了得網研究生_基於Linux的主機運行維護

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基於Linux的主機運行維護
該商品所屬分類：研究生 -> 工學
【市場價】	430-624元
【優惠價】	269-390元
【作者】	董延華，李明岩
【所屬類別】	圖書教材研究生/本科/專科教材工學
【出版社】	清華大學出版社
【ISBN】	9787302515623
【折扣說明】	一次購物滿999元台幣免運費+贈品一次購物滿2000元台幣95折+免運費+贈品一次購物滿3000元台幣92折+免運費+贈品一次購物滿4000元台幣88折+免運費+贈品
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內容介紹

開本：16開

紙張：膠版紙

包裝：平裝-膠訂

是否套裝：否

國際標準書號ISBN：9787302515623

叢書名：高等學校計算機教材——面向應用與實踐繫列

作者：董延華，李明岩

出版社：清華大學出版社

出版時間：2019年05月

產品特色

編輯推薦

《基於Linux的主機運行維護》是作者在其編寫的《Linux繫統管理與應用》（ISBN：978-7-302- 44125-0）基礎上，總結多輪教學實踐與多年潛心研究成果，並彙集目前運行維護業內主流知識編著而成，是校企合作開發課程的成果。本書在介紹實用知識體繫的同時，更注重相關基礎理論的講解，以使讀者達到融會貫通的境界，是理論應用於實踐的成功範例，是基於新工科建設過程中產教融合方面的力作。

內容簡介

本書在《Linux操作繫統管理與應用》一書基礎上繫統地介紹基於Linux的運行與維護領域的關鍵技術，主要內容包括6個專題： Linux文件繫統管理專題，其中包括Linux繫統啟動、Linux文件繫統理論與實踐、存儲繫統分類及管理；Linux信息繫統安全專題，其中包括Linux信息與繫統安全、非對稱加密技術及互信配置、PKI體繫架構、基於私有CA的安全Web；Linux DNS（域名繫統）專題，其中包括Internet體繫結構及BIND部署、子域授權、區域配置、主從DNS復制；Linux集群負載均衡專題，其中包括Linux集群技術及分類、LVS負載均衡原理分類及實現、數據庫集群及實現；Linux大數據繫統專題，其中包括分布式文件繫統Hadoop、分布式數據處理MapReduce、分布式結構化數據HBase、Hive數據倉庫；IPv6技術應用基礎專題，其中包括IPv6基礎、IPv6使用協議、IPv4到IPv6的過渡技術等。
本書在介紹上述實用知識體繫的同時注重對相關基礎理論的講解，以便讀者將相關知識融會貫通，是將理論與實踐有機結合的成功範例，是基於新工科課程體繫建設過程中主機運行與維護、數據科學與大數據技術、雲計算技術基礎的理論與實踐。本書是在多年教學與研究基礎上編著而成的，適合相關專業學生學習，也適合繫統管理員、網絡管理員、Linux運維工程師、大數據運維工程師及網站開發、測試、設計等從業人員參考。

目錄目錄
第1章Linux繫統框架及管理進階1
1.1操作繫統框架結構1
1.1.1Linux內核2
1.1.2Linux SHELL5
1.1.3Linux文件繫統5
1.1.4Linux應用程序8
1.2計算機存儲體繫8
1.3Linux繫統啟動流程9
1.4計算機存儲體繫11
1.5單用戶模式及應用13

第2章文件繫統及動態磁盤管理16
2.1文件繫統概述16目錄目錄
第1章Linux繫統框架及管理進階1
1.1操作繫統框架結構1
1.1.1Linux內核2
1.1.2Linux SHELL5
1.1.3Linux文件繫統5
1.1.4Linux應用程序8
1.2計算機存儲體繫8
1.3Linux繫統啟動流程9
1.4計算機存儲體繫11
1.5單用戶模式及應用13

