随着计算机技术的发展和越来越广泛的应用，越来越多的依赖于计算机技术的应用系统走进了我们的工作和生活。在给我们带来方便和效率的同时，也使得各行各业对于计算机技术的依赖程度越来越高。尽管随着计算机技术以日新月异的速度发展，单台计算机的性能和可靠性越来越好，但还是有许多现实的要求是单台计算机难以达到的。
高可用性集群，英文原文为High Availability Cluster, 简称HA Cluster，是指以减少服务中断（宕机）时间为目的的服务器集群技术。
随着全球经济的增长，世界各地各种各样的组织对IT系统的依赖都在不断增加，电子贸易使得商务一周七天24小时不间断的进行成为了可能。新的强大的应用程序使得商业和社会机构对日常 *** 作的计算机化要求达到了空前的程度，趋势非常明显，我们无时无刻不依赖于稳定的计算机系统。
这种需求极速的增长，使得对系统可用性的要求变得非常重要，许多公司和组织的业务在很大程度上都依赖于计算机系统，任何的宕机都会造成严重的损失，关键IT系统的故障可能很快造成整个商业运作的瘫痪，每一分钟的宕机都意味着收入、生产和利润的损失，甚至于市场地位的削弱。服务器集群就是指将很多服务器集中起来一起进行同一种服务，在客户端看来就像是只有一个服务器。集群可以利用多个计算机进行并行计算从而获得很高的计算速度，也可以用多个计算机做备份，从而使得任何一个机器坏了整个系统还是能正常运行。一、 Linux的主要特点 1符合POSIX 10031标准POSIX 10031标准定义了一个最小的Unix *** 作系统接口，任何 *** 作系统只有符合这一标准，才有可能运 行Unix程序。考虑到Unix具有丰富的应用程序，当今绝大多数 *** 作系统都把满足POSIX 10031标准作为实现 目标，Linux也不例外，它完全支持POSIX 10031标准。另外，为了使Unix System V和BSD上的程序能直接在 Linux上运行， Linux还增加了部分System V和BSD的系统接口，使Linux成为一个完善的Unix程序开发系统。 CT6itug
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2支持多用户访问和多任务编程Linux是一个多用户 *** 作系统，它允许多个用户同时访问系统而不会造成用户之间的相互干扰。另外， Linux还支持真正的多用户编程，一个用户可以创建多个进程，并使各个进程协同工作来完成用户的需求 CT6itug
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3采用页式存储管理 页式存储管理使Linux能更有效地利用物理存储空间，页面的换入换出为用户提供了更大的存储空间。 CT6itug
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4支持动态链接用户程序的执行往往离不开标准库的支持，一般的系统往往采用静态链接方式--即在装配阶段就已将 用户程序和标准库链接好，这样，当多个进程运行时，可能会出现库代码在内存中有多个副本而浪费存储 空间的情况。Linux 支持动态链接方式，当运行时才进行库链接，如果所需要的库已被其它进程装入内存， 则不必再装入，否则才从硬盘中将库调入。这样能保证内存中的库程序代码是唯一的。 CT6itug
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5支持多种文件系统 Linux能支持多种文件系统。目前支持的文件系统有：EXT2、EXT、XIAFS、ISOFS、HPFS、MSDOS、UMSDOS、 PROC、NFS、SYSV、MINIX、SMB、UFS、NCP、VFAT、AFFS。Linux最常用的文件系统是EXT2，它的文件名长度可 达255字符，并且还有许多特有的功能，使它比常规的Unix文件系统更加安全。 CT6itug
