Linux集群系列之一——集群基础概念

集群

场景一

LAMP 
   http,web object简单无状态连接 
   200,50dynamic 
      prefork,2M 
      10M 
         50*10+150*2 M 

apache：进程切换，查询mysql， 网络IO，磁盘IO

200--->1000 
     800,200 
     1600+2000 

解决方式

Scale ON  :向上扩展   换更好的硬件，如换主机 
注意：Scale On向上扩展，硬件增长比例与性能增长比例是不成线性的。而且相对于成本是高昂的。

Scale Out:  向外扩展  

需要解决的问题

如何分配调度多台主机:
DNS解析

问题：DNS缓存以及DNS缓存服务器的缓存，以及每台主机都必须有独立IP。

方案

---->Load Balancing:LB  负载均衡 

进行调度，分配，分发（调度算法）：

Round Robin: 轮调 
同一个客户端请求，并发的资源可能来自多台服务器。
服务器的硬件，性能有所差异.
WRR:weight Round Robin 加权轮调 
考虑公平以及效率，权重weight。能者多劳。

场景二

不同服务器之间数据的同步
独立出来一台主机做为MYSQL服务器使用。
不同服务器中的数据保存在同一mysql服务器中，解决数据同步问题。
注意：发帖中的附件不能保存在数据库中，附件保存在其他存储设备中，数据库里面仅是一个指针指向附件具体存储的位置。
为了是附件也能在不同服务器进行访问，数据同步，可以在独立出来一台主机作为NFS服务器使用，附件则保存在NFs中，多台服务器都可以直接访问和存储。
网页的页面文件不应该放在NFS上，页面文件要放在本地服务器上，这样减少请求响应的时间。每台本地服务器上都存放页面文件的话，页面更新困难。
为了解决页面文件的更新困难问题，使用一台作为主的页面文件主机，每次只是更新这一台，并通知其他服务器，让其他主机主动过来参照更新页面文件。
实现 ：rsync 只复制有差异的文件 ，可以远程
同步复制文件机制：
 例行计划任务+通知机制（更新即通知）
 
 机制： rsync+inotify 
 实时监控，页面一有更新，就通知，从服务器就来复制。

集群

Cluster 
LB:   load Balancing: 负载均衡集群 
HA:High Availiable 高可用 

注意：负载均衡集群具有高可用的能力，但不是高可用集群。高可用集群的主机之间要进行通信，发送heartbeat，以及宕机后，快速切换服务。
 而负载均衡集群的高可用能力是通过上面的调度服务器调度来实现。
  调度服务器如何知道后端服务器的是否在线或宕机，而进行调度分配？
   对后端服务器的健康检查；
   health check:健康检查   
   检查多次，检查在是否可用，不可用，则重新调度，即从集群中移除，如果检查发现，有可用的集群服务器，就将其加入到集群服务器中，接受调度分配。
  '检查活到死，死到活'

当服务器增多，调度器的资源有限，可能会成为整个系统的瓶颈。
为了解决上述问题，进行功能切分。不同功能进行不同集群。使调度器的效率很高。
   单一调度器，可能会出现宕机，损坏等，所以要为调度器配备一个备用的调度服务器。    
   
   primary-------standby 
standy:具备和primary配置一样，IP地址进行切换，自己服务启动。
primary 和 standby时刻通信，发送heartbeat（心跳数）,一旦宕机，立即启动，进行切换。   

调度器：

高可用和负载均衡：

负载均衡集群以提高服务的并发处理能力为着眼点的，高可用集群是提高系统始终在线能力为着眼点的。
LB：增加处理能力的,并发处理能力。
HA：增加系统的服务可用性
可用性= 正常在线时间/正常在线时间+故障处理时间   

 在线时间/（在线时间+故障时间）
 99%，99.9%提高了10倍的可用性 
 99.99% 99.999%
```language

高可用：HA

web 
   primary：IP，web app, 页面----- standby：IP,web app,页面  
   
                   NFS （瓶颈）

LAMP场景：

共享存储：
提高资源利用：
整合起来，web  和 mail 互为高可用 。运行的服务是分开的。

host1：IP1  web       host2:IP2   mail 
注意：某个资源只能被某个节点所占用
node：节点   主机 

host1: 
host2:
host3:   
  多个调度服务器互为高可用集群，要设置优先级，以及时时发送heartbeat,使用多播，组播的方式。还有集群事务信息。
  
DC：推选的事务协调员，如果挂了，就重新推选。

共享存储：
   1.RAID   DAS   块级别
   2.NFS    NAS   文件级别 

NAS 1000mbps 12.5MB/s 
DAS  320Mbps    
   


DAS：Direct Attached Storage直接附加存储
NAS:Network Attached Storage 网络附加存储。   
  
RAID与NFS
NFS对前端服务器而言，NFs就是文件共享服务器。数据请求是在文件级别上完成的。网络上是以文件
RAID,是磁盘阵列，是通过主板上的总线连接到RAID上，相当于本地存储设备，数据是在块级别上交换的。

磁盘：块级别  
    一个文件包含多个块。

    注意：通过DAS机制，若两个进程工作在一台主机上同时处理同一个文件，可以通过加锁，防止同时处理同一个文件。
    当两个进程工作在两个主机上，都同时处理DAS上的主机同一文件。
注意：两个主机同时加载同一个文件到各自内存里，修改后，将文件写回到DAS里，如果交叉，会是存储混乱。
NFS自身可以锁定两个同时写的操作。阻塞另一台主机的写操作。

如果由于没有及时传递heartbear信息，结果切换到备用的调度服务器，而主调度服务器还在写数据到DAS中，而standby也同时写同一个文件。左右就不协调了，称为split-brain:脑裂

解决办法：

1.STONITH：(Shoot The Other Node In The Head)
通过电源交换机（切断主机的电源）
2.fencing：隔离
   拒绝某一节点访问某一资源的机制，使服务器和存储设备断开。

 隔离级别：
    1.节点级别：STONTIN
    2.资源级别

注意：为了防止脑裂,集群分裂，高可用集群至少有3个节点，奇数个节点，仲裁机制，少数服从多数。

补充：
脑裂：本来一个大脑的两半球互相配合，变成了分裂成两个独立的大脑，都认为对方已死。在集群环境中，有这么几种可能造成"Split-Brain"现象：
        1、在集群环境中的节点间的心跳线同时断掉后，集群系统所处于的一种特殊状态。例如节点1和2组成一个集群，突然1和2间的心跳同时都断了，如果此前节点1正在运行应用，心跳都断掉后2开始去接管应用，强行加载数据，此时就是split-brain。
       2、集群中节点因为处理器忙或者其他原因暂时停止响应时，其他节点可能误认为该节点“已死”。
后果：节点间争夺共享磁盘（即资源）的访问权，都对共享文件系统产生读写操作，从而导致共享磁盘文件系统损坏。 
解决办法：使用硬盘心跳，scsi reservation，以及最极端的power fence。

HP:高性能集群（HBC）

High Performance 
   向量机 
   
   
数据存储，以及磁盘IO可能会产生瓶颈。

化整为零--->合并整合
每台计算机只处理所有数据的一部分，且每台计算机上只存储一部分数据。
每个节点既是计算节点，也是存储节点。

分布式存储：
   分布式文件系统
   
并行计算（处理）集群：
    分布式文件系统
    将大大任务切割为是小任务，分别进行处理的机制。
HP：科学运算集群