某高校欲重新构建高校选课系统，配备多台服务器部署选课系统，以应对选课高峰期的大规..

2018年下半年上午试卷综合知识

第 36 题


知识点	负载均衡集群技术 CPU IP地址 Oracle SQL Server 磁盘地址映射高可用监控可用性数据库网络地址转换
关键词	CPU IP地址并发磁盘地址映射负载均衡高可用性集群系统数据库服务器网络地址需求服务器集群可用性数据数据库网络
章/节	计算机网络基础知识

某高校欲重新构建高校选课系统，配备多台服务器部署选课系统，以应对选课高峰期的大规模并发访问。根据需求，公司给出如下2套方案:
方案一:
(1)配置负载均衡设备，根据访问量实现多台服务器间的负载均衡;
(2)数据库服务器采用高可用性集群系统，使用SQL Server 数据库，采用单活工作模式。
方案二:
(1)通过软件方式实现支持负载均衡的网络地址转换，根据对各个内部服务器的CPU、磁盘I/O或网络I/O等多种资源的实时监控,将外部IP地址映射为多个内部IP地址;
(2)数据库服务器采用高可用性集群系统，使用Oracle 数据库，采用双活工作模式。对比方案一和方案二中的服务器负载均衡策略，下列描述中错误的是(36)。
两个方案都采用了高可用性集群系统，对比单活和双活两种工作模式，下列描述中错误的是(37)。

A. 方案一中对外公开的IP地址是负载均衡设备的IP地址

B. 方案二中对每次TCP连接请求动态使用一个内部IP地址进行响应

C. 方案一可以保证各个内部服务器间的CPU、I/O的负载均衡

D. 方案二的负载均衡策略使得服务器的资源分配更加合理

相关试题计算机网络基础知识

第3题

2018年下半年

CPU的频率有主频、倍频和外频。某处理器外频是200MHz，倍频是13，该款处理器的主频是( )。

第15题

2022年下半年

以下关于三层C/S结构的叙述中，不正确的是()。

第65题

2012年下半年

互联网上的各种应用对网络指标的敏感性不一，下列应用中对延迟抖动最为敏感的是（65) 。

知识点讲解

· 负载均衡

· 集群技术

· CPU

· IP地址

· Oracle

· SQL Server

· 磁盘

· 地址映射

· 高可用

· 监控

· 可用性

· 数据库

· 网络地址转换

负载均衡

负载均衡是由多台服务器以对称的方式组成一个服务器集合，每台服务器都具有等价的地位，都可以单独对外提供服务而无需其他服务器的辅助。通过某种负载分担技术，将外部发送来的请求均匀地分配到对称结构中的某一台服务器上，而接收到请求的服务器独立地回应客户的请求。

目前，比较常用的负载均衡技术主要有：

（1）基于DNS的负载均衡。在DNS中为多个地址配置同一个名字，因而查询这个名字的客户机将得到其中一个地址，从而使得不同的客户访问不同的服务器，达到负载均衡的目的。DNS负载均衡是一种简单而有效的方法，但是它不能区分服务器的差异，也不能反映服务器的当前运行状态。

（2）代理服务器负载均衡。使用代理服务器，可以将请求转发给内部的服务器，使用这种加速模式可以提升静态网页的访问速度。然而，可以考虑这样一种技术，使用代理服务器将请求均匀转发给多台服务器，从而达到负载均衡的目的。

（3）地址转换网关负载均衡。支持负载均衡的地址转换网关，可以将一个外部IP地址映射为多个内部IP地址，对每次TCP连接请求动态使用其中一个内部地址，达到负载均衡的目的。

（4）协议内部支持负载均衡。有的协议内部支持与负载均衡相关的功能，如HTTP协议中的重定向能力等。

（5）NAT（Network Address Translation，网络地址转换）负载均衡。NAT是将一个IP地址转换为另一个IP地址，一般用于未经注册的内部地址与合法的、已获注册的Internet IP地址间进行转换。适用于解决Internet IP地址紧张、不想让网络外部知道内部网络结构等的场合下。

