集群技術在信息化校園中的應用

劉宇辰+董生忠

【摘 要】隨著高校校園網中網絡用戶量的不斷增加，通過使用計算機集群技術，可以改善高校校園網系統數據處理及存儲能力，提高系統的穩定性。我們采用windows server 2008，及SQL server 2008 R2，將多臺服務器、兩套網絡存儲及其他網絡設備構成由多個服務器及計算機集群組成的集群系統，實現高校校園網絡在花費較低成本的前提下，達到更高的運行處理速度及更好的系統穩定性。

【關鍵詞】集群技術；信息化；高校；網絡

0 前言

“信息化”正在逐步深入地走進人們視野，高等院校的信息化建設正在緊鑼密鼓地進行中。在信息化校園建設和使用過程中，隨用戶數的增加，訪問需求不斷加大，單一服務器的響應速度成為整個網絡系統的瓶頸，解決辦法一種是更換更高性能的服務器終端，但高性能服務器所帶來的問題是高成本；另一種解決方法是采用集群技術，將性能有限的服務器統一利用起來，利用較低的成本獲取較高的性能、可靠性和靈活性，因此集群技術的優勢在此充分體現出來。

1 高校網絡信息系統中的現存問題

隨著校園網網絡用戶量的不斷加大，許多高校中在選課等辦公用網時可能出現較大網絡延遲甚至宕機等現象，升級雙機系統對于眾多小系統來說則需要大量的硬件軟件的投入[1]，而在高校中也沒有那么多的資金去升級服務器并升級為雙機系統。

在高校中各單位系統建設相對獨立，相當于多個獨立的主體，資源配置和部署在每個單位都是相同的，使大量人力物力耗費在重復性工作上，當訪問量增加的時候甚至經常出現無法登陸的情況。比如說在學生選課時間在已經分為多個時段多批次選課的情況下，依然會在選課時出現訪問量過大無法登陸的情況；在教師登記成績期間，會出現數據量過多系統暫時癱瘓，全校無法使用教務網站等諸多情況。

2 集群技術分析及選擇

計算機集群技術可分為高性能計算集群技術、高可用性集群技術和負載均衡集群技術。高性能計算集群也稱科學集群，是一種用來提高科學計算能力的計算機集群技術。高可用集群是一種以減少服務中斷時間為目的的服務器集群技術。負載均衡集群在多結點之間按照一定的策略或算法分發網絡或計算處理負載，使負載可以在計算機集群中盡可能平均地分攤處理。負載均衡建立在現有網絡結構之上， 這為高校提供了一種低成本的方法來提高服務器的速度、用戶訪問質量和數據處理能力，同時又可以避免單臺服務器故障[2]。將這三種技術綜合起來應用于高校校園信息化建設中，這樣可以使高校網絡系統的工作效率和處理能力大幅提升。

3 集群技術軟件平臺的分析與選擇

計算機集群技術的軟件平臺有Solaris、Linux和Windows三種選擇。在這三種軟件平臺中LINUX可以在廉價系統上運行，提供了UNIX的靈活性和強大功能。但LINUX系統可操作人數相對較少，在校園中的實用性不強；Solaris 是 SUNSoft 公司的基于 UNIX 的多線程多用戶的操作系統，系統在容錯方面的實時性不是十分理想，而且通用性較低。Windows 系統是應用較廣、相關技術人才較多的系統平臺，價格較低，維護成本較低，維護方便。因此，我們選擇Windows 系統作為高校校園網絡服務器平臺，在有計算、視頻圖像處理或數據需求的時候可以通過增加結點將該計算機加入集群來提高處理數據速度。

Windows Server支持了三種集群技術，分別是網絡負載均衡（NLB）、COM+ 組件負載平衡（CLB）與服務器集群（MSCS）[3]，可以利用已經集成在Windows Server中的NLB和MSCS集群技術，來對高校現有服務器進行集群化升級。在學習工作研究中，經常會有大量的數據統計、匯總，圖片處理及視頻的渲染等等，Windows自帶的 HPC Server 2008 高性能計算平臺可以為師生提供方便快捷的性能拓展，讓數據處理，視頻渲染不再是個漫長的等待過程。Windows HPC Server 2008能擴展應用至眾多處理器，他們可以通過一個集中管理控制臺，協助用戶主動監督和維護系統健康狀況及穩定性，具備的靈活的作業調度功能。

