Rawn Shah
LinuxWorld 專(zhuān)欄作家
2000 年 5 月
Rawn Shah 作為專(zhuān)家，在 Linux 現有的開(kāi)放源碼和封閉源碼集群解決方案方面為您指點(diǎn)迷津。
計算 Linux 中集群項目的數量就象計算硅谷中創(chuàng )業(yè)公司的數量一樣。不象 Windows NT 已經(jīng)受其自身的封閉環(huán)境阻礙，Linux 有大量的集群系統可供選擇，適合于不同的用途和需要。但確定應該使用哪一個(gè)集群的工作卻沒(méi)有因此變得簡(jiǎn)單。
問(wèn)題的部分原因在于術(shù)語(yǔ)集群用于不同場(chǎng)合。IT 經(jīng)理可能關(guān)心如何使服務(wù)器運行時(shí)間更長(cháng)，或使應用程序運行得更快，而數學(xué)家可能更關(guān)心在服務(wù)器上進(jìn)行大規模數值計算。兩者都需要群集，但是各自需要不同特性的群集。
本文調查了不同形式的集群以及許多實(shí)現中的一部分，這些實(shí)現可以買(mǎi)到，也可以免費軟件形式獲得。盡管列出的所有解決方案并不都是開(kāi)放源碼，但是大多數軟件都遵循分發(fā) Linux 源碼的公共慣例，特別是由于那些實(shí)現集群的人還常常希望調整系統性能，以滿(mǎn)足需要。
硬件
集群總是涉及到機器之間的硬件連接。在現今大多數情況下，這只是指“快速以太網(wǎng)”網(wǎng)卡和集線(xiàn)器。但在尖端科學(xué)領(lǐng)域中，有許多專(zhuān)為集群設計的網(wǎng)絡(luò )接口卡。
它們包括 Myricom 的 Myrinet、Giganet 的 cLAN 和 IEEE 1596 標準可伸縮一致接口 (SCI)。那些卡的功能不但在群集的節點(diǎn)之間提供高帶寬，而且還減少延遲（發(fā)送消息所用的時(shí)間）。對于在節點(diǎn)間交換狀態(tài)信息以使其操作保持同步情況，那些延遲是至關(guān)重要的。
Myricom
Myricom 提供網(wǎng)卡和交換機，其單向互連速度最高可達到 1.28 Gbps。網(wǎng)卡有兩種形式，銅線(xiàn)型和光纖型。銅線(xiàn)型 LAN 可以在 10 英尺距離內以全速進(jìn)行通信，而在長(cháng)達 60 英尺距離內以半速進(jìn)行操作。光纖型 Myrinet 可以在 6.25 英里長(cháng)的單模光纖或者 340 英尺長(cháng)的多模光纖上全速運行。Myrinet 只提供直接點(diǎn)到點(diǎn)、基于集線(xiàn)器或基于交換機的網(wǎng)絡(luò )配置，但在可以連接到一起的交換光纖數量方面沒(méi)有限制。添加交換光纖只會(huì )增加節點(diǎn)間的延遲。兩個(gè)直接連接的節點(diǎn)之間的平均延遲是 5 到 18 微秒，比以太網(wǎng)快得多。
集群類(lèi)型
最常見(jiàn)的三種群集類(lèi)型包括高性能科學(xué)群集、負載均衡群集和高可用性群集。
科學(xué)群集
通常，第一種涉及為群集開(kāi)發(fā)并行編程應用程序，以解決復雜的科學(xué)問(wèn)題。這是并行計算的基礎，盡管它不使用專(zhuān)門(mén)的并行超級計算機，這種超級計算機內部由十至上萬(wàn)個(gè)獨立處理器組成。但它卻使用商業(yè)系統，如通過(guò)高速連接來(lái)鏈接的一組單處理器或雙處理器 PC，并且在公共消息傳遞層上進(jìn)行通信以運行并行應用程序。因此，您會(huì )常常聽(tīng)說(shuō)又有一種便宜的 Linux 超級計算機問(wèn)世了。但它實(shí)際是一個(gè)計算機群集，其處理能力與真的超級計算機相等，通常一套象樣的群集配置開(kāi)銷(xiāo)要超過(guò) $100,000。這對一般人來(lái)說(shuō)似乎是太貴了，但與價(jià)值上百萬(wàn)美元的專(zhuān)用超級計算機相比還算是便宜的。
負載均衡群集
