一、集群和負(fù)載均衡的概念

（一）集群的概念

　　集群（Cluster）是由兩臺(tái)或多臺(tái)節(jié)點(diǎn)機(jī)（服務(wù)器）構(gòu)成的一種松散耦合的計(jì)算節(jié)點(diǎn)集合，為用戶提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)或應(yīng)用程序(包括數(shù)據(jù)庫(kù)、Web服務(wù)和文件服務(wù)等)的單一客戶視圖，同時(shí)提供接近容錯(cuò)機(jī)的故障恢復(fù)能力。集群系統(tǒng)一般通過兩臺(tái)或多臺(tái)節(jié)點(diǎn)服務(wù)器系統(tǒng)通過相應(yīng)的硬件及軟件互連，每個(gè)群集節(jié)點(diǎn)都是運(yùn)行其自己進(jìn)程的獨(dú)立服務(wù)器。這些進(jìn)程可以彼此通信，對(duì)網(wǎng)絡(luò)客戶機(jī)來說就像是形成了一個(gè)單一系統(tǒng)，協(xié)同起來向用戶提供應(yīng)用程序、系統(tǒng)資源和數(shù)據(jù)。除了作為單一系統(tǒng)提供服務(wù)，集群系統(tǒng)還具有恢復(fù)服務(wù)器級(jí)故障的能力。集群系統(tǒng)還可通過在集群中繼續(xù)增加服務(wù)器的方式，從內(nèi)部增加服務(wù)器的處理能力，并通過系統(tǒng)級(jí)的冗余提供固有的可靠性和可用性。
（二）集群的分類
1、高性能計(jì)算科學(xué)集群：
　　以解決復(fù)雜的科學(xué)計(jì)算問題為目的的IA集群系統(tǒng)。是并行計(jì)算的基礎(chǔ)，它可以不使用專門的由十至上萬個(gè)獨(dú)立處理器組成的并行超級(jí)計(jì)算機(jī)，而是采用通過高速連接來鏈接的一組1/2/4 CPU的IA服務(wù)器，并且在公共消息傳遞層上進(jìn)行通信以運(yùn)行并行應(yīng)用程序。這樣的計(jì)算集群，其處理能力與真正超級(jí)并行機(jī)相等，并且具有優(yōu)良的性價(jià)比。
2、負(fù)載均衡集群：
　　負(fù)載均衡集群為企業(yè)需求提供更實(shí)用的系統(tǒng)。該系統(tǒng)使各節(jié)點(diǎn)的負(fù)載流量可以在服務(wù)器集群中盡可能平均合理地分?jǐn)偺幚?。該?fù)載需要均衡計(jì)算的應(yīng)用程序處理端口負(fù)載或網(wǎng)絡(luò)流量負(fù)載。這樣的系統(tǒng)非常適合于運(yùn)行同一組應(yīng)用程序的大量用戶。每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以處理一部分負(fù)載，并且可以在節(jié)點(diǎn)之間動(dòng)態(tài)分配負(fù)載，以實(shí)現(xiàn)平衡。對(duì)于網(wǎng)絡(luò)流量也如此。通常，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器應(yīng)用程序接受了大量入網(wǎng)流量，無法迅速處理，這就需要將流量發(fā)送給在其它節(jié)點(diǎn)。負(fù)載均衡算法還可以根據(jù)每個(gè)節(jié)點(diǎn)不同的可用資源或網(wǎng)絡(luò)的特殊環(huán)境來進(jìn)行優(yōu)化。
3、高可用性集群：
　　為保證集群整體服務(wù)的高可用，考慮計(jì)算硬件和軟件的容錯(cuò)性。如果高可用性群集中的某個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)生了故障，那么將由另外的節(jié)點(diǎn)代替它。整個(gè)系統(tǒng)環(huán)境對(duì)于用戶是一致的。

