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机群服务器聚集系统研究

作　者: 陈明宇
导　师: 李国杰
学　校: 中国科学院研究生院（计算技术研究所）
专　业: 计算机组织与系统结构
关键词: 服务器聚集 机群 单一登录点 负载平衡 可扩展性 可用性 e-mail 大型系统 分布式存储
分类号: TP368.5
类　型: 博士论文
年　份: 2000年
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内容摘要


服务器聚集模式是90年代后期出现一种的既保持了客户机／服务器模式的开放性、可扩展性优点，又具有传统的终端／主机模式的集中、易于管理等特点的信息系统模式。机群系统是实现可扩展大型服务器聚集系统的理想平台。本文主要研究利用机群系统实现可扩展大型Internet服务器聚集系统的关键技术，并着重从单一登录点技术、高可用管理技术和可扩展并行Internet应用三个方面进行了研究。 本文首先全面分析了实现机群服务器聚集系统中的各种关键技术及其发展现状。并基于M／G／1 PS模型分析了机群服务器性能，给出并证明了在随机分配策略下异构机群达到最小平均等待时间的条件。 随后本文重点讨论了机群服务器聚集系统的核心技术——单一登录点技术。在详细分析了5种基于传输层包转发的单一登录点技术之后，我们给出了在曙光2000超级服务器上的单一登录点软件PowerRouter的设计实现和性能分析。PowerRouter实现了直接包转发技术，具有不修改源数据包、不修改节点操作系统、直接返回数据等优点。实验表明PowerRouter能够很好的支持大型Web等可扩展Internet应用。本文进一步讨论了通过应用层转发实现单一登录点的优缺点，并提出了一种结合传输层快速转发和应用层灵活处理的优点的单一登录点技术——延迟选择网络地址翻译技术。 一个集中、高效的系统管理软件是服务器聚集系统必不可少的部分。本文设计并实现了曙光服务器聚集应用管理系统DSC。DSC在设计中实现了与操作系统、应用软件和机群节点的独立性。其虚拟服务和负载平衡设计将网络并行应用的管理和高可用性管理结合在了一起，并具有全局资源的自动分配和回收，灵活的故障事件处理，可靠通信机制，动态配置修改等功能。整个系统结构清晰，功能完整，配置灵活，是一个有效的管理工具。 最后本文设计并实现了一种具体的服务器聚集应用——可扩展大型e-mail服务器。根据e-mail应用用户之间具有独立性的特点，并结合前两部分的研究结果，本文提出的一种层次型分布式大型e-mail系统结构，突破了传统集中式存储系统在扩展中遇到的限制。通过分布式存储解决了存储容量扩展的瓶

