集群服务与负载均衡

Posted 2021-04-15 北九南二

一、基本概念

Web集群是由多个同时运行同一个web应用的服务器组成，在外界看来就像一个服务器一样，这多台服务器共同来为客户提供更高性能的服务。集群更标准的定义是：一组相互独立的服务器在网络中表现为单一的系统，并以单一系统的模式加以管理，此单一系统为客户工作站提供高可靠性的服务。

负载均衡的任务是负责多个服务器之间（集群内）实现合理的任务分配，使这些服务器（集群）不会出现因某一台超负荷、而其他的服务器却没有充分发挥处理能力的情况。

负载均衡有两个方面的含义：

1）把大量的并发访问或数据流量分担到多台节点上分别处理，减少用户等待响应的时间；

2）单个高负载的运算分担到多台节点上做并行处理，每个节点设备处理结束后，将结果汇总，再返回给用户，使得信息系统处理能力可以得到大幅度提高；

二、集群技术

2.1 集群技术可以分为三类：

2.1.1 高性能性集群（HPC Cluster）：以提高科学计算能力为目标的集群技术

2.1.2 高可用性集群（HA Cluster）：为了使集群的整体服务尽可能可用，减少服务宕机时间为目的的集群技术。如果高可用性集群中的某节点发生了故障，这段时间内将由其他节点代替其工作。

HA方案主要有两种方式：

1）主-主（Active-Active）工作方式

最常用的集群模型，提供高可用性，最大程度利用硬件资源，每个节点可以在故障转移时临时接管另一个节点的工作。所有的服务在故障转移后仍保持可用，但性能通常会下降。

2）主-从（Active-Standby）工作方式

为了提供最大的可用性，以及对性能最小的影响，主-从工作方式需要一个在正常工作时处于备用状态的节点，主节点处理客户机的请求，而备用节点处于空闲状态，当主节点出现故障时，备用节点会接管主节点的工作，继续为客户机提供服务，并且不会有任何性能上影响。

2.1.3 高可扩展性集群

指带有负载均衡策略（算法）的服务器集群技术，使负载可以在计算机集群中尽可能平均分摊处理，需要均衡的可能是应用程序处理负载或是网络流量负载，该方案非常适合于运行同一组应用程序的节点。每个节点都可以处理一部分负载，并且可以在节点之间动态分 配负载， 以实现平衡。对于网络流量也是如此。通常，单个节点对于太大的网络流量无法迅速处理，这就需要将流量发送给在其它节点。还可以根据每个节点上不同的可用资 源或网络的特殊环境来进行优化。负载均衡在多节点之间按照一定的策略（算法）分发网络或计算处理负载。负载均衡建立在现有网络结构上，提供了一种廉价有效的方法来扩展服务器带宽，增加吞吐量，提高数据处理能力，同时又能避免单点故障。

三、负载均衡

后台的多个Web节点上面有相同的Web应用，用户的访问请求首先进入负载均衡分配节点（软件或硬件），由其根据负载均衡策略（算法）合理地分配给某个Web 应用节点。

Web负载均衡的作用是把请求均匀的分配给各个节点，是一种动态均衡，它是一种动态均衡，通过一些工具实时地分析数据包，掌握网络中的数据流量状况，把请求理分配出去。对于不同的应用环境（1电子商务网站，计算负荷大；2网络数据库应用，读写频繁，服务器存储子系统面临很大压力；3视频服务应用，数据传输量大，网络接口负担重压）使用的负载策略不同。

负载均衡算法主要有三种：轮询（Round-Robin）、最小连接数（Least Connections First）、和快速响应优先（Faster  Response Precedence）

1）轮循算法，就是将来自网络的请求依次分配给集群中的节点进行处理。

2）最小连接数算法，就是为集群中的每台服务器设置一个记数器，记录每个服务器当前的连接数，负载均衡系统总是选择当前连接数最少的服务器分配任务。 这要比"轮循算法"好很多，因为在有些场合中，简单的轮循不能判断哪个节点的负载更低，也许新的工作又被分配给了一个已经很忙的服务器了。

3）快速响应优先算法，是根据群集中的节点的状态（CPU、内存等主要处理部分）来分配任务，目前没做到，未来发展方向

基于以上负载均衡算法的使用方式，细分为：

2）反向代理服务器：可以将请求转发给内部的服务器，使用这种加速模式显然可以提升静态网页的访问速度，也可以考虑使用代理服务器将请求均匀转发给多台服务器，从而达到负载均衡的目的。反向代理服务器如Ngix