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解决高性能集群系统的瓶颈2002-01-07 12:02:00·
编辑：stone·
天极硬件频道
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如果要构造一个高性能的集群系统，它的瓶颈是什么呢？是传输速度，就是服务器之间信息传递的速度，那么影响这一速度的因素是什么呢？软件和硬件。现在在硬件方面用于传输打包、解包的的延迟大概只相当于以前10兆网络的八分之一或者十分之一；千兆以太网出现后，硬件延迟又比100兆网络缩小了很多。然而，经过这么多年，TCP/IP协议或者UDP协议的变化却不太大，因为这些协议的编程复杂。也就是说网络硬件的性能在不断的提升，而软件特别是传输协议却没有相应的提升。可以肯定地讲，软件延迟是现在制约集群技术的瓶颈。在一个应用中，无论是构造数据库的集群应用，还是构造Internet应用，最底层主要是CPU和芯片组，其次是硬盘，这些硬件都是由专业厂商提供，它们的技术不断提高，运行速度也不断提升；在集群网络方面，物理层越来越得到优化；操作系统的性能和运行速度在不断的提高，支持高扩展性和高可用性的应用软件层出不穷，如何保证数据在操作系统和网络、和这些硬件之间的高速传输就十分重要了。联想万全的DA（Direct
Access）技术实现了这一点，运用DA技术解决了软件延迟问题后，就可以用标准的高性能服务器构造出庞大的集群。
DA技术的原理及实现
在整个网络收发包过程中，任何一个应用程序的传输信号都分为控制信号和数据两部分，用统计学的原理来分析，20％是控制信号，而80％是占用很大带宽的数据信号。认清这一事实后，我们意识到应该把数据和控制指令分离，就是让应用程序直接与网络的接口卡进行通讯，直接应用其中的数据，而控制指令则走向操作系统的内核。这相当于ISDN原理，大家都知道2B＋D，就是两个B通道，一个D通道，B大量传输的是数据，D传输控制指令，也就是收发包工作。按照传统的方法，任何一个应用如果要跟网络接口卡进行通讯，则需要处理操作系统的通讯、TCP/IP通讯和网络的驱动，经过这么多层面以后，才能达到跟网络设备进行数据交换的目的。DA技术主要执行代理的功能，这个代理可以直接指向数据库应用，跳过了中间的操作系统、通讯API及网络驱动等，直接从网络通过接口卡从另外一台机器拿取数据，还可以直接访问其它应用。
DA技术采用了一种特殊的编码，在整个服务器之间进行数据通讯过程中，在软件方面的延迟从大约一万个CPU指定周期下降到大约只有50个CPU指定周期，真正突破性地缩短了服务器之间的数据传输延迟。这就意味着两台机器或者多台机器构成集群时，用于通讯方面的消耗非常小，而且数据传输速度很快。假设以前可能只有70％的资源用于处理一些应用，在释放了网络传输方面的压力以后，处理应用的资源大约就能达到90％，甚至95％，显著的提升了每个结点的工作效率，也带动整个集群系统的工作效率，使整个集群系统在应用方面获得更多的资源。
采用DA技术的优势
比较一下传统的双机和基于我们联想DA技术的集群技术解决方案——NS10000，就会发现采用DA技术的优势。在传统双机运行方式下，其中一台机器出故障后，会把这台机器上的应用就切换到另外一台机器上，使另外一台机器开始执行两种不同的应用，这样就会出现一些问题：首先，为了要获取高可用性，浪费了大量的资源，因为这两台机器中作为备份的机器，平时处于一种闲置的状态，造成了浪费。其次是失效时间比较长，备份机要接管主机的工作，接到任务后需要重新启动，这就导致了需要有两到五分钟的时间来完成这两台机器之间的切换。在失效过程中还会存在一种可能性，就是有可能会中断客户端的应用，对于普通的应用，或许这种短暂的失效不会造成巨大的损失，但是对于电子商务环境，则危险性很大。采用DA技术的NS10000集群解决方案与传统的双机相比，它具备如下特点：
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