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                        根據高可用集群和負載均衡設計集群結構

                        添加時間:2019/01/22 來源:北京郵電大學 作者:汪高翔
                        當前的應對方案往往從加強服務器硬件性能和改變服務器系統架構方面入手。高性能的服務器能夠提高服務的可靠性和負載能力,但是價格昂貴,而且在可靠性的提升方面,其上限還未能達到實際生產的要求。
                        以下為本篇論文正文:

                        摘要

                          隨著科學技術的高速發展,互聯網技術得到長足發展,人們對當前網絡服務的要求也在逐步提高。尤其是一些大型網絡公司、企業、集團等,其服務器必須24小時不間斷地對外提供服務。如何保證服務的不間斷,使服務器提供高可用的服務越來越受到企業公司的重視。

                          能否提供高可用、穩健、高效的服務,直接影響到整個系統的正常運行和用戶的體驗,如果企業沒有應對服務器故障的措施,就會造成用戶量下降,對企業的經濟和信譽造成不可估量的損失。

                          當前的應對方案往往從加強服務器硬件性能和改變服務器系統架構方面入手。高性能的服務器能夠提高服務的可靠性和負載能力,但是價格昂貴,而且在可靠性的提升方面,其上限還未能達到實際生產的要求。另一種方法是設置備機或者對服務進行分流,這些熱備和負載均衡的思想大都是通過集群實現,F有的集群解決方案多種多樣,不同的集群結構適用于不同的集群方案。由于集群方案的幵源性和配置的靈活性,使我們在改進方案時有很大的空間。

                          高可用(HA)集群旨在使集群系統的服務不間斷,負載均衡集群旨在提高集群系統的服務性能,兩者結合可以保證集群的穩定性與高性能。

                          本文基于項目中的需求,整合了高可用集群和負載均衡集群,設計了集群的結構,對每個功能模塊進行了適應需求的改進。本文所做的工作有如下幾點:

                          1.根據各種集群解決方案的優點,設計了融合高可用和負載均衡集群的集群結構,對集群中的存儲結構進行了分析論證。

                          2.對集群中的高可用模塊使用的開源項目heartbeat進行了修改,將資源管理功能從heartbeat中剝離。

                          3.增加了雙機主備間高可用模塊的管理和監視功能,并實現雙機模塊在控制頁面上的展示與管理。

                          4.改進了負載均衡模塊所采用的動態調度算法,將集群中各節點的運行參數、網絡狀況等因素作為考察點,使得均衡器根據每個節點的狀況動態靈活分配任務。

                          最后,本文將改進的集群解決方案應用到了安全管理系統中,并進行了演示、故障切換和壓力測試。

                          關鍵詞:Linux集群高可用負載均衡集群存儲

                        ABSTRACT

                          With the rapid development of science and technology, Internet technology has got great development, and people's requirement of network service increases gradually. As to large network companies, enterprises, groups, the servers must be 24 hours uninterrupted provide service for users. All of these require the servers to provide high performance, uninterrupted service, so whether the servers are efficient and stable and high availability has been paid more and more attention.

                          It also becomes the key to enhance the competitiveness of enterprises.

                          High performance, uninterrupted and efficientapplication service make the enterprises and social public institutions emphasize handling business, performance of servers, stability of servers, and the system's high availability requirements to an unprecedented degree. The development and popularization of all these applications make people pay more and more attention on high efficiency and stability of service system. The requirements of customers makes enterprises, organizations and groups in urgent demand for high availability system. If there is anydowntime means serious losses, the decline in customers' experience, and it may cause the loss of customers, the decline of entire enterprise reputation, and the loss of the core competence.

                          Current solutions are strengthening server hardware performance and changing server system architecture. High performance servers can provide service reliability and load capacity. But the price is expensive, and reliability cannot meet the requirement of actual production. Another approach is to construct a cluster. There are diverse cluster solutions, different solutions apply to different cluster. Many open source modules and flexible configuration give us great space to improve the cluster.

                          High availability cluster aims to improve the unremittance of cluster's service, load balancing cluster aims to improve the service performance of the cluster, and the combination of the two can guarantee the stability and high performance of cluster.

                          Based on the needs of our project, we intergrated high-availability cluster and load balancing cluster and designed the structure of the cluster, which has been improved to meet the needs of each functional module.

                          The work of this paper are as follows: 1.According to the merits of various clustering solutions, we designed a new cluster structure, which intergrated high-availability cluster and load balancing cluster. And then we analyzed the reasonable storage structure in cluster. 2.We modified the open source project heartbeat, which had been used in high-availability cluster. We stripped the resource management function from the heartbeat.

                          3.We added the. management and monitoring module in the dual system, and we could monitor and manage the system on control page.

                          4.We came up with a dynamic load balancing algorithm, which was improvement of dynamic scheduling algorithm. The director will allocation . tasks according to the operating parameters and network conditions of each node in cluster.

                          At last, we conducted the system and made a switch and pressure test.

