集群Cluster
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(tǒng)，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(xié)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(tǒng)中的單個計算機通常稱為節(jié)點，通常通過局域網(wǎng)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(jìn)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(wǎng)絡(luò)組成一個計算機系統(tǒng)，每個集群節(jié)點都是運行其自己進(jìn)程的一個獨立服務(wù)器。對網(wǎng)絡(luò)用戶來講，網(wǎng)站后端就是一個單一的系統(tǒng)，協(xié)同起來向用戶提供系統(tǒng)資源，系統(tǒng)服務(wù)。通過網(wǎng)絡(luò)連接組合成一個組合來共同完一個任務(wù)。
2. 集群的分類
2.1 負(fù)載均衡集群（Load balancing clusters）
負(fù)載均衡集群為企業(yè)提供了更為實用，性價比更高的系統(tǒng)架構(gòu)解決方案。負(fù)載均衡集群把很多客戶集中訪問的請求負(fù)載壓力盡可能平均的分?jǐn)偟接嬎銠C集群中處理。客戶請求負(fù)載通常包括"應(yīng)用程度處理負(fù)載"和"網(wǎng)絡(luò)流量負(fù)載"。這樣的系統(tǒng)非常適合向使用同一組應(yīng)用程序為大量用戶提供服務(wù)。每個節(jié)點都可以承擔(dān)一定的訪問請求負(fù)載壓力，并且可以實現(xiàn)訪問請求在各節(jié)點之間動態(tài)分配，以實現(xiàn)負(fù)載均衡。
負(fù)載均衡運行時，一般通過一個或多個前端負(fù)載均衡器將客戶訪問請求分發(fā)到后端一組服務(wù)器上，從而達(dá)到整個系統(tǒng)的高性能和高可用性。這樣計算機集群有時也被稱為服務(wù)器群。一般高可用性集群和負(fù)載均衡集群會使用類似的技術(shù)，或同時具有高可用性與負(fù)載均衡的特點。
負(fù)載均衡集群的作用：
分擔(dān)訪問流量（負(fù)載均衡）
保持業(yè)務(wù)的連續(xù)性（高可用性）
2.2 高可用性集群（High-availability clusters）
一般是指當(dāng)集群中的任意一個節(jié)點失效的情況下，節(jié)點上的所有任務(wù)自動轉(zhuǎn)移到其他正常的節(jié)點上，并且此過程不影響整個集群的運行，不影響業(yè)務(wù)的提供。
類似是集群中運行著兩個或兩個以上的一樣的節(jié)點，當(dāng)某個主節(jié)點出現(xiàn)故障的時候，那么其他作為從節(jié)點的節(jié)點就會接替主節(jié)點上面的任務(wù)。從節(jié)點可以接管主節(jié)點的資源（IP地址，架構(gòu)身份等），此時用戶不會發(fā)現(xiàn)提供服務(wù)的對象從主節(jié)點轉(zhuǎn)移到從節(jié)點。
高可用性集群的作用：
當(dāng)一個機器宕機另一臺進(jìn)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(wù)分配到集群的不同計算節(jié)點兒提高計算能力，因而主要應(yīng)用在科學(xué)計算領(lǐng)域。比較流行的HPC采用Linux操作系統(tǒng)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(fā)揮HPCcluster的并行能力。這類程序一般應(yīng)用特定的運行庫, 比如專為科學(xué)計算設(shè)計的MPI庫。
HPC集群特別適合于在計算中各計算節(jié)點之間發(fā)生大量數(shù)據(jù)通訊的計算作業(yè)，比如一個節(jié)點的中間結(jié)果會影響到其它節(jié)點計算結(jié)果的情況。
3.集群的優(yōu)勢
1.透明性
如果一部分服務(wù)器宕機了業(yè)務(wù)不受影響，一般耦合度沒有那么高，依賴關(guān)系沒有那么高。比如NFS服務(wù)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(tǒng)構(gòu)成一個虛擬服務(wù)器；客戶端應(yīng)用程序與集群系統(tǒng)交互時，就像與一臺高性能、高可用的服務(wù)器交互一樣，客戶端無須作任何修改。部分服務(wù)器的切入和切出不會中斷服務(wù)，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(shè)計很好的軟硬件的體系結(jié)構(gòu)，消除系統(tǒng)可能存在的瓶頸。將負(fù)載較均衡地調(diào)度到各臺服務(wù)器上。
