在给定的时间间隔内，处于执行所需功能状态的能力。常使用系统保持正常运行时间的百分比来表达（MTTF/(MTTF+MTTR)*100% MTTF为平均无故障时间）。
可用性是系统可靠性的一个重要指标，是可靠性评估中的一个重要评价对象。
2.高可用性集群
高可用性要求系统在标准的响应时间内有较强的执行、完成任务的能力。减少系统应用的失效时间，降低系统应用的失效几率。在网络系统里我们为了达到网络系统的高可用性常常使用特定的集群技术来实现。这类具有服务高可用性的计算处理集群我们称之为高可用性集群。
3.原理和应用
高可用性集群中，同时运行着多个计算、服务节点。这些节点可能是某个计算设备也可能是某个软件服务。在集群中的每个功能主节点都会被定义多份备用的辅节点。当集群系统中的提供应用服务的主节点发生故障或失效时，辅助节点马上接替主节点工作，为用户进行服务。这种集群节点的冗余保障了集群的高可用性的实现。在集群技术中，用户提交请求的对象是集群，并不需要感知集群内部的控制策略。这种服务的透明性简化了用户的应用操作。集群内部的冗余和控制逻辑，保障了集群服务的高可用性。
使用高可用性集群技术，同样要依赖传统容错技术作为支撑基础。软硬件系统的设备冗余，数据冗余，错误回溯等等传统容错手段，从根本上保障着每个功能节点高可用性。在这个基础上，集群中的多节点热备才能达到设计的目标。
现在网络技术的发展，无论硬件系统和软件系统都得到了长足的进步。软硬件系统的模块化，构件化设计，使得集群技术应用越来越不能回避。当然集群技术本身的进步也是其得到广泛应用重要条件。网络系统的不断扩张，服务的不断复杂化。对集群的可用性要求越来越高。特别是关键服务和普通服务的关键节点，对可用性的要求非常苛刻。这些都促进了高可用性集群的广泛应用和部署。在大、中型网络中这种技术应用已成为必要内容。
三、高可用性集群的优点
1.统一接口，使用便捷
采用集群化技术部署应用。集群对象提供了统一的应用服务接口。用户通过这个统一的接口获得集群对象所拥有应用服务。方法简单，結构清晰，使用安全。集群系统提供的服务对用户充分透明，不需要用户考虑其内部的結构。
2.高可用性
高可用性集群技术带来的高可用性表现对现代网络系统十分重要。它最大程度的保证了用户使用的连续，保护用户数据的安全。高可用性集群在关键业务上的应用，越来越成熟。现在已经完全可以保障长时间的可靠工作，确保网络系统，服务，数据，文件，进程以及数据库稳定、高效的工作。
3.部署灵活
网络系统模块化趋势越来越明显。网络系统模块化非常便于系统的更换和升级。模块的更换的过程使得系统会发生一定的变化。而高可用性集群技术的部署方式可以很容易的化解系统硬件变更带来系统变化。甚至可以实现在服务进行的同时完成系统的更新和维护。保障了系统服务可靠性，降低了系统更新的成本。满足了系统用户的需求。
四、高可用性集群部署
在网络系统中部署高可用性集群应用，有着多种解决方案可供选择参考。本文通过一些比较常见应用部署模式，探讨其特点和原则。
高可用性集群技术部署常可分解为：功能节点部署，服务接口部署，心跳系统及集群逻辑部署和文件数据数据系统部署等几个部分。
1.功能节点的部署
功能节点是高可用性集群中提供服务的基本单位。通过它来实现集群对外提供的各种应用及服务，达到集群设计的的功能性目标。对于每项功能服务都会包含一个主节点和一个或若干个冗余的辅节点。通过功能节点的冗余保证服务提供的高可用性。实际应用中这些功能单元由提供应用服务的功能单元（例如服务器）来表达。虽然有时提供路由，连接等网络功能的设备集合也呈现出高可用集群的特征，但一般不归入其研究范围。
我们就一般通用服务器作为功能节点的模式进行讨论，服务器的部署常常分为服务器主机，操作系统，应用系统，网络接口等几个部分组成。
服务器主机是指集群节点服务器的硬件设施。一般由处理器，主存和相关外围线路组成。目前服务器主机模块化趋势明显，主机常常以计算模块的形式接入集群。另一个服务主机发展的重要趋势是虚拟机技术的应用。在虚拟机技术中，依托硬件的计算能力可以虚拟出多个不同的主机单元。虚拟机技术的本质是软件部署和硬件部署充分分离。这是服务器部署技术的一个重要进步。