第2章文件繫統及動態磁盤管理16
2.1文件繫統概述16
2.1.1Linux與Windows文件繫統的區別16
2.1.2文件繫統層次分析16
2.1.3索引式文件繫統17
2.1.4Linux文件繫統的運作18
2.2EXT文件繫統19
2.2.1EXT文件繫統結構19
2.2.2查看文件繫統命令20
2.2.3EXT文件繫統存儲和讀取文件23
2.2.4創建文件過程與日志文件繫統24
2.2.5鏈接文件25
2.3文件操作管理27
2.3.1配置本地yum源27
2.3.2利用yum進行查詢、安裝、升級和移除功能30
2.3.3yum的軟件群組功能34
2.3.4全繫統自動升級35
2.4存儲基礎35
2.5基於多路徑的塊設備配置37
2.5.1iSCSI方式的多路徑存儲38
2.5.2FC方式的多路徑存儲49
2.6NAS配置50

第3章域名繫統——DNS&BIND58
3.1BIND概述58
3.1.1BIND的安裝58
3.1.2配置文件58
3.2BIND主配置文件61
3.2.1named.conf的默認配置61
3.2.2修改named.conf62
3.2.3默認區域配置文件/etc/named.rfc1912.zones62
3.2.4自定義區域63
3.3正向區域數據庫文件64
3.4反向區域數據庫文件65
3.5測試DNS服務65
3.6輔DNS68
3.6.1輔DNS的配置68
3.6.2測試輔DNS70
3.7子域71
3.7.1父子域在同一臺DNS服務器上71
3.7.2父子域在不同DNS服務器上73
3.8高級配置75
3.8.1DNS轉發75
3.8.2負載均衡77
3.8.3遠程DNS管理——RNDC78

第4章繫統安全81
4.1加密與解密81
4.1.1加密與解密基本原理81
4.1.2數據加密解密的基本實現85
4.2SSH互信配置86
4.2.1SSH基本原理86
4.2.2基於Linux客戶端的SSH用戶認證87
4.2.3基於Winodws客戶端的SSH用戶認證90
4.3基於私有CA的安全WebHTTPS95
4.3.1PKI95
4.3.2私有CA實現98
4.3.3安全Web服務器——https實現99
4.4Iptables防火牆102
4.4.1Iptables防火牆基本原理與結構102
4.4.2Iptables防火牆的管理107
4.5TCP/IP數據包結構112
4.5.1網絡分層結構112
4.5.2IP結構114
4.5.3TCP結構116
4.5.4UDP118
4.5.5TCP連接的建立與斷開119
4.6防火牆的基本配置123
4.6.1規則查看（L）123
4.6.2規則刪除（D）124
4.6.3規則清空（F）124
4.6.4默認規則（P）125
4.6.5規則添加125
4.6.6規則修改127
4.6.7自定義鏈127
4.7條件匹配129
4.7.1基本匹配條件129
4.7.2擴展匹配條件130
4.8網絡防火牆141
4.8.1網絡體繫141
4.8.2Linux主機內核轉發功能143
4.8.3網絡防火牆配置143
4.9網絡地址轉換144
4.9.1源地址轉換145
4.9.2目標地址轉換146
4.10應用層過濾防火牆148
4.10.1檢查現有軟件環境149
4.10.2編譯內核149

第5章集群繫統——LVS154
5.1大型網站繫統架構的演進154
5.2集群介紹161
5.3負載均衡集群166
5.3.1LVS項目背景167
5.3.2LVS的類型167
5.3.3LVS調度算法175
5.3.4NAT結構負載均衡178
5.3.5DR結構負載均衡183
5.4數據庫集群190
5.4.1數據庫基本概念190
5.4.2MySQL及SQL語句190
5.4.3MySQL的備份和還原191
5.4.4MySQL主從復制192

