目前，越來越多的網(wǎng)站采用Linux操作系統(tǒng)，提供郵件、Web、文件存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)庫等服務(wù)。 也有非常多的公司在企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)中利用Linux服務(wù)器提供這些服務(wù)。隨著人們對Linux服務(wù)器依賴的加深，對其可靠性、負(fù)載能力和計(jì)算能力也倍加關(guān)注。Linux集群技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，可以以低廉的成本，很好地滿足人們的這些需要。

　　Linux競爭力很強(qiáng)的原因之一，是它可以運(yùn)行于極為普及的PC機(jī)上，不需要購買昂貴的專用硬件設(shè)備。在幾臺(tái)運(yùn)行Linux的PC機(jī)上，只要加入相應(yīng)的集群軟件，就可以組成具有超強(qiáng)可靠性、負(fù)載能力和計(jì)算能力的Linux集群。集群中的每臺(tái)服務(wù)器稱為一個(gè)節(jié)點(diǎn)。

　　按照側(cè)重點(diǎn)的不同，可以把Linux集群分為三類。一類是高可用性集群，運(yùn)行于兩個(gè)或多個(gè)節(jié)點(diǎn)上，目的是在系統(tǒng)出現(xiàn)某些故障的情況下，仍能繼續(xù)對外提供服務(wù)。高可用性集群的設(shè)計(jì)思想就是要最大限度地減少服務(wù)中斷時(shí)間。這類集群中比較著名的有Turbolinux TurboHA、Heartbeat、Kimberlite等。第二類是負(fù)載均衡集群，目的是提供和節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)成正比的負(fù)載能力，這種集群很適合提供大訪問量的Web服務(wù)。負(fù)載均衡集群往往也具有一定的高可用性特點(diǎn)。Turbolinux Cluster Server、Linux Virtual Server都屬于負(fù)載均衡集群。另一類是超級計(jì)算集群，按照計(jì)算關(guān)聯(lián)程度的不同，又可以分為兩種。一種是任務(wù)片方式，要把計(jì)算任務(wù)分成任務(wù)片，再把任務(wù)片分配給各節(jié)點(diǎn)，在各節(jié)點(diǎn)上分別計(jì)算后再把結(jié)果匯總，生成最終計(jì)算結(jié)果。另一種是并行計(jì)算方式，節(jié)點(diǎn)之間在計(jì)算過程中大量地交換數(shù)據(jù)，可以進(jìn)行具有強(qiáng)耦合關(guān)系的計(jì)算。這兩種超級計(jì)算集群分別適用于不同類型的數(shù)據(jù)處理工作。有了超級計(jì)算集群軟件，企業(yè)利用若干臺(tái)PC機(jī)就可以完成通常只有超級計(jì)算機(jī)才能完成的計(jì)算任務(wù)。這類軟件有Turbolinux EnFusion、SCore等。

　　高可用性集群與負(fù)載均衡集群的工作原理不同，適用于不同類型的服務(wù)。通常，負(fù)載均衡集群適用于提供靜態(tài)數(shù)據(jù)的服務(wù)，如HTTP服務(wù)；而高可用性集群既適用于提供靜態(tài)數(shù)據(jù)的服務(wù)，如HTTP服務(wù)，又適用于提供動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的服務(wù)，如數(shù)據(jù)庫等。高可用性集群之所以能適用于提供動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的服務(wù)，是由于節(jié)點(diǎn)共享同一存儲(chǔ)介質(zhì)，如RAIDBox。也就是說，在高可用性集群內(nèi)，每種服務(wù)的用戶數(shù)據(jù)只有一份，存儲(chǔ)在共用存儲(chǔ)設(shè)備上，在任一時(shí)刻只有一個(gè)節(jié)點(diǎn)能讀寫這份數(shù)據(jù)。