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6支持TCP/IP、SLIP和PPP在Linux中，用户可以使用所有的网络服务，如网络文件系统、远程登录等。SLIP和PPP能支持串行线上的 TCP/IP协议的使用，这意味着用户可用一个高速Modem通过电话线连入Internet网中。 CT6itug
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除了上述基本特征外，Linux还具有其独有的特色： CT6itug
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1支持硬盘的动态Cache 这一功能与MS DOS中的Smartdrive相似。所不同的是，Linux能动态调整所用的 Cache存储器的大小，以适合当前存储器的使用情况，当某一时刻没有更多的存储空间可用时，Cache将被减少， 以增加空闲的存储空间，一旦存储空间不再紧张，Cache的大小又将增加。2支持不同格式的可执行文件 Linux具有多种模拟器，这使它能运行不同格式的目标文件。其中，DOS和 MS Windows正在开发之中，iBCS2模拟器能运行SCO Unix的目标程序。(iBCS2 模拟器不是Linux标准核心的 一部分，但可从ftpinformatikhu berlinde：/pub/os/linux下载) CT6itug
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二、 Linux的主要构成 CT6itug
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Linux采用页式存储管理机制，每个页面的大小随处理机芯片而异。例如，Intel 386处理机页面大小 可为4KB和2MB两种，而Alpha处理机页面大小可为8KB、16KB、32KB和64KB。页面大小的选择对地址变换算 法和页表结构会有一定的影响，如Alpha的虚地址和物理地址的有效长度随页面尺寸的变化而变化，这种变 化必将在地址变换和页表项中有所反映。在Linux中，每一个进程都有一个比实际物理空间大得多的进程虚拟空间，为了建立虚拟空间和物理空 间之间的映射，每个进程还保留一张页表，用于将本进程空间中的虚地址变换成物理地址。页表还对物理页 的访问权限作出了规定，定义了哪些页可读写，哪些页是只读页，在进行虚实变换时，Linux将根据页表中规 定的访问权限来判定进程对物理地址的访问是否合法，从而达到存储保护的目的。 Linux存储空间分配遵循的是不到有实际需要的时候决不分配物理空间的原则。当一个程序加载执行时， Linux只为它分配了虚空间，只有访问某一虚地址而发生了缺页中断时，才为它分配物理空间，这样就可能 出现某些程序运行完成后，其中的一些页从来就没有装进过内存。这种存储分配策略带来的好处是显而易见的，因为它最大限度地利用了物理存储器。尽管Linux对物理存储器资源的使用十分谨慎，但还是经常出现物理存储器资源短缺的情况。Linux有一 个名为kswapd的守护进程专门负责页面的换出，当系统中的空闲页面小于一定的数目时，kswapd将按照一定的淘 汰算法选出某些页面，或者直接丢弃(页面未作修改)，或者将其写回硬盘(页面已被修改)。这种换出方式不 同于较旧版本Unix的换出方式，它是将一个进程的所有页全部写回硬盘。相比之下，Linux的效率更高。 CT6itug
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2进程管理在Linux中，进程是资源分配的基镜ノ唬 凶试炊际且越 涛 韵罄唇 蟹峙涞摹在一个进程的生 命期内，它会用到许多系统资源，会用CPU运行其指令，用存储器存储其指令和数据，它也会打开和使用文件 系统中的文件，直接或间接用到系统中的物理设备，因此，Linux设计了一系列的数据结构，它们能准确地描 述进程的状态和其资源使用情况，以便能公平有效地使用系统资源。Linux的调度算法能确保不出现某些进程 过度占用系统资源而导致另一些进程无休止地等待的情况。 CT6itug
