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]