　　實(shí)際應(yīng)用的集群系統(tǒng)中，這三種基本類型經(jīng)常會(huì)發(fā)生混合與交雜。

（三）典型集群

科學(xué)計(jì)算集群：
1、Beowulf
當(dāng)談到 Linux 集群時(shí)，許多人的第一反映是 Beowulf。那是最著名的 Linux科學(xué)軟件集群系統(tǒng)。實(shí)際上，它是一組適用于在 Linux 內(nèi)核上運(yùn)行的公共軟件包的通稱。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(jī)”(PVM)，對(duì) Linux 內(nèi)核的修改，以允許結(jié)合幾個(gè)以太網(wǎng)接口、高性能網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)器，對(duì)虛擬內(nèi)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(biāo)識(shí)空間允許使用 DIPC 機(jī)制從任何節(jié)點(diǎn)訪問任何進(jìn)程。
2、MOSIX
Beowulf類似于給系統(tǒng)安裝的一個(gè)支持集群的外掛軟件，提供了應(yīng)用級(jí)的集群能力。而MOSIX是徹底修改Linux的內(nèi)核，從系統(tǒng)級(jí)提供了集群能力，它對(duì)應(yīng)用而言是完全透明的，原有的應(yīng)用程序，可以不經(jīng)改動(dòng)，就能正常運(yùn)行在MOSIX系統(tǒng)之上。集群中的任何節(jié)點(diǎn)都可以自由地加入和移除，來接替其它節(jié)點(diǎn)的工作，或是擴(kuò)充系統(tǒng)。MOSIX 使用自適應(yīng)進(jìn)程負(fù)載均衡和內(nèi)存引導(dǎo)算法使整體性能最大化。應(yīng)用程序進(jìn)程可以在節(jié)點(diǎn)之間實(shí)現(xiàn)遷移，以利用最好的資源，這類似于對(duì)稱多處理器系統(tǒng)可以在各個(gè)處理器之間切換應(yīng)用程序。由于MOSIX通過修改內(nèi)核來實(shí)現(xiàn)集群功能，所以存在兼容性問題，部分系統(tǒng)級(jí)應(yīng)用程序?qū)o法正常運(yùn)行。

負(fù)載均衡/高可用性集群

3、LVS（Linux Virtual Server）
這是一個(gè)由國(guó)人主持的項(xiàng)目。
它是一個(gè)負(fù)載均衡/高可用性集群，主要針對(duì)大業(yè)務(wù)量的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用（如新聞服務(wù)、網(wǎng)上銀行、電子商務(wù)等）。
LVS是建立在一個(gè)主控服務(wù)器(通常為雙機(jī))（director）及若干真實(shí)服務(wù)器（real-server）所組成的集群之上。real-server 負(fù)責(zé)實(shí)際提供服務(wù)，主控服務(wù)器根據(jù)指定的調(diào)度算法對(duì)real-server進(jìn)行控制。而集群的結(jié)構(gòu)對(duì)于用戶來說是透明的，客戶端只與單個(gè)的IP（集群系統(tǒng)的虛擬IP）進(jìn)行通信，也就是說從客戶端的視角來看，這里只存在單個(gè)服務(wù)器。
N54537Real-server可以提供眾多服務(wù)，如ftp, http, dns, telnet, nntp, smtp 等。主控服務(wù)器負(fù)責(zé)對(duì)Real-Server進(jìn)行控制?？蛻舳嗽谙騆VS發(fā)出服務(wù)請(qǐng)求時(shí)，Director會(huì)通過特定的調(diào)度算法來指定由某個(gè)Real- Server來應(yīng)答請(qǐng)求，而客戶端只與Load Balancer的IP（即虛擬IP，VIP）進(jìn)行通信。

