集群Cluster

1. 什么是集群

計算機集群簡稱集群，是一種計算機系統，它通過一組松散集成的計算機軟件(和/或)硬件連接起來高度緊密地協作完成計算工作。在某種意義上，他們可以被看作是一臺計算機。集群系統中的單個計算機通常稱為節點，通常通過局域網連接，但也有其它的可能連接方式。集群計算機通常用來改進單個計算機的計算速度(和/或)可靠性。一般情況下集群計算機比單個計算機，工作站或超級計算機性能價格比要高得多。
集群就是一組相互獨立的計算機，通過高速的網絡組成一個計算機系統，每個集群節點都是運行其自己進程的一個獨立服務器。對網絡用戶來講，網站后端就是一個單一的系統，協同起來向用戶提供系統資源，系統服務。通過網絡連接組合成一個組合來共同完一個任務。

2. 集群的分類

2.1 負載均衡集群（Load balancing clusters）

負載均衡集群為企業提供了更為實用，性價比更高的系統架構解決方案。負載均衡集群把很多客戶集中訪問的請求負載壓力盡可能平均的分攤到計算機集群中處理。客戶請求負載通常包括"應用程度處理負載"和"網絡流量負載"。這樣的系統非常適合向使用同一組應用程序為大量用戶提供服務。每個節點都可以承擔一定的訪問請求負載壓力，并且可以實現訪問請求在各節點之間動態分配，以實現負載均衡。

負載均衡運行時，一般通過一個或多個前端負載均衡器將客戶訪問請求分發到后端一組服務器上，從而達到整個系統的高性能和高可用性。這樣計算機集群有時也被稱為服務器群。一般高可用性集群和負載均衡集群會使用類似的技術，或同時具有高可用性與負載均衡的特點。

負載均衡集群的作用：

分擔訪問流量（負載均衡）

保持業務的連續性（高可用性）

2.2 高可用性集群（High-availability clusters）

一般是指當集群中的任意一個節點失效的情況下，節點上的所有任務自動轉移到其他正常的節點上，并且此過程不影響整個集群的運行，不影響業務的提供。

類似是集群中運行著兩個或兩個以上的一樣的節點，當某個主節點出現故障的時候，那么其他作為從節點的節點就會接替主節點上面的任務。從節點可以接管主節點的資源（IP地址，架構身份等），此時用戶不會發現提供服務的對象從主節點轉移到從節點。

高可用性集群的作用：
當一個機器宕機另一臺進行接管。

比較常用的高可用集群開源軟件有：keepalive，heardbeat

2.3 高性能計算集群（High-perfomance clusters）

高性能計算集群采用將計算任務分配到集群的不同計算節點兒提高計算能力，因而主要應用在科學計算領域。比較流行的HPC采用Linux操作系統和其它一些免費軟件來完成并行運算。這一集群配置通常被稱為Beowulf集群。這類集群通常運行特定的程序以發揮HPCcluster的并行能力。這類程序一般應用特定的運行庫, 比如專為科學計算設計的MPI庫。

HPC集群特別適合于在計算中各計算節點之間發生大量數據通訊的計算作業，比如一個節點的中間結果會影響到其它節點計算結果的情況。

3.集群的優勢

1.透明性
如果一部分服務器宕機了業務不受影響，一般耦合度沒有那么高，依賴關系沒有那么高。比如NFS服務器宕機了其他就掛載不了了，這樣依賴性太強。

如何高效地使得由多個獨立計算機組成的松藕合的集群系統構成一個虛擬服務器；客戶端應用程序與集群系統交互時，就像與一臺高性能、高可用的服務器交互一樣，客戶端無須作任何修改。部分服務器的切入和切出不會中斷服務，這對用戶也是透明的。

2.高性能
訪問量增加，能夠輕松擴展。
性能要接近線性加速，這需要設計很好的軟硬件的體系結構，消除系統可能存在的瓶頸。將負載較均衡地調度到各臺服務器上。

3.可管理性
整個系統可能在物理上很大，要使集群系統變得易管理，就像管理一個單一映像系統一樣。在理想狀況下，軟硬件模塊的插入能做到即插即用（Plug & Play）。

4.可編程性
在集群系統上，容易開發應用程序，門戶網站會要求這個。

4. 集群實現的方式

主從方式 （非對稱方式）
工作原理：主機工作，備機處于監控準備狀況；當主機宕機時，備機接管主機的一切工作，待主機恢復正常后，按使用者的設定以自動或手動方式將服務切換到主機上運行，數據的一致性通過共享存儲系統解決。

雙機雙工方式（互備互援）
工作原理：兩臺主機同時運行各自的服務工作且相互監測情況，當任一臺主機宕機時，另一臺主機立即接管它的一切工作，保證工作實時，應用服務系統的關鍵數據存放在共享存儲系統中。

集群工作方式（多服務器互備方式）
工作原理：多臺主機一起工作，各自運行一個或幾個服務，各為服務定義一個或多個備用主機，當某個主機故障時，運行在其上的服務就可以被其它主機接管

5. 正向代理

正向代理類似一個跳板機，代理訪問外部資源。比如我是一個用戶，我訪問不了某網站，但是我能訪問一個代理服務器，這個代理服務器呢,他能訪問那個我不能訪問的網站，于是我先連上代理服務器,告訴他我需要那個無法訪問網站的內容，代理服務器去取回來,然后返回給我。從網站的角度，只在代理服務器來取內容的時候有一次記錄，有時候并不知道是用戶的請求，也隱藏了用戶的資料，這取決于代理告不告訴網站。

6. 反向代理

反向代理（Reverse Proxy）實際運行方式是指以代理服務器來接受internet上的連接請求，然后將請求轉發給內部網絡上的服務器，并將從服務器上得到的結果返回給internet上請求連接的客戶端，此時代理服務器對外就表現為一個服務器。

反向代理的作用：

（1）保證內網的安全，可以使用反向代理提供WAF功能，阻止web攻擊。大型網站，通常將反向代理作為公網訪問地址，Web服務器是內網。
（2）負載均衡，通過反向代理服務器來優化網站的負載

7. 透明代理

客戶端向真實服務器發起連接，代理機冒充服務器與客戶端建立連接，并以客戶端ip與真實服務器建立連接進行代理轉發。因此對于客戶端與服務器來說，代理機都是透明的。

TCP代理服務器可以隱藏背后真正TCP服務器
如此便可以起到保護真正TCP服務器的作用。由于TCP代理服務器工作于應用層，所以，黑客對應用層以下級別的協議棧的攻擊（比如TCP半連接攻擊）就無法穿過TCP代理服務器，這樣，即使TCP代理服務器掛了，我們真正的TCP服務器仍然可以正常運行。當然，如果黑客是針對應用層進行攻擊的，這時，代理服務器就不起作用的。

保護TCP服務器免受應用層以下級別的協議棧攻擊
當黑客攻擊應用層以下級別的協議棧，我們可以在真正的TCP服務器前面部署N個代理服務器，并將它們分布于不同的地方，這樣，當其中一個代理服務器因為遭遇攻擊而掛掉時，受影響的只是連接到這臺代理服務器的用戶，而其它的代理服務器上的用戶仍然是正常被服務的，就像下面這樣：

總結

以上是生活随笔為你收集整理的集群Cluster的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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