劉宇辰+董生忠

【摘 要】隨著高校校園網(wǎng)中網(wǎng)絡(luò)用戶(hù)量的不斷增加，通過(guò)使用計(jì)算機(jī)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(chǔ)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(tái)服務(wù)器、兩套網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)及其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備構(gòu)成由多個(gè)服務(wù)器及計(jì)算機(jī)集群組成的集群系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)高校校園網(wǎng)絡(luò)在花費(fèi)較低成本的前提下，達(dá)到更高的運(yùn)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(jìn)人們視野，高等院校的信息化建設(shè)正在緊鑼密鼓地進(jìn)行中。在信息化校園建設(shè)和使用過(guò)程中，隨用戶(hù)數(shù)的增加，訪問(wèn)需求不斷加大，單一服務(wù)器的響應(yīng)速度成為整個(gè)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(lái)的問(wèn)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(lái)，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(shì)在此充分體現(xiàn)出來(lái)。

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

隨著校園網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)用戶(hù)量的不斷加大，許多高校中在選課等辦公用網(wǎng)時(shí)可能出現(xiàn)較大網(wǎng)絡(luò)延遲甚至宕機(jī)等現(xiàn)象，升級(jí)雙機(jī)系統(tǒng)對(duì)于眾多小系統(tǒng)來(lái)說(shuō)則需要大量的硬件軟件的投入[1]，而在高校中也沒(méi)有那么多的資金去升級(jí)服務(wù)器并升級(jí)為雙機(jī)系統(tǒng)。

在高校中各單位系統(tǒng)建設(shè)相對(duì)獨(dú)立，相當(dāng)于多個(gè)獨(dú)立的主體，資源配置和部署在每個(gè)單位都是相同的，使大量人力物力耗費(fèi)在重復(fù)性工作上，當(dāng)訪問(wèn)量增加的時(shí)候甚至經(jīng)常出現(xiàn)無(wú)法登陸的情況。比如說(shuō)在學(xué)生選課時(shí)間在已經(jīng)分為多個(gè)時(shí)段多批次選課的情況下，依然會(huì)在選課時(shí)出現(xiàn)訪問(wèn)量過(guò)大無(wú)法登陸的情況；在教師登記成績(jī)期間，會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)量過(guò)多系統(tǒng)暫時(shí)癱瘓，全校無(wú)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(jì)算機(jī)集群技術(shù)可分為高性能計(jì)算集群技術(shù)、高可用性集群技術(shù)和負(fù)載均衡集群技術(shù)。高性能計(jì)算集群也稱(chēng)科學(xué)集群，是一種用來(lái)提高科學(xué)計(jì)算能力的計(jì)算機(jī)集群技術(shù)。高可用集群是一種以減少服務(wù)中斷時(shí)間為目的的服務(wù)器集群技術(shù)。負(fù)載均衡集群在多結(jié)點(diǎn)之間按照一定的策略或算法分發(fā)網(wǎng)絡(luò)或計(jì)算處理負(fù)載，使負(fù)載可以在計(jì)算機(jī)集群中盡可能平均地分?jǐn)偺幚怼Ｘ?fù)載均衡建立在現(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(lái)提高服務(wù)器的速度、用戶(hù)訪問(wèn)質(zhì)量和數(shù)據(jù)處理能力，同時(shí)又可以避免單臺(tái)服務(wù)器故障[2]。將這三種技術(shù)綜合起來(lái)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(tái)的分析與選擇