操作系统是应用服务软件基础支撑。常见的操作系统主要有UNIX体系和Microsoft体系。UNIX体系（除了UNIX纯正版本，还包括一些类UNIX和UNIX衍生版本）操作系统的特点，部署历史长，技术成熟。高效安全，各项质量指标极高，解决方案成功案例众多。是大型网络系统的首选解决方案。Microsoft家族中以windows server产品最为著名，其特点在于部署简单，人性化强。便于管理员的快速部署。可根据实际工作环境选择适当的操作系统进行安装、部署。有时也会根据要求混合部署。 应用服务软件是集群提供服务的应用功能模块。应用系统应提高本身的可用性。保证应用本身的可靠，有效。
网络接口的部署应根据集群部署的实际环境选择。当集群节点使用专有高速通信线路时，网络的接入一般只在集群服务接口位置部署。而集群节点部署的耦合度较松，分布较为分散时，也常常通过网络线路连接各个节点。这时候应注意集群技术中，网络节点是集群的一部分这个特点。避免其直接暴露在集群逻辑外部。
保证功能节点的高可用性，要通盘考虑硬件设施，操作系统，应用系统以及接口连接的选择和部署。单个节点的可用性下降会导致集群系统不停的状态切换，服务效率大幅降低。
2.服务接口部署
服务接口是集群对外的联系通路。用户通过集群的服务接口，对集群提供的应用和服务进行调用。而不必考虑其实现的内部逻辑。
服务接口常常会被设计为集群服务网关模式或者是集群服务代理的模式。服务网关模式中，当服务网关接受用户的服务请求时，会通过网关内部的逻辑，将用户的请求转交给相应的服务提供节点。服务网关一般只作为服务传递的通道使用。服务代理模式中，代理服务器会将接到的用户服务请求，处理，转化为集群内置的规则逻辑，进行统一的服务调度。
服务接口的可用性应在集群设计时，提起充分的重视。如果服务接口宕机，整个集群的服务都将中断。接口容错设计在整个集群的节点的可用性设计中应放在首位考虑。
3.心跳系统及集群逻辑部署
心跳系统及集群逻辑是实现计算集群高可用性的根本控制手段。其算法的选择对保证集群的高可用性的非常重要。其设计的优劣决定整个集群系统设计的成败。
心跳系统是集群中各个节点的通信通道，是完成其同步控制的基础。集群中各个功能节点依靠心跳系统连接，发送和共享相关节点的状态和报告。并根据心跳系统传递的信息来更新自己的状态并做出相应的决策。心跳系统不应使用单一线路系统。为了保障通信，同步的可靠性，应通过多条线路和手段对传递信息验证。确保集群中各个功能节点能够正确的同步更新。
集群逻辑的设计是集群高可用性的关键。集群逻辑帮助集群判断功能节点的有效性，当发现有节点发生失效时，快速做出决策，选择备用节点为用户服务。保障整个集群应用的不中断。
集群逻辑的部署应竟可能选择单独部署模式，这样确保不会因为服务接口失效，或者功能节点的故障而引起整个判断逻辑的混乱。
4.文件数据系统部署
在网络系统中存储部署常见技术NAS(Network Attached Storage)和SAN(Storage Area Network).NAS（网络附着存储）使用维护简便，它的重点在于帮助解决迅速增加存储容量的需求。SAN（存储区域网络）数据传输可靠，性能优秀。是非常具有潜力的技术解决方案。
在集群技术中，文件数据存储的是独立于集群节点外进行部署的。这样架构的优点是保证各个节点对数据访问的一致性。文件数据的访问存储可靠性，通常是使用磁盘阵列等存储安全技术来解决的，并不在本文讨论范围内。
五、結论
本文介绍了高可用性集群技术的原理和特点。通过笔者对日常实际案例的总結和研究。探讨了高可用性集群技术在应用中部署的原则以及其固有的特点。希望这些結论能对读者的开发和部署起到帮助，设计和搭设出高可用的计算集群。
参考文献：
[1]文平.AIX UNIX系统管理、维护与高可用集群建设[M].机械工业出版社,2012-01.
[2]刘威.数据网络组建与维护[M].科学出版社,2011,4.
[3]肖学华.网络设备管理与维护[M].科学出版社,2011(06).
作者简介：孟文娜，女，河北人，毕业于河北师范大学，现供职于保定师范专科学校涿州分校，研究方向：计算机技术教育。