第6章分布式文件繫統Hadoop196
6.1Hadoop簡介196
6.2Hadoop架構原理196
6.3Hadoop的使用場景199
6.4Hadoop分布式文件繫統200
6.4.1設計思想200
6.4.2體繫結構201
6.4.3數據復制202
6.4.4文數據的持久化205
6.4.5數據組織206
6.5分布式數據處理MapReduce207
6.5.1邏輯模型207
6.5.2實現機制208
6.6分布式結構化數據表HBase209
6.6.1邏輯模型209
6.6.2物理模型210
6.6.3子表服務器210
6.6.4主服務器211
6.數據表212
6.7Hadoop安裝212
6.7.1Hadoop環境安裝配置212
6.7.2Hadoop運行模式215
6.8Hive數據倉庫217
6.8.1Hive工作原理217
6.8.2Hive數據類型217
6.8.3Hive的特點219
6.8.4Hive的安裝221

第7章IPv6222
7.1IPv6基礎知識222
7.1.1IPv6地址222
7.1.2IPv6報文格式224
7.2IPv6使用協議226
7.2.1鄰居發現協議226
7.2.2IPv6地址自動配置協議227
7.2.3IPv6路由選擇協議229
7.3IPv4到IPv6的過渡技術232
7.3.1IPv6/IPv4雙協議棧技術232
7.3.2隧道技術234
7.3.3網絡地址和協議轉換技術235

參考文獻237

前言

基於Linux的主機運行維護前言前言〖1〗

為什麼要編著本書為什麼編著《基於Linux的主機運行維護》這本書？這要從作者在吉林師範大學日常的教學與研究工作說起。作者在Linux操作繫統的相關教學和在信息安全、並行計算等方面的研究過程中，零散地積累一些主機運行與維護方面的知識和經驗，但一直沒成體繫。同時，隨著大數據、雲計算技術的迅速發展及應用，Linux作為開源繫統，被越來越廣泛地應用於社會生活的各領域，但目前還鮮見主機運行方面的書籍和著作。本書的編著就是為了使讀者在基於Linux繫統運行與維護過程中解決相關問題，為在校本科學生學習主機運行維護提供參考，為數據科學與大數據技術專業建設做貢獻！基於Linux的主機運行維護前言前言〖1〗

