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服务器集群技术在数字化校园中的应用

来源::未知 | 作者:admin | 本文已影响
摘  要  数字化校园的建设给我们带来了信息化的校园,但同时,高度的数据集中和业务应用的整合,也使对服务器环境的依赖达到了空前的程度,这使得对系统可用性等方面的要求变得越来越高。本文讨论的就是如何运用服务器集群技术在数字化校园的系统可用性等方面发挥出积极的作用。
     关键词  服务器集群技术;数字化校园;刀片服务器
 

1  面临的问题和思路

     随着数字化校园建设的推进,伴随而来的是数字化校园的各种应用服务和数据量的急剧增长,各个级别的用户诸如教学、科研、管理、生活服务等机构和师生员工,对信息的收集、处理、整合、存储、传输和应用有了更深的认识。数据集中和各项业务整合的同时,核心业务对系统安全性能要求在不断提高,应用系统尤其是关键领域的关键性应用对可靠性要求也在不断增加,如何搭建并且应用真正高可靠性的服务器环境,已成为目前数字化校园建设中的迫切需求。
很显然,在传统的单机系统中,将应用集中配置在一台服务器上,往往存在巨大的潜在不稳定威胁,主要表现在可用性不高,负载不能动态平衡,且数据服务丢失危险性增大,维护和扩展存在困难等等。而采用服务器集群技术,可提高访问数据库的效率,提高可靠性和抗灾难性,这也是服务器集群技术最为显著的特点。
     针对上述问题,在数字化校园公共基础平台搭建中,本例采用IBM BladeCenter刀片服务器,是一种HAHD (HighAvailabilityHighDensity,高可用高密度)的服务器平台。和传统集群技术相比较,刀片服务器中所集群的是一个包括独立 CPU、内存、驱动器和网络组件等存储器的服务器板,通过专门刀片服务器中集成的交换网络实现集群。因此,其不仅在机房宝贵的空间资源上占有相当大的优势,而且通过小的“刀片”集群,可组建成一个性能非常高的刀片服务器集群系统,为数字化校园建设提供更加经济、技术成熟和可行的扩展方案。
通过刀片服务器集群,用以提供核心数据库服务、邮件、文件存储、Web服务和FTP服务等。并通过深入的资源和应用高度集成,结合统一身份认证系统,把目前最常用的教务管理、自动化办公、科研、设备器材、数字图书馆、网络教学、邮件、学生管理、财务管理、人事管理等系统整合在一起,最终提供统一获取信息和发布信息的个性化平台。

2  集群(Cluster)技术

     利用集群技术可使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。此单一系统为客户端提供高可靠性的服务,用于实现更高的可用性、更方便集中的可管理性以及更经济高效的可伸缩性。集群技术一般都用于Web服务器、应用服务器等,即没有共享存储的服务,如图1所示。

服务器集群技术在数字化校园中的应用

图 1  服务器集群示意图
     集群技术的主要特点可概括为:实现服务器系统的高可用性,实现最大限度地减少因服务器的故障而造成的损失;方便在集群扩展从而实现整个系统性能的升级;集群技术便于实现一体化的解决方案。

3  服务器集群

     服务器集群是一组协同工作并运行集群服务的独立服务器,一个服务器集群包含多台拥有共享数据存储空间的服务器,各服务器之间通过内部局域网进行相互通信;当其中一台服务器发生故障时,它所运行的应用程序将由其它的服务器自动接管。因为响应的是相同的服务,因此在大多数情况下,集群中所有的计算机都拥有一个共同的名称,集群系统内任意一台服务器都可被所有的网络用户所访问,且是透明的,用户感觉不到任何差别。
     在服务器集群系统中,每一台服务器都可承担部分计算任务,并且由于集群了多台服务器的性能,因此,整体系统的计算能力将得到提高。同时,每台服务器还能承担一定的容错任务,当其中某台服务器出现故障时,系统可以在专用软件的支持下将这台服务器与系统隔离,并通过各服务器之间的负载转移机制实现新的负载平衡,同时向系统管理员发出报警信号。
      服务器集群与双机热备份技术有本质上的区别,即能否实现并行处理和节点机失效后的任务平滑接管。双机或多机热备份技术的原理是一台主机做服务器,其它主机做备份机,备份机在服务器故障失效时进行接管。而刀片式服务器所应用的集群技术,较传统集群又存在一定的差别,其更利于集群的形成和部署。

4  服务器集群技术在数字化校园中的优势

     数字化校园建设中,服务器环境中的主要技术和产品首要综合考虑的是实用、可靠、经济、安全以及可扩展、可维护等性能。随着校园网用户和应用规模的扩大,服务器的整体性能必须能适应数字化校园这一发展变化。针对以上需求,服务器集群主要优势在于可以提供更高的可用性、更方便的可管理性以及更经济高效的可伸缩性,表现为可以得到一个较高的整体性能。

