2.2 什么是集群

SDS（软件定义存储）有很多优势可以利用，它能够帮我们打造易于伸缩且容错力较强的方案，而GlusterFS就是这样的一种软件，用来创建高伸缩力、高性能的存储集群。

在讲解这个具体的软件之前，首先要定义什么是集群，并说明为什么使用集群，以及它能够解决什么样的问题。

2.2.1 用集群处理计算任务

简单地说，集群是协同运作以处理同一套负载的一系列计算机（通常也称为节点）。集群会把总负载分配到每一台可用的计算机上以提升性能，这同时也使得该集群具备自我修复能力与高度的可用性。请注意，集群里的成员叫作节点（node），而不是服务器（server），因为任何计算机都可以加入集群，不一定非得是服务器。无论是简单的Raspberry Pi（树莓派），还是拥有许多CPU的服务器，都可以进入集群中构成只有两个节点的配置方案，或是多达上千个节点的数据中心。

图2-1描述了集群的结构。

从理论上来说，要想提升集群的工作性能，可以添设资源特征相似的同类型服务器。最理想的情况是集群的所有节点都采用同一套硬件，这样的话就不会在性能上出现差异，同时也让维护工作变得相当有规律。要做到这一点，必须采用同一系列的CPU，并按照同一种方式来配置内存及软件。这种给集群添设节点的办法，是通过减少处理时间来提升工作效率。对于某些应用来说，工作效率有可能呈线性增长。

为了更好地理解集群的计算原理，我们想象有这样一个应用程序：它要接收从前的财务数据，收到数据后根据已经存储的信息，进行预测。如果集群里面只有一个节点，那么这个预报进程（集群里的进程，通常称为job（工作任务））大约要6天才能完成，因为它需要处理的数据高达数TB（TeraByte）。给集群添设一个特征相似的节点后，处理时间就可以降到4天；若是再添一个，则会降至3天。

请注意，计算资源变为原来的三倍，并不能保证处理时间会降为原来的三分之一。在上述例子中，我们只能把处理时间降到原来的大约二分之一。某些应用确实可以让速度随着节点数量呈线性增长，但另一些应用则不行。对于后一类应用来说，添加节点所得到的增益越来越少，直至几乎为零。如果添设新资源所带来的增益很少，那么这样做就显得不够划算了。

根据上述内容，可以看出集群的几个作用：

❑可以用更多的计算资源，来降低处理时间。

❑可以进行垂直扩展及水平扩展。

❑可以实现冗余机制，也就是说，如果其中一个节点故障，那么本来应该由该节点负责的工作，可以交给其他节点负责。

❑可以给应用程序提供更多的资源。

❑是一套整合的资源池，而不是由许多台孤立的服务器拼凑起来的。

❑没有故障单点。

2.2.2 存储集群

上节告诉我们集群是如何处理计算任务的，接下来介绍集群的另外一种用途。

除了可以聚合计算资源以降低处理时间，集群还有一项功能是把可用的存储空间整合起来，以提升其利用率；同时提供某种形式的冗余机制。现在，越来越多的人要求用较低的成本存放大量的数据，同时又要求提升数据的可用性；而存储集群把许多存储节点整合成一个庞大的存储池，正可以解决这个问题。于是，我们不需要部署特别的专属硬件，就可以实现PB级别的存储系统。

例如，如果集群只有一个500TB节点的可用空间，就无法实现出带有冗余机制的1 PB（PetaByte，等于1024TB）存储系统。因为该节点在这种情况下会成为故障单点，只要它一故障，整个存储系统就无法提供数据，冗余得不到保证。此外，由于它的HDD（Hard Disk Drive，硬盘驱动器）只有500TB空余，因此存放不下1PB的数据。总之，只有一个节点是无法实现水平扩展的。

为了解决这个问题，我们可以给集群里再添加两个相同的节点，与现有的这个节点合起来实现出1PB的存储系统。有人会问，3个500TB合起来是1.5PB才对，为什么只说是1PB呢？这是因为要想确保该方案具备高可用性，需要让其中一个节点充当备份节点；如果另外两个节点里有某个节点发生故障，这个备份节点可以取代故障节点，从而保证集群与客户之间的通信不受影响。这种节点容错能力要靠SDS与存储集群来实现，下节我们就会讲解这样一种采用GlusterFS来实现存储集群的方式。