負載均衡群集為企業(yè)需求提供了更實(shí)用的系統。如名稱(chēng)所暗示的，該系統使負載可以在計算機群集中盡可能平均地分攤處理。該負載可能是需要均衡的應用程序處理負載或網(wǎng)絡(luò )流量負載。這樣的系統非常適合于運行同一組應用程序的大量用戶(hù)。每個(gè)節點(diǎn)都可以處理一部分負載，并且可以在節點(diǎn)之間動(dòng)態(tài)分配負載，以實(shí)現平衡。對于網(wǎng)絡(luò )流量也是如此。通常，網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器應用程序接受了太多入網(wǎng)流量，以致無(wú)法迅速處理，這就需要將流量發(fā)送給在其它節點(diǎn)上運行的網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器應用。還可以根據每個(gè)節點(diǎn)上不同的可用資源或網(wǎng)絡(luò )的特殊環(huán)境來(lái)進(jìn)行優(yōu)化。
高可用性群集
高可用性群集的出現是為了使群集的整體服務(wù)盡可能可用，以便考慮計算硬件和軟件的易錯性。如果高可用性群集中的主節點(diǎn)發(fā)生了故障，那么這段時(shí)間內將由次節點(diǎn)代替它。次節點(diǎn)通常是主節點(diǎn)的鏡像，所以當它代替主節點(diǎn)時(shí)，它可以完全接管其身份，并且因此使系統環(huán)境對于用戶(hù)是一致的。
在群集的這三種基本類(lèi)型之間，經(jīng)常會(huì )發(fā)生混合與交雜。于是，可以發(fā)現高可用性群集也可以在其節點(diǎn)之間均衡用戶(hù)負載，同時(shí)仍試圖維持高可用性程度。同樣，可以從要編入應用程序的群集中找到一個(gè)并行群集，它可以在節點(diǎn)之間執行負載均衡。盡管集群系統本身獨立于它在使用的軟件或硬件，但要有效運行系統時(shí)，硬件連接將起關(guān)鍵作用。
Giganet
Giganet 是用于 Linux 平臺的虛擬接口 (VI) 體系結構卡的第一家供應商，提供 cLAN 卡和交換機。VI 體系結構是獨立于平臺的軟件和硬件系統，它由 Intel 開(kāi)發(fā)，用于創(chuàng )建群集。它使用自己的網(wǎng)絡(luò )通信協(xié)議在服務(wù)器之間直接交換數據，而不是使用 IP，并且它并不打算成為 WAN 可路由的系統?，F在，VI 的未來(lái)取決于正在進(jìn)行的“系統 I/O 組”的工作，這個(gè)小組本是 Intel 領(lǐng)導的“下一代 I/O”小組與 IBM 和 Compaq 領(lǐng)導的“未來(lái) I/O 小組”的合并。Giganet 產(chǎn)品當前可以在節點(diǎn)之間提供 1 Gbps 單向通信，最小延遲為 7 微秒。
IEEE SCI
IEEE 標準 SCI 的延遲更少（低于 2.5 微秒），并且其單向速度可達到 400 MB／秒 (3.2 Gbps)。SCI 是基于環(huán)拓撲的網(wǎng)絡(luò )系統，不像以太網(wǎng)是星形拓撲。這將使在較大規模的節點(diǎn)之間通信速度更快。更有用的是環(huán)面拓撲網(wǎng)絡(luò )，它在節點(diǎn)之間有許多環(huán)形結構。兩維環(huán)面可以用 n 乘 m 的網(wǎng)格表示，其中在每一行和每一列都有一個(gè)環(huán)形網(wǎng)絡(luò )。三維環(huán)面也類(lèi)似，可以用三維立體節點(diǎn)網(wǎng)格表示，每一層上有一個(gè)環(huán)形網(wǎng)絡(luò )。密集超級計算并行系統使用環(huán)面拓撲網(wǎng)絡(luò )，為成百上千個(gè)節點(diǎn)之間的通信提供相對最快的路徑。
