集群技術(shù)在信息化校園中的應(yīng)用

劉宇辰+董生忠

【摘 要】隨著高校校園網(wǎng)中網(wǎng)絡(luò)用戶量的不斷增加，通過使用計算機集群技術(shù)，可以改善高校校園網(wǎng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理及存儲能力，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。我們采用windows server 2008，及SQL server 2008 R2，將多臺服務(wù)器、兩套網(wǎng)絡(luò)存儲及其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備構(gòu)成由多個服務(wù)器及計算機集群組成的集群系統(tǒng)，實現(xiàn)高校校園網(wǎng)絡(luò)在花費較低成本的前提下，達到更高的運行處理速度及更好的系統(tǒng)穩(wěn)定性。

【關(guān)鍵詞】集群技術(shù)；信息化；高校；網(wǎng)絡(luò)

0 前言

“信息化”正在逐步深入地走進人們視野，高等院校的信息化建設(shè)正在緊鑼密鼓地進行中。在信息化校園建設(shè)和使用過程中，隨用戶數(shù)的增加，訪問需求不斷加大，單一服務(wù)器的響應(yīng)速度成為整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的瓶頸，解決辦法一種是更換更高性能的服務(wù)器終端，但高性能服務(wù)器所帶來的問題是高成本；另一種解決方法是采用集群技術(shù)，將性能有限的服務(wù)器統(tǒng)一利用起來，利用較低的成本獲取較高的性能、可靠性和靈活性，因此集群技術(shù)的優(yōu)勢在此充分體現(xiàn)出來。

1 高校網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)中的現(xiàn)存問題

隨著校園網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)用戶量的不斷加大，許多高校中在選課等辦公用網(wǎng)時可能出現(xiàn)較大網(wǎng)絡(luò)延遲甚至宕機等現(xiàn)象，升級雙機系統(tǒng)對于眾多小系統(tǒng)來說則需要大量的硬件軟件的投入[1]，而在高校中也沒有那么多的資金去升級服務(wù)器并升級為雙機系統(tǒng)。

在高校中各單位系統(tǒng)建設(shè)相對獨立，相當(dāng)于多個獨立的主體，資源配置和部署在每個單位都是相同的，使大量人力物力耗費在重復(fù)性工作上，當(dāng)訪問量增加的時候甚至經(jīng)常出現(xiàn)無法登陸的情況。比如說在學(xué)生選課時間在已經(jīng)分為多個時段多批次選課的情況下，依然會在選課時出現(xiàn)訪問量過大無法登陸的情況；在教師登記成績期間，會出現(xiàn)數(shù)據(jù)量過多系統(tǒng)暫時癱瘓，全校無法使用教務(wù)網(wǎng)站等諸多情況。

2 集群技術(shù)分析及選擇

計算機集群技術(shù)可分為高性能計算集群技術(shù)、高可用性集群技術(shù)和負載均衡集群技術(shù)。高性能計算集群也稱科學(xué)集群，是一種用來提高科學(xué)計算能力的計算機集群技術(shù)。高可用集群是一種以減少服務(wù)中斷時間為目的的服務(wù)器集群技術(shù)。負載均衡集群在多結(jié)點之間按照一定的策略或算法分發(fā)網(wǎng)絡(luò)或計算處理負載，使負載可以在計算機集群中盡可能平均地分?jǐn)偺幚怼Ｘ撦d均衡建立在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)之上， 這為高校提供了一種低成本的方法來提高服務(wù)器的速度、用戶訪問質(zhì)量和數(shù)據(jù)處理能力，同時又可以避免單臺服務(wù)器故障[2]。將這三種技術(shù)綜合起來應(yīng)用于高校校園信息化建設(shè)中，這樣可以使高校網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的工作效率和處理能力大幅提升。