其他集群：

現(xiàn)在集群系統(tǒng)可謂五花八門，絕大部分的OS開發(fā)商，服務(wù)器開發(fā)商都提供了系統(tǒng)級(jí)的集群產(chǎn)品，最典型的是各類雙機(jī)系統(tǒng)，還有各類科研院校提供的集群系統(tǒng)。以及各類軟件開發(fā)商提供的應(yīng)用級(jí)別的集群系統(tǒng)，如數(shù)據(jù)庫(kù)集群，Application Server 集群，Web Server集群，郵件集群等等。

（四）負(fù)載均衡

1、概念

    由于目前現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)核心部分隨著業(yè)務(wù)量的提高，訪問量和數(shù)據(jù)流量的快速增長(zhǎng)，其處理能力和計(jì)算強(qiáng)度也相應(yīng)地增大，使得單一的服務(wù)器設(shè)備根本無法承擔(dān)。在此情況下，如果扔掉現(xiàn)有設(shè)備去做大量的硬件升級(jí)，這樣將造成現(xiàn)有資源的浪費(fèi)，而且如果再面臨下一次業(yè)務(wù)量的提升時(shí)，這又將導(dǎo)致再一次硬件升級(jí)的高額成本投入，甚至性能再卓越的設(shè)備也不能滿足當(dāng)前業(yè)務(wù)量增長(zhǎng)的需求。

針對(duì)此情況而衍生出來的一種廉價(jià)有效透明的方法以擴(kuò)展現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和服務(wù)器的帶寬、增加吞吐量、加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理能力、提高網(wǎng)絡(luò)的靈活性和可用性的技術(shù)就是負(fù)載均衡（Load Balance）。

2、特點(diǎn)和分類

     負(fù)載均衡(Server Load Balance)一般用于提高服務(wù)器的整體處理能力，并提高可靠性，可用性，可維護(hù)性，最終目的是加快服務(wù)器的響應(yīng)速度，從而提高用戶的體驗(yàn)度?！　?/p>

     負(fù)載均衡從結(jié)構(gòu)上分為本地負(fù)載均衡(Local Server Load Balance)和地域負(fù)載均衡(Global Server Load Balance)(全局負(fù)載均衡)，一是指對(duì)本地的服務(wù)器群做負(fù)載均衡，另一是指對(duì)分別放置在不同的地理位置、有不同的網(wǎng)絡(luò)及服務(wù)器群之間作負(fù)載均衡?！　?/p>

地域負(fù)載均衡有以下的特點(diǎn)：

（1）解決網(wǎng)絡(luò)擁塞問題，服務(wù)就近提供，實(shí)現(xiàn)地理位置無關(guān)性
（2）對(duì)用戶提供更好的訪問質(zhì)量
（3）提高服務(wù)器響應(yīng)速度
（4）提高服務(wù)器及其他資源的利用效率
（5）避免了數(shù)據(jù)中心單點(diǎn)失效