大多數操作系統的限制因素不是操作系統或網(wǎng)絡(luò )接口，而是服務(wù)器的內部 PCI 總線(xiàn)系統。幾乎所有臺式 PC 通常有基本 32-位，33-MHz PCI，并且大多數低端服務(wù)器只提供 133 MB／秒 (1 Gbps)，這限制了那些網(wǎng)卡的能力。一些昂貴的高端服務(wù)器，如 Compaq Proliant 6500 和 IBM Netfinity 7000 系列，都有 64-位， 66-MHz 網(wǎng)卡，它們能夠以四倍速度運行。不幸地是，矛盾是更多公司使用低端的系統，因此大多數供應商最終生產(chǎn)和銷(xiāo)售更多低端 PCI 網(wǎng)卡。也有專(zhuān)門(mén)的 64-位，66-MHz PCI 網(wǎng)卡，但價(jià)格要貴許多。例如，Intel 提供了這種類(lèi)型的“快速以太網(wǎng)”網(wǎng)卡，價(jià)格約 $400 到 $500，幾乎是普通 PCI 版本價(jià)格的 5 倍。
科學(xué)群集
某些并行群集系統可以達到如此高的帶寬和低延遲，其原因是它們通常繞過(guò)使用網(wǎng)絡(luò )協(xié)議，如 TCP/IP。雖然網(wǎng)際協(xié)議對于廣域網(wǎng)很重要，但它包含了太多的開(kāi)銷(xiāo)，而這些開(kāi)銷(xiāo)在節點(diǎn)相互已知的封閉網(wǎng)絡(luò )群集中是不必要的。其實(shí)，那些系統中有一部分可以在節點(diǎn)之間使用直接內存訪(fǎng)問(wèn) (DMA)，它類(lèi)似于圖形卡和其它外圍設備在一臺機器中的工作方式。因此橫跨群集，可以通過(guò)任何節點(diǎn)上的任何處理器直接訪(fǎng)問(wèn)一種形式的分布式共享內存。它們也可以使用低開(kāi)銷(xiāo)的消息傳遞系統，在節點(diǎn)之間進(jìn)行通信。
消息傳遞接口 (MPI) 是并行群集系統間消息傳遞層的最常見(jiàn)實(shí)現。MPI 存在幾種衍生版本，但在所有情況下，它為開(kāi)發(fā)者訪(fǎng)問(wèn)并行應用程序提供了一個(gè)公共 API，這樣開(kāi)發(fā)者就不必手工解決如何在群集的節點(diǎn)之間分發(fā)代碼段。其中一個(gè)，Beowulf 系統首先將 MPI 用作公共編程接口。
很難決定使用哪種高性能集群包。許多都提供類(lèi)似服務(wù)，但計算的具體要求才是決定性因素。很多情況下，在那些系統中的研究工作只是解決需求的一半，而且使用那些軟件需要集群包開(kāi)發(fā)者的特殊幫助和合作。
Beowulf
當談到 Linux 集群時(shí)，許多人的第一反映是 Beowulf。那是最著(zhù)名的 Linux 科學(xué)軟件集群系統。沒(méi)有一個(gè)包叫做 Beowulf。實(shí)際上，它是一個(gè)術(shù)語(yǔ)，適用于在 Linux 內核上運行的一組公共軟件工具。其中包括流行的軟件消息傳遞 API，如“消息傳送接口”(MPI) 或“并行虛擬機”(PVM)，對 Linux 內核的修改，以允許結合幾個(gè)以太網(wǎng)接口、高性能網(wǎng)絡(luò )驅動(dòng)器，對虛擬內存管理器的更改，以及分布式進(jìn)程間通信 (DIPC) 服務(wù)。公共全局進(jìn)程標識空間允許使用 DIPC 機制從任何節點(diǎn)訪(fǎng)問(wèn)任何進(jìn)程。Beowulf 還在節點(diǎn)間支持一系列硬件連通性選件。
Beowulf 可能是考慮 Linux 時(shí)注意到的第一個(gè)高性能集群系統，這只是因為它的廣泛使用和支持。關(guān)于這個(gè)主題，有許多文檔和書(shū)籍。Beowulf 與以下一些科學(xué)集群系統之間的差異可以是實(shí)際的，或者只是在產(chǎn)品名稱(chēng)中有差異。例如，盡管名稱(chēng)不同，Alta Technologies 的 AltaCluster 就是一個(gè) Beowulf 系統。某些供應商，如 ParTec AG，一家德國公司，提供了 Beowulf 模型的衍生版本，以包括其它管理接口和通信協(xié)議。
Giganet cLAN