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进程的创建是一个十分复杂的过程，通常的做法需为子进程重新分配物理空间，并把父进程空间的内容全 盘复制到子进程空间中，其开销非常大。为了降低进程创建的开销，Linux采用了Copy on write技术，即不 拷贝父进程的空间，而是拷贝父进程的页表，使父进程和子进程共享物理空间，并将这个共享空间的访问权限 置为只读。当父进程和子进程的某一方进行写 *** 作时，Linux检测到一个非法 *** 作，这时才将要写的页进行复制 。这一做法免除了只读页的复制，从而降低了开销。Linux目前尚未提供用户级线程，但提供了核心级线程，核心线程的创建是在进程创建的基础上稍做修改， 使创建的子进程与父进程共享虚存空间。从这一意义上讲，核心线程更像一个共享进程组。CT6itug
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3文件系统Linux最重要的特征之一就是支持多个不同的文件系统，前面我们已经看到，Linux目前支持的文件系统 多达十余种，随着时间的推移，这一数目还在不断增加。在Linux中，一个分离的文件系统不是通过设备标识 (如驱动器号或驱动器名)来访问，而是 把它合到一个单一的目录树结构中，通过目录来访问，这一点与Unix十分相似。Linux用 安装命令将一个新的文件系统安装到系统单一目录树的某一目录下，一旦安装成功，该目录下的所有内容将 被新安装的文件系统所覆盖，当文件系统被卸下后，安装目录下的文件将会被重新恢复。CT6itug
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Linux最初的文件系统是Minix。该文件系统对文件限制过多，并且性能低下，如文件名长度不能超过14 个字符、文件大小不能超过64MB。为了解决这些问题，Linux的开发者们设计了一个Linux专用的文件系统EXT。 EXT对文件的要求放松了许多，但在性能上并没有大的改观，于是就有了后面的EXT2文件系统。EXT2文件系统 是一个非常成功的文件系统，它无论是对文件的限制还是在性能方面都大大优于EXT文件系统，所以，EXT2自 从推出就一直是Linux最常用的文件系统。为了支持多种文件系统，Linux用一个被称为虚拟文件系统(VFS)的接口层将真正的文件系统同 *** 作系统及 系统服务分离开。VFS掩盖了不同文件系统之间的差异，使所有文件系统在 *** 作系统和用户程序看来都是等同的。VFS允许用户同时透明地安装多个不同的文件系统。 CT6itug
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4进程间通信Linux提供了多种进程间的通信机制，其中，信号和管道是最基本的两种。除此以外，Linux也提供 System V的进程间通信机制，包括消息队列、信号灯及共享内存。为了支持不同机器之间的进程通信， Linux还引入了BSD的Socket机制。 CT6itug
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三、 Linux的不足及发展趋势Linux从出现到现今只经历了短短七年的时间，但其发展速度是惊人的，这与它的开放性和优良的性能 是密不可分的。不过我们应该看到，作为一个由学生开发的系统，Linux还有许多先天不足，它的设计思想 过多地受到传统 *** 作系统的约束，没有体现出当今 *** 作系统的发展潮流，具体表现在以下几个方面： CT6itug
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不是一个微内核 *** 作系统；是一个分布式 *** 作系统；不是一个安全的 *** 作系统；没有用户线程；不支持实时处理； CT6itug