為什麼要編著本書為什麼編著《基於Linux的主機運行維護》這本書？這要從作者在吉林師範大學日常的教學與研究工作說起。作者在Linux操作繫統的相關教學和在信息安全、並行計算等方面的研究過程中，零散地積累一些主機運行與維護方面的知識和經驗，但一直沒成體繫。同時，隨著大數據、雲計算技術的迅速發展及應用，Linux作為開源繫統，被越來越廣泛地應用於社會生活的各領域，但目前還鮮見主機運行方面的書籍和著作。本書的編著就是為了使讀者在基於Linux繫統運行與維護過程中解決相關問題，為在校本科學生學習主機運行維護提供參考，為數據科學與大數據技術專業建設做貢獻！
為此，作者在2016年編著出版了《Linux操作繫統管理與應用》一書並成功應用於計算機相關專業的本科教學。隨著吉林師範大學數據科學與大數據技術專業正式獲批，基於Linux的主機運行與維護成為大數據運維工程師技能。為更好完成主機運行與維護教學工作和大數據方面的研究工作，為了使主機運行維護的教學與就業市場需求對接，作者成功申報了主機運行與維護校企合作開發課程，目的是為學習主機運行與維護的學生提供真實的應用場景。正是這樣一個理念讓作者不斷努力，致力於將多年Linux及運維教學研究過程中的積累進行彙總，結合網絡上主機運維方面有效的成功案例編著本書，作為校企合作開發課程的總結成果之一，為運維從業人員、繫統架構師等提供有益的參考。
感謝合作企業的工程師和課程教學團隊的每位成員，是他們的幫助，讓我們有決心和動力完成本書的編著，並在編著過程中促使我們不斷地接受新知識和探索新領域，使我們不斷進步和完善，達到教學相長。為了幫助學習主機運維的人員能夠繫統地掌握的理論和高效的實踐技能，作者決定編著《基於Linux的主機運行維護》這本書作為主機運行與維護的基礎，並計劃編著《基於Linux的繫統架構》作為主機運行與維護的高級應用。雖然關於Linux的書籍較多，但是很難找到一本與讀者認知過程相吻合，與企業生產環境相匹配的主機運行與維護的書籍，這是編寫本書的初衷。
本書讀者對像
本書的讀者對像為計算機專業本科生，Linux繫統管理員、網絡工程師、Linux運維工程師、雲計算、大數據運維工程師及網站開發、測試、管理人員。
本書體繫結構
全書分為7章6個專題，各部分相互關聯又可以相互獨立。
第1個專題：Linux文件繫統管理，包括第1、2章，主要內容為Linux繫統啟動、Linux文件繫統理論與實踐、存儲繫統分類及管理。
第2個專題：Linux DNS（域名繫統），包括第3章，主要內容為Internet體繫結構及BIND部署、子域授權、區域配置、主從DNS復制。
第3個專題：Linux信息繫統安全，包括第4章，主要內容為Linux信息與繫統安全、非對稱加密技術及互信配置、PKI體繫架構、基於私有CA的安全Web。
第4個專題：Linux集群負載均衡，包括第5章，主要內容為Linux集群技術及分類、LVS負載均衡原理分類及實現、數據庫集群及實現。
第5個專題：Linux大數據繫統，包括第6章，主要內容為分布式文件繫統Hadoop、分布式數據處理MapReduce、分布式結構化數據HBase、Hive數據倉庫。
第6個專題：IPv6技術應用基礎，包括第7章，主要內容為IPv6基礎、IPv6使用協議、IPv4到IPv6的過渡技術等。
致謝
感謝Centos開源社區,網址https://www.centos.org/。
感謝網絡上為本書提供技術支持文章的所有作者，他們的經驗和付出使開源世界更精彩！
感謝校企合作開發課程項目為本書提供的支持，感謝合作企業瀋陽尚觀雲科技有限公司及崔濤工程師對本書的貢獻。
感謝吉林師範大學教學團隊的李爽、羅琳、李曉佳為本書的編著做出的無私奉獻，感謝我的學生劉靚葳、王銘、邬娜的幫助，是他們從始至終的默默支持使本書順利出版。
盡管作者團隊在本書編寫過程中花費了大量的時間和精力，但書中難免還會存在一些紕漏，懇請讀者批評和指正。作者的電子郵箱： computerdyp@jlnu.edu.cn。

