中职学校服务器集群技术的搭建和应用

刘幸辉

引言：中职校园网经过多年的发展，硬件设施设备已比较完善，但随着各种应用系统使用的不断深入，数据量的处理上要求越来越高，对服务器提出了更高的要求。本文分析了当前中职校园网服务器使用的现状，提出在中职校园网中搭建服务器集群，通过集群技术提高学校的资源利用率，有效地、及时地完成吞吐量大的数据处理及各种应用。

一、当前中职学校服务器使用现状

当前大多数中职学校都已建成了一定规模的校园网，根据实际需要，搭建了Web网站系统、办公自动化系统、教学管理系统、人事管理系统、学生管理系统、资产管理系统等，各种应用系统为行政办公、教学管理提供了便利。各教学部门也根据教学、技能训练及比赛的需要，自行开发或购买应用软件、比赛指定软件等。这些管理或教学上的应用系统，缺乏整体规划、配合和协作，尤其是为解决系统的应用及本系统的问题，都有一套独立的数据库，这些数据格式上互不相同，导致数据的不一致性，形成了信息孤岛。随着应用的不断深入，伴随而来的是各种应用服务和数据量的急剧增长，不同应用级别的用户如行政管理、教学服务、科学研究、生活服务等部门和教职员工，学生群体等对各种数据信息的收集、整理、归档、通讯和存储有了更高的要求。信息量的日益增加，给建设之初各自为战的并没有过多考虑负载和容错的应用服务器带来了不小的压力。数据集中处理的同时，各应用系统的核心业务对服务器的安全性能、快速响应等要求不断提高，对核心服务器关键性的负载动态平衡及容错功能提出了更高的要求，如何搭建高可用性、可伸缩性和卓越性能的服务器集群环境，已成为当前中职学校校园网建设迫切要解决的问题。

二、服务器集群技术及种类

一般来说，集群是指一组计算机通过传输介质，以特定的方式联结起来并协同完成特定任务的系统。在这个系统中，计算机可以是同构的也可以是异构的。服务器的集群就是一组两台或两台以上的服务器联结起来协同工作，均衡负荷，相互通讯，共享资源。从用户的角度来看，集群服务器就像是一台具有强大处理能力、海量存储、具有均衡负荷、容错功能的性能卓越的服务器。

当前主流的服务器集群方式包括以下几种：

（一）服务器主备集群方式

由一臺服务器在正常运行状态下提供对外服务，其它集群节点作为备份机，备份机在正常状态下不接受外部的应用请求，实时对主服务器进行检测，当主服务器出现故障或因为某种原因DOWN机时才会接管应用服务，因此设备利用率最高可达50%。

（二）服务器互备份集群方式

由多台服务器组成集群，每台服务器运行独立的应用，同时作为其它服务器的备份机，当主服务器出现故障或因为某种原因DOWN机导致应用中断时，其服务将被备份集群节点所接管，接管服务的节点将运行自身应用和故障服务器的应用，这种方式各集群节点的硬件资源均可被应用于对外服务。

（三）服务器并行集群方式

由有两台或两台以上服务器构成，同时提供相同的应用，可以实现多台服务器之间的负载均衡，提供海量访问数据量的应用需求。

即在集群中，同一任务或服务由多个服务器共同承担，集群的处理能力是这些服务器处理能力总和。由于集群内有多个服务器可完成同一任务，当某一个服务器发生故障时，其它服务器仍可继续工作，从而保证了服务的连续性，所以这种集群也有一定的高可用性。

三、基于Windows Server 2008服务器集群的创建

从当前流行的服务器分析得知，不同的服务集群技术各有优势，本文结合校园网的实际选择了基于Windows Server 2008群集进行服务器集群创建。具体如下。

第一步是确定服务器集群名称并创建群集数据库和初始的群集成员列表来定义新群集。如在已安装了Windows server 2008的服务器上运行群集管理设置向导以及使用 cluster.exe命令行界面创建服务器群集。

第二步是添加可供所有群集成员使用的共用数据存储设备。此时把HP 数据存储设备添加到集群，作为共同的数据存储设备给所有成员共享资源。

第三步是在另外将要成为群集成员的每一台服务器上运行安装实用工具。每当将新服务器添加到群集中时，新服务器都会自动从群集的原始成员获得现有群集数据库的副本。当服务器加入或形成群集时，群集服务会更新该服务器私有的数据库并配置成数据库副本。

四、服务器集群技术的校园网应用

（一）服务器集群技术的优势

集群系统内任意一台服务器都可被所有的网络用户所访问，对用户而言是透明的，所有的操作用户感觉不到任何差别。其主要优势在于可以提高系统处理的性能、提高访问数据库的效率、提高系统可靠性和抗灾难性，更方便的可管理性以及更经济高效的可伸缩性，以提高系统的整体性能。

（1）解决了传统的情况下，当服务器不能满足服务的要求时，就需要系统升级，就要使用性能更强大的服务器，不仅增加了新采购服务器的费用，还会导致在升级过程中，服务的中断。

（2）采用服务器集群技术，原服务器继续参与服务，不会造成资源浪费。

（3）服务器群集技术所采用的服务器在集群扩展能力方面，优势突出，可以与共享存储设备发挥“云存储”的物理云和虚拟云存储功能。真正实现了服务器性能及数据存储上的几何级倍数的递增、负载均衡、数据容错等，实时响应了校园网各种应用需求。