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代码是用C而不是C＋＋这样的现代程序设计语言编写的。尽管Linux有这样和那样的不足，但其发展潜力不容低估，其发展的动力就是遍布全球、为数众多的 Linux热心者。今后Linux将会朝着完善功能、提高效率的方向发展，包括允许用户创建线程、增加实时处 理功能、开发适合多处理机体系结构的版本。我们相信，Linux、Unix及NT三足鼎立的时代将为期不远。 Linux主要由存储管理、进程管理、文件系统、进程间通信等几部分组成，在许多算法及实现策略上， Linux借鉴了Unix的成功经验，但也不乏自己的特色。 CT6itug
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1存储管理 作为一个 *** 作系统，Linux几乎满足当今Unix *** 作系统的所有要求，因此，它具有Unix *** 作系统的基本特征。
随着单台服务器优势的减弱，相信越来越多的人开始逐渐耳闻“集群”这个概念，很大站长学会香港站群服务器，终于把网站搞上去了，对于热备份服务器系统来说同样有优势，服务器集群技术
网站的文件集群跟备份很重要。首先推荐服务器使用lnmp环境（linux+nginx+mysql+php），然后在来做集群。集群分三步走：第一：域名支持智能解析。
第二：组建好主服务器跟分服务器。
第三：安装好自动备份软件，推荐：rsync。使用增量备份。设置1分钟自动发送一次。
原理如下：a为主服务器，b为分服务器。在a服务器上面更新网站的新内容，生成的新文件，在1分钟内，自动检测a服务器文件是否有变动，如果有，自动更新。以此类推。组建集群。数据库集群技术
1)提高数据库处理速度的技术
目前有四种提高数据库处理速度的办法：
◆ 提高磁盘速度：这包括RAID和其他磁盘文件分段的处理。主要的思想是提高磁盘的并发度（多个物理磁盘存放同一个文件）。尽管实现方法各不相同，但是它们最后的目的都是提供一个逻辑数据库的存储映象。我们要评价的六个系统都能有效地利用这些技术。由于ICX已经有最大的磁盘冗余度，RAID 磁盘系统的设置应该侧重于速度，而不是数据冗余。这样磁盘利用的效益就会提高。
◆ 分散数据的存放：主要思想是利用多个物理服务器来存放数据集的不同部分（一个数据库表格分散到多个服务器或者每个服务器分管几个内容不同的表格）。这些办法不但可以扩展数据集（数据集的可扩性），而且使得不同的服务器进行并行计算成为可能。例如，对于ORACLE的RAC来讲，由于它是共享磁盘的体系结构，你只需要简单地增加一个服务器节点，RAC就能自动地将这节点加入到它的集群服务中去。RAC会自动地将数据分配到这节点上，并且会将接下来的数据库访问自动分布到合适的物理服务器上，而不用修改应用程序。对于UDB来讲，因为它是非共享磁盘的体系结构，因此就必须手工修改数据的分区，MSCS和ASE也是同样的情况。MySQL也需要手工分区，并且是这几种数据库中支持分区的自动化程度最低的，也就是说，应用程序需要自己负责数据库的分布式访问。不管数据存放是如何实现的，分布式存放数据的缺点是对数据库的可用性有负面影响。任何一台服务器的损坏都会影响整个系统的可用性。但是，这是迄今为止各大数据库厂商能提供的业界最好的数据库集群技术了。ICX是一种基于中间件的数据库集群技术，它对客户端和数据库服务器都是透明的。因此，ICX可以用来集群几个数据库集群（一个逻辑数据库），也可以用于集群几个物理数据库服务器（来增强一个分管关键数据的物理服务器）。
◆ 对称多处理器系统：此技术的思想是利用多处理机硬件技术来提高数据库的处理速度。但是，除了ICX，所有其它的数据库集群技术只支持单一的可修改的逻辑数据库。绝大部分的数据库事务处理是磁盘密集型的，纯计算负荷很小的，对称多处器技术在数据库上的应用的实际收益是很有限的。这也说明了为什么实际应用中最多只用了四个CPU的原因。所有的基于数据库引擎的集群都支持这个技术，ICX对SMP技术是中性的，因为它能把多个数据库服务器集合在一起构成一个集群，也能将多个现存的数据库集群集合在一起，构成集群的集群。