作者
2018年7月

在線試讀

第5章集群繫統——LVS第5章集群繫統——LVS
本章主要介紹計算機集群的基本概念、分類、特點，重點介紹負載均衡集群、高可用集群及數據庫集群的性能及配置。隨著計算機任務的日益復雜，如天氣預報、資源勘探、計算機模擬等應用需要很強的運算處理能力，即使用普通的大型機器計算也很難勝任。每個復雜應用都要使用服務器提供計算資源——處理周期、內存空間、網絡和磁盤I/O，工作負載運行需要這些資源，隨著工作負載激增和計算需求增長，服務器資源必須增長或擴展以滿足這些需求，這主要通過如下兩種途徑。
1. 向上擴展（scale on）
增加單個服務器的硬件資源，如調大內存容量和增加CPU數量，簡單說就是升級服務器硬件。缺點:一是成本高，二是在一定的範圍之內它的性能是上升的趨勢,但是超出範圍之後就是下降的趨勢。因為隨著CPU個數增加需要進行CPU仲裁，而且隨著CPU個數的增加資源競爭性也會增大。
2. 向外擴展（scale out）
一臺服務器資源不足,無法完成復雜任務時，可以增加更多的服務器，或者說向外擴展。優點：增減服務器很方便，而且不會隨著向上擴展增加而性能下降。
向外擴展架構也包括集群或分布式計算方法，多臺服務器共同承擔單個復雜應用繫統的計算負載。例如，某個關鍵任務工作負載可能運行在兩臺或更多服務器上，進程可以跨這些服務器以主動配置模式分配；如果其中一臺服務器出現故障，其他服務器可以接管，使應用繫統的可用性得到保障，如果需要更多的冗餘，集群可以增加更多的服務器進行向外擴展。
5.1大型網站繫統架構的演進
一個成熟的大型網站（如淘寶、等）的繫統架構並不是開始設計就具備完整的高性能、高可用、安全等特性，它總是隨著用戶量的增加，業務功能的擴展逐漸演變完善的，在這個過程中，開發模式、技術架構、設計思想也發生了很大的變化，就連技術人員也從幾個人發展到一個部門甚至一條產品線。所以成熟的繫統架構是隨業務擴展而完善出來的，並不是一蹴而就。不同業務特征的繫統，會有各自的側重點，如淘寶，要解決海量的商品信息的搜索、下單、支付；如騰訊，要解決數億的用戶實時消息傳輸；百度要處理海量的搜索請求，它們都有各自的業務特性，繫統架構也有所不同。接下來主要從這些不同的網站背景下找出其中共用的技術，這些技術和手段可以廣泛運行在大型網站繫統的架構中。
1. 初的網站架構
初簡單的架構中，應用程序、數據庫、文件都部署在同一臺服務器上，如圖51所示。第5章集群繫統——LVS第5章集群繫統——LVS
本章主要介紹計算機集群的基本概念、分類、特點，重點介紹負載均衡集群、高可用集群及數據庫集群的性能及配置。隨著計算機任務的日益復雜，如天氣預報、資源勘探、計算機模擬等應用需要很強的運算處理能力，即使用普通的大型機器計算也很難勝任。每個復雜應用都要使用服務器提供計算資源——處理周期、內存空間、網絡和磁盤I/O，工作負載運行需要這些資源，隨著工作負載激增和計算需求增長，服務器資源必須增長或擴展以滿足這些需求，這主要通過如下兩種途徑。
1. 向上擴展（scale on）
增加單個服務器的硬件資源，如調大內存容量和增加CPU數量，簡單說就是升級服務器硬件。缺點:一是成本高，二是在一定的範圍之內它的性能是上升的趨勢,但是超出範圍之後就是下降的趨勢。因為隨著CPU個數增加需要進行CPU仲裁，而且隨著CPU個數的增加資源競爭性也會增大。
2. 向外擴展（scale out）
一臺服務器資源不足,無法完成復雜任務時，可以增加更多的服務器，或者說向外擴展。優點：增減服務器很方便，而且不會隨著向上擴展增加而性能下降。
向外擴展架構也包括集群或分布式計算方法，多臺服務器共同承擔單個復雜應用繫統的計算負載。例如，某個關鍵任務工作負載可能運行在兩臺或更多服務器上，進程可以跨這些服務器以主動配置模式分配；如果其中一臺服務器出現故障，其他服務器可以接管，使應用繫統的可用性得到保障，如果需要更多的冗餘，集群可以增加更多的服務器進行向外擴展。
