伺服器辭典：深入淺出理解叢集伺服器技術

什麼是叢集？

叢集（Cluster）通俗來說，是將多個系統連結，使多台伺服器能像一台機器那樣工作、或看起來像一台機器。採用叢集通常為提升系統穩定性、網路中心資料處理與服務能力。

為什麼需要叢集？——以 WWW 伺服器為例

隨著電子商務網站聲量增長，點擊率與負載飆升。面臨兩種選擇：
1. 升級單一伺服器（更快 CPU、更多記憶體），但請求持續增長會再次過載，陷入升級怪圈，且升級時服務如何持續是難題。
2. 增加伺服器，讓多台共同完成相同服務——這就是伺服器叢集。

簡言之，叢集是一組獨立伺服器在網路中表現為單一系統，以單一模式管理，為用戶端提供高可靠服務。叢集包含多台共享資料儲存空間的伺服器，透過內部 LAN 通訊；單節點故障時，應用由其他節點自動接管。多數情況下叢集擁有共同名稱，任一節點均可被所有網路用戶使用。

叢集系統特性

• 節點不必是高階產品，但叢集能提供高效能不停機服務。
• 每節點分擔計算任務，整體運算能力提升。
• 各節點承擔容錯任務，故障時經專用軟體隔離，透過負載轉移機制實現新負載平衡，並向管理員報警。

常見叢集方法

目前兩種主流：
1. 備份伺服器連接主伺服器，主機故障時備機接管所有任務。
2. 多台伺服器連接，共同分擔應用與資料庫運算，改善關鍵大型應用回應時間，同時承擔容錯任務，故障時隔離並重新負載分配。

PC 伺服器常見雙節點叢集，UNIX 支援 8 節點，康柏 OpenVMS 專用系統支援高達 96 節點。

叢集運作機制

叢集中所有電腦擁有共同名稱，內部任一系統服務可被所有網路用戶使用。叢集必須協調管理各分離元件錯誤，並能透明加入元件。用戶公共資料置於共享磁碟櫃，應用程式安裝於所有伺服器。正常運行時應用僅在一台伺服器執行，唯有該伺服器能操作共享磁碟上的資料區；其他節點監控主節點，一旦應用停止（硬體損壞、OS 當機、應用故障、人為誤操作），其他節點接管應用與資料區，過程分三階段：系統接管、載入應用、用戶端重連。

叢集系統優勢

1. 解決所有伺服器硬體故障：硬碟、記憶體、CPU、主板、I/O 板、電源故障，應用自動切換至其他節點。
2. 解決軟體系統問題：應用、OS、伺服器三者任一故障均導致服務停止。叢集最大優勢在於基於應用層面監控，無論因何原因導致應用停止，相關節點即接管，無需理會根因。
3. 解決人為失誤：管理員操作不當導致停機，叢集同樣因應用停止而觸發接管。

叢集系統不足

應用僅在單節點運行，故障時需經偵測確認、備機重啟應用、接管共享資料區三步驟，切換需耗費時間。原則上應用越大，切換時間越長。