3、負(fù)載均衡技術(shù)主要應(yīng)用

（1）DNS負(fù)載均衡最早的負(fù)載均衡技術(shù)是通過DNS來實(shí)現(xiàn)的，在DNS中為多個(gè)地址配置同一個(gè)名字，因而查詢這個(gè)名字的客戶機(jī)將得到其中一個(gè)地址，從而使得不同的客戶訪問不同的服務(wù)器，達(dá)到負(fù)載均衡的目的。DNS負(fù)載均衡是一種簡(jiǎn)單而有效的方法，但是它不能區(qū)分服務(wù)器的差異，也不能反映服務(wù)器的當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)。
（2）代理服務(wù)器負(fù)載均衡 使用代理服務(wù)器，可以將請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)給內(nèi)部的服務(wù)器，使用這種加速模式顯然可以提升靜態(tài)網(wǎng)頁(yè)的訪問速度。然而，也可以考慮這樣一種技術(shù)，使用代理服務(wù)器將請(qǐng)求均勻轉(zhuǎn)發(fā)給多臺(tái)服務(wù)器，從而達(dá)到負(fù)載均衡的目的。
（3）地址轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)負(fù)載均衡 支持負(fù)載均衡的地址轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)，可以將一個(gè)外部IP地址映射為多個(gè)內(nèi)部IP地址，對(duì)每次TCP連接請(qǐng)求動(dòng)態(tài)使用其中一個(gè)內(nèi)部地址，達(dá)到負(fù)載均衡的目的。
（4）協(xié)議內(nèi)部支持負(fù)載均衡 除了這三種負(fù)載均衡方式之外，有的協(xié)議內(nèi)部支持與負(fù)載均衡相關(guān)的功能，例如HTTP協(xié)議中的重定向能力等，HTTP運(yùn)行于TCP連接的最高層。
（5）NAT負(fù)載均衡 NAT（Network Address Translation 網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換）簡(jiǎn)單地說就是將一個(gè)IP地址轉(zhuǎn)換為另一個(gè)IP地址，一般用于未經(jīng)注冊(cè)的內(nèi)部地址與合法的、已獲注冊(cè)的Internet IP地址間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。適用于解決Internet IP地址緊張、不想讓網(wǎng)絡(luò)外部知道內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等的場(chǎng)合下。
（6）反向代理負(fù)載均衡普通代理方式是代理內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)用戶訪問internet上服務(wù)器的連接請(qǐng)求，客戶端必須指定代理服務(wù)器,并將本來要直接發(fā)送到internet上服務(wù)器的連接請(qǐng)求發(fā)送給代理服務(wù)器處理。反向代理（Reverse Proxy）方式是指以代理服務(wù)器來接受internet上的連接請(qǐng)求，然后將請(qǐng)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(qǐng)求連接的客戶端，此時(shí)代理服務(wù)器對(duì)外就表現(xiàn)為一個(gè)服務(wù)器。反向代理負(fù)載均衡技術(shù)是把將來自internet上的連接請(qǐng)求以反向代理的方式動(dòng)態(tài)地轉(zhuǎn)發(fā)給內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)上的多臺(tái)服務(wù)器進(jìn)行處理，從而達(dá)到負(fù)載均衡的目的。
（7）混合型負(fù)載均衡在有些大型網(wǎng)絡(luò)，由于多個(gè)服務(wù)器群內(nèi)硬件設(shè)備、各自的規(guī)模、提供的服務(wù)等的差異，我們可以考慮給每個(gè)服務(wù)器群采用最合適的負(fù)載均衡方式，然后又在這多個(gè)服務(wù)器群間再一次負(fù)載均衡或群集起來以一個(gè)整體向外界提供服務(wù)（即把這多個(gè)服務(wù)器群當(dāng)做一個(gè)新的服務(wù)器群），從而達(dá)到最佳的性能。我們將這種方式稱之為混合型負(fù)載均衡。此種方式有時(shí)也用于單臺(tái)均衡設(shè)備的性能不能滿足大量連接請(qǐng)求的情況下。

二、搭建集群和實(shí)現(xiàn)負(fù)載平衡

（一）前期準(zhǔn)備

我的系統(tǒng)用的是windowsXP專業(yè)版，我要做的是，用一個(gè)apache和多個(gè)（這里以兩個(gè)作為示例）tomcat，通過jk方式，構(gòu)造一個(gè)集群。以下是要首先準(zhǔn)備的東西：

