服務(wù)器集群技術(shù)在數字化校園中的應用

數字化校園的建設給我們帶來(lái)了信息化的校園，但同時(shí)，高度的數據集中和業(yè)務(wù)應用的整合，也使對服務(wù)器環(huán)境的依賴(lài)達到了空前的程度，這使得對系統可用性等方面的要求變得越來(lái)越高。本文討論的就是如何運用服務(wù)器集群技術(shù)在數字化校園的系統可用性等方面發(fā)揮出積極的作用。

1 面臨的問(wèn)題和思路

隨著(zhù)數字化校園建設的推進(jìn)，伴隨而來(lái)的是數字化校園的各種應用服務(wù)和數據量的急劇增長(cháng)，各個(gè)級別的用戶(hù)諸如教學(xué)、科研、管理、生活服務(wù)等機構和師生員工，對信息的收集、處理、整合、存儲、傳輸和應用有了更深的認識。數據集中和各項業(yè)務(wù)整合的同時(shí)，核心業(yè)務(wù)對系統安全性能要求在不斷提高，應用系統尤其是關(guān)鍵領(lǐng)域的關(guān)鍵性應用對可靠性要求也在不斷增加，如何搭建并且應用真正高可靠性的服務(wù)器環(huán)境，已成為目前數字化校園建設中的迫切需求。

很顯然，在傳統的單機系統中，將應用集中配置在一臺服務(wù)器上，往往存在巨大的潛在不穩定威脅，主要表現在可用性不高，負載不能動(dòng)態(tài)平衡，且數據服務(wù)丟失危險性增大，維護和擴展存在困難等等。而采用服務(wù)器集群技術(shù)，可提高訪(fǎng)問(wèn)數據庫的效率，提高可靠性和抗災難性，這也是服務(wù)器集群技術(shù)最為顯著(zhù)的特點(diǎn)。

針對上述問(wèn)題，在數字化校園公共基礎平臺搭建中，本例采用IBM BladeCenter刀片服務(wù)器，是一種HAHD (HighAvailabilityHighDensity，高可用高密度)的服務(wù)器平臺。和傳統集群技術(shù)相比較，刀片服務(wù)器中所集群的是一個(gè)包括獨立CPU、內存、驅動(dòng)器和網(wǎng)絡(luò )組件等存儲器的服務(wù)器板，通過(guò)專(zhuān)門(mén)刀片服務(wù)器中集成的交換網(wǎng)絡(luò )實(shí)現集群。因此，其不僅在機房寶貴的空間資源上占有相當大的優(yōu)勢，而且通過(guò)小的“刀片”集群，可組建成一個(gè)性能非常高的刀片服務(wù)器集群系統，為數字化校園建設提供更加經(jīng)濟、技術(shù)成熟和可行的擴展方案。

通過(guò)刀片服務(wù)器集群，用以提供核心數據庫服務(wù)、郵件、文件存儲、Web服務(wù)和FTP服務(wù)等。并通過(guò)深入的資源和應用高度集成，結合統一身份認證系統，把目前最常用的教務(wù)管理、自動(dòng)化辦公、科研、設備器材、數字圖書(shū)館、網(wǎng)絡(luò )教學(xué)、郵件、學(xué)生管理、財務(wù)管理、人事管理等系統整合在一起，最終提供統一獲取信息和發(fā)布信息的個(gè)性化平臺。

2 集群(Cluster)技術(shù)

利用集群技術(shù)可使一組相互獨立的服務(wù)器在網(wǎng)絡(luò )中表現為單一的系統，并以單一系統的模式加以管理。此單一系統為客戶(hù)端提供高可靠性的服務(wù)，用于實(shí)現更高的可用性、更方便集中的可管理性以及更經(jīng)濟高效的可伸縮性。集群技術(shù)一般都用于Web服務(wù)器、應用服務(wù)器等，即沒(méi)有共享存儲的服務(wù)。

集群技術(shù)的主要特點(diǎn)可概括為：實(shí)現服務(wù)器系統的高可用性，實(shí)現最大限度地減少因服務(wù)器的故障而造成的損失；方便在集群擴展從而實(shí)現整個(gè)系統性能的升級；集群技術(shù)便于實(shí)現一體化的解決方案。

3 服務(wù)器集群

服務(wù)器集群是一組協(xié)同工作并運行集群服務(wù)的獨立服務(wù)器，一個(gè)服務(wù)器集群包含多臺擁有共享數據存儲空間的服務(wù)器，各服務(wù)器之間通過(guò)內部局域網(wǎng)進(jìn)行相互通信；當其中一臺服務(wù)器發(fā)生故障時(shí)，它所運行的應用程序將由其它的服務(wù)器自動(dòng)接管。因為響應的是相同的服務(wù)，因此在大多數情況下，集群中所有的計算機都擁有一個(gè)共同的名稱(chēng)，集群系統內任意一臺服務(wù)器都可被所有的網(wǎng)絡(luò )用戶(hù)所訪(fǎng)問(wèn)，且是透明的，用戶(hù)感覺(jué)不到任何差別。