◆ 交易处理负载均衡：此技术的思想是在保持数据集内容同步的前提下，将只读 *** 作分布到多个独立的服务器上运行。因为绝大多数的数据库 *** 作是浏览和查询,，如果我们能拥有多个内容同步的数据库服务器，交易负载均衡就具有最大的潜力（可以远远大于上面叙述的最多达四个处理器的对称多处理器系统）来提高数据库的处理速度，同时会具有非常高的数据可用性（真正达到5个9，即99999%）。所有基于数据库引擎的集群系统都只支持一个逻辑数据库映象和一个逻辑或物理的备份。这个备份的主要目的是预防数据灾难。因此，备份里的数据只能通过复制机制来更新，应用程序是不能直接更新它的。利用备份数据进行交易负载均衡只适用于一些非常有限的应用，例如报表统计、数据挖掘以及其它非关键业务的应用。只有ICX能够做到同步复制多个数据库服务器从而达到在保持数据一直性前提下的真正的负载平衡。
上述所有技术在实际部署系统的时候可以混合使用以达到最佳效果。
2）提高数据库可用性的技术
根据物理法则，提高冗余度是提高数据库可用性的唯一途径。
提高数据库冗余度大致有四种方法：
◆ 硬件级的冗余：主要思想是让多处理机同时执行同样的任务用以屏蔽瞬时和永久的硬件错误。有两种具体的实现方法：构造特殊的冗余处理机和使用多个独立的数据库服务器。冗余处理机的造价昂贵，效益很低。实际应用日渐减少。基于数据库的集群系统都是用多个独立的数据库服务器来实现一个逻辑数据库，在任意瞬间，每台处理器运行的都是不同的任务。这种系统可以屏蔽单个或多个服务器的损坏，但是因为没有处理的冗余度，每次恢复的时间比较长，它们需要把被损坏的服务进程在不同的服务器上从新建立起来。ICX让多个独立的数据库服务器作同样的处理。发现处理器问题时的切换不需要重建进程的状态，所以故障屏蔽是极快的。
◆ 通讯链路级的冗余：冗余的通讯链路可以屏蔽瞬时和永久的通讯链路级的错误。基于数据库引擎的集群系统有两种结构：共享磁盘和独立磁盘。RAC, MSCS 和 MySQL CS可以认为是共享磁盘的集群系统。UDB和ASE 是独立磁盘的集群系统。共享磁盘集群系统对网络系统的要求很高，所以通讯的冗余度最小。独立磁盘集群系统可以把磁盘系统独立管理，通讯冗余度较高。 ICX的通讯链路级的冗余度最高，因为它使用的是多个独立的数据库服务器和独立的磁盘系统。 ICX也可以用于共享磁盘系统。 但是冗余度会相应降低。
◆ 软件级的冗余：由于现代 *** 作系统和数据库引擎的高度并发性，由竞争条件、死锁、以及时间相关引发的错误占据了非正常停机服务的绝大多数原因。采用多个冗余的运行数据库进程能屏蔽瞬时和永久的软件错误。基于数据库引擎的集群系统都用多个处理器来实现一个逻辑数据库，它们只能提供部分软件冗余，因为每一瞬间每个处理器执行的都是不同的任务。只有ICX可以提供最大程度的软件级冗余。
◆ 数据冗余：有两类冗余数据集。
被动更新数据集：所有目前的数据复制技术(同步或异步)，例如磁盘镜像（EMC的TimeFinder系列）、数据库文件复制（如DoubleTake, Veritas and Legato）以及数据库厂商自带的数据库备份工具都只能产生被动复制数据集。通常，为了实现复制功能，需要消耗掉主服务器5%（异步）到30%（同步）的处理能力。被动更新的数据一般只用于灾难恢复被动更新数据集还有两个致命的问题：一旦主处理机故障造成数据损坏，被动更新的数据集也会被破坏。另外，和主动更新系统相比，被动更新系统对数据网络的带宽要求更高。这是因为它缺少交易的信息，很多数据复制是盲目的。
主动更新数据集：这种数据集需要一台（或多台）独立的备份数据库服务器来管理，由于这种数据集及时可用，它可以有多种用途，例如报表生成，数据挖掘，灾难恢复甚至低质量负载均衡。 同样地，这里也有同步和异步两种技术。