Giganet 提供了一種定制的基于硬件的解決方案，它使用非 IP 協(xié)議在一個(gè)科學(xué)群集的節點(diǎn)間進(jìn)行通信。如前所述，“虛擬接口”協(xié)議通過(guò)除去不少協(xié)議的開(kāi)銷(xiāo)，如 IP，以支持服務(wù)器間更快的通信。另外，硬件系統可按千兆比特速度運行，并且延遲很短，使它非常適合構建最多達 256 個(gè)節點(diǎn)的科學(xué)群集。該供應商支持 MPI，這樣許多并行應用程序就可以在類(lèi)似的系統（如 Beowulf）上運行。
它也有 Beowulf 的缺點(diǎn)，即不能用作網(wǎng)絡(luò )負載共享系統，除非想要編寫(xiě)應用程序來(lái)監控和分發(fā)在服務(wù)器間傳送的網(wǎng)絡(luò )包。
Legion
Legion 試圖構建一個(gè)真正的多計算機系統。這是一個(gè)群集，其中每個(gè)節點(diǎn)都是一個(gè)獨立系統，但在用戶(hù)看來(lái)，整個(gè)系統只是一臺計算機。Legion 設計成支持一臺世界范圍的計算機，由上百萬(wàn)個(gè)主機以及數以萬(wàn)億計的軟件對象組成。在 Legion 中，用戶(hù)可以創(chuàng )立他們自己的合作小組。
Legion 提供了高性能并行、負載均衡、分布式數據管理和容錯性。
Legion 提供了高性能并行、負載均衡、分布式數據管理和容錯性。它通過(guò)其容錯管理和成員節點(diǎn)間的動(dòng)態(tài)重新配置來(lái)支持高可用性。它還有一個(gè)可擴充核心，該核心可以在出現新的改進(jìn)和進(jìn)展時(shí)動(dòng)態(tài)替換或升級。系統并不是只接受單一控制，而是可以由任意數量的組織管理，而每個(gè)組織都支持整體的自治部分。Legion API 通過(guò)其內置的并行性提供了高性能計算。
Legion 需要使用特別編寫(xiě)的軟件，以使它可以使用其 API 庫。它位于用戶(hù)計算機操作系統之上，協(xié)調本地資源和分布式資源。它自動(dòng)處理資源調度和安全性，還管理上下文空間以描述和訪(fǎng)問(wèn)整個(gè)系統中上億種可能之外的對象。然而，在每個(gè)節點(diǎn)上運行時(shí)，不需要使用系統管理員特權，并且可以使用無(wú)特權的用戶(hù)賬號進(jìn)行工作。這將增加加入 Legion 的節點(diǎn)和用戶(hù)的靈活性。
Cplant
Sandia National Lab 中的 Computational Plant 是一個(gè)大規模整體并行群集，用于實(shí)現 TeraFLOP（萬(wàn)億次浮點(diǎn)運算）計算并構建在商業(yè)組件上。整個(gè)系統由“可伸縮單元”組成，這些“可伸縮單元”可以劃分成適合不同目的（計算、磁盤(pán) I/O、網(wǎng)絡(luò ) I/O、服務(wù)管理）。群集中的每個(gè)節點(diǎn)都是一個(gè) Linux 系統，帶有專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)的、提供分區服務(wù)的內核級模塊。每個(gè)分區的功能可以通過(guò)裝入和卸載內核級模塊來(lái)修改。
項目分三個(gè)階段完成，開(kāi)始階段是原型，有 128 個(gè)基于 433-MHz DEC Alpha 21164 的系統，其中每個(gè)都有 192 MB RAM 和 2 GB 驅動(dòng)器，相互之間用 Myrinet 網(wǎng)卡和 8-端口的 SAN 交換機連接。第 1 階段將它擴充為 400 個(gè)基于 21164 的工作站，這些工作站的運行速度為 500 MHz，有 192 MB RAM，沒(méi)有存儲器，用 16-端口的 SAN 交換機以超立方體結構連接起來(lái)，并且運行 Red Hat 5.1。當前的第 2 階段有 592 臺基于 DEC 21264 的機器，它們的運行速度為 500 MHz，有 256 MB RAM，沒(méi)有驅動(dòng)器。每個(gè)節點(diǎn)都使用 64-位，33-MHz PCI Myrinet 網(wǎng)卡，并且仍使用 16-端口交換機以超立方體結構連接。