（6）反向代理负载均衡。普通代理方式是代理内部网络用户访问Internet上服务器的连接请求，客户端必须指定代理服务器，并将本来要直接发送到Internet上服务器的连接请求发送给代理服务器处理。反向代理方式是指以代理服务器来接受Internet上的连接请求，然后将请求转发给内部网络上的服务器，并将从服务器上得到的结果返回给Internet上请求连接的客户端，此时代理服务器对外就表现为一个服务器。反向代理负载均衡技术是把将来自Internet上的连接请求以反向代理的方式动态地转发给内部网络上的多台服务器进行处理，从而达到负载均衡的目的。

（7）混合型负载均衡。在有些大型网络，由于多个服务器群内硬件设备、各自的规模、提供的服务等的差异，可以考虑给每个服务器群采用最合适的负载均衡方式，然后又在这多个服务器群间再一次负载均衡或集群起来以一个整体向外界提供服务（即把这多个服务器群当做一个新的服务器群），从而达到最佳的性能。这种方式称为混合型负载均衡，这种方式有时也用于单台均衡设备的性能不能满足大量连接请求的情况下。

集群技术

集群（Cluster）是由两台以上节点机（服务器）构成的一种松散耦合的计算节点集合，为用户提供网络服务或应用程序（包括数据库、Web服务和文件服务等）的单一客户视图，同时提供接近容错机的故障恢复能力。

集群的分类

（1）高性能计算科学集群：以解决复杂的科学计算问题为目的的集群系统，其处理能力与真正超级并行机相等，并且具有优良的性价比。

（2）负载均衡集群：使各节点的负载流量可以在服务器集群中尽可能平均合理地分摊处理，这样的系统非常适合于运行同一组应用程序的大量用户。每个节点都可以处理一部分负载，并且可以在节点之间动态分配负载，以实现平衡。

（3）高可用性集群：为保证集群整体服务的高可用，考虑计算硬件和软件的容错性。如果高可用性集群中的某个节点发生了故障，那么将由另外的节点代替它。整个系统环境对于用户是透明的。

在实际应用的集群系统中，这三种基本类型经常会发生混合与交杂。

集群的硬件配置

（1）镜像服务器双机。这是最简单和价格最低廉的解决方案，通常镜像服务的硬件配置需要两台服务器，在每台服务器有独立操作系统硬盘和数据存储硬盘，每台服务器有与客户端相连的网卡，另有一对镜像卡或完成镜像功能的网卡。

镜像服务器具有配置简单，使用方便，价格低廉诸多优点，但由于镜像服务器需要采用网络方式镜像数据，通过镜像软件实现数据的同步，因此需要占用网络服务器的CPU及内存资源，镜像服务器的性能比单一服务器的性能要低一些。

有一些镜像服务器集群系统采用内存镜像的技术，这个技术的优点是所有的应用程序和网络操作系统在两台服务器上镜像同步，当主机出现故障时，备份机可以在几乎没有感觉的情况下接管所有应用程序。因为两个服务器的内存完全一致，但当系统应用程序带有缺陷从而导致系统宕机时，两台服务器会同步宕机。这也是内存镜像卡或网卡实现数据同步，在大数据量读写过程中两台服务器在某些状态下会产生数据不同步，因此镜像服务器适合那些预算较少、对集群系统要求不高的用户。

（2）双机与磁盘阵列柜。与镜像服务器双机系统相比，双机与磁盘阵列柜互联结构多出了磁盘阵列柜，在磁盘阵列柜中安装有磁盘阵列控制卡，阵列柜可以直接将柜中的硬盘配置成为逻辑盘阵。磁盘阵列柜通过SCSI电缆与服务器上普通SCSI卡相连，系统管理员需直接在磁盘柜上配置磁盘阵列。

双机与磁盘阵列柜互联结构不采用内存镜像技术，因此需要有一定的切换时间，它可以有效地避免由于应用程序自身的缺陷导致系统全部宕机，同时由于所有的数据全部存储在磁盘阵列柜中，当工作机出现故障时，备份机接替工作机，从磁盘阵列中读取数据，所以不会产生数据不同步的问题，由于这种方案不需要网络镜像同步，因此这种集群方案服务器的性能要比镜像服务器结构高出很多。双机与磁盘阵列柜互联结构的缺点是在系统当中存在单点错的缺陷，所谓单点错是指当系统中某个部件或某个应用程序出现故障时，导致所有系统全部宕机。在这个系统中磁盘阵列柜是会导致单点错，当磁盘阵列柜出现逻辑或物理故障时，所有存储的数据会全部丢失。