4.1  关键应用获得高可用性

     应用服务器集群的最终目标之一,就是尽量减少服务器和应用程序的停机时间,以保证核心数据、关键应用和重要业务部门的信息和服务安全,实现校园网络及其应用系统的稳定高效运行。
     服务器集群带来的高可用性不仅适用于提供静态数据的服务,而且适用于提供动态数据的服务,如公共数据库服务、学生管理信息系统等,且这些数据必须得到极为稳妥的保管,需要服务器提供足够强大的和可靠的磁盘冗余功能。在本例的实际应用中,通过采用三块刀片式服务器运行Oracle核心数据库服务,即属高可用性集群服务,目的是在系统出现某些故障的情况下,仍能继续对外提供服务,以最大限度地减少服务的中断时间。再如,通过服务器集群,资源(如Internet协议(IP)地址)的所有权会自动从故障服务器转移到与之并行工作的服务器。即当群集中的某个系统或应用程序发生故障时,通过约定的负载转移机制,群集软件会在可用的服务器上重新启动故障应用程序,或者将工作从故障节点分散到剩下的节点上,而这个过程对用户而言是完全透明的。这样,即使集群中的一个服务器意外停机,使集群的配备性能降低,但它依旧可以正常运作。
     在进行硬件规划时,可以考虑根据应用类型的不同而划分出若干个集群,如有些校园网中就将网络教学平台中的服务器划分为前端服务器集群、中间服务器集群和后端集中存储三大组成部分。其中前端服务器集群包含多个Web服务器,中间服务器集群由数据库服务器、流媒体服务器、语音服务器和数据备份服务器等组成。
此外,在校园网中,其它网络应用服务诸如邮件服务、内部论坛、内部资源库服务和教学视频点播服务等等,是校园网络教学易造成瓶颈的关键应用,亦要求服务器能够处理成规模的客服端的并发访问,这些应用要求具有非常高的可靠性和弹力恢复能力,必须具有一定的容错能力,保障在意外情况下不中断用户的正常工作。如图2所示。

服务器集群技术在数字化校园中的应用


图2  校园网中集群应用示意

4.2  集中和方便的可管理性

     因为服务器集群是作为单一系统进行管理的一组独立的服务器,可以将群集作为一个单一的系统进行管理。管理员能够对所有集群资源的状态一目了然,方便将工作负载分配给集群之中的服务器,有利于对服务器进行“滚动升级”,极大减少了管理员介入管理的深度。同时由于每块“刀片”都是热插拔的,所以,系统可以轻松地进行替换,亦可针对计划释放集群中特定服务器进行维护,或在集群中插入新的“刀片”,提高整体性能,并且将维护时间减少到最小,确保了系统具有良好的可管理性及可维护性。
     在服务器集群模式下,可以利用内置的转换器将以太网数据和管理网络,以及将新型的智能 KVM(Keyboard,Video,Mouse)连接集在一起,从而实现服务器集群可以通过KVM转换板共享一套光驱、软驱、键盘、显示器和鼠标,以访问多台服务器,从而便于进行升级、维护和访问服务器上的文件,在很大程度简化了设备的连接和管理。显然,集群的服务器数越多,这一优势更明显。

4.3  系统完备的可伸缩性

     数字化校园建设整体是一个循序渐进、不断扩充的过程,系统的可伸缩性性能是日后进行扩展必须考量的一个重要指标,也是数字化校园建设中长期规划的一个重要环节。在服务器平台搭建上,主要是指可通过增加容量扩展和跨越处理器进行负载平衡的能力。
随着需求的不断增加和变化,服务器集群提供了随着发展进行扩展支付的环境:向现有系统内添加节点的能力,并重新实现负载平衡机制。实际应用中所采用的刀片服务器在群集扩展能力方面,具有先天优势,只需要把各个“刀片”插入到刀片机箱中,利用自身的集群管理软件就可以很轻松地扩展刀片服务器群。
     除扩展性能之外,服务器集群技术亦是实现负载均衡的基础。负载平衡意味着将相关应用和资源从繁忙节点转移到不繁忙节点,从而能从容应对大量的并发式访问请求,以减少用户等待响应的时间。或者,单个重负载的运算可分担到多台节点设备上做并行处理,使系统处理能力得到大幅度提高。
     以Web应用为例,Web应用服务器集群系统,是由一群同时运行同一个Web应用的服务器组成的集群系统,即通过服务器集群技术将若干服务器划分为一个应用群组,以建立高可用性Web服务器集群,形成负载均衡集群。在这样的集群配置中,多台服务器可以执行同样的应用和数据库操作。在案例中,通过Linux Virtual Server应用层集群的部署,可提供和节点个数成正比的负载能力。
     通过对数字化校园中诸如网络教学等应用的分析,Web 应用占很大的比重,数字化校园的服务承载及业务处理的主应用服务器,主要完成来自Web服务器转发的业务处理请求。集群服务器将众多的访问请求分散到系统中的不同节点进行处理,从而实现了更高的有效性和稳定性。在外界看来,整体表现就像是一个服务器一样。均衡了集群服务器的负载,则达到优化系统性能的目的,而这也正是基于Web的应用于数字化校园门户所必须具备的特性。

4.4  快速的故障恢复能力

     服务器集群把可用性和可伸缩性这两个优点集于一身,因此其快速的故障恢复能力是明显的。在故障服务器重新回到联机初始状态时,群集服务将自动在群集中重新分配工作负荷,将应用服务部署于刚加入的节点机中。

5  结束语

     综合以上考量,服务器集群技术为数字化校园建设提供了实现高可用性、高可管理性和高伸缩性能的选择,从而为数字化校园整体性能的提升注入充足的动力。

参考文献

[1] 康小军,邵虹,刘吉涛.《负载均衡技术解决网络教学瓶颈》. http://www.media.edu.cn/,中国教育网络,2007-12
[2] 王虎.《服务器集群技术及其在视频网络中的应用》. 河南省广播电视优秀科技论文,2004
[3] 郎宇征,贾美英.《服务器集群为数据库系统搭台》

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