計(jì)算機(jī)集群技術(shù)的軟件平臺(tái)有Solaris、Linux和Windows三種選擇。在這三種軟件平臺(tái)中LINUX可以在廉價(jià)系統(tǒng)上運(yùn)行，提供了UNIX的靈活性和強(qiáng)大功能。但LINUX系統(tǒng)可操作人數(shù)相對(duì)較少，在校園中的實(shí)用性不強(qiáng)；Solaris 是 SUNSoft 公司的基于 UNIX 的多線程多用戶(hù)的操作系統(tǒng)，系統(tǒng)在容錯(cuò)方面的實(shí)時(shí)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(tái)，價(jià)格較低，維護(hù)成本較低，維護(hù)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(tái)，在有計(jì)算、視頻圖像處理或數(shù)據(jù)需求的時(shí)候可以通過(guò)增加結(jié)點(diǎn)將該計(jì)算機(jī)加入集群來(lái)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(fù)載均衡（NLB）、COM+ 組件負(fù)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(lái)對(duì)高?，F(xiàn)有服務(wù)器進(jìn)行集群化升級(jí)。在學(xué)習(xí)工作研究中，經(jīng)常會(huì)有大量的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、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(jì)算平臺(tái)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(gè)漫長(zhǎng)的等待過(guò)程。Windows HPC Server 2008能擴(kuò)展應(yīng)用至眾多處理器，他們可以通過(guò)一個(gè)集中管理控制臺(tái)，協(xié)助用戶(hù)主動(dòng)監(jiān)督和維護(hù)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(jì)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(gè)體，我們采用負(fù)載均衡集群技術(shù)將多節(jié)點(diǎn)之間按照一定的策略分發(fā)網(wǎng)絡(luò)或計(jì)算處理負(fù)載，為學(xué)校提供了一種低成本的方法來(lái)提高服務(wù)器的速度、用戶(hù)訪問(wèn)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(jì)

根據(jù)上述分析論證，我們?cè)O(shè)計(jì)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(fù)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(tái)主服務(wù)器和一臺(tái)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(tái)機(jī)器出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，MSCS的“心跳檢測(cè)功能”（Heartbeats）便會(huì)檢測(cè)出出現(xiàn)錯(cuò)誤的應(yīng)用軟件和服務(wù)器，自動(dòng)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(guò)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(jī)系統(tǒng)，保證主服務(wù)器因?yàn)槟撤N原因無(wú)法正常工作時(shí)有備用服務(wù)器接替工作，以防服務(wù)器出現(xiàn)無(wú)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(wú)間斷的網(wǎng)絡(luò)可靠，可以在用網(wǎng)高峰期采用雙機(jī)熱備份系統(tǒng)保證網(wǎng)絡(luò)，而在低谷期則可以保留一臺(tái)服務(wù)器正常運(yùn)行另一臺(tái)休息，來(lái)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(fù)載均衡的兩臺(tái)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(gè)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(hù)提供服務(wù)，一張用于連接專(zhuān)供NLB集群的交換機(jī)負(fù)責(zé)檢測(cè)及負(fù)載分配?，F(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(guò)集群控制算法加入結(jié)點(diǎn)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(lái)控制服務(wù)器群中開(kāi)放服務(wù)器的數(shù)量，在選課等高峰期滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行，空閑時(shí)段可以暫時(shí)休息非必要服務(wù)器。

4.4 數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器系統(tǒng)

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

4.5 實(shí)際應(yīng)用效果

實(shí)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(wèn)題，提高了訪問(wèn)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(kuò)展性和靈活性，我們可以通過(guò)在服務(wù)器集群中加入和刪除結(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的伸縮性，通過(guò)檢測(cè)結(jié)點(diǎn)或服務(wù)進(jìn)程故障和正確地重置系統(tǒng)達(dá)到高可靠性[4]。

5 結(jié)語(yǔ)

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(fù)載均衡、高容錯(cuò)性和高擴(kuò)展性，提高了網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)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(yàn)，用戶(hù)在與集群系統(tǒng)進(jìn)行連接的時(shí)候，可以把集群系統(tǒng)看做一個(gè)整體，因此在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需要對(duì)集群的內(nèi)部通信協(xié)議進(jìn)行有效設(shè)計(jì)[5]。另外前端負(fù)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(gè)服務(wù)器的負(fù)載均處于均衡工作狀態(tài)。在安全情況下，還可以通過(guò)增加節(jié)點(diǎn)為個(gè)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(gè)人PC上，所以世界各地對(duì)其開(kāi)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(hù)應(yīng)當(dāng)做好，以免被惡性攻擊造成損失。

實(shí)踐證明，在高校經(jīng)費(fèi)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(jì)實(shí)用而又卓有成效的策略。

【參考文獻(xiàn)】

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

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

[3]段國(guó)云.集群技術(shù)在醫(yī)院信息系統(tǒng)集成中的應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)，2004，25（3）：472-474.

[責(zé)任編輯：楊玉潔]