　　以Turbolinux TurboHA為例，集群中有兩個(gè)節(jié)點(diǎn)A和B，設(shè)這個(gè)集群只提供Oracle服務(wù)，用戶數(shù)據(jù)存放于共用存儲(chǔ)設(shè)備的分區(qū)/dev/sdb3上。在正常狀態(tài)下，節(jié)點(diǎn)A提供Oracle數(shù)據(jù)庫服務(wù)，分區(qū)/dev/sdb3被節(jié)點(diǎn)A加載在/mnt/oracle上。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)某種故障并被TurboHA軟件檢測到時(shí)，TurboHA會(huì)將Oracle服務(wù)停止，并把分區(qū)/dev/sdb3卸載。之后，節(jié)點(diǎn)B上的TurboHA軟件將在節(jié)點(diǎn)B上加載該分區(qū)，并啟動(dòng)Oracle服務(wù)。對于Oracle服務(wù)有一個(gè)虛擬的IP地址，當(dāng)Oracle服務(wù)從節(jié)點(diǎn)A切換到節(jié)點(diǎn)B上時(shí)，虛擬的IP地址也會(huì)隨之綁定到節(jié)點(diǎn)B上，因此用戶仍可訪問此服務(wù)。

　　由以上分析可以看出，高可用性集群對一種服務(wù)而言不具有負(fù)載均衡功能，它可以提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性，但不能增加負(fù)載的能力。當(dāng)然，高可用性集群可以運(yùn)行多種服務(wù)，并適當(dāng)分配在不同節(jié)點(diǎn)上，比如節(jié)點(diǎn)A提供Oracle服務(wù)，同時(shí)節(jié)點(diǎn)B提供Sybase服務(wù)，這也可以看成是某種意義上的負(fù)載均衡，不過這是對多種服務(wù)的分配而言。

　　負(fù)載均衡集群適用于提供相對靜態(tài)的數(shù)據(jù)的服務(wù)，比如HTTP服務(wù)。因?yàn)橥ǔＸ?fù)載均衡集群的各節(jié)點(diǎn)間通常沒有共用的存儲(chǔ)介質(zhì)，用戶數(shù)據(jù)被復(fù)制成多份，存放于每一個(gè)提供該項(xiàng)服務(wù)的節(jié)點(diǎn)上。


　下面以Turbolinux Cluster Server為例簡要介紹一下負(fù)載均衡集群的工作機(jī)制。在集群中有一個(gè)主控節(jié)點(diǎn)，稱為高級流量管理器（ATM）。假設(shè)這一集群僅被用來提供一項(xiàng)HTTP服務(wù)，其余各節(jié)點(diǎn)均被設(shè)定為HTTP的服務(wù)節(jié)點(diǎn)。用戶對于頁面的請求全部發(fā)送到ATM上，因?yàn)锳TM上綁定了這項(xiàng)服務(wù)對外的IP地址。ATM把接受到的請求再平均發(fā)送到各服務(wù)節(jié)點(diǎn)上，服務(wù)節(jié)點(diǎn)接收到請求之后，直接把相應(yīng)的Web頁面發(fā)送給用戶。這樣一來，假如在1秒內(nèi)有1000個(gè)HTTP頁面請求，而集群中有10個(gè)服務(wù)節(jié)點(diǎn)，則每個(gè)節(jié)點(diǎn)將處理100個(gè)請求。這樣，在外界看來，好象有一臺(tái)10倍速度的高速計(jì)算機(jī)在處理用戶的訪問。這也就是真正意義上的負(fù)載均衡。

　　但是ATM要處理所有1000個(gè)頁面請求，它會(huì)不會(huì)成為集群處理速度的瓶頸呢？由于對于頁面的請求的數(shù)據(jù)量相對較少，返回頁面內(nèi)容的數(shù)據(jù)量相對較大，因此這種方式還是很有效率的。ATM發(fā)生故障，也不會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)無法工作。Turbolinux Cluster Server可以設(shè)置一臺(tái)或多臺(tái)計(jì)算機(jī)為后備ATM節(jié)點(diǎn)，當(dāng)主ATM節(jié)點(diǎn)故障時(shí)，在后備ATM中會(huì)產(chǎn)生出一個(gè)新的主ATM，接替它的工作。可以看出，這種負(fù)載均衡集群也具有一定的高可用性。

　　HTTP頁面相對是靜態(tài)的，但有時(shí)也需要改動(dòng)。Turbolinux Cluster Server提供了數(shù)據(jù)同步工具，可以很方便的把對頁面的改動(dòng)同步到所有提供該項(xiàng)服務(wù)的節(jié)點(diǎn)上。