（3）光纤通道双机双控集群系统。光纤通道是一种连接标准，可以作为SCSI的一种替代解决方案，光纤技术具有高带宽、抗电磁干扰、传输距离远、质量高、扩展能力强等特性。光纤设备提供了多种增强的连接技术，大大方便了用户使用。服务器系统可以通过光缆远程连接，最大可跨越10km的距离。它允许镜像配置，这样可以改善系统的容错能力。服务器系统的规模将更加灵活多变。SCSI每条通道最多可连接15个设备，而光纤仲裁环路最多可以连接126个设备。

随着服务器硬件系统与网络操作系统的发展，集群技术将会在可用性、高可靠性、系统冗余等方面逐步提高。未来的集群可以依靠集群文件系统实现对系统中的所有文件、设备和网络资源的全局访问，并且生成一个完整的系统映像。这样，无论应用程序在集群中的哪台服务器上，集群文件系统允许任何用户（远程或本地）都可以对这个软件进行访问。任何应用程序都可以访问这个集群任何文件。甚至在应用程序从一个节点转移到另一个节点的情况下，无需任何改动，应用程序就可以访问系统中的文件。

CPU

CPU即中央处理器，它是计算机系统的核心部分。刚才所列的系统性能评价指标都是围绕CPU的。当然，这些指标的评价结果是建立在CPU与其他系统部件（如内存）的协同工作的基础上的。单就CPU而言，考察它在系统中的工作性能要关注CPU利用率、队列长度、每秒中断次数，等。

IP地址

Internet地址是按名字来描述的，这种地址表示方式易于理解和记忆。实际上，Internet中的主机地址是用IP地址来唯一标识的。这是因为Internet中所使用的网络协议是TCP/IP协议，故每个主机必须用IP地址来标识。

每个IP地址都由4个小于256的数字组成，数字之间用“.”分开。Internet的IP地址共有32位，4个字节。它表示时有两种格式：二进制格式和十进制格式。二进制格式是计算机所认识的格式，十进制格式是由二进制格式“翻译”过去的，主要是为了便于使用和掌握。例如，十进制IP地址129.102.4.11的表示方法与二进制的表示方法10000001011001100000010000001011相同，显然表示成带点的十进制格式则方便得多。

域名和IP地址是一一对应的，域名易于记忆，便于使用，因此得到比较普遍的使用。当用户和Internet上的某台计算机交换信息时，只需要使用域名，网络则会自动地将其转换成IP地址，找到该台计算机。

Internet中的地址可分为5类：A类、B类、C类、D类和E类。各类的地址分配方案如下图所示。在IP地址中，全0代表的是网络，全1代表的是广播。

各类地址分配方案

A类网络地址占有1个字节（8位），定义最高位为0来标识此类地址，余下7位为真正的网络地址，支持1~126个网络。后面的3个字节（24位）为主机地址，共提供2²⁴-2个端点的寻址。A类网络地址第一个字节的十进制值为000~127。

B类网络地址占有2个字节，使用最高两位为10来标识此类地址，其余14位为真正的网络地址，主机地址占后面的2个字节（16位），所以B类全部的地址有（2¹⁴-2）×（2¹⁶-2）=16 382×65 534个。B类网络地址第一个字节的十进制值为128~191。

C类网络地址占有3个字节，它是最通用的Internet地址。使用最高三位为110来标识此类地址，其余21位为真正的网络地址，因此C类地址支持2²¹-2个网络。主机地址占最后1个字节，每个网络可多达2⁸-2个主机。C类网络地址第一个字节的十进制值为192~223。

D类地址是相当新的。它的识别头是1110，用于组播，例如用于路由器修改。D类网络地址第一个字节的十进制值为224~239。

E类地址为实验保留，其识别头是1111。E类网络地址第一个字节的十进制值为240~255。

网络软件和路由器使用子网掩码（Subnet Mask）来识别报文是仅存放在网络内部还是被路由转发到其他地方。在一个字段内，1的出现表明一个字段包含所有或部分网络地址，0表明主机地址位置。例如，最常用的C类地址使用前三个8位来识别网络，最后一个8位识别主机。因此，子网掩码是255.255.255.0。