1、jdk，我用的版本是jdk1.5.0_06，下載地址是http://192.18.108.216/ECom/EComTicketServlet/BEGIND597A309654D73D910E051D73D539D5F/-2147483648/2438196255/1/852050/851882/2438196255/2ts+/westCoastFSEND/jdk-1.5.0_13-oth-JPR/jdk-1.5.0_13-oth-JPR:3/jdk-1_5_0_13-windows-i586-p.exe
2、apache，我用的版本是2.2.4，下載地址是http://apache.justdn.org/httpd/binaries/win32/apache_2.2.4-win32-x86-openssl-0.9.8d.msi
3、tomcat，我用的版本是5.5的解壓版本，這里要注意：不能用安裝的版本，因?yàn)橐慌_(tái)機(jī)器上裝兩個(gè)一樣的tomcat，是會(huì)出錯(cuò)誤的。下載地址是http://apache.mirror.phpchina.com/tomcat/tomcat-5/v5.5.25/bin/apache-tomcat-5.5.25.zip
4、jk，這個(gè)jk的版本，本來有兩個(gè)的，但是版本2已經(jīng)被廢棄掉了，目前可用的jk版本是1.2.25。每個(gè)apache的版本，都會(huì)有一個(gè)特定的jk與之對(duì)應(yīng)，所以這里要用的jk也必須是為apache-2.2.4開發(fā)的那個(gè)才行。它的下載地址是http://www.apache.org/dist/tomcat/tomcat-connectors/jk/binaries/win32/jk-1.2.25/mod_jk-apache-2.2.4.so

有了這四樣?xùn)|西，我們就可以開始做集群了。

（二）安裝

1、相信需要看這篇文章的人，JDK的安裝一定不會(huì)陌生，這里不在贅述。只是需要提醒一下：環(huán)境變量別忘記配置了。
2、安裝apache也沒有什么難度，就是在安裝過程中要配置域名、網(wǎng)址和管理員郵箱之類的信息，這個(gè)信息完全可以按照提示，然后修改下填入即可，之后想修改的話直接到配置文件中改就行了。除了這個(gè)地方，還要保證機(jī)器上的80端口沒有被其他程序占用。至于安裝路徑，完全取決于個(gè)人愛好。其他的默認(rèn)就行了。安裝成功后，系統(tǒng)右下角的托盤區(qū)會(huì)有個(gè)圖標(biāo)，我們可以通過這個(gè)啟動(dòng)apache，如果那個(gè)小紅點(diǎn)變成綠色，說明服務(wù)已經(jīng)正常啟動(dòng)了（如果服務(wù)沒有啟動(dòng)起來，說明安裝過程中的配置有錯(cuò)誤，建議卸載后重裝）。如果按照默認(rèn)，端口是80的話，那打開瀏覽器，輸入：http://localhost/ ，應(yīng)該可以看到 " It works “的字樣。這樣就可以進(jìn)入下一步了。
3、解壓縮tomcat，記得要做兩份。這里不妨將兩個(gè)tomcat命名為：tomcat- 5.5.25_1和tomcat-5.5.25_2，其實(shí)這兩個(gè)文件夾中的東西是完全一樣的。但是我為了在同一臺(tái)機(jī)器上做集群，那就要保證兩個(gè) tomcat運(yùn)行起來不會(huì)在端口上起沖突。進(jìn)入tomcat-5.5.25_1/conf目錄，用文本編輯器打開并修改server.xml，將該 tomcat的默認(rèn)8080端口改為8088（其實(shí)沒必要改，我改這個(gè)是因?yàn)槲覚C(jī)器上還有其他tomcat占用著8080端口）。然后進(jìn)入tomcat- 5.5.25_2/conf目錄，同樣將8080修改掉，至于改成多少?zèng)]多大關(guān)系，只要不占用其他程序的端口，應(yīng)該不會(huì)出什么問題。這樣，tomcat就算安裝好了。
4、jk這東西是一個(gè)連接模塊，不用安裝，直接將mod_jk-apache-2.2.4.so這個(gè)文件拷貝到apache安裝目錄下的modules文件夾下面就行了。

這樣，安裝完成，下面開始配置。

（三）配置

這個(gè)地方才是搭建集群的關(guān)鍵所在，我也會(huì)盡我的可能寫的詳細(xì)點(diǎn)。

1、配置tomcat

為防止沖突，進(jìn)入第二個(gè)tomcat主目錄，然后進(jìn)入conf目錄，打開server.xml修改配置。主要是修改端口，我這里把所有的端口信息，都在原有基礎(chǔ)上加1000，即原端口是8009，我改為9009。當(dāng)然，你不必和我一樣，只要保證不沖突就 OK！這些配置在apache的配置中可能會(huì)用到。