　　下面介紹一下對于高可用性集群與負(fù)載均衡集群的組合使用。如果用戶有一個(gè)由兩個(gè)節(jié)點(diǎn)組成的最小集群，是否可以同時(shí)獲得高可用性集群和負(fù)載均衡集群的效益呢？答案是肯定的。由于高可用性集群適用于提供動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的服務(wù)，而負(fù)載均衡集群適用于提供靜態(tài)數(shù)據(jù)的服務(wù)，所以我們不妨假設(shè)要同時(shí)提供Oracle和HTTP服務(wù)。用戶要在節(jié)點(diǎn)A和B上安裝TurbolinuxTurboHA和TurbolinuxClusterServer軟件。把節(jié)點(diǎn)A作為Oracle正常工作的節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)B作為Oracle服務(wù)的后備節(jié)點(diǎn)，這是對TurboHA軟件而言。對于ClusterServer軟件而言，要設(shè)置節(jié)點(diǎn)B為主ATM節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)A為后備ATM節(jié)點(diǎn)，而節(jié)點(diǎn)A和節(jié)點(diǎn)B同時(shí)又都是HTTP的服務(wù)節(jié)點(diǎn)。

　　這樣一來，節(jié)點(diǎn)A和節(jié)點(diǎn)B都是身兼兩職，而用戶同時(shí)得到了一個(gè)具有高可用性的Oracle服務(wù)和一個(gè)具有負(fù)載均衡功能的HTTP服務(wù)。即使有一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障，Oracle服務(wù)和HTTP服務(wù)都不會(huì)因此而中斷。

　　但對于同一種服務(wù)，是不能同時(shí)獲得高可用性與負(fù)載均衡能力的。對一種服務(wù)，要么是只有一份數(shù)據(jù)，放在共用存儲(chǔ)設(shè)備上，一次被一個(gè)節(jié)點(diǎn)訪問，獲得高可用性；要么是把數(shù)據(jù)復(fù)制為多份，存儲(chǔ)于每個(gè)節(jié)點(diǎn)的本地硬盤上，用戶的請求同時(shí)發(fā)送到多個(gè)節(jié)點(diǎn)上，獲得負(fù)載均衡能力。

　　對于高可用性集群，由于它在設(shè)計(jì)時(shí)的目的就是為了最大可能地減少服務(wù)中斷時(shí)間，因此服務(wù)的切換受到很大的關(guān)注。當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)上的服務(wù)故障時(shí)，會(huì)被很快地檢測到并被切換到其他節(jié)點(diǎn)上。但在切換時(shí)，不能忽略對數(shù)據(jù)完整性的保護(hù)。
在什么情況下數(shù)據(jù)完整性會(huì)被破壞呢？由于高可用性集群中至少有兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，連接在一個(gè)共用的存儲(chǔ)設(shè)備上，對于非裸分區(qū)而言，如果被兩個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)讀寫，就會(huì)造成文件系統(tǒng)被破壞。因此就需要利用I/O屏障來防止這一事件的發(fā)生。

　　I/O屏障的目的是為了保證故障節(jié)點(diǎn)不能再繼續(xù)讀寫某一服務(wù)的共用分區(qū)，實(shí)現(xiàn)的方式有多種。Kimberlite使用硬件開關(guān)來實(shí)現(xiàn)，當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，另一節(jié)點(diǎn)如果能偵測到，就會(huì)通過串行口發(fā)出命令，控制連接在故障節(jié)點(diǎn)電源上的硬件開關(guān)，通過暫時(shí)斷電，而后又上電的方式使得故障節(jié)點(diǎn)被重啟動(dòng)。

　　I/O屏障有多種形式。對于支持SCSI Reserve/Release命令的存儲(chǔ)設(shè)備，也可以用SG命令實(shí)現(xiàn)I/O屏障。正常節(jié)點(diǎn)應(yīng)使用SCSI Reserve命令“鎖住”共用存儲(chǔ)設(shè)備，保證其不被故障節(jié)點(diǎn)讀寫。如果故障節(jié)點(diǎn)上的集群軟件仍在運(yùn)行，如發(fā)現(xiàn)共用存儲(chǔ)設(shè)備已被對方鎖住，就應(yīng)把自己重啟動(dòng)，以恢復(fù)正常工作狀態(tài)。

　　以上介紹了Linux集群技術(shù)的基本原理，也介紹了幾種著名的軟件。總之，Linux集群技術(shù)最大的發(fā)揮了PC機(jī)和網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢，可以帶來可觀的性能，是一種大有前途的技術(shù)