子网地址掩码是相对特别的IP地址而言的，如果脱离了IP地址就毫无意义。它的出现一般是跟着一个特定的IP地址，用来为计算这个IP地址中的网络号部分和主机号部分提供依据。换句话说，就是在写一个IP地址后，再指明哪些是网络号部分，哪些是主机号部分。子网掩码的格式与IP地址相同，所有对应网络号的部分用1填上，所有对应主机号的部分用0填上。

A类、B类、C类IP地址类默认的子网掩码如下表所示。

带点十进制符号表示的默认子网掩码

如果需要将网络进行子网划分，此时子网掩码可能不同于以上默认的子网掩码。例如，138.96.58.0是一个8位子网化的B类网络ID。基于B类的主机ID的8位被用来表示子网化的网络，对于网络138.96.39.0，其子网掩码应为255.255.255.0。

例如，一个B类地址172.16.3.4，为了直观地告诉大家前16位是网络号，后16位是主机号，就可以附上子网掩码255.255.0.0（11111111111111110000000000000000）。

假定某单位申请的B类地址为179.143.XXX.XXX。如果希望把它划分为14（至少占二进制的4位）个虚拟的网络，则需要占4位主机位，子网使用掩码为255.255.240.0~255.255.255.0来建立子网。每个LAN可有2¹²-2个主机，且各子网可具有相同的主机地址。

假设一个组织有几个相对大的子网，每个子网包括了25台左右的计算机；而又有一些相对较小的子网，每个子网大概只有几台计算机。这种情况下，可以将一个C类地址分成6个子网（每个子网可以包含30台计算机），这样解决了很大的问题。但是出现了一个新的情况，那就是大的子网基本上完全利用了IP地址范围，但是小的子网却造成了许多IP地址的浪费。为了解决这个新的难题，避免任何的IP浪费，就出现了允许应用不同大小的子网掩码来对IP地址空间进行子网划分的解决方案。这种新的方案就叫作可变长子网掩码（VLSM）。

VLSM用一个十分直观的方法来表示，那就是在IP地址后面加上“/网络号及子网络号编址位数”。例如，193.168.125.0/27就表示前27位表示网络号。

例如，给定135.41.0.0/16的基于类的网络ID，所需的配置是为将来使用保留一半的地址，其余的生成15个子网，达到2000台主机。

由于要为将来使用保留一半的地址，完成了135.41.0.0的基于类的网络ID的1-位子网化，生成两个子网135.41.0.0/17和135.41.128.0/17，子网135.41.128.0/17被选作为将来使用所保留的地址部分；135.41.0.0/17被继续生成子网。

为达到划分2000台主机的15个子网的要求，需要将135.41.128.0/17的子网化的网络ID的4-位子网化。这就产生了16个子网（135.41.128.0/21，135.41.136.0/21，…，135.41.240.0/21，135.41.248.0/21），允许每个子网有2046台主机。最初的15个子网化的网络ID（135.41.128.0/21~135.41.240.0/21）被选定为网络ID，从而实现了要求。

现在的IP协议的版本号为4，所以也称之为IPv4，为了方便网络管理员阅读和理解，使用了4个十进制数中间加小数点“.”来表示。但随着因特网的膨胀，IPv4不论从地址空间上，还是协议的可用性上都无法满足因特网的新要求。因此出现了一个新的IP协议IPv6，它使用了8个十六进制数中间加小数点“.”来表示。IPv6将原来的32位地址扩展成为128位地址，彻底解决了地址缺乏的问题。

Oracle

Oracle的结构包括数据库的内部结构、外存储结构、内存储结构和进程结构。在Oracle中，数据库不仅指物理上的数据，还包括处理这些数据的程序，即DBMS本身。Oracle提供了PL/SQL、Designer/2000、Forms等开发和设计工具。

除了以关系格式存储数据外，Oracle 8以上的版本支持面向对象的结构（如抽象数据类型）。一个对象可以与其他对象建立联系，也可以包含其他对象，还可以用一个对象视图支持面向对象的接口数据而无须对表做任何修改。

无论是面向对象的结构还是关系结构，Oracle数据库都将其数据存储在物理的数据文件中。数据库结构提供数据存储到文件的逻辑图，允许不同类型的数据分开存储，这些逻辑划分即是表空间。在Oracle中，除了存储数据的文件外，还有DBMS的代码文件、日志文件和其他一些控制文件、跟踪文件等。外存储结构主要包括表空间和文件结构。