在 Cplant 上運行的應用程序包括解決稀疏線(xiàn)性系統、流體力學(xué)和結構力學(xué)中計算系統的優(yōu)化、分子力學(xué)的模擬、線(xiàn)性結構力學(xué)的有限元分析，以及并行應用程序的動(dòng)態(tài)負載均衡庫。
JESSICA 2
香港大學(xué)的系統研究小組有一個(gè)基于 Java 的群集，叫做支持 Java 的單系統映像計算體系結構 (JESSICA)，它作為一個(gè)中間件層以完成單系統映像的幻想。該層是每個(gè)使用分布式共享內存 (DSM) 系統進(jìn)行通信的節點(diǎn)上運行的所有線(xiàn)程的一個(gè)全局線(xiàn)程空間。該項目使用 ThreadMark DSM，但最終將用他們自己創(chuàng )建的 JiaJia Using Migrating-home Protocol (JUMP)。他們使用定制的基于 Java 的 ClusterProbe 軟件來(lái)管理群集的 50 個(gè)節點(diǎn)。
PARIS
法國的 IRISA 研究所的“大規模數字模擬應用程序的編程并行和分布式系統”(PARIS) 項目提供了幾種用于創(chuàng )建 Linux 服務(wù)器群集的工具。該項目由三部分組成：群集的資源管理軟件、并行編程語(yǔ)言的運行時(shí)環(huán)境，以及分布式數字模擬的軟件工具。
資源管理軟件包括用于共享內存、磁盤(pán)和處理器資源的 Globelins 分布式系統，及其 Dupleix 和 Mome 分布式共享內存系統。
負載均衡群集
負載均衡群集在多節點(diǎn)之間分發(fā)網(wǎng)絡(luò )或計算處理負載。在這種情況下，區別在于缺少跨節點(diǎn)運行的單并行程序。大多數情況下，那種群集中的每個(gè)節點(diǎn)都是運行單獨軟件的獨立系統。但是，不管是在節點(diǎn)之間進(jìn)行直接通信，還是通過(guò)中央負載均衡服務(wù)器來(lái)控制每個(gè)節點(diǎn)的負載，在節點(diǎn)之間都有一種公共關(guān)系。通常，使用特定的算法來(lái)分發(fā)該負載。
網(wǎng)絡(luò )流量負載均衡是一個(gè)過(guò)程，它檢查到某個(gè)群集的入網(wǎng)流量，然后將流量分發(fā)到各個(gè)節點(diǎn)以進(jìn)行適當處理。它最適合大型網(wǎng)絡(luò )應用程序，如 Web 或 FTP 服務(wù)器。負載均衡網(wǎng)絡(luò )應用服務(wù)要求群集軟件檢查每個(gè)節點(diǎn)的當前負載，并確定哪些節點(diǎn)可以接受新的作業(yè)。這最適合運行如數據分析等串行和批處理作業(yè)。那些系統還可以配置成關(guān)注某特定節點(diǎn)的硬件或操作系統功能：這樣，群集中的節點(diǎn)就沒(méi)有必要是一致的。
Linux 虛擬服務(wù)器
“Linux 虛擬服務(wù)器”項目已經(jīng)實(shí)現了許多內核補丁，它們?yōu)槿刖W(wǎng) TCP/IP 流量創(chuàng )建了負載均衡系統。LVS 軟件檢查入網(wǎng)流量，然后根據負載均衡算法，將流量重定向到一組充當群集的服務(wù)器。這允許網(wǎng)絡(luò )應用程序，如 Web 服務(wù)器，在節點(diǎn)群集上運行以支持大量用戶(hù)。
LVS 支持作為負載均衡服務(wù)器直接連接到同一個(gè) LAN 的群集節點(diǎn)，但它還能夠以通道傳送 IP 包的方式連接到遠程服務(wù)器。后一種方法包括壓縮 IP 包中的均衡請求，這些 IP 信息包從負載均衡服務(wù)器直接發(fā)送到遠程群集節點(diǎn)。盡管 LVS 可以遠程支持網(wǎng)站的負載均衡，但它使用的負載均衡算法現在對于虛擬群集中的廣域 Web 服務(wù)器仍無(wú)效。因此，如果 Web 服務(wù)器都在同一個(gè) LAN 中，LVS 最好當作負載均衡服務(wù)器使用。
