集群技术在信息化校园中的应用

刘宇辰+董生忠

【摘 要】随着高校校园网中网络用户量的不断增加，通过使用计算机集群技术，可以改善高校校园网系统数据处理及存储能力，提高系统的稳定性。我们采用windows server 2008，及SQL server 2008 R2，将多台服务器、两套网络存储及其他网络设备构成由多个服务器及计算机集群组成的集群系统，实现高校校园网络在花费较低成本的前提下，达到更高的运行处理速度及更好的系统稳定性。

【关键词】集群技术；信息化；高校；网络

0 前言

“信息化”正在逐步深入地走进人们视野，高等院校的信息化建设正在紧锣密鼓地进行中。在信息化校园建设和使用过程中，随用户数的增加，访问需求不断加大，单一服务器的响应速度成为整个网络系统的瓶颈，解决办法一种是更换更高性能的服务器终端，但高性能服务器所带来的问题是高成本；另一种解决方法是采用集群技术，将性能有限的服务器统一利用起来，利用较低的成本获取较高的性能、可靠性和灵活性，因此集群技术的优势在此充分体现出来。

1 高校网络信息系统中的现存问题

随着校园网网络用户量的不断加大，许多高校中在选课等办公用网时可能出现较大网络延迟甚至宕机等现象，升级双机系统对于众多小系统来说则需要大量的硬件软件的投入[1]，而在高校中也没有那么多的资金去升级服务器并升级为双机系统。

在高校中各单位系统建设相对独立，相当于多个独立的主体，资源配置和部署在每个单位都是相同的，使大量人力物力耗费在重复性工作上，当访问量增加的时候甚至经常出现无法登陆的情况。比如说在学生选课时间在已经分为多个时段多批次选课的情况下，依然会在选课时出现访问量过大无法登陆的情况；在教师登记成绩期间，会出现数据量过多系统暂时瘫痪，全校无法使用教务网站等诸多情况。

2 集群技术分析及选择

计算机集群技术可分为高性能计算集群技术、高可用性集群技术和负载均衡集群技术。高性能计算集群也称科学集群，是一种用来提高科学计算能力的计算机集群技术。高可用集群是一种以减少服务中断时间为目的的服务器集群技术。负载均衡集群在多结点之间按照一定的策略或算法分发网络或计算处理负载，使负载可以在计算机集群中尽可能平均地分摊处理。负载均衡建立在现有网络结构之上， 这为高校提供了一种低成本的方法来提高服务器的速度、用户访问质量和数据处理能力，同时又可以避免单台服务器故障[2]。将这三种技术综合起来应用于高校校园信息化建设中，这样可以使高校网络系统的工作效率和处理能力大幅提升。

3 集群技术软件平台的分析与选择

计算机集群技术的软件平台有Solaris、Linux和Windows三种选择。在这三种软件平台中LINUX可以在廉价系统上运行，提供了UNIX的灵活性和强大功能。但LINUX系统可操作人数相对较少，在校园中的实用性不强；Solaris 是 SUNSoft 公司的基于 UNIX 的多线程多用户的操作系统，系统在容错方面的实时性不是十分理想，而且通用性较低。Windows 系统是应用较广、相关技术人才较多的系统平台，价格较低，维护成本较低，维护方便。因此，我们选择Windows 系统作为高校校园网络服务器平台，在有计算、视频图像处理或数据需求的时候可以通过增加结点将该计算机加入集群来提高处理数据速度。

Windows Server支持了三种集群技术，分别是网络负载均衡（NLB）、COM+ 组件负载平衡（CLB）与服务器集群（MSCS）[3]，可以利用已经集成在Windows Server中的NLB和MSCS集群技术，来对高校现有服务器进行集群化升级。在学习工作研究中，经常会有大量的数据统计、汇总，图片处理及视频的渲染等等，Windows自带的 HPC Server 2008 高性能计算平台可以为师生提供方便快捷的性能拓展，让数据处理，视频渲染不再是个漫长的等待过程。Windows HPC Server 2008能扩展应用至众多处理器，他们可以通过一个集中管理控制台，协助用户主动监督和维护系统健康状况及稳定性，具备的灵活的作业调度功能。