Oracle数据库在运行中使用两种类型的内存结构，分别是系统全局区和程序全局区。系统全局区是数据库运行时存放系统数据的内存区域，它由所有服务器进程和客户进程共享；程序全局区是单个存放Oracle进程工作时需要的数据和控制信息的，程序全局区不能共享。

SQL Server

这一类数据库，脚本处理的重点如下。

. 从存储过程中捕获一个值。

. 利用检索到的值作为一个参数传递给存储过程。

我们来看下面的实例脚本。

存储过程定义如下：

脚本代码如下：

第一步：加入必要的变量说明。

第二步：调用存储过程。

调用存储过程，然后修改其返回值。

原始脚本代码：

修改后的代码（使用字符串值）：

磁盘

在磁表面存储器中，磁盘的存取速度最快，且具有较大的存储容量，是目前广泛使用的外存储器。磁盘存储器由盘片、驱动器、控制器和接口组成。盘片的两面用来存储信息。驱动器用于驱动磁头（读／写头）沿盘面作径向运动以寻找目标磁道位置，驱动盘片以额定速率稳定旋转，通常是5400～15000r/min（Revolution Per Minute，RPM），并且控制数据的写入和读出。控制器接收主机发来的命令，将它转换成磁盘驱动器的控制命令，并实现主机和驱动器之间数据格式的转换及数据传送，以控制驱动器的读／写操作。一个控制器可以控制一台或多台驱动器。接口是主机和磁盘存储器之间的连接逻辑。

磁盘存储器也称为硬盘存储器。硬盘存储器具有存储容量大，使用寿命长，存取速度较快的特点。硬盘存储器的硬件包括硬盘控制器（适配器）、硬盘驱动器以及连接电缆。硬盘控制器（Hard Disk Controller，HDC）对硬盘进行管理，并在主机和硬盘之间传送数据。硬盘控制器以适配卡的形式插在主板上或直接集成在主板上，然后通过电缆与硬盘驱动器相连。硬盘驱动器（Hard Disk Drive，HDD）中有盘片、磁头、主轴电机（盘片旋转驱动机构）、磁头定位机构、读／写电路和控制逻辑等。

为了提高单台驱动器的存储容量，在硬盘驱动器内使用了多个盘片，它们被叠装在主轴上，构成一个盘组；每个盘片的两面都可用作记录面，所以一个硬盘的存储容量又称为盘组容量。

硬盘的接口方式可以说是硬盘另一个非常重要的技术指标，这点从SCSI硬盘和IDE硬盘的巨大差价就能体现出来，接口方式直接决定硬盘的性能。现在最常见的接口有IDE（ATA）和SCSI两种，此外还有一些移动硬盘采用了PCMCIA或USB接口。

.IDE（Integrated Drive Electronics）：IDE接口最初由CDC、康柏和西部数据公司联合开发，由美国国家标准协会（ATA）制定标准，所以又称ATA接口。普通用户家里的硬盘几乎全是IDE接口的。IDE接口的硬盘可细分为ATA-1（IDE）、ATA-2（EIDE）、ATA-3（Fast ATA-2）、ATA-4（包括UItraATA、Ultra ATA/33、Ultra ATA/66）与Serial ATA（包括Ultra ATA/100及其他后续的接口类型）。基本IDE接口数据传输率为4.1Mb/s，传输方式有PIO和DMA两种，支持总线为ISA和EISA。后来为提高数据传输率、增加接口上能连接的设备数量、突破528MB限制及连接光驱的需要，又陆续开发了ATA-2、ATAPI和针对PCI总线的FAST-ATA、FAST-ATA2等标准，数据传输率达到了16.67MB/s。

.小型计算机系统接口（Small Computer System Interface，SCSI）：SCSI并不是专为硬盘设计的，实际上它是一种总线型接口。由于独立于系统总线工作，所以它的最大优势在于其系统占用率极低，但由于其昂贵的价格，这种接口的硬盘大多用于服务器等高端应用场合。

地址映射

如前所述，当一个任务被加载到内存后，它的各个连续的逻辑页面，被分散地存放在若干个不连续的物理页面当中。在这种情形下，为了保证程序能够正确地运行，需要把程序中使用的逻辑地址转换为内存访问时的物理地址，也就是地址映射。

