Linux集群系统部署方法及技术研究

（一）集群部署概述

集群部署指的是，对已经在物理层上实现了连通及配置的集群各节点安装、配置操作系统和相应的应用软件，并且要在此基础上安装、配置各种集群软件及服务，使集群中全部节点间实现在应用层面上的连通，能够作为一个整体对外提供服务。可以说，集群部署就是实现集群中各节点间的全面连通和各种资源的全面共享，使集群能够以单一系统映像的形式提供服务、处理各种 请求。

集群部署是随着集群技术的进步和操作系统的不断完善而发展起来的。集群部署就是要研究每种操作系统在安装部署时各自的引导文件、所能支持的引导类型、引导文件的装载顺序，必需的服务和协议，以及相对应的集群结构、网络结构，特别是各种网络服务和协议的协同工作，以找到最合适的部署方法等。由于每种操作系统的引导文件、引导方式和集群规模、结构都会有所差别，因此，其相应的部署方式也会有所差别。

集群部署最重要的目的就是提供一种安全、可靠、快速的部署方法，使操作人员可以从繁重的操作系统安装及配置、应用软件和各种服务的配置等极容易出错的工作中解放出来，提高部署的效率和准确性。当然，这也必须要有相应的操作系统、集群技术以及网络协议的支持。

（二）Linux集群部署方法分析

随着Linux操作系统功能的不断完善和Linux操作系统所占市场份额的不断扩大，Linux集群的应用领域和集群规模也都在不断扩大，目前针对Linux集群也有不少的部署方法，如硬盘克隆方法、NFS（Network File System）网络安装方法等。

1.Ghost硬盘克隆方法

Ghost硬盘克隆就是借助Ghost软件对整个硬盘进行备份和还原，它能将目的硬盘复制得与源硬盘几乎完全一样，并实现分区、格式化、复制系统和文件一步完成。按其克隆的方式，可以将其分为单机硬盘克隆和网络硬盘克隆。

单机硬盘克隆是指在本机上对不同硬盘进行克隆的方法。这种方法需要对被安装节点的硬盘进行拆卸，分别放入本机中进行克隆。

网络硬盘克隆是指通过网络对远程机进行硬盘克隆的方法。这种方法要求远程机和本地机必须是同构的。

Ghost硬盘克隆要求目标硬盘必须与源硬盘大小相同，克隆后还需要逐台地修改相应配置，费时费力还很容易出错，因此这种部署方法不适合大规模Linux集群系统的部署。

2.NFS网络安装方法

网络安装是现在比较实用的一种集群部署方法，可以实现对集群系统的快速部署。NFS网络安装是现在使用最多的一种网络部署方法，可以实现对Linux集群操作系统的快速部署。

（1）NFS网络安装简介

NFS是网络文件系统的简称，它是分布式计算系统的一个组成部分，基于客户/服务器的结构和XDR（External Data Representation standard）/RPC（Remote Procedure Call）协议，通过远程过程调用RPC实现。

在NFS网络服务的支持下，当客户机想用远端机器上的文件时，只要用类似“mount”这样的安装命令，就可以把远程文件系统挂接在自己的操作系统之下，使远程文件的使用和本机上的文件没有两样，这就为网络安装Linux操作系统提供了条件。在使用NFS网络安装Linux操作系统时，客户机可以利用NFS网络服务的支持，将含有操作系统软件包的远程文件系统挂载在客户机的系统之下，当作本机的文件系统使用，以此来使用这些远程的文件实现在本机安装操作系统的目的。(www.xing528.com)

（2）工作原理

使用NFS网络安装，必须将含有Linux操作系统安装文件包的远程文件系统挂载到客户机本机上使用，相当于在安装过程中，将Linux操作系统的安装文件通过网络从远程文件系统上下载到客户机的本地硬盘上进行安装。这与使用光驱安装操作系统的不同点，就在于操作系统的安装文件是通过网络传输的，其安装速度要远远高于通过光驱的安装速度。

NFS网络安装所需要的服务和协议很少，配置也很简单。只要服务器端能够提供NFS、TFTP、DHCP服务，客户机能够使用PXE协议网络启动，即可进行NFS网络安装。

NFS网络安装所需要的服务都集中在服务器端，其中NFS、TFTP、DHCP服务可以分别设置在三台服务器上，也可以设置在同一台服务器上。首先，设置DHCP服务，提供向客户机分配临时IP的服务。其次，设置TFTP服务，将所要安装的Linux操作系统的引导文件及其配置文件、内核映像文件、根文件、系统文件等放入TFTP服务的根目录中。再次，设置NFS服务，将要安装的Linux操作系统所需的所有软件包及引导程序文件都放入其共享目录之下。NFS服务器的共享目录都记录在/etc/exports这个文件中。当NFS服务器的后台进程启动时，会检查exports文件，并按照设置把里面的目录共享。而客户机端在NFS服务器启动后，可以使用mount命令把远程文件系统安装到本地使用。最后，使客户机通过网卡启动。当客户机使用PXE协议网卡启动之后，一是要通过服务器的DHCP服务获得一个IP地址，这样才能将所需的文件下载到本机上。二是利用服务器的TFTP服务将操作系统的引导程序及内核下载到本机内存中执行，然后从已经挂载到本机的远程文件系统中寻找共享目录，并从中提取软件包进行 安装。