3 集群技術(shù)軟件平臺的分析與選擇

計算機集群技術(shù)的軟件平臺有Solaris、Linux和Windows三種選擇。在這三種軟件平臺中LINUX可以在廉價系統(tǒng)上運行，提供了UNIX的靈活性和強大功能。但LINUX系統(tǒng)可操作人數(shù)相對較少，在校園中的實用性不強；Solaris 是 SUNSoft 公司的基于 UNIX 的多線程多用戶的操作系統(tǒng)，系統(tǒng)在容錯方面的實時性不是十分理想，而且通用性較低。Windows 系統(tǒng)是應(yīng)用較廣、相關(guān)技術(shù)人才較多的系統(tǒng)平臺，價格較低，維護成本較低，維護方便。因此，我們選擇Windows 系統(tǒng)作為高校校園網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器平臺，在有計算、視頻圖像處理或數(shù)據(jù)需求的時候可以通過增加結(jié)點將該計算機加入集群來提高處理數(shù)據(jù)速度。

Windows Server支持了三種集群技術(shù)，分別是網(wǎng)絡(luò)負載均衡（NLB）、COM+ 組件負載平衡（CLB）與服務(wù)器集群（MSCS）[3]，可以利用已經(jīng)集成在Windows Server中的NLB和MSCS集群技術(shù)，來對高?，F(xiàn)有服務(wù)器進行集群化升級。在學(xué)習(xí)工作研究中，經(jīng)常會有大量的數(shù)據(jù)統(tǒng)計、匯總，圖片處理及視頻的渲染等等，Windows自帶的 HPC Server 2008 高性能計算平臺可以為師生提供方便快捷的性能拓展，讓數(shù)據(jù)處理，視頻渲染不再是個漫長的等待過程。Windows HPC Server 2008能擴展應(yīng)用至眾多處理器，他們可以通過一個集中管理控制臺，協(xié)助用戶主動監(jiān)督和維護系統(tǒng)健康狀況及穩(wěn)定性，具備的靈活的作業(yè)調(diào)度功能。

4 基于集群技術(shù)的系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計及應(yīng)用效果

在我校校園網(wǎng)絡(luò)中，各學(xué)院等單位的服務(wù)器很多是單一服務(wù)器個體，我們采用負載均衡集群技術(shù)將多節(jié)點之間按照一定的策略分發(fā)網(wǎng)絡(luò)或計算處理負載，為學(xué)校提供了一種低成本的方法來提高服務(wù)器的速度、用戶訪問質(zhì)量和數(shù)據(jù)處理能力。

4.1 系統(tǒng)基本架構(gòu)的設(shè)計

根據(jù)上述分析論證，我們設(shè)計了基于服務(wù)器集群技術(shù)的系統(tǒng)基本架構(gòu)，如圖1所示。

4.2 負載均衡服務(wù)器系統(tǒng)

將高可用性集群技術(shù)應(yīng)用于此，由一臺主服務(wù)器和一臺備用服務(wù)器組成。用MSCS集群技術(shù)建立集群，當(dāng)其中某臺機器出現(xiàn)問題時，MSCS的“心跳檢測功能”（Heartbeats）便會檢測出出現(xiàn)錯誤的應(yīng)用軟件和服務(wù)器，自動在備用服務(wù)器上重啟工作任務(wù)。

系統(tǒng)管理員可以通過使用MSCS上的集群管理程序，完成各種各樣的集群管理任務(wù)。采用雙機系統(tǒng)，保證主服務(wù)器因為某種原因無法正常工作時有備用服務(wù)器接替工作，以防服務(wù)器出現(xiàn)無法工作的情況造成損失。高校校園網(wǎng)絡(luò)每天均存在著用網(wǎng)高峰期及網(wǎng)絡(luò)空閑期，高校不需要像醫(yī)院等需要保證全天無間斷的網(wǎng)絡(luò)可靠，可以在用網(wǎng)高峰期采用雙機熱備份系統(tǒng)保證網(wǎng)絡(luò)，而在低谷期則可以保留一臺服務(wù)器正常運行另一臺休息，來節(jié)約資源，減少損耗。

4.3 服務(wù)器群系統(tǒng)