                          KEY WORDS: Linux cluster high availability load balancing cluster storage

                          隨著科技和經濟的高速發展,互聯網的普及程度得到長足的發展,人們對當, 前網絡服務質量的要求也在逐步提高。尤其是一些大型網絡公司、企業、集團等,其服務器必須24小時不間斷地對外提供服務。是否能夠提供高效穩定的服務已經成為一個網絡公司強有力的競爭力。世界各地各種各樣的公司廣行業,比如交通信號系統、工業生產控制系統、數據交換機、電信業服務系統、軍事監控系統。

                          這些領域的服務器都需要不間斷且穩定地運行。這些企業公司的服務器一旦發生故障都可能造成重大損失,甚至是嚴重事故,從而造成用戶體驗下降,客戶的流失,最終導致公司、企業的衰敗。計算機服務的穩定和效能提升成為人們關注的焦點,服務質量的提升也應該從這些方面考慮。而服務的穩定持續性不能夠只靠提高服務器性能和改進操作系統來實現,這需要一組服務器群體共同實現,這就是服務器集群。

                          就目前而言,VMS、Windows以及Unix/Linux仍然是大多數集群系統所釆用的主流操作系統。[1]VMScluster系統是最早的集群系統,它是由美國的DEC公司開發的。由于VMSduster的起步較早,因而其技術也比較成熟,但是其發展也受到一定限制,這是因為該系統只能運行在DEC公司開發的Alpha和VAX系統上。[2]Unix因為它的穩定和安全,受到眾多公司的青睞,許多公司的集群系統搭建在Unix系統之上,如IDEC、HP、SUN、IBM、NCR以及DG等公司。具有代表性的集群解決方案是DEC公司的Tmchaster[2],這是一個由4臺服務器組成的高可用集群,該系統具有高可靠、高可用和方便管理等特點,能為重要業務模塊提供理想的集群解決方案。

                          微軟在上個世紀末幵始著手集群系統的研發工作,并在Windows2000中添加了名為WolfPack的集群功能模塊,他有一個更為人熟知的名字,MicrosoftCluster Server (MCS)。[3]該模塊可以對基于WindowsNT系統的應用程序提供性能的提升和高可用服務,并且其用戶大都是較大規模的,企業級的。當前的MCS只支持兩個節點的集群,一個主用服務器,另一個備份服務器。MCS下一步的目標是將集群節點數量提升至16個。MCS的雙機集群對應用程序資源的管理過于簡單,集群性能的提升空間有限。其次,MCS只能運行在WindowsNT服務器上,其可移植性不強。目前,基于WindowsNT系統的集群大都應用在小型機之上,這是因為WindowsNT系統在大型機上的穩定性與UNIX尚有一定差距,并且與集群相關的大規模并行計算能力也不強。隨著WindowsNT的不斷發展和逐漸成熟,其集群系統將有更廣泛的應用。

                          Turbolinux公司推出了一套基于Linux的集群解決方案Turbocluster,該集群適用于各種以TCP/IP協議族網絡服務為核心業務的系統。RedHat推出了基于LVS的高可用集群系統Piranha。Eddie集群解決方案提供了較好質量的web服務。Lsf是一種為分布式的集群系統設計的集群解決方案,該方案是Platform公司的產品。MOSIX增加了 Linux集群的集群計算能力,它能使應用'程序在各節點間透明地調度,提高了集群調度效率。F5公司開發的BIG-IP是一款用于數據中心或者本地網絡站點的產品,該集群具有智能化、高可用等優點,它最突出的特點是能夠支持即插即用。[3]

                          在高性能科學計算領域,人們開始用小型廉價的個人電腦或小型工作站集群。_替代昂貴的高性能服務器。比較成功的是Beowulf,它用以增強對大規模的科學計算的計算能力。

                          負載均衡集群結構設計:

                        安裝雙機模塊前
                        安裝雙機模塊前

                        安裝雙機模塊后
                        安裝雙機模塊后

                        雙機熱備的配置頁面
                        雙機熱備的配置頁面

                        雙機熱備的啟用
                        雙機熱備的啟用

                        雙機系統啟用提示
                        雙機系統啟用提示

                        雙機信息管理界面
                        雙機信息管理界面

                        目錄

                          第一章引言
                            1.1 研宄的意義及背景與現狀
                            1.2 論文主要工作及創新點
                            1.3 論文組織結構
                            1.4 小結
                          第二章集群預備知識
                            2.1 集群的定義及其評測標準
                            2.2 幾種典型的Linux集群系統
                            2.3 集群中數據包的處理
                            2.4 集群的存儲方案
                              2.4.1 共享存儲方案
                              2.4.2 鏡像存儲方案
                            2.5 心跳控制組件heartbeat
                              2.5.1 heartbeat 的組成
                              2.5.2 heartbeat部署的集群結構
                              2.5.3 heartbeat 的控制消息
                              2.5.4 資源腳本
                              2.5.5 heartbeat 的配置文件
                            2.6 LVS 介紹
                              2.6.1 LVS集群的結構
                              2.6.2 LVS集群的分類
                              2.6.3 LVS的調度算法
                            2.7 小結
                          第三章 Linux集群的高可用性模塊的設計
                            3.1 服務高可用模塊的設計思路
                            3.2 集群存儲方案的論證
                            3.3 HA集群方案的設計
                              3.3.1 集群結構設計
                              3.3.2 集群資源管理
                            3.4 負載均衡集群方案的設計
                              3.4.1 集群的結構設計
                              3.4.2 LVS動態負載均衡調度算法設計
                            3.5 集群的整合
                            3.6 小結
                          第四章基于Linux高可用集群的安全管理系統的實現
                            4.1 安全管理系統簡介
                            4.2 安全管理系統的雙機熱備結構
                            4.3 改進的動態負載均衡方案的實現
                            4.4 小結
                          第五章 系統測試與分析
                            5.1 HA集群的故障切換測試
                            5.2 負載均衡集群的性能測試
                            5.3 小結
                          第六章總結與展望
                            6.1 集群發展的現狀與展望
                            6.2 論文總結
                            6.3 下一步工作方向
                          參考文獻
                          致謝
                          作者攻讀碩士學位期間發表的論文

                        (如您需要查看本篇畢業設計全文,請您聯系客服索。

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