4 基于集群技術的系統架構設計及應用效果

在我校校園網絡中，各學院等單位的服務器很多是單一服務器個體，我們采用負載均衡集群技術將多節點之間按照一定的策略分發網絡或計算處理負載，為學校提供了一種低成本的方法來提高服務器的速度、用戶訪問質量和數據處理能力。

4.1 系統基本架構的設計

根據上述分析論證，我們設計了基于服務器集群技術的系統基本架構，如圖1所示。

4.2 負載均衡服務器系統

將高可用性集群技術應用于此，由一臺主服務器和一臺備用服務器組成。用MSCS集群技術建立集群，當其中某臺機器出現問題時，MSCS的“心跳檢測功能”（Heartbeats）便會檢測出出現錯誤的應用軟件和服務器，自動在備用服務器上重啟工作任務。

系統管理員可以通過使用MSCS上的集群管理程序，完成各種各樣的集群管理任務。采用雙機系統，保證主服務器因為某種原因無法正常工作時有備用服務器接替工作，以防服務器出現無法工作的情況造成損失。高校校園網絡每天均存在著用網高峰期及網絡空閑期，高校不需要像醫院等需要保證全天無間斷的網絡可靠，可以在用網高峰期采用雙機熱備份系統保證網絡，而在低谷期則可以保留一臺服務器正常運行另一臺休息，來節約資源，減少損耗。

4.3 服務器群系統

我們采用NLB集群技術建立服務器群，除去用于負載均衡的兩臺的服務器外，現有的各服務器均可作為服務器群中的服務器，每個服務器均需安裝兩張網卡，一張用于連接局域網為用戶提供服務，一張用于連接專供NLB集群的交換機負責檢測及負載分配。現有的服務器只需更新系統及加裝另一塊網卡通過集群控制算法加入結點即可加入集群，服務器群也可以按照用網需要量的多少來控制服務器群中開放服務器的數量，在選課等高峰期滿負荷運行，空閑時段可以暫時休息非必要服務器。

4.4 數據庫服務器系統

在校園網上網用量較大時有大量的并發用戶，所以數據庫服務器也應當采用性能較強的服務器。數據庫系統方面應用SQL server 2008 R2系統。數據庫系統的維護非常重要，需要定期對數據庫服務器進行檢查，防止出現不必要的問題。

4.5 實際應用效果

實際應用證明，采用服務器集群技術可以解決以往校園網中的網絡擁堵的問題，提高了訪問質量和服務器的響應速度，提升了學校有限的服務器資源的利用率。集群系統還具有良好的擴展性和靈活性，我們可以通過在服務器集群中加入和刪除結點實現系統的伸縮性，通過檢測結點或服務進程故障和正確地重置系統達到高可靠性[4]。

5 結語

在校園網信息化建設中，采用服務器集群技術能夠做到負載均衡、高容錯性和高擴展性，提高了網絡訪問質量及處理能力，這是傳統服務器系統所不具備的。根據我們的經驗，用戶在與集群系統進行連接的時候，可以把集群系統看做一個整體，因此在系統設計時需要對集群的內部通信協議進行有效設計[5]。另外前端負載均衡服務器在系統中顯得尤為重要，它使得服務器群中的各個服務器的負載均處于均衡工作狀態。在安全情況下，還可以通過增加節點為個人提供高性能數據及圖像處理等功能。此外值得注意的是，由于Windows操作系統廣泛應用在個人PC上，所以世界各地對其開發的病毒、木馬等攻擊程序同樣很多，因此服務器的病毒防護應當做好，以免被惡性攻擊造成損失。

實踐證明，在高校經費有限、而現有服務器仍然較新的情況下，將集群技術應用到校園網絡信息化建設中是非常經濟實用而又卓有成效的策略。

【參考文獻】

[1]吳艷君.基于虛擬化技術的醫院信息平臺設計[J].中國醫療設備，2014，29（1）：41-44.

[2]張俊虎，邢永中.網絡負載均衡的控制理論及實踐戰略[J]通信技術，2009（12）：119-121.

[3]段國云.集群技術在醫院信息系統集成中的應用[J].計算機系統應用，2012，21（2）：38-41.

[4]陶銳.秦斌.高校校園網中的應用服務器集群技術在[J].技術與應用，2006（8）：75-76.

[5]王志曉，姜秀柱，張辰.集群技術在Intmt服務器中的應用[J].計算機工程與設計，2004，25（3）：472-474.

[責任編輯：楊玉潔]