4 基于集群技术的系统架构设计及应用效果

在我校校园网络中，各学院等单位的服务器很多是单一服务器个体，我们采用负载均衡集群技术将多节点之间按照一定的策略分发网络或计算处理负载，为学校提供了一种低成本的方法来提高服务器的速度、用户访问质量和数据处理能力。

4.1 系统基本架构的设计

根据上述分析论证，我们设计了基于服务器集群技术的系统基本架构，如图1所示。

4.2 负载均衡服务器系统

将高可用性集群技术应用于此，由一台主服务器和一台备用服务器组成。用MSCS集群技术建立集群，当其中某台机器出现问题时，MSCS的“心跳检测功能”（Heartbeats）便会检测出出现错误的应用软件和服务器，自动在备用服务器上重启工作任务。

系统管理员可以通过使用MSCS上的集群管理程序，完成各种各样的集群管理任务。采用双机系统，保证主服务器因为某种原因无法正常工作时有备用服务器接替工作，以防服务器出现无法工作的情况造成损失。高校校园网络每天均存在着用网高峰期及网络空闲期，高校不需要像医院等需要保证全天无间断的网络可靠，可以在用网高峰期采用双机热备份系统保证网络，而在低谷期则可以保留一台服务器正常运行另一台休息，来节约资源，减少损耗。

4.3 服务器群系统

我们采用NLB集群技术建立服务器群，除去用于负载均衡的两台的服务器外，现有的各服务器均可作为服务器群中的服务器，每个服务器均需安装两张网卡，一张用于连接局域网为用户提供服务，一张用于连接专供NLB集群的交换机负责检测及负载分配。现有的服务器只需更新系统及加装另一块网卡通过集群控制算法加入结点即可加入集群，服务器群也可以按照用网需要量的多少来控制服务器群中开放服务器的数量，在选课等高峰期满负荷运行，空闲时段可以暂时休息非必要服务器。

4.4 数据库服务器系统

在校园网上网用量较大时有大量的并发用户，所以数据库服务器也应当采用性能较强的服务器。数据库系统方面应用SQL server 2008 R2系统。数据库系统的维护非常重要，需要定期对数据库服务器进行检查，防止出现不必要的问题。

4.5 实际应用效果

实际应用证明，采用服务器集群技术可以解决以往校园网中的网络拥堵的问题，提高了访问质量和服务器的响应速度，提升了学校有限的服务器资源的利用率。集群系统还具有良好的扩展性和灵活性，我们可以通过在服务器集群中加入和删除结点实现系统的伸缩性，通过检测结点或服务进程故障和正确地重置系统达到高可靠性[4]。

5 结语

在校园网信息化建设中，采用服务器集群技术能够做到负载均衡、高容错性和高扩展性，提高了网络访问质量及处理能力，这是传统服务器系统所不具备的。根据我们的经验，用户在与集群系统进行连接的时候，可以把集群系统看做一个整体，因此在系统设计时需要对集群的内部通信协议进行有效设计[5]。另外前端负载均衡服务器在系统中显得尤为重要，它使得服务器群中的各个服务器的负载均处于均衡工作状态。在安全情况下，还可以通过增加节点为个人提供高性能数据及图像处理等功能。此外值得注意的是，由于Windows操作系统广泛应用在个人PC上，所以世界各地对其开发的病毒、木马等攻击程序同样很多，因此服务器的病毒防护应当做好，以免被恶性攻击造成损失。

实践证明，在高校经费有限、而现有服务器仍然较新的情况下，将集群技术应用到校园网络信息化建设中是非常经济实用而又卓有成效的策略。

【参考文献】

[1]吴艳君.基于虚拟化技术的医院信息平台设计[J].中国医疗设备，2014，29（1）：41-44.

[2]张俊虎，邢永中.网络负载均衡的控制理论及实践战略[J]通信技术，2009（12）：119-121.

[3]段国云.集群技术在医院信息系统集成中的应用[J].计算机系统应用，2012，21（2）：38-41.

[4]陶锐.秦斌.高校校园网中的应用服务器集群技术在[J].技术与应用，2006（8）：75-76.

[5]王志晓，姜秀柱，张辰.集群技术在Intmt服务器中的应用[J].计算机工程与设计，2004，25（3）：472-474.

[责任编辑：杨玉洁]