5.1大型網站繫統架構的演進
一個成熟的大型網站（如淘寶、等）的繫統架構並不是開始設計就具備完整的高性能、高可用、安全等特性，它總是隨著用戶量的增加，業務功能的擴展逐漸演變完善的，在這個過程中，開發模式、技術架構、設計思想也發生了很大的變化，就連技術人員也從幾個人發展到一個部門甚至一條產品線。所以成熟的繫統架構是隨業務擴展而完善出來的，並不是一蹴而就。不同業務特征的繫統，會有各自的側重點，如淘寶，要解決海量的商品信息的搜索、下單、支付；如騰訊，要解決數億的用戶實時消息傳輸；百度要處理海量的搜索請求，它們都有各自的業務特性，繫統架構也有所不同。接下來主要從這些不同的網站背景下找出其中共用的技術，這些技術和手段可以廣泛運行在大型網站繫統的架構中。
1. 初的網站架構
初簡單的架構中，應用程序、數據庫、文件都部署在同一臺服務器上，如圖51所示。
圖51初的網站架構
2. 應用、數據、文件分離結構
隨著業務的擴展，一臺服務器已經不能滿足性能需求，故將應用程序、數據庫、文件分別部署在獨立的服務器上，如圖52所示，並且根據服務器的用途配置不同的硬件，達到的性能效果。
圖52應用、數據、文件分離結構
3. 利用緩存改善網站性能
在硬件優化性能的同時，同時也通過軟件進行性能優化，在大部分的網站繫統中，都會利用緩存技術改善繫統的性能，使用緩存主要源於熱點數據的存在，大部分網站訪問都遵循“二八原則”（即80%的訪問請求，終落在20%的數據上），所以可以對熱點數據進行緩存，減少這些數據的訪問路徑，如圖53所示，提升用戶體驗。
圖53利用緩存改善網站性能的結構
緩存實現常見的方式有本地緩存和分布式緩存，同時還有CDN、反向代理等。本地緩存是將數據緩存在應用服務器本地，可以存在內存中，也可以存在文件中，OSCache就是常用的本地緩存組件。本地緩存的特點是速度快，但因為本地空間有限所以緩存數據量也有限。分布式緩存可以緩存海量的數據，並且擴展非常容易，在門戶類網站中常常被使用，速度一般沒有本地緩存快，常用的分布式緩存有Membercache和Redis。
4. 使用集群改善應用服務器性能
應用服務器作為網站的入口，會承擔大量的請求，往往通過應用服務器集群來分擔請求數。應用服務器前面部署負載均衡服務器調度用戶請求，根據分發策略將請求分發到多個應用服務器節點，如圖54所示。
圖54負載均衡集群結構
常用的硬件負載均衡技術的產品有F5，價格比較貴；軟件的負載均衡有LVS、Nginx、HAProxy等實現方式。LVS是傳輸層（四層）負載均衡，根據目標地址和端口選擇內部服務器，Nginx和HAProxy是應用層（七層）負載均衡，可以根據報文內容選擇內部服務器，因此LVS分發路徑優於Nginx和HAProxy，均衡性能要高些，而Nginx和HAProxy則更具配置性，如可以用來做動靜分離（根據請求報文特征，選擇靜態資源服務器還是應用服務器）。
5. 數據庫讀寫分離和分庫分表
隨著用戶量的增加，數據庫成為的瓶頸，改善數據庫性能常用的手段是進行讀寫分離以及分表，讀寫分離就是將數據庫分為讀庫和寫庫，通過主備功能實現數據同步。分庫分表則分為水平切分和垂直切分，水平切分則是對一個數據庫特大的表進行拆分，如用戶表。垂直切分則是根據業務不同來切分，如用戶業務、商品業務相關的表放在不同的數據庫中，如圖55所示。
圖55數據庫分離結構
6. 使用CDN和反向代理提高網站性能
假如服務器都部署在成都的機房，對於四川的用戶來說訪問是較快的，而北京的用戶訪問是較慢的，這是由於四川和北京分別屬於電信和聯通的不同地區，北京用戶訪問需要通過互聯路由器經過較長的路徑纔能訪問到成都的服務器，所以數據傳輸時間比較長。CDN技術可將數據內容緩存到運營商的機房，用戶訪問時先從近的運營商獲取數據，這樣大大減少了網絡訪問的路徑。比較專業的CDN運營商有藍汛和網宿。