（4）采用服务器集群可以把中心网络机房的宝贵的空间资源腾出来，更重要的是为机房管理人员管理维护带来了便利。

（5）服务器集群安全性能高、抗攻击能力强，这在实际的应用实验攻防中得于证实。实验中做了一个数据量10G的洪泛攻击服务器集群，试想如果单独攻击一台服务器的话，那么这台服务器被攻击至瘫痪的可能性在90%以上，但是如果它攻击的是10台服务器呢？平均每台承受1G，这样一来瘫痪的可能性就不是那么大了，进一步说，如果是20台服务器呢？一台服务器的吞吐量只有一个点，多台服务器集群，就能实现多点构成的一个防御网面，这样一来，负载均衡，防御能力就能大大提升，攻击所带来的影响也会大大降低，服务器集群安全得到有效的保证。

（二）中职学校常用应用系统服务器集群技术的应用

中职学校应用系统服务器集群提供了负载平衡、可伸缩性和高可用性等技术，可以运行不同的网络服务，如Web、多媒体、缓存服务和邮件等来提供不同的可伸缩网络服务。

（1）web服务的可伸缩性

当前学校的门户网站不仅是一个对外宣传的窗口，而是一个学校信息化发展的缩影，校园网WEB服务器集群中各结点是通过高速光纤主干网络线路相连接的，WEB服务中对于静态的页面和文件（如HTML文档、图片和音乐等），动态页面ASP、PHP、JSP、Perl、或CGI等编程语言制作文件，均存储于服务器中。无论是在同一Web服务器上多个动态页面访问同一数据，还是不同Web服务器上多个动态页面访问同一数据，当服务的负载增长时，集群服务器系统能被扩展来满足需求，且不降低服务质量。

（2）可伸缩的媒体服务

校园网络中集群服务器中共享存储是媒体集群系统中关键要解决的问题之一，众所周知，各类媒体文件等文件容量都比较大，如流媒体ra、rm、rp、swf、wav、ogg等通过流式的传输声音、影像或动画等多媒体信息。一个视频片段，少则几十MB，多则上百MB，GB容量。通过流媒体服务器向用户计算机连续、实时传送，虽然用户不必等到整个文件全部下载完毕，而只需经过几秒或十数秒的启动延时即可进行观看。但当多媒体信息在客户机上播放时，文件的剩余部分将在后台从服务器内继续下载，这对服务器的存储容量和读取文件的速度有较高的要求。因此，当前在服务器集群中，都设置了足于存储和快速读取媒体资源的海量存储空间，实现可伸缩的媒体服务。

（3）可伸缩的CACHE服务

Cache服务器采用本地硬盘来存储可缓存的对象，因为存储可缓存的对象是写操作，且占有一定的比例，通过本地硬盘可以提高I/O的访问速度。当一台Cache服务器在本地硬盘中未命中当前请求时，它可以通过ICP查询其他集群Cache服务器是否有请求对象的副本，若存在，则从邻近的Cache服务器取该对象的副本，这样可以进一步提高Cache服务的命中率。有效的网络Cache系统可以大大地减少网络流量，降低响应延时以及服务器的负载。例如常用的DNS Cache服务器的应用上，当第一次访问一个网站的时候，DNS服务器要通过别的服务器去查询网站所对应的IP，这个查询的时间会比较长，同时DNS服务器就把该网站和其对应的IP存储在DNS cache里面了。当你第二次访问时DNS服务器就直接从cache里面找对应的IP，這样访问该网站的速度就会快很多，一旦Cache服务器超载可能导致响应延时发生时，服务器集群Cache服务的可伸缩服务可以被扩展来提高Cache服务的处理能力。例如在主干网上的 Cache服务可能需要几个Gbps的吞吐率甚至更高时，单独一台服务器根本无法达到这个吞吐率。

（4）可伸缩邮件服务

随着校园网络的发展，校内PC用户的增多，与校外的联系也不断的增加，而这其中的主要应用之一的邮件往来是占了不小的比例，并且随着用户的增多，邮件的使用也不断增长，学校邮件服务器就面临着超载的问题。此时的邮件服务器也不能容纳更多的用户，此时如果通过更换高档的服务器来代替原有的，就面临数据信息迁移的十分繁琐的问题，还会造成服务的中断。而通过集群邮件服务器的应用，就可以发挥可伸缩扩展作用。

五、结论

服务器集群搭建以来，确保了数据的一致性，信息孤岛的问题迎刃而解。具体表现在门户网站的访问响应有了明显改善，极大的提高学校的知名度和美誉度；教务管理系统使用的显著效果是学生在选课的高峰期，之前响应缓慢、甚至无法登录的瓶颈问题得到了解决；专业教学资源共享平台，提供的精品课程资源及各专业教学资源，方便了师生的学习；Moodle网络教学平台，共享专业教学资源库的资源，实现数字化教学功能，创新了师生交互的教学模式和学生的学习方式，教学效果显著提高，提升了教学质量。其他如OA等系统等的使用也有了质的提高。总之，服务器集群技术的应用，提高了校园网数字化、信息化、自动化管理水平，为学校的教育教学质量的提升，师生的学习、生活提供了极大的便利。

参考文献

[1]张普，网络计算机服务器集群的设计研究，中国科学院研究生院（软件研究所），2005年.

[2]石开强，集群WEB代理服务器的设计，电子科技大学，2008年.

[3]李丽薇，王韧峰，刘静，浅谈在普通机房搭建服务器集群实验环境—基于虚拟机技术运用，《北方经贸》，2010年09期.

（作者单位：广西商业学校）