負載均衡系統的幾種硬件實(shí)現比在通用操作系統，如 Linux，上運行得更快。它們包括來(lái)自 Alteon 和 Foundry 的硬件，其硬件邏輯和最少操作系統可以在硬件中執行流量管理，并且速度比純軟件快。它們的價(jià)格也很高，通常都在 $10,000 以上。如果需要簡(jiǎn)單和便宜的解決方案，一個(gè)有很多內存 (256 MB) 的中等 Linux 系統將會(huì )是一個(gè)好的負載均衡系統。
TurboLinux TurboCluster 和 enFuzion
TurboLinux 有一個(gè)產(chǎn)品叫 TurboCluster，它最初以“Linux 虛擬服務(wù)器”項目開(kāi)發(fā)的內核補丁為基礎。因此，它可以得到大部分優(yōu)點(diǎn)，但它的缺點(diǎn)也與原來(lái)的項目一樣。TurboLinux 為此還開(kāi)發(fā)了一些工具，用于監控增加產(chǎn)品實(shí)用性的群集行為。一家主要供應商的商業(yè)支持也使它對于大型網(wǎng)站更具吸引力。
EnFuzion 支持在節點(diǎn)之間實(shí)現自動(dòng)負載均衡和資源共享，而且可以自動(dòng)重新安排失敗的作業(yè)。
EnFuzion 是 TurboLinux 即將推出的科學(xué)群集產(chǎn)品，它并不基于 Beowulf。但是，它可以支持上百個(gè)節點(diǎn)以及許多不同的非 Linux 平臺，包括 Solaris、Windows NT、HP-UX、IBM AIX、SGI Irix 和 Tru64。EnFuzion 非常有趣，因為它運行所有現有軟件，并且不需要為環(huán)境編寫(xiě)定制的并行應用程序。它支持在節點(diǎn)間實(shí)現自動(dòng)負載均衡和資源共享，而且可以自動(dòng)重新安排失敗的作業(yè)。
Platform Computing 的 LSF 批處理
Platform Computing 是群集計算領(lǐng)域的老手，現在提供了 Linux 平臺上的“負載均衡設施 (LSF) 批處理”軟件。LSF 批處理允許中央控制器安排作業(yè)在群集中任意數量的節點(diǎn)上運行。在概念上，它類(lèi)似于 TurboLinux enFuzion 軟件，并且支持在節點(diǎn)上運行任何類(lèi)型的應用程序。
這種方法對于群集大小是非常靈活的，因為可以明確選擇節點(diǎn)的數量，甚至是運行應用程序的節點(diǎn)。于是，可以將 64 個(gè)節點(diǎn)的群集分成更小的邏輯群集，每個(gè)邏輯群集都運行自己的批處理應用程序。而且，如果應用程序或節點(diǎn)失敗，它可以在其它服務(wù)器上重新安排作業(yè)。
Platform 的產(chǎn)品在主要 Unix 系統和 Windows NT 上運行。目前，只有它們的 LSF 批處理產(chǎn)品已經(jīng)移植到 Linux 上。最終，LSF Suite 組件的其余部分也將緊隨其后移植到 Linux 上。
Resonate Dispatch 系列
Resonate 有一種基于軟件的負載均衡方法，類(lèi)似于 Linux 虛擬服務(wù)器。但是，它支持更多特性，以及一些更好的負載均衡算法。例如，使用 Resonate，可以在每個(gè)群集節點(diǎn)裝入一個(gè)代理，以確定該節點(diǎn)當前的系統負載。然后，負載均衡服務(wù)器檢查每個(gè)節點(diǎn)的代理，以確定哪個(gè)節點(diǎn)的負載最少，并且將新的流量發(fā)送給它。另外，Resonate 還可以使用它的 Global Dispatch 產(chǎn)品更有效地支持地區性分布式服務(wù)器。
Resonate 已經(jīng)在 Red Hat Linux 上徹底測試了該軟件，相信它也可以在其它發(fā)行版上運行。Resonate 的軟件還可以在其它各種平臺上運行，包括 Solaris、AIX、Windows NT，并且它還可以在混合環(huán)境中進(jìn)行負載均衡。
MOSIX