3.可管理性
整個系統(tǒng)可能在物理上很大，要使集群系統(tǒng)變得易管理，就像管理一個單一映像系統(tǒng)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(tǒng)上，容易開發(fā)應(yīng)用程序，門戶網(wǎng)站會要求這個。
4. 集群實現(xiàn)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(jiān)控準(zhǔn)備狀況；當(dāng)主機宕機時，備機接管主機的一切工作，待主機恢復(fù)正常后，按使用者的設(shè)定以自動或手動方式將服務(wù)切換到主機上運行，數(shù)據(jù)的一致性通過共享存儲系統(tǒng)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(wù)工作且相互監(jiān)測情況，當(dāng)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(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)存放在共享存儲系統(tǒng)中。
集群工作方式（多服務(wù)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(wù)，各為服務(wù)定義一個或多個備用主機，當(dāng)某個主機故障時，運行在其上的服務(wù)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(wǎng)站，但是我能訪問一個代理服務(wù)器，這個代理服務(wù)器呢,他能訪問那個我不能訪問的網(wǎng)站，于是我先連上代理服務(wù)器,告訴他我需要那個無法訪問網(wǎng)站的內(nèi)容，代理服務(wù)器去取回來,然后返回給我。從網(wǎng)站的角度，只在代理服務(wù)器來取內(nèi)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(wǎng)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(wù)器來接受internet上的連接請求，然后將請求轉(zhuǎn)發(fā)給內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)上的服務(wù)器，并將從服務(wù)器上得到的結(jié)果返回給internet上請求連接的客戶端，此時代理服務(wù)器對外就表現(xiàn)為一個服務(wù)器。
反向代理的作用：
（1）保證內(nèi)網(wǎng)的安全，可以使用反向代理提供WAF功能，阻止web攻擊。大型網(wǎng)站，通常將反向代理作為公網(wǎng)訪問地址，Web服務(wù)器是內(nèi)網(wǎng)。
（2）負(fù)載均衡，通過反向代理服務(wù)器來優(yōu)化網(wǎng)站的負(fù)載
7. 透明代理
客戶端向真實服務(wù)器發(fā)起連接，代理機冒充服務(wù)器與客戶端建立連接，并以客戶端ip與真實服務(wù)器建立連接進(jìn)行代理轉(zhuǎn)發(fā)。因此對于客戶端與服務(wù)器來說，代理機都是透明的。
TCP代理服務(wù)器可以隱藏背后真正TCP服務(wù)器
如此便可以起到保護(hù)真正TCP服務(wù)器的作用。由于TCP代理服務(wù)器工作于應(yīng)用層，所以，黑客對應(yīng)用層以下級別的協(xié)議棧的攻擊（比如TCP半連接攻擊）就無法穿過TCP代理服務(wù)器，這樣，即使TCP代理服務(wù)器掛了，我們真正的TCP服務(wù)器仍然可以正常運行。當(dāng)然，如果黑客是針對應(yīng)用層進(jìn)行攻擊的，這時，代理服務(wù)器就不起作用的。
保護(hù)TCP服務(wù)器免受應(yīng)用層以下級別的協(xié)議棧攻擊
當(dāng)黑客攻擊應(yīng)用層以下級別的協(xié)議棧，我們可以在真正的TCP服務(wù)器前面部署N個代理服務(wù)器，并將它們分布于不同的地方，這樣，當(dāng)其中一個代理服務(wù)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(wù)器的用戶，而其它的代理服務(wù)器上的用戶仍然是正常被服務(wù)的，就像下面這樣：
總結(jié)
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