那么如何将一个逻辑地址映射为相应的物理地址呢？在页式存储管理当中，连续的逻辑地址空间被划分为一个个的逻辑页面，这些逻辑页面被装入到不同的物理页面当中。也就是说，系统是以页面为单位来进行处理的，而不是以一个个的字节为单位。因此，地址映射的基本思路是：

.逻辑地址分析：对于给定的一个逻辑地址，找到它所在的逻辑页面，以及它在页面内的偏移地址；

.页表查找：根据逻辑页面号，从页表中找到它所对应的物理页面号；

.物理地址合成：根据物理页面号及页内偏移地址，确定最终的物理地址。

逻辑地址分析

由于页面的大小一般都是2的整数次幂，因此，人们可以很方便地进行逻辑地址的分析。具体来说，对于给定的一个逻辑地址，可以直接把它的高位部分作为逻辑页面号，把它的低位部分作为页内偏移地址。例如，假设页面的大小是4KB，即2¹²，逻辑地址为32位。那么在一个逻辑地址当中，最低的12位就是页内偏移地址，而剩下的20位就是逻辑页面号。

下图是逻辑地址分析的一个例子，在这个例子中，逻辑地址用十六进制形式表示。假设页面的大小为1KB，逻辑地址为0x3BAD。在这种情形下，首先把这个十六进制的地址展开为二进制的形式。然后，由于页面的大小为1KB，即2的10次方，所以这个逻辑地址的最低10位，就表示页内偏移地址，而剩下的最高6位，就表示逻辑页面号。因此，该地址的逻辑页面号是0x0E，页内偏移地址是0x03AD。

逻辑地址分析的例子

如果逻辑地址不是用十六进制，而是用十进制的形式来表示，那么有两种做法：一是先把它转换为十六进制的形式，然后重复刚才的步骤。二是采用如下的计算方法：

逻辑页面号=逻辑地址／页面大小

页内偏移量=逻辑地址%页面大小

用页面大小去除逻辑地址，得到的商就是逻辑页面号；得到的余数就是页内偏移地址。例如，假设页面的大小为2KB，现在要计算逻辑地址7145的逻辑页面号和页内偏移地址。用2048去除7145，得到的商是3，余数是1001。所以这个逻辑地址的逻辑页面号是3，页内偏移地址是1001。实际上，这个算法和刚才的十六进制的方法是完全等价的。从二进制运算的角度来看，一个是右移操作，一个是除法操作。把一个整数右移N位等价于把它除以2^N。

页表查找

对于给定的一个逻辑地址，如果知道其逻辑页面号，就可以去查找页表，从中找到相应的物理页面号。

在具体实现上，页表通常是保存在内核的地址空间中，因为它是操作系统的一个数据结构。另外，为了能够访问页表的内容，在硬件上要增加一对寄存器。一个是页表基地址寄存器，用来指向页表的起始地址；另一个是页表长度寄存器，用来指示页表的大小，即对于当前任务，它总共包含有多少个页面。操作系统在进行任务切换的时候，会去更新这两个寄存器当中的内容。

物理地址合成

对于给定的一个逻辑地址，如果已经知道了它所对应的物理页面号和页内偏移地址，可以采用简单的叠加算法，计算出最终的物理地址。假设物理页面号为f，页内偏移地址为offset，每个页面的大小为2ⁿ，那么相应的物理地址为：f×2ⁿ+offset。

下图是页式存储管理当中的地址映射机制，也是以上各个步骤的一个综合。假设在程序的运行过程中，需要去访问某个内存单元，因此就给出了这个内存单元的逻辑地址。如前所述，这个逻辑地址由两部分组成，一是逻辑页面号，二是页内偏移地址。这个分析工作是由硬件自动来完成的，对用户是透明的。在页表基地址寄存器当中，存放的是当前任务的页表首地址。将这个首地址与逻辑页面号相加，就找到相应的页表项。里面存放的是这个逻辑页面所对应的物理页面号。将这个物理页面号取出来，与页内偏移地址进行组合，从而得到最终的物理地址。然后就可以用这个物理地址去访问内存。