在服務(wù)器集群系統中，每一臺服務(wù)器都可承擔部分計算任務(wù)，并且由于集群了多臺服務(wù)器的性能，因此，整體系統的計算能力將得到提高。同時(shí)，每臺服務(wù)器還能承擔一定的容錯任務(wù)，當其中某臺服務(wù)器出現故障時(shí)，系統可以在專(zhuān)用軟件的支持下將這臺服務(wù)器與系統隔離，并通過(guò)各服務(wù)器之間的負載轉移機制實(shí)現新的負載平衡，同時(shí)向系統管理員發(fā)出報警信號。

服務(wù)器集群與雙機熱備份技術(shù)有本質(zhì)上的區別，即能否實(shí)現并行處理和節點(diǎn)機失效后的任務(wù)平滑接管。雙機或多機熱備份技術(shù)的原理是一臺主機做服務(wù)器，其它主機做備份機，備份機在服務(wù)器故障失效時(shí)進(jìn)行接管。而刀片式服務(wù)器所應用的集群技術(shù)，較傳統集群又存在一定的差別，其更利于集群的形成和部署。

4 服務(wù)器集群技術(shù)在數字化校園中的優(yōu)勢

數字化校園建設中，服務(wù)器環(huán)境中的主要技術(shù)和產(chǎn)品首要綜合考慮的是實(shí)用、可靠、經(jīng)濟、安全以及可擴展、可維護等性能。隨著(zhù)校園網(wǎng)用戶(hù)和應用規模的擴大，服務(wù)器的整體性能必須能適應數字化校園這一發(fā)展變化。針對以上需求，服務(wù)器集群主要優(yōu)勢在于可以提供更高的可用性、更方便的可管理性以及更經(jīng)濟高效的可伸縮性，表現為可以得到一個(gè)較高的整體性能。

4.1 關(guān)鍵應用獲得高可用性

應用服務(wù)器集群的最終目標之一，就是盡量減少服務(wù)器和應用程序的停機時(shí)間，以保證核心數據、關(guān)鍵應用和重要業(yè)務(wù)部門(mén)的信息和服務(wù)安全，實(shí)現校園網(wǎng)絡(luò )及其應用系統的穩定高效運行。

服務(wù)器集群帶來(lái)的高可用性不僅適用于提供靜態(tài)數據的服務(wù)，而且適用于提供動(dòng)態(tài)數據的服務(wù)，如公共數據庫服務(wù)、學(xué)生管理信息系統等，且這些數據必須得到極為穩妥的保管，需要服務(wù)器提供足夠強大的和可靠的磁盤(pán)冗余功能。在本例的實(shí)際應用中，通過(guò)采用三塊刀片式服務(wù)器運行Oracle核心數據庫服務(wù)，即屬高可用性集群服務(wù)，目的是在系統出現某些故障的情況下，仍能繼續對外提供服務(wù)，以最大限度地減少服務(wù)的中斷時(shí)間。再如，通過(guò)服務(wù)器集群，資源(如Internet協(xié)議(IP)地址)的所有權會(huì )自動(dòng)從故障服務(wù)器轉移到與之并行工作的服務(wù)器。即當群集中的某個(gè)系統或應用程序發(fā)生故障時(shí)，通過(guò)約定的負載轉移機制，群集軟件會(huì )在可用的服務(wù)器上重新啟動(dòng)故障應用程序，或者將工作從故障節點(diǎn)分散到剩下的節點(diǎn)上，而這個(gè)過(guò)程對用戶(hù)而言是完全透明的。這樣，即使集群中的一個(gè)服務(wù)器意外停機，使集群的配備性能降低，但它依舊可以正常運作。

在進(jìn)行硬件規劃時(shí)，可以考慮根據應用類(lèi)型的不同而劃分出若干個(gè)集群，如有些校園網(wǎng)中就將網(wǎng)絡(luò )教學(xué)平臺中的服務(wù)器劃分為前端服務(wù)器集群、中間服務(wù)器集群和后端集中存儲三大組成部分。其中前端服務(wù)器集群包含多個(gè)Web服務(wù)器，中間服務(wù)器集群由數據庫服務(wù)器、流媒體服務(wù)器、語(yǔ)音服務(wù)器和數據備份服務(wù)器等組成。

此外，在校園網(wǎng)中，其它網(wǎng)絡(luò )應用服務(wù)諸如郵件服務(wù)、內部論壇、內部資源庫服務(wù)和教學(xué)視頻點(diǎn)播服務(wù)等等，是校園網(wǎng)絡(luò )教學(xué)易造成瓶頸的關(guān)鍵應用，亦要求服務(wù)器能夠處理成規模的客服端的并發(fā)訪(fǎng)問(wèn)，這些應用要求具有非常高的可靠性和彈力恢復能力，必須具有一定的容錯能力，保障在意外情況下不中斷用戶(hù)的正常工作。4.2 集中和方便的可管理性