3.基于Script的安装方法

基于Script的安装方法其实就是对NFS网络安装方法的一种改进。它的工作原理与NFS网络安装几乎完全一样，差别只是传输操作系统安装文件包时使用的协议不同，并且支持使用脚本程序对安装完成的操作系统进行自动配置。

在 NFS 网络安装方法中，为了快速引导客户机端的安装，服务器端会在向客户机端传输引导文件、内核镜象文件、根文件系统文件时使用 TFTP 服务，采用UDP 协议对文件进行快速的传输。但在传输数据量较大的操作系统安装文件的时候，为了确保数据传输的可靠性、安全性，采用的是TCP协议，这样就不会因为丢包而导致安装无法进行。

在基于Script的安装方法中，虽然也是采用UDP协议来向客户机端传输系统安装时所需的引导程序，但在传输操作系统安装文件包时使用的不再是TCP协议，而是采用多点传输或是加密传输等更安全可靠、传输速度更快的协议。这就使待安装的节点可以同时从多个服务器上接收安装包文件，更能有效地缓解网络带宽的瓶颈问题。

基于Script的安装方法对NFS网络安装最大的改进，就是支持使用脚本程序对安装完成的操作系统进行自动配置，这可以有效减少操作人员的工作量，节约大量的时间，提高部署的效率和准确性。

虽然基于Script的安装方法可以有效缓解同时部署多个节点时的网络带宽的压力，并且可以在系统部署完成后使用脚本对系统进行必要的设置，但这种安装方法也有不足之处。使用基于Script的安装方法在网络上传输的是Linux操作系统的安装文件包，这些安装文件包到达目标节点后仍会有一个在本机上的安装过程，这个安装过程与使用光盘在本机上的安装过程相同，会耗费大量的时间。最重要的是，使用此种安装方法在网络上仅能传输操作系统的安装包，不能同时传输各种集群软件的安装包。因此，使用基于Script的安装方法仅能够安装Linux操作系统，不能同时安装必要的集群软件，这就使得使用脚本程序所做的设置也都是仅针对操作系统的设置，不能够同时配置整个集群系统的软件环境，造成了在操作系统安装完成后，仍需要操作人员逐台去安装，并配置必要的集群软件。因此，基于Script的安装方法也不适合大规模Linux集群的部署。

4.基于镜像的安装方法

基于镜像的安装方法也是网络安装方法的一种，它需要从网络上传输数据进行部署工作，其工作原理与NFS网络安装很接近，但是工作方式则完全不同。镜像文件的获取和部署是基于镜像的安装方法的关键，也是与NFS网络安装的根本不同之处。在基于镜像的安装方法中，向客户机传输的是镜像文件，而不是软件包。

基于镜像的安装方法是在镜像的基础上进行的，设计者要使用此种方法来部署集群系统，最重要的就是要获取到准确的镜像文件。镜像文件一般都是从一个设置好的样本节点中提取出来的：首先，准备一个样本节点，安装并设置好Linux操作系统；其次，在此样本节点上安装并设置好各种必需的集群软件，同时要配置好集群环境所需要的各种设置；最后，将样本节点上的整个文件系统提取成为一个镜像文件。提取出来的镜像文件不仅包含样本节点上的操作系统，还包含在样本节点上安装的各种集群软件及其配置。在安装部署过程中，通过网络传输的不再是安装包文件，而是获取到的镜像文件。只要将镜像文件部署到集群系统的节点上，就能保证将操作系统和各种集群软件同时部署在节点上面。这样，不仅能省去安装操作系统所需要的时间，也不再需要操作人员逐台地去给各个节点额外地安装、配置必要的软件环境，更能有效地减少操作人员的工作量。

基于镜像的安装方法，可以在给集群中节点部署操作系统的同时，也部署上相应的软件环境，达到快速部署集群系统的目的。但是，它也有不足之处。基于镜像的安装方法是以从样本节点上获取到的镜像文件为基础向集群节点进行部署的，那么，使用同一镜像文件部署完成的所有节点在操作系统及各种软件的安装和设置上都会完全一样，导致无法在部署的同时针对每个节点做相应的配置。这样就造成了在部署完成后，仍然需要操作人员手动做一些必要的系统配置，如针对每个节点设置相应的节点名和IP地址等。最重要的是，在部署镜像的过程中，各个节点都要从服务器端接收镜像文件，这样就使集群系统的部署效率极易受到服务器端网络带宽的影响和限制。因此，基于镜像的安装方法也并不能满足快速部署大规模Linux集群的要求。