页式存储管理中的地址映射

现有的这种地址映射方案，虽然能够实现从逻辑地址到物理地址的转换，但它有一个很大的问题。当程序运行时需要去访问某个内存单元，例如，去读写内存当中的一个数据，或是去内存取一条指令，需要访问2次内存。第一次是去访问页表，取出物理页面号；第二次才是真正去访问数据或指令。也就是说，内存的访问效率只有50%。这样，就会降低获取数据的存取速度，进而影响到整个系统的使用效率。为了解决这个问题，人们又引入了快表的概念。它的基本思路来源于对程序运行过程的一个观察结果。对于绝大多数的程序，它们在运行时倾向于集中地访问一小部分的页面。因此，对于它们的页表来说，在一定时间内，只有一小部分的页表项会被经常地访问，而其他的页表项则很少使用。根据这个观察结果，人们在MMU中增加了一种特殊的快速查找硬件：TLB（Translation Lookaside Buffer），或者叫关联存储器，用来存放那些最常用的页表项。这种硬件设备能够把逻辑页面号直接映射为相应的物理页面号，不需要再去访问内存当中的页表，这样就缩短了页表的查找时间。

在TLB方式下，地址映射的过程略有不同。当一个逻辑地址到来时，它首先会到TLB当中去查找，看这个逻辑页面号所在的页表项是否包含在TLB当中，这个查找的速度是非常快的，因为它是以并行的方式进行。如果能够找到的话，就直接从TLB中把相应的物理页面号取出来，与页内偏移地址拼接成最终的物理地址。如果在TLB中没有找到该逻辑页面，那只能采用通常的地址映射方法，去访问内存当中的页表。接下来，硬件还会在TLB当中寻找一个空闲单元，如果没有空闲单元，就把某一个页表项驱逐出来，然后把刚刚访问过的这个页表项添加到TLB当中。这样，如果下次再来访问这个页面，就可以在TLB中找到它。

页式存储管理方案的优点是：

（1）没有外碎片，而且内碎片的大小不会超过页面的大小。这是因为系统是以页面来作为内存分配的基本单位，每一个页面都能够用上，不会浪费。只是在任务的某一些页面当中，可能没有装满，里面有一些内碎片。

（2）程序不必连续存放，它可以分散地存放在内存的不同位置，从而提高了内存利用率。

（3）便于管理。

页式存储管理方案的缺点主要有：

（1）程序必须全部装入内存，才能够运行。如果一个程序的规模大于当前的空闲空间的总和，那么它就无法运行。

（2）操作系统必须为每一个任务都维护一张页表，开销比较大。简单的页表结构已经不能满足要求，必须设计出更为复杂的结构，如多级页表结构、哈希页表结构、反置页表等。

高可用

NoSQL在不太影响性能的情况，就可以方便地实现高可用的架构。如Cassandra、HBase模型，通过复制模型也能实现高可用。

当然，NoSQL也存在很多缺点，例如，并未形成一定标准，各种产品层出不穷，内部混乱，各种项目还需时间来检验，缺乏相关专家技术的支持等。

监控

主要包括故障监控和性能、流量、负载等状态监控，这些监控关系到集群的健康运行及潜在问题的及时发现与干预。

（1）服务故障、状态监控：主要是对服务器自身、上层应用、关联服务数据交互监控；例如针对前端Web Server，就可以有很多种类型的监控，包括应用端口状态监控，便于及时发现服务器或应用本身是否崩溃、通过ICMP包探测服务器健康状态，更上层可能还包括应用各频道业务的监控，这些只是一部分，还有多种监控方式，依应用特点而定。还有一些问题需解决，如集群过大，如何高性能地进行监控也是一个现实问题。

（2）集群状态类的监控或统计，为合理管理调优集群提供数据参考，包括服务瓶颈、性能问题、异常流量、攻击等问题。

可用性

可用性（Availability）是指合法许可的用户能够及时获取网络信息或服务的特性。例如，网站能够给用户提供正常的网页访问服务，防止拒绝服务攻击。可用性是常受关注的网络信息系统CIA三性之一，其中A代表可用性（Availability）。对于国家关键信息基础设施而言，可用性至关重要，如电力信息系统、电信信息系统等，要求保持业务连续性运行，尽可能避免中断服务。

数据库

数据库（DataBase，DB）是指长期存储在计算机内的、有组织的、可共享的数据集合。数据库中的数据按一定的数据模型组织、描述和存储，具有较小的冗余度、较高的数据独立性和易扩展性，并可为各种用户共享。

系统使用的所有数据存储在一个或几个数据库中。

网络地址转换

NAT的全称是Network Address Translation，它通过一种把内