集群和分布式

集群和分布式

系统性能扩展方式：

• Scale UP：垂直扩展，向上扩展,增强，性能更强的计算机运行同样的服务

• Scale Out：水平扩展，向外扩展,增加设备，并行地运行多个服务调度分配问题，Cluster

垂直扩展不再提及：

随着计算机性能的增长，其价格会成倍增长

单台计算机的性能是有上限的，不可能无限制地垂直扩展

多核CPU意味着即使是单台计算机也可以并行的。那么，为什么不一开始就并行化技术？

集群Cluster

Cluster：集群,为解决某个特定问题将多台计算机组合起来形成的单个系统

Cluster分为三种类型：

• LB：Load Balancing，负载均衡，多个主机组成，每个主机只承担一部分访问请求

• HA：High Availiablity，高可用，避免SPOF（single Point Of failure）

• • MTBF:Mean Time Between Failure 平均无故障时间，正常时间

• • MTTR:Mean Time To Restoration（ repair）平均恢复前时间，故障时间
  • A = MTBF /（MTBF+MTTR） (0,1)：99%,99.5%,99.9%,99.99%,99.999%
  • SLA：服务等级协议（简称：SLA，全称：service level agreement）。是在一定开销下为保障服务的性能和可用性，服务提供商与用户间定义的一种双方认可的协定。通常这个开销是驱动提供服务质量的主要因素。在常规的领域中，总是设定所谓的三个9，四个9来进行表示，当没有达到这种水平的时候，就会有一些列的惩罚措施，而运维，最主要的目标就是达成这种服务水平。

1年 = 365天 = 8760小时
90 = (1-90%)*365=36.5天
99 = 8760 * 1% = 87.6小时
99.9 = 8760 * 0.1% = 8760 * 0.001 = 8.76小时
99.99 = 8760 * 0.0001 = 0.876小时 = 0.876 * 60 = 52.6分钟
99.999 = 8760 * 0.00001 = 0.0876小时 = 0.0876 * 60 = 5.26分钟
99.9999= (1-99.9999%)*365*24*60*60=31秒

 

　　停机时间又分为两种，一种是计划内停机时间，一种是计划外停机时间，而运维则主要关注计划外停机时间。

HPC：High-performance computing，高性能 www.top500.org

分布式系统

分布式存储： Ceph，GlusterFS，FastDFS，MogileFS

分布式计算：hadoop，Spark

分布式常见应用

• 分布式应用-服务按照功能拆分，使用微服务
• 分布式静态资源--静态资源放在不同的存储集群上
• 分布式数据和存储--使用key-value缓存系统
• 分布式计算--对特殊业务使用分布式计算，比如Hadoop集群

集群和分布式

　　集群：同一个业务系统，部署在多台服务器上。集群中，每一台服务器实现的功能没有差别，数据和代码都是一样的

　　分布式：一个业务被拆成多个子业务，或者本身就是不同的业务，部署在多台服务器上。分布式中，每一台服务器实现的功能是有差别的，数据和代码也是不一样的，分布式每台服务器功能加起来，才是完

整的业务分布式是以缩短单个任务的执行时间来提升效率的，而集群则是通过提高单位时间内执行的任务数来提升效率。对于大型网站，访问用户很多，实现一个群集，在前面部署一个负载均衡服务器，后面几台服务器完成同一业务。如果有用户进行相应业务访问时，负载均衡器根据后端哪台服务器的负载情况，决定由给哪一台去完成响应，并且一台服务器垮了，其它的服务器可以顶上来。分布式的每一个节点，都完成不同的业务，如果一个节点垮了，那这个业务可能就会失败

集群设计原则

可扩展性—集群的横向扩展能力

可用性—无故障时间 (SLA service level agreement)

性能—访问响应时间

容量—单位时间内的最大并发吞吐量(C10K 并发问题)

集群设计实现

基础设施层面

　　提升硬件资源性能—从入口防火墙到后端 web server 均使用更高性能的硬件资源

　　多域名—DNS 轮询A记录解析

　　多入口—将A记录解析到多个公网IP入口

　　多机房—同城+异地容灾CDN(Content Delivery Network)—基于GSLB(Global Server Load Balance)实现全局负载均衡，如：DNS

业务层面

　　分层：安全层、负载层、静态层、动态层、缓存层(与非持久化)、存储层(持久化)

　　分割：基于功能分割大业务为小服务

　　分布式：对于特殊场景的业务，使用分布式计算

LB Cluster 负载均衡集群

按实现方式划分

硬件

• F5 Big-IP
• Citrix Netscaler
• A10

软件

• lvs：Linux Virtual Server，阿里四层 SLB (Server Load Balance)使用
• nginx：支持七层调度，阿里七层SLB使用 Tengine
• haproxy：支持七层调度
• ats：Apache Traffic Server，yahoo捐助给apache
• perlbal：Perl 编写
• pound

基于工作的协议层次划分

• 传输层（通用）：DNAT 和 DPORT
• LVS：
• nginx：stream
• haproxy：mode tcp
• 应用层（专用）：针对特定协议，常称为 proxy server
• http：nginx, httpd, haproxy(mode http), ...
• fastcgi：nginx, httpd, ...
• mysql：mysql-proxy, mycat...

负载均衡的会话保持

session sticky：同一用户调度固定服务器

　　Source IP：LVS sh算法（对某一特定服务而言）

　　Cookie

 session replication：每台服务器拥有全部session

 　　session multicast cluster

 session server：专门的session服务器 

　　Memcached，Redis

HA 高可用集群实现

keepalived：vrrp协议

Ais：应用接口规范

　　heartbeat

　　cman+rgmanager(RHCS)

　　coresync_pacemaker