云计算——常见集群策略

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 前言

本章将会讲解云计算中常见的集群策略，了解什么是集群。

一.什么是集群

集群是一种计算机系统，通过一组计算机或服务器的软硬件连接起来高度紧密地协作完成计算工作。在客户端看来为其提供服务的只有一台设备，实际上它是一群设备的集合，只不过这些设备提供的服务一样。

 集群系统中单个计算机通常称为节点，通过局域网连接，利用多个计算机进行并行计算获得很高计算速度，也可以用多个计算机做备份提高可靠性。

二.集群策略

1.虚拟机HA

HA（High Availability）高可用性，一种让服务中断尽可能少的技术。

将多台主机组建成一个故障转移集群，运行在集群上的服务（或VM)不会因为单台主机的故障而停止。

提升故障恢复速度，降低业务中断时间、保障业务连续性、实现一定的系统自维护。

实现虚拟机高可用性通常涉及以下关键组件和技术：
  1. 集群：一组物理或虚拟化的计算节点，通过集群技术协同工作，共同提供高可用性和负载均衡。
  2. 心跳检测：在集群中，每个宿主机都会监视其他宿主机的状态。这可以通过心跳检测机制实现，它定期发送心跳信号以确认宿主机的运行状态。
  3. 故障检测和故障转移：当一个宿主机被检测到发生故障或变得不可用时，集群中的其他宿主机会接管该宿主机上运行的虚拟机，实现虚拟机的故障转移。这需要快速检测宿主机故障的事件，并在较短的时间内将虚拟机迁移到可用的宿主机上。
  1. 共享存储：为了实现虚拟机的迁移，通常需要将虚拟机的磁盘映像文件存储在共享存储中，这样其他宿主机才能够访问这些虚拟机的磁盘数据。
  2. 虚拟机迁移：虚拟机迁移是将运行中的虚拟机从一个宿主机迁移到另一个宿主机的过程。这个过程可以是冷迁移（虚拟机关机状态下进行）或热迁移（虚拟机在运行状态下进行）。
  3. 自动化：虚拟机高可用性通常是自动进行的，即在检测到宿主机故障时，自动触发虚拟机的故障转移过程，而不需要管理员手动干预。

实现虚拟机高可用性需要使用虚拟化管理工具，如VMware vSphere的vSphere High Availability（vSphere HA）或Microsoft Hyper-V的Failover Clustering。这些工具提供了虚拟机故障检测、自动故障转移、资源调度等功能，以确保虚拟机的连续运行和可用性。

2.动态资源调度（DRS）

DRS（Dynamic resource scheduling）动态资源调度，根据对资源池资源负载的动态监控，合理触发均匀分配规则，实现资源池中的物理服务器之间重新分配资源，达到负载均衡、消峰填谷。

当物理服务器上负载过大时，通过DRS将虚拟机迁移到其他负载较轻的物理服务器上。

当虚拟机遇到负载增大时，DRS将为资源池中的物理服务器重新分配虚拟机可使用资源，在多个虚拟机之间智能地分配可用资源。

DRS的主要功能包括：
  1. 负载均衡：DRS会实时监视集群中宿主机的资源使用情况，包括CPU、内存、存储等，当某些宿主机负载较高时，它会自动将虚拟机迁移到资源利用较低的宿主机上，从而实现负载均衡。
  2. 预测性分析：DRS通过分析历史性能数据和趋势，来预测虚拟机资源需求的变化，从而更好地规划资源分配，防止资源瓶颈出现。
  3. 自动化：DRS是自动进行资源调度的，它根据预设的规则和策略，实时监控集群中的资源状况，并在需要时自动触发虚拟机的迁移，无需管理员手动干预。
  4. 基于策略的调度：管理员可以配置不同的调度策略，根据具体的需求和业务场景来优化资源调度。例如，可以基于CPU使用率、内存利用率、虚拟机优先级等指标来制定调度策略。
  5. 限制与优先级：DRS可以配置资源调度的限制和优先级，以确保关键虚拟机或特定虚拟机组获得优先处理，并避免过度迁移对性能造成影响。

DRS可以显著提高虚拟化环境的资源利用率，降低运维成本，提高性能和可用性。它是VMware vSphere平台中非常重要的功能之一，特别适用于大规模的虚拟化集群。

3.分布式电源管理

DPM（Distributed power management ）分布式电源管理，用于业务较轻时，把虚拟机动态“集中”到集群中的少部分主机上，将其他主机待机，节省电力消耗，等业务量较大时，再重新唤醒之前待机的主机。

执行DPM策略的前提是开启DRS策略，即集群必须先设置好DRS策略，才能设置DPM策略。

DPM的主要功能和原理包括：

  1. 电源状态监控：DPM实时监测集群中每个宿主机的资源使用情况，包括CPU、内存、存储等。同时，它还可以监控宿主机的电源状态，包括开机、关机和待机。
  2. 资源负载平衡：DPM可以结合VMware DRS（动态资源调度）来进行资源负载平衡。如果在某些宿主机上资源利用率较低，DPM可以将虚拟机自动迁移到这些宿主机上，从而集中使用资源，使得其他宿主机可以进入省电模式。
  3. 自动电源管理：DPM可以根据预先定义的策略和阈值来自动控制宿主机的电源状态。当负载较低时，DPM可以选择关闭或进入待机状态，从而节约能源。而当负载增加时，DPM会自动唤醒宿主机，确保虚拟机的性能和可用性。
  4. 节能模式：在DPM中，可以定义不同的节能模式，例如“高性能”模式和“节能”模式。在高性能模式下，所有宿主机都保持开机状态以满足高负载需求。而在节能模式下，DPM会根据负载情况智能地控制宿主机的电源状态。
  5. 预测性分析：类似于VMware DRS，DPM也可以使用预测性分析来预测资源需求的变化，从而更加智能地进行电源管理。

通过使用分布式电源管理，企业可以最大限度地优化资源利用，减少能源消耗和运营成本，同时还可以对环境产生积极影响，减少碳排放和环境影响。

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