全文目录


第1章 引言  11-27
  1.1 分布与集中  11-16
    1.1.1 传统的终端/主机模式  11-12
    1.1.2 客户机/服务器模式  12-13
    1.1.3 服务器聚集模式  13-16
  1.2 作为超级服务器的机群系统  16-19
    1.2.1 机群系统  16
    1.2.2 曙光2000超级计算机系统结构  16-18
    1.2.3 从计算到服务  18-19
  1.3 机群服务器聚集系统的软件结构  19-23
    1.3.1 客户端和服务器的功能划分  19-21
    1.3.2 机群服务器聚集软件的定位—中间件  21-22
    1.3.3 机群服务器聚集软件的主要功能  22-23
  1.4 服务器聚集的发展现状  23-24
  1.5 本文的内容及主要贡献  24-27
    1.5.1 本文的贡献  24-25
    1.5.2 本文的组织  25-27
第2章 机群服务器聚集系统的基本理论和关键技术  27-47
  2.1 服务器聚集的类型  27-28
  2.2 评价机群服务器聚集系统的性能指标  28-33
    2.2.1 吞吐率  29
    2.2.2 平均延迟  29-30
    2.2.3 带宽  30-31
    2.2.4 容量  31
    2.2.5 峰值承受能力  31-32
    2.2.6 可用度  32-33
  2.3 单一登录点和负载平衡技术  33-36
    2.3.1 单一登录点的定义  33-34
    2.3.2 基于单一登录点的负载平衡  34-35
    2.3.3 单一登录点的实现方式  35-36
  2.4 资源划分  36-38
  2.5 全局存储技术  38-42
    2.5.1 机群系统中的全局存储  38
    2.5.2 硬件共享存储设备  38-39
    2.5.3 共享文件系统  39-41
    2.5.4 应用相关的共享存储  41-42
  2.6 系统管理  42-43
  2.7 高可用技术  43-45
  2.8 安全性技术  45-47
第3章 网络服务器的性能模型  47-59
  3.1 单服务器的M/G/l/∞/∞/PS模型  47-50
  3.2 多服务器的负载平衡策略  50-55
    3.2.1 随机分配算法的最佳策略  50-53
    3.2.2 SITA分配策略  53-55
  3.3 非均匀的优化调度算法  55-57
  3.4 网络交通的自相似性  57-59
第4章 机群服务器聚集系统中的单一登录点技术  59-89
  4.1 机群单一登录点的实现路线  59-65
    4.1.1 基于可下载客户端程序的单一登录点技术  59-60
    4.1.2 基于名字/目录服务的单一登录点技术  60-62
    4.1.3 基于前置式分发设备的单一登录点技术  62-63
    4.1.4 基于节点内部转发的单一登录点技术  63-65
  4.2 单一登录点实现的软件层次  65-68
    4.2.1 Unix操作系统的TCP/IP软件结构  65-67
    4.2.2 单一登录点实现的层次分析  67-68
  4.3 基于传输层处理的单一登录点技术  68-74
    4.3.1 网络地址翻译(NAT)  68-69
    4.3.2 目标地址翻译  69-70
    4.3.3 基于IP封装(tunneling)的包转发技术  70-71
    4.3.4 基于广播选择方式的单一录点技术  71-72
    4.3.5 直接包转发技术  72-73
    4.3.6 基于传输层处理的单一登录点的一致性问题  73-74
  4.4 曙光服务器聚集系统中单一登录点POWERROUTER的设计和实现  74-82
    4.4.1 PowerRouter的软件结构  74-75
    4.4.2 负载平衡策略  75-76
    4.4.3 Power Router高可用性的实现  76-78
    4.4.4 Power Router的性能测试  78-82
  4.5 基于应用层处理的单一登录点技术  82-85
    4.5.1 基于应用内容的请求转发  82-84
    4.5.2 用户层的包转发技术  84-85
  4.6 DD-NAT-一种传输层和应用层处理结合的单一登录点技术  85-89
    4.6.1 问题的提出  85-86
    4.6.2 在两个 TCP连接之间数据转发的实现  86-87
    4.6.3 DD-NAT算法  87-89
第5章 曙光服务器聚集并行应用管理系统 DSC的设计与实现  89-107
  5.1 DSC系统的总体结构  89-92
    5.1.1 DSC软件的设计原则  89-90
    5.1.2 DSC软件的结构  90-91
    5.1.3 基于 IP的模块定位机制  91-92
  5.2 DSC系统的设计特色  92-101
    5.2.1 并行应用结构  92-94
    5.2.2 应用负载平衡  94-95
    5.2.3 全局资源管理  95-96
    5.2.4 故障监测和事件处理  96-98
    5.2.5 可靠通信机制  98-99
    5.2.6 动态配置管理  99-101
  5.3 DSC系统的工作过程  101-107
    5.3.1 系统的启动  101-102
    5.3.2 应用管理过程  102-104
    5.3.3 Master的切换过程  104-105
    5.3.4 图形监控台的实现  105-107
第6章 一种可扩展大型 E-MAIL服务器聚集系统的设计与实现  107-127
  6.1 需求的提出  107-108
  6.2 大型 E-MAIL服务器系统中的主要技术问题  108-112
    6.2.1 E-mail服务的访问特性  108-109
    6.2.2 大型e-mail服务器的功能需求  109-110
    6.2.3 现有大型系统e-mail系统实现方式  110-112
  6.3 FREEMAIL的系统结构设计  112-119
    6.3.1 系统结构  112-113
    6.3.2 FreeMail中单一登录点的实现  113-117
    6.3.3 Freemail的性能分析  117-119
  6.4 系统实现和性能测试  119-121
    6.4.1 系统的实现  119-120
    6.4.2 性能测试  120-121
  6.5 可扩展应用实现中的几个问题  121-127
    6.5.1 消除线性结构  121-122
    6.5.2 减少进程开销  122-123
    6.5.3 降低平均延迟  123-124
    6.5.4 全局信息的处理  124-127
第7章 结论  127-129
参考文献  129-137
作者简历及发表论文  137-139
致谢  139

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 微型计算机 > 各种微型计算机 > 服务器、工作站
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