而反向代理，則是部署在網站的機房，當用戶請求達到時首先訪問反向代理服務器，反向代理服務器將緩存的數據返回給用戶，如果沒有緩存數據纔會繼續向應用服務器獲取，也減少了獲取數據的成本。反向代理有Squid和Nginx。圖56主要介紹了CDN和反向代理網站結構。
圖56CDN和反向代理網站結構
7. 使用分布式文件繫統
隨著用戶增加，業務量越來越大，產生的文件越來越多，單臺的文件服務器已經不能滿足需求。需要分布式的文件繫統支撐，如圖57所示。常用的分布式文件繫統有NFS。
圖57分布式文件繫統結構
8. 使用Nosql和搜索引擎
對於海量數據的查詢，使用Nosql數據庫加上搜索引擎可以獲得更好的性能，圖58顯示了海量數據的查詢架構，並不是所有的數據都要放在關繫型數據中。常用的Nosql有mongodb和redis，搜索引擎有lucene。
圖58海量數據查詢結構
9. 將應用服務器進行業務拆分
隨著業務進一步擴展，應用程序變得非常臃腫，這時需要將應用程序進行業務拆分，如百度分為新聞、網頁、圖片等業務。每個業務應用負責相對獨立的業務運作。業務之間通過消息進行通信或者同享數據庫來實現。圖59為業務拆分結構圖。
10. 搭建分布式服務
業務拆分後各個業務應用都會使用到一些基本的業務服務，如用戶服務、訂單服務、支付服務、安全服務等，這些服務是支撐各業務應用的基本要素。將這些共有的服務抽取出來利用分布式服務框架搭建分布式服務，如圖510所示，淘寶的Dubbo是具體實現的實例。圖59業務拆分結構
圖510分布式服務結構
5.2集群介紹
計算機集群（Cluster），可以把多臺計算機連接在一起使用，平分資源或互為保障。服務器集群就是指將很多服務器集中起來一起進行同一種服務，在客戶端看來就隻是一個服務器。集群通信繫統是一種計算機繫統，它通過一組松散集成的計算機軟件和硬件連接起來高度緊密地協作完成計算工作。構建集群是為了解決單機運算能力的不足、I/O能力的不足、提高服務的可靠性、獲得規模可擴展能力，降低整體方案的運維成本（運行、升級、維護成本）。通過集群技術可實現以下目的。
（1）提高性能。
一些計算密集型應用，如天氣預報、核試驗模擬等，需要計算機有很強的運算處理能力，現有的技術，即使普通的大型計算機器也很難勝任。這時，一般都使用計算機集群技術，集中幾十臺甚至上百臺計算機的運算能力來滿足要求。提高處理性能一直是集群技術研究的重要目標之一。
（2）降低成本。
通常一套較好的集群配置，其軟硬件開銷要與價值上的專用超級計算機相比已屬相當便宜。在達到同樣性能的條件下，采用計算機集群比采用同等運算能力的大型計算機具有更高的性價比。
（3）提高可擴展性。
用戶若想擴展繫統能力，不得不購買更高性能的服務器，纔能獲得額外所需的CPU 和存儲器。如果采用集群技術，則隻需要將新的服務器加入集群中即可，對於客戶來說，服務無論從連續性還是性能上都幾乎沒有變化，好像繫統在不知不覺中完成了升級。
（4）增強可靠性。
集群技術使繫統在故障發生時仍可以繼續工作，將繫統停運時間減到小。集群繫統在提高繫統的可靠性的同時，也大大減小了故障損失。
集群中的每個計算機被稱為一個節點，節點可添加可減少，在這些節點之上虛擬出一臺計算機供用戶使用；從用戶的角度看始終是使用一臺計算機，無所謂多少節點。
如圖511所示，其中多臺計算機可以共同分擔資源，也可以互為保障，節點之間的工作方式取決於不同的集群技術，不同廠商實現方式會有不同。
圖511集群基本模式圖
當下流行的集群技術可分為以下3種： HA高可用集群、負載均衡集群和並行計算集群。
1. HA高可用集群
高可用集群（High availability Cluster，HAC）主要用於高可用解決方案的實現，節點間以主備形式，實現容災；在大型故障（宕機，服務器故障）的情況下實現快速恢復，快速提供服務。如圖512所示：當前節點在Node01，所有業務在Node01上運行，若發生故障服務和資源會轉移到Node02上。高可用集群的另一個特點是共享資源，多個節點服務器共享一個存儲資源，該存儲可在不同節點之間轉移。
圖512高可用集群模式圖