2、配置apache

（1）進(jìn)入apache的主目錄，然后進(jìn)入conf文件夾，用文本編輯器打開httpd.conf，在該文件末尾加上如下幾行：

### 加載 mod_jk 模塊
LoadModule jk_module modules/mod_jk-apache-2.2.4.so

### 配置 mod_jk
JkWorkersFile conf/workers.properties           #加載集群中的workers
JkMountFile conf/uriworkermap.properties    #加載workers的請(qǐng)求處理分配文件
JkLogFile logs/mod_jk.log                                #指定jk的日志輸出文件
JkLogLevel warn                                                  #指定日志級(jí)別

（2）不要改變目錄，新建一個(gè)文件：workers.properties，該文件用來配置web容器的信息。該文件的內(nèi)容如下：

# worker列表
worker.list=controller, status

#第一個(gè)server的配置，server名為s1
#ajp13 端口號(hào)，在tomcat下server.xml配置,默認(rèn)8009
worker.s1.port=8009
#tomcat的主機(jī)地址，如不為本機(jī)，請(qǐng)?zhí)顚慽p地址
worker.s1.host=localhost
worker.s1.type=ajp13
#server的加權(quán)比重，值越高，分得的請(qǐng)求越多
worker.s1.lbfactor=1

#第二個(gè)server的配置，server名為s2
worker.s2.port=9009
worker.s2.host=localhost
worker.s2.type=ajp13
worker.s2.lbfactor=1

#server名為controller,用于負(fù)載均衡
worker.controller.type=lb
worker.retries=3   #重試次數(shù)
#指定分擔(dān)請(qǐng)求的server列表，用逗號(hào)分隔
worker.controller.balanced_workers=s1,s2
#設(shè)置用于負(fù)載均衡的server的session可否共享 有不少文章說設(shè)置為1是可以的，但是我是設(shè)置為0才可以的
worker.controller.sticky_session=0
#worker.controller.sticky_session_force=1

worker.status.type=status

（3）不要改變目錄，新建一個(gè)文件：uriworkermap.properties，文件內(nèi)容如下：

/*=controller                         #所有請(qǐng)求都由controller這個(gè)server處理
/jkstatus=status                   #所有包含jkstatus請(qǐng)求的都由status這個(gè)server處理

!/*.gif=controller                   #所有以.gif結(jié)尾的請(qǐng)求都不由controller這個(gè)server處理，以下幾個(gè)都是一樣的意思
!/*.jpg=controller
!/*.png=controller
!/*.css=controller
!/*.js=controller
!/*.htm=controller
!/*.html=controller

這里的"!”類似于java中的"!”，是“非”的意思。

這樣，apache一塊就配置好了。

3、再修改tomcat配置：這里兩個(gè)tomcat都要配置。

仍然是打開第一步中的那個(gè)server.xml文件，找到<Engine name="Catalina" defaultHost="localhost">這一行，在里面加上一句：jvmRoute="s1"，即把該句改為：<Engine name="Catalina" defaultHost="localhost" jvmRoute="s1">。這里的s1就是第二步中配置的用于負(fù)載均衡的server的名稱。如果該tomcat的端口是第二步中s1用的端口，那這里就寫s1，第二個(gè)tomcat就應(yīng)該是s2了。

這樣，配置就完成了。

（四）運(yùn)行

進(jìn)入兩個(gè)tomcat的bin目錄，執(zhí)行兩個(gè)tomcat的startup.bat啟動(dòng)這兩個(gè) tomcat，然后將apache重新啟動(dòng)后，運(yùn)行起來看看效果吧。如果不出意外，兩個(gè)tomcat的窗口應(yīng)該是你一次我一次的打印日志信息了，而且此時(shí) session也是共享了的。

到這里，集群搭建好了，負(fù)載均衡也實(shí)現(xiàn)了。

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