MOSIX 使用 Linux 內核新版本來(lái)實(shí)現進(jìn)程負載均衡集群系統。該群集中，任何服務(wù)器或工作站可以按指定加入或離開(kāi)，即添加到群集的總處理能力，或從中除去。根據其文檔，MOSIX 使用自適應進(jìn)程負載均衡和內存引導算法使整體性能最大化。應用程序進(jìn)程可以在節點(diǎn)之間搶先遷移，以利用最好的資源，這類(lèi)似于對稱(chēng)多處理器系統可以在各個(gè)處理器之間切換應用程序。
MOSIX 在應用層是完全透明的，并且不需要重新編譯或者重新鏈接到新的庫，因為所有一切都發(fā)生在內核級上?？梢杂袔追N方法將它配置成多用戶(hù)共享環(huán)境群集。所有服務(wù)器可以共享一個(gè)池，系統可以是群集的一部分，或者群集可以動(dòng)態(tài)地分成幾個(gè)子群集，每種方法都有不同的用途。Linux 工作站還可以是群集的一部分，可以是固定的，也可以是臨時(shí)的，或者只是作為批處理作業(yè)提交者。作為臨時(shí)群集節點(diǎn)，工作站可以在其空閑時(shí)用于增加群集處理能力。也允許只以批處理方式使用群集，在這種方式中，群集被配置成通過(guò)隊列接受批處理作業(yè)。然后，守護程序取走作業(yè)并將它們發(fā)送到群集節點(diǎn)進(jìn)行處理。
MOSIX 的不利之處是它更改 Linux 內核行為的一些核心部分，于是系統級應用程序將不會(huì )按期望運行。
除了高性能科學(xué)計算，MOSIX 提供了一個(gè)有趣的選項，用于以共同設置創(chuàng )建集群環(huán)境。通過(guò)使用服務(wù)器和工作站上的閑置資源，它可以更快更有效地創(chuàng )建和運行應用程序。由于訪(fǎng)問(wèn)了多臺服務(wù)器，并且可以動(dòng)態(tài)調整群集大小和更改負載均衡規則，它還可以提供高度的服務(wù)器可用性。MOSIX 的不利之處是它更改 Linux 內核行為的一些核心部分，于是系統級應用程序將不會(huì )按期望運行。要使用網(wǎng)絡(luò )應用程序時(shí)，而該程序使用基于單個(gè)服務(wù)器地址的套接字連接，MOSIX 通常也會(huì )受到限制。這意味著(zhù)網(wǎng)絡(luò )應用程序在一個(gè)服務(wù)器節點(diǎn)上開(kāi)始運行時(shí)，如果 IP 地址與套接字綁定，那么它必須繼續在該節點(diǎn)上運行。顯然，MOSIX 還正在開(kāi)始遷移套接字，因此這很快就變成了爭論的焦點(diǎn)。
高可用性群集
高可用性 (HA) 群集致力于使服務(wù)器系統的運行速度和響應速度盡可能快。它們經(jīng)常使用在多臺機器上運行的冗余節點(diǎn)和服務(wù)，用來(lái)相互跟蹤。如果某個(gè)節點(diǎn)失敗，它的替補將在幾秒鐘或更短時(shí)間內接管它的職責。因此，對于用戶(hù)而言，群集永遠不會(huì )停機。
某些 HA 群集也可以維護節點(diǎn)間冗余應用程序。因此，用戶(hù)的應用程序將繼續運行，即使他或她使用的節點(diǎn)出了故障。正在運行的應用程序會(huì )在幾秒之內遷移到另一個(gè)節點(diǎn)，而所有用戶(hù)只會(huì )察覺(jué)到響應稍微慢了一點(diǎn)。但是，這種應用程序級冗余要求將軟件設計成具有群集意識的，并且知道節點(diǎn)失敗時(shí)應該做什么。但對于 Linux，大多數現在還做不到。因為 Linux 系統沒(méi)有 HA 集群標準，并且也沒(méi)有公共 API 可供應用程序開(kāi)發(fā)者構建有群集意識的軟件。
HA 群集可以執行負載均衡，但通常主服務(wù)器運行作業(yè)，而系統使輔助服務(wù)器保持閑置。輔助服務(wù)器通常是主服務(wù)器操作系統設置的鏡像，盡管硬件本身稍有不同。輔助節點(diǎn)對主服務(wù)器進(jìn)行活動(dòng)監控或心跳觀(guān)察，以查看它是否仍在運行。如果心跳計時(shí)器沒(méi)有接收到主服務(wù)器的響應，則輔助節點(diǎn)將接管網(wǎng)絡(luò )和系統身份（如果是 Linux 系統，則是 IP 主機名和地址）。
