Linux集群技术研究：现状及成果

（一）集群技术的应用与发展

历史上，计算模式被明显地分为具有特定应用领域的三个范型：一是桌面工作站或PCs，主要用于交互式工作；二是采用对称多处理（SMP）结构的集中式计算服务器，多用于计算集中或I/O集中的批处理作业；三是大规模并行处理机（MPPS），应用于科学计算和大规模的并行处理任务中。随着应用的不断深入，用户对计算机性能提出了越来越高的要求。为此，国际上兴起了研究集群技术的热潮。集群技术旨在把一组计算机（如工作站、微型机、大型机等）用网络以某种结构互连起来，充分利用各计算机资源，统一调度、协调处理，实现高效率并行计算。集群计算的应用主要分为两大类：超级计算和事务处理。超级计算机并行执行复杂的数学算法来求解方程，这样的集群系统常被用在基因工程、天气预报等需要高性能计算的领域。事务处理中的事务广义上包括数据库查询、金融指令和常见的Web浏览器对文件和图像数据的请求。在这个领域，可以在执行事务级别上使用并行方式来获得性能提高。

（二）目前集群技术研究的问题

对集群技术的研究主要集中在解决以下问题：如何在高负载情况下保持系统性能的稳定？如何在突发系统故障情况下保证系统不停机？如何在需要扩展系统能力时能够既方便又保护原有的投资？

所采取的相应解决技术方案为：使用多种优化分配算法和转发机制实现负载均衡，将用户请求均衡分配到各个节点进行处理，结果回送用户；容错机制负责自动监测故障，当监测到某一节点发生故障时，将其从集群中暂时移出，并不再向该节点分配用户请求，当此节点恢复正常后，再将其恢复加入集群中；保证高扩展性，当添加一个或若干新的节点到集群网络中时，只用修改配置文件和状态文件，不必对系统做太多的修改。

负载均衡技术的目标在于在各节点间分配负载，均衡各节点负载，进而实现并行计算，以减少任务响应时间。根据任务粒度的大小，负载均衡技术主要分为两个层次：任务级和进程级，即分配和转发的是一个作业任务还是一个进程。由于进程级负载均衡需要对进程进行切换，因而对网络通信速度和系统并行性要求较高，现阶段实际应用较少。目前对负载均衡技术的研究主要是针对任务级负载均衡进行研究和开发。(www.xing528.com)

（三）目前成熟的集群产品介绍

Turbolinux公司推出了能够显著地提高基于TCP/IP协议的多种网络服务的服务质量的高可用性集群系统Turbocluster。RedHat也提供了基于Linux Virtual Server思想构建的高可用性集群系统Piranha。由Ericsson软件工程研究中心开发的高可用性集群系统Eddie的主要目的是，提供一个商业级的、具有较好服务质量的Web服务器的解决方案。Platform公司开发的高可用性集群系统Lsf提供了分布式集群系统的解决方案，通过将物理上分散的多个集群系统连接在一起，使多个同构或异构的计算机能够通过局域网或广域网共享计算资源，并能够为用户提供对资源的透明 访问。

日本的F5公司开发出了高可用性集群BIG-IP，它是应用于本地网络站点或数据中心的高可用性的、智能化的负载平衡产品，它提供了对网络流量的自动和智能的管理。与前几种集群系统不同的是，BIG-IP向用户提供的是一个即插即用设备，而其他产品提供的都是软件方法。

高性能集群系统MOSIX为Linux核心增添了集群计算的功能。在MOSIX集群环境中，用户无须对应用程序进行修改，或将应用程序与库连接起来，或将应用程序分配到不同的节点上运行。MOSIX会自动将这些工作透明地交给别的节点来执行。

在科学计算领域中，比较成功的例子是高性能集群系统Beowulf，它最初是由NASA的Goddard Flight Center进行开发的，主要目的是支持大规模的科学计算，如地球和太空技术涉及的一些计算问题。