因為服務(wù)器集群是作為單一系統進(jìn)行管理的一組獨立的服務(wù)器，可以將群集作為一個(gè)單一的系統進(jìn)行管理。管理員能夠對所有集群資源的狀態(tài)一目了然，方便將工作負載分配給集群之中的服務(wù)器，有利于對服務(wù)器進(jìn)行“滾動(dòng)升級”，極大減少了管理員介入管理的深度。同時(shí)由于每塊“刀片”都是熱插拔的，所以，系統可以輕松地進(jìn)行替換，亦可針對計劃釋放集群中特定服務(wù)器進(jìn)行維護，或在集群中插入新的“刀片”，提高整體性能，并且將維護時(shí)間減少到最小，確保了系統具有良好的可管理性及可維護性。

在服務(wù)器集群模式下，可以利用內置的轉換器將以太網(wǎng)數據和管理網(wǎng)絡(luò )，以及將新型的智能KVM(Keyboard，Video，Mouse)連接集在一起，從而實(shí)現服務(wù)器集群可以通過(guò)KVM轉換板共享一套光驅、軟驅、鍵盤(pán)、顯示器和鼠標，以訪(fǎng)問(wèn)多臺服務(wù)器，從而便于進(jìn)行升級、維護和訪(fǎng)問(wèn)服務(wù)器上的文件，在很大程度簡(jiǎn)化了設備的連接和管理。顯然，集群的服務(wù)器數越多，這一優(yōu)勢更明顯。

4.3 系統完備的可伸縮性

數字化校園建設整體是一個(gè)循序漸進(jìn)、不斷擴充的過(guò)程，系統的可伸縮性性能是日后進(jìn)行擴展必須考量的一個(gè)重要指標，也是數字化校園建設中長(cháng)期規劃的一個(gè)重要環(huán)節。在服務(wù)器平臺搭建上，主要是指可通過(guò)增加容量擴展和跨越處理器進(jìn)行負載平衡的能力。

隨著(zhù)需求的不斷增加和變化，服務(wù)器集群提供了隨著(zhù)發(fā)展進(jìn)行擴展支付的環(huán)境：向現有系統內添加節點(diǎn)的能力，并重新實(shí)現負載平衡機制。實(shí)際應用中所采用的刀片服務(wù)器在群集擴展能力方面，具有先天優(yōu)勢，只需要把各個(gè)“刀片”插入到刀片機箱中，利用自身的集群管理軟件就可以很輕松地擴展刀片服務(wù)器群。

除擴展性能之外，服務(wù)器集群技術(shù)亦是實(shí)現負載均衡的基礎。負載平衡意味著(zhù)將相關(guān)應用和資源從繁忙節點(diǎn)轉移到不繁忙節點(diǎn)，從而能從容應對大量的并發(fā)式訪(fǎng)問(wèn)請求，以減少用戶(hù)等待響應的時(shí)間?；蛘?，單個(gè)重負載的運算可分擔到多臺節點(diǎn)設備上做并行處理，使系統處理能力得到大幅度提高。

以Web應用為例，Web應用服務(wù)器集群系統，是由一群同時(shí)運行同一個(gè)Web應用的服務(wù)器組成的集群系統，即通過(guò)服務(wù)器集群技術(shù)將若干服務(wù)器劃分為一個(gè)應用群組，以建立高可用性Web服務(wù)器集群，形成負載均衡集群。在這樣的集群配置中，多臺服務(wù)器可以執行同樣的應用和數據庫操作。在案例中，通過(guò)Linux Virtual Server應用層集群的部署，可提供和節點(diǎn)個(gè)數成正比的負載能力。

通過(guò)對數字化校園中諸如網(wǎng)絡(luò )教學(xué)等應用的分析，Web應用占很大的比重，數字化校園的服務(wù)承載及業(yè)務(wù)處理的主應用服務(wù)器，主要完成來(lái)自Web服務(wù)器轉發(fā)的業(yè)務(wù)處理請求。集群服務(wù)器將眾多的訪(fǎng)問(wèn)請求分散到系統中的不同節點(diǎn)進(jìn)行處理，從而實(shí)現了更高的有效性和穩定性。在外界看來(lái)，整體表現就像是一個(gè)服務(wù)器一樣。均衡了集群服務(wù)器的負載，則達到優(yōu)化系統性能的目的，而這也正是基于Web的應用于數字化校園門(mén)戶(hù)所必須具備的特性。

4.4 快速的故障恢復能力

服務(wù)器集群把可用性和可伸縮性這兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)集于一身，因此其快速的故障恢復能力是明顯的。在故障服務(wù)器重新回到聯(lián)機初始狀態(tài)時(shí)，群集服務(wù)將自動(dòng)在群集中重新分配工作負荷，將應用服務(wù)部署于剛加入的節點(diǎn)機中。

5 結束語(yǔ)

綜合以上考量，服務(wù)器集群技術(shù)為數字化校園建設提供了實(shí)現高可用性、高可管理性和高伸縮性能的選擇，從而為數字化校園整體性能的提升注入充足的動(dòng)力。

參考文獻

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