但是，Linux 在這一領(lǐng)域仍有一點(diǎn)忽略。好消息是有一家著(zhù)名的供應商正在努力盡快研制高可用性群集，因為它是企業(yè)級服務(wù)器都必需的功能。
Linux-HA 項目
高可用性 Linux 項目，根據其目標聲明，旨在為 Linux 提供高可用性解決方案，以通過(guò)社區開(kāi)發(fā)成果提高可靠性、可用性和服務(wù)能力。Linux 達到高可用性集群時(shí)，這是一種試圖給予 Linux 與先進(jìn)的 Unix 系統，如 Solaris、AIX 和 HP/UX，一樣具有競爭力的特性。因此，項目的目標是在 2001 年之前達到 Unix 集群比較報告 ( http://www.sun.com/clusters/dh.brown.pdf) 中分析專(zhuān)家組 D. H. Brown 特定功能性級別。
項目中有可以維護節點(diǎn)間心跳并接管失敗節點(diǎn)的 IP 地址的軟件。如果一個(gè)節點(diǎn)失敗，它使用“偽造冗余 IP”軟件包將失敗節點(diǎn)的地址添加到工作節點(diǎn)以承擔它的職責。于是，可以在幾毫秒時(shí)間內自動(dòng)替換失敗的節點(diǎn)。實(shí)際使用中，心跳通常在幾秒范圍內，除非在節點(diǎn)之間有專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò )鏈接。因此，失敗系統中的用戶(hù)應用程序仍需要在新的節點(diǎn)上重新啟動(dòng)。
無(wú)處不在的集群
對于 Linux，有許多集群系統可供選用。同時(shí)，那些項目中有幾個(gè)是非商業(yè)性的，甚至是實(shí)驗性質(zhì)的。雖然對學(xué)術(shù)界和某些組織這也沒(méi)有形成問(wèn)題，但大公司通常首選著(zhù)名供應商的商業(yè)支持平臺。供應商，如 IBM、SGI、HP 和 Sun，提供了用于在 Linux 中構建科學(xué)群集的產(chǎn)品和服務(wù)，因為群集很流行，并且可以銷(xiāo)售大量的服務(wù)器設備。一旦商業(yè)機構認為其它形式的集群是可靠的，那些相同的服務(wù)器供應商或許會(huì )圍繞著(zhù)開(kāi)放源碼集群解決方案創(chuàng )建自己的產(chǎn)品。
Linux 作為服務(wù)器平臺的重要性依賴(lài)于支持大型服務(wù)器和服務(wù)器群集的能力。這就使它可以與 Sun、HP、IBM 和其它公司的 UNIX 服務(wù)器在更高層面上競爭。雖然 Windows NT 和 2000 不支持 Linux 能夠支持的集群范圍，但是 HA 集群正規方法的可用性以及用于構建有群集意識的 API 也使它能夠參與競爭。
如果正在考慮構建一個(gè)群集，那么您應當仔細檢查那些可能性，并將它們與您的需求做比較。您也許會(huì )發(fā)現想要實(shí)現的目標還不能成為一個(gè)完整的解決方案，或許會(huì )發(fā)現已經(jīng)有了現成的解決方案。不管是哪種情況，請相信許多現有公司將他們的應用程序托付給進(jìn)行深度計算并提供大量網(wǎng)頁(yè)的 Linux 系統群集。集群是一種企業(yè)系統服務(wù)，已經(jīng)在 Linux 下成功測試過(guò)。盡管新的集群將出現，但選擇的多樣性正是 Linux 超過(guò)其它系統，如 Windows NT，的優(yōu)勢。
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| 關(guān)于作者 Rawn Shah 是居住在亞利桑那州圖森市的一位獨立顧問(wèn)。他多年來(lái)與多平臺問(wèn)題打交道并撰寫(xiě)相關(guān)文章，但常常令他不解的是很少有人知道有用的系統工具。 |
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