高可用集群可實現以下3種方式。
（1）主從方式：主從服務器結構及業務相同，平時主服務器工作，備用服務器監控。當主服務器出現問題時，業務切換到從服務器。此方式不能有效地利用備用服務器資源。
（2）互為主從：兩服務器同時在線並且運行不同的業務，一臺服務器故障可將其業務切換到另一臺服務器上。此方式有效地利用服務器資源，但當服務器故障時，另一臺服務器上要運行多個業務。
（3）多臺服務器主從：大部分服務器在線使用，小部分服務器監控；若有部分服務器故障，可切換到指定的小部分服務器上。此方式綜合了前兩種方式。然後多臺服務器集群，增加了管理的復雜度。
在高可用繫統中，當聯繫兩個節點的“心跳線”斷開時，本來為一整體、動作協調的HA繫統，就分裂成為兩個獨立的個體，出現腦裂現像（Splitbrain）。由於相互失去了聯繫，都以為是對方出了故障，爭搶“共享資源”和“應用服務”，就會發生共享資源被瓜分、2邊“服務”都起不來的嚴重後果；或者2邊“服務”都起來了，但同時讀寫“共享存儲”，導致數據損壞（如數據庫輪詢著的聯機日志出錯）。
對付HA繫統“腦裂”的對策，目前達成共識的大概有以下幾條。
（1）添加冗餘的心跳線，例如用雙線條線（心跳線也高可用）盡量減少“腦裂”發生概率；
（2）啟用磁盤鎖。正在服務一方鎖住共享磁盤，“腦裂”發生時，讓對方完全“搶不走”共享磁盤資源。但使用鎖磁盤也會有一個不小的問題，如果占用共享盤的一方不主動“解鎖”，另一方就永遠得不到共享磁盤。現實中假如服務節點突然死機或崩潰，就不可能執行解鎖命令。後備節點也就接管不了共享資源和應用服務。於是有人在HA中設計了“智能”鎖。即正在服務的一方隻在發現心跳線全部斷開（察覺不到對端）時纔啟用磁盤鎖，平時就不上鎖了。
（3）設置仲裁機制。例如，設置參考IP（如網關IP），當心跳線完全斷開時，兩個節點都各自ping一下參考IP，無法連通則表明斷點就出在自身，即使啟動（或繼續）應用服務也沒有意義，那就主動放棄競爭，讓能夠ping通參考IP的一端啟動服務。還可能因主服務器業務繁忙或者網絡擁堵無法通報心跳信息導致從服務器的誤判導致腦裂現像，可采用奇數個節點結構以便少數服從多數進行仲裁。避免腦裂時對資源的競爭。可采用資源隔離（Fencing）屏蔽。隔離屏蔽有資源級別和節點級別兩種。
使用資源級別來隔離集群可以確保節點無法訪問一個或多個資源。一個典型的例子是SAN，其中防護操作會更改SAN交換機上的規則以拒絕來自節點的訪問。
節點級別的防護確保節點根本不運行任何資源。這通常是以一種非常簡單而又殘酷的方式完成的：使用電源開關簡單地重置節點。如Stonith（Shoot The Other Node In The Head）就是一種隔離屏蔽，它提供了節點級別的防護。
高可用集群主要實現了高可用性，即提高整體繫統的可靠性。描述可靠性的標準——X個9，這個X是代表數字3～5。X個9表示繫統在1年的使用過程中，可以正常使用時間與總時間（1年）之比。
3個9(99.9%)： (1%～99.9%)36524=8.76h，表示該軟件繫統在連續運行1年時間裡可能的業務中斷時間多是8.76h。
4個9(99.99%)： (1%～99.99%)36524=0.876h=52.6min，表示該軟件繫統在連續運行1年時間裡可能的業務中斷時間多是52.6min。
5個9(99.999%)： (1%～99.999%)3652460=5.26min，表示該軟件繫統在連續運行1年時間裡可能的業務中斷時間多是5.26min。
那麼X個9裡的X隻代表數字3～5，為什麼沒有1～2，也沒有大於6的呢？接著往下計算：
1個9(90%)： (1%～90%)365=36.5天
2個9(99%)： (1%～99%)365=3.65天
6個9(99.9999%)： (1%～99.9999%)365246060=31s

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