我們采用NLB集群技術(shù)建立服務(wù)器群，除去用于負載均衡的兩臺的服務(wù)器外，現(xiàn)有的各服務(wù)器均可作為服務(wù)器群中的服務(wù)器，每個服務(wù)器均需安裝兩張網(wǎng)卡，一張用于連接局域網(wǎng)為用戶提供服務(wù)，一張用于連接專供NLB集群的交換機負責(zé)檢測及負載分配。現(xiàn)有的服務(wù)器只需更新系統(tǒng)及加裝另一塊網(wǎng)卡通過集群控制算法加入結(jié)點即可加入集群，服務(wù)器群也可以按照用網(wǎng)需要量的多少來控制服務(wù)器群中開放服務(wù)器的數(shù)量，在選課等高峰期滿負荷運行，空閑時段可以暫時休息非必要服務(wù)器。

4.4 數(shù)據(jù)庫服務(wù)器系統(tǒng)

在校園網(wǎng)上網(wǎng)用量較大時有大量的并發(fā)用戶，所以數(shù)據(jù)庫服務(wù)器也應(yīng)當(dāng)采用性能較強的服務(wù)器。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)方面應(yīng)用SQL server 2008 R2系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的維護非常重要，需要定期對數(shù)據(jù)庫服務(wù)器進行檢查，防止出現(xiàn)不必要的問題。

4.5 實際應(yīng)用效果

實際應(yīng)用證明，采用服務(wù)器集群技術(shù)可以解決以往校園網(wǎng)中的網(wǎng)絡(luò)擁堵的問題，提高了訪問質(zhì)量和服務(wù)器的響應(yīng)速度，提升了學(xué)校有限的服務(wù)器資源的利用率。集群系統(tǒng)還具有良好的擴展性和靈活性，我們可以通過在服務(wù)器集群中加入和刪除結(jié)點實現(xiàn)系統(tǒng)的伸縮性，通過檢測結(jié)點或服務(wù)進程故障和正確地重置系統(tǒng)達到高可靠性[4]。

5 結(jié)語

在校園網(wǎng)信息化建設(shè)中，采用服務(wù)器集群技術(shù)能夠做到負載均衡、高容錯性和高擴展性，提高了網(wǎng)絡(luò)訪問質(zhì)量及處理能力，這是傳統(tǒng)服務(wù)器系統(tǒng)所不具備的。根據(jù)我們的經(jīng)驗，用戶在與集群系統(tǒng)進行連接的時候，可以把集群系統(tǒng)看做一個整體，因此在系統(tǒng)設(shè)計時需要對集群的內(nèi)部通信協(xié)議進行有效設(shè)計[5]。另外前端負載均衡服務(wù)器在系統(tǒng)中顯得尤為重要，它使得服務(wù)器群中的各個服務(wù)器的負載均處于均衡工作狀態(tài)。在安全情況下，還可以通過增加節(jié)點為個人提供高性能數(shù)據(jù)及圖像處理等功能。此外值得注意的是，由于Windows操作系統(tǒng)廣泛應(yīng)用在個人PC上，所以世界各地對其開發(fā)的病毒、木馬等攻擊程序同樣很多，因此服務(wù)器的病毒防護應(yīng)當(dāng)做好，以免被惡性攻擊造成損失。

實踐證明，在高校經(jīng)費有限、而現(xiàn)有服務(wù)器仍然較新的情況下，將集群技術(shù)應(yīng)用到校園網(wǎng)絡(luò)信息化建設(shè)中是非常經(jīng)濟實用而又卓有成效的策略。

【參考文獻】

[1]吳艷君.基于虛擬化技術(shù)的醫(yī)院信息平臺設(shè)計[J].中國醫(yī)療設(shè)備，2014，29（1）：41-44.

[2]張俊虎，邢永中.網(wǎng)絡(luò)負載均衡的控制理論及實踐戰(zhàn)略[J]通信技術(shù)，2009（12）：119-121.

[3]段國云.集群技術(shù)在醫(yī)院信息系統(tǒng)集成中的應(yīng)用[J].計算機系統(tǒng)應(yīng)用，2012，21（2）：38-41.

[4]陶銳.秦斌.高校校園網(wǎng)中的應(yīng)用服務(wù)器集群技術(shù)在[J].技術(shù)與應(yīng)用，2006（8）：75-76.

[5]王志曉，姜秀柱，張辰.集群技術(shù)在Intmt服務(wù)器中的應(yīng)用[J].計算機工程與設(shè)計，2004，25（3）：472-474.

[責(zé)任編輯：楊玉潔]