◆ 异步主动复制数据集：这种技术是先把事务处理交给主服务器来完成，然后这些事务处理再被串行地交给备份服务器以执行同样的 *** 作来保证数据的一致性。这种技术生成的数据集和主数据集有一个时间差，所以仅适用于灾难恢复、数据挖掘、报表统计以及有限的在线应用。所有的商用数据库都支持异步主动复制技术。这种办法的难度在于复制队列的管理上，这个队列是用来屏蔽主服务器和备份服务器之间的速度差异的。因为主服务器可以尽可能地利用所有软硬件的并发性来处理并发的事务，而备份服务器只能串行地复制，在高负荷事务处理的情况下，复制队列经常可能溢出。因为没有任何办法来控制事务处理请求的速度，在高负荷事务处理的情况下，复制队列只能经常性地重建。因为所有现代数据库系统都支持热备份和LOG SHIPPING。通过精心策划，应该可以实现不关闭主服务器而重建队列。ICX也支持异步主动复制 ICX的复制队列的重建是通过ICX的自动数据同步软件来完成的，所以不需要人工 *** 作。
◆ 同步主动复制数据集：这种技术要求所有的并发事务处理在所有的数据库服务器上同时完成。一个直接的好处就是没有了队列的管理问题，同时也可以通过负载均衡实现更高的性能和更高的可用性。这种技术也有两种完全不同的实现方法：完全串行化和动态串行化。完全串行化的事务处理来自于主数据库的事务处理引擎，RAC, UDB, MSCS (SQL Server 2005) 和 ASE是用完全串行化并结合两阶段提交协议来实现的，这种设计的目标就是为了获得一份可用于快速灾难恢复的数据集。这种系统有两个关键的问题。第一，两阶段提交协议是一种“ALL OR NOTHING”的协议。仔细研究两阶段提交协议后就能发现，为了获取这备份数据集，事务处理的可用性会降低一半。第二，完全串行化的做法又引进了主-从数据库服务器速度不匹配的问题。强制同步造成整个系统的速度被降低到完全串行化的水平。相反，ICX-UDS采用了动态串行复制引擎。这设计可以充分利用多个独立数据库的处理能力。ICX避免了使用两阶段提交协议，因此一个事务处理只有在集群中的所有服务器全都同时崩溃的情况下才会回滚。
为了防灾，必须使用远程网络。 所以我们在这里讨论远程数据复制的办法。这里大概有四种办法。
◆ 动态远程异步复制：这种办法是指主服务器通过远程网串行地把交易复制到备份服务器上。由于主-副之间的速度不匹配，队列管理的问题就很突出。 由于远程网的速度一般都比较慢，队列溢出的概率大大增加。所有的集群系统都支持这种复制办法，只是队列管理的办法不同而已。DM，FM和RAID都不能支持这种办法。RAID只能在局域网内工作。
◆ 动态远程同步复制：这种办法是指主服务器通过远程网并行地把交易复制备份服务器上。只有ICX 具有这种能力。
◆ 静态远程异步复制：这种办法是指通过远程网把数据串行地复制（不通过数据库服务器）到异地。DM和FM支持这种复制办法。因为串行处理和队列管理的关系，这对于处理量大的系统不适用。但是这种复制办法对应用是透明的，所有集群系统都可采用
◆ 静态远程同步复制：这种办法也是指通过远程网把数据串行地复制（不通过数据库服务器）到异地。不同的是，这里没有队列管理。取代队列管理的是发送端的一个新的协议：每次发送都要等接受端确认复制成功。否则回滚。DM和FM都支持这种复制办法。这种办法只能在短距离范围内工作， 大约5 英里光纤的样子。如果超出这个距离范围的话，显然事务处理回滚的概率就会很高。但是这种复制办法对应用是透明的，所有集群系统都可采用。
3）提高数据库安全和数据集可扩展的技术
在提高数据库安全性和数据集可扩性这两方面，可以创新的空间是很小的。数据库最常见的安全办法是口令保护，要么是分布式的，要么是集中式的。在数据库前面增加防火墙会增加额外的延迟，因此，尽管许多安全侵犯事件是来自于公司内部，但是数据库防火墙还是很少被采用。如果数据库集群技术是基于中间件技术实现的，就有可能在不增加额外延迟的情况下 ，在数据经过的路径上实现防火墙功能。ICX完全实现了这种思想。
数据库数据集的可扩性只能通过将数据分布到多个独立的物理服务器上来实现。为了弥补可用性的损失，ICX能被用来提高整个逻辑数据库或者部分重要服务器的处理速度，可用性和安全性。
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