2.2 什么是集群

SDS（軟件定義存儲）有很多優勢可以利用，它能夠幫我們打造易于伸縮且容錯力較強的方案，而GlusterFS就是這樣的一種軟件，用來創建高伸縮力、高性能的存儲集群。

在講解這個具體的軟件之前，首先要定義什么是集群，并說明為什么使用集群，以及它能夠解決什么樣的問題。

2.2.1 用集群處理計算任務

簡單地說，集群是協同運作以處理同一套負載的一系列計算機（通常也稱為節點）。集群會把總負載分配到每一臺可用的計算機上以提升性能，這同時也使得該集群具備自我修復能力與高度的可用性。請注意，集群里的成員叫作節點（node），而不是服務器（server），因為任何計算機都可以加入集群，不一定非得是服務器。無論是簡單的Raspberry Pi（樹莓派），還是擁有許多CPU的服務器，都可以進入集群中構成只有兩個節點的配置方案，或是多達上千個節點的數據中心。

圖2-1描述了集群的結構。

從理論上來說，要想提升集群的工作性能，可以添設資源特征相似的同類型服務器。最理想的情況是集群的所有節點都采用同一套硬件，這樣的話就不會在性能上出現差異，同時也讓維護工作變得相當有規律。要做到這一點，必須采用同一系列的CPU，并按照同一種方式來配置內存及軟件。這種給集群添設節點的辦法，是通過減少處理時間來提升工作效率。對于某些應用來說，工作效率有可能呈線性增長。

為了更好地理解集群的計算原理，我們想象有這樣一個應用程序：它要接收從前的財務數據，收到數據后根據已經存儲的信息，進行預測。如果集群里面只有一個節點，那么這個預報進程（集群里的進程，通常稱為job（工作任務））大約要6天才能完成，因為它需要處理的數據高達數TB（TeraByte）。給集群添設一個特征相似的節點后，處理時間就可以降到4天；若是再添一個，則會降至3天。

請注意，計算資源變為原來的三倍，并不能保證處理時間會降為原來的三分之一。在上述例子中，我們只能把處理時間降到原來的大約二分之一。某些應用確實可以讓速度隨著節點數量呈線性增長，但另一些應用則不行。對于后一類應用來說，添加節點所得到的增益越來越少，直至幾乎為零。如果添設新資源所帶來的增益很少，那么這樣做就顯得不夠劃算了。

根據上述內容，可以看出集群的幾個作用：

?可以用更多的計算資源，來降低處理時間。

?可以進行垂直擴展及水平擴展。

?可以實現冗余機制，也就是說，如果其中一個節點故障，那么本來應該由該節點負責的工作，可以交給其他節點負責。

?可以給應用程序提供更多的資源。

?是一套整合的資源池，而不是由許多臺孤立的服務器拼湊起來的。

?沒有故障單點。

2.2.2 存儲集群

上節告訴我們集群是如何處理計算任務的，接下來介紹集群的另外一種用途。

除了可以聚合計算資源以降低處理時間，集群還有一項功能是把可用的存儲空間整合起來，以提升其利用率；同時提供某種形式的冗余機制。現在，越來越多的人要求用較低的成本存放大量的數據，同時又要求提升數據的可用性；而存儲集群把許多存儲節點整合成一個龐大的存儲池，正可以解決這個問題。于是，我們不需要部署特別的專屬硬件，就可以實現PB級別的存儲系統。

例如，如果集群只有一個500TB節點的可用空間，就無法實現出帶有冗余機制的1 PB（PetaByte，等于1024TB）存儲系統。因為該節點在這種情況下會成為故障單點，只要它一故障，整個存儲系統就無法提供數據，冗余得不到保證。此外，由于它的HDD（Hard Disk Drive，硬盤驅動器）只有500TB空余，因此存放不下1PB的數據。總之，只有一個節點是無法實現水平擴展的。

為了解決這個問題，我們可以給集群里再添加兩個相同的節點，與現有的這個節點合起來實現出1PB的存儲系統。有人會問，3個500TB合起來是1.5PB才對，為什么只說是1PB呢？這是因為要想確保該方案具備高可用性，需要讓其中一個節點充當備份節點；如果另外兩個節點里有某個節點發生故障，這個備份節點可以取代故障節點，從而保證集群與客戶之間的通信不受影響。這種節點容錯能力要靠SDS與存儲集群來實現，下節我們就會講解這樣一種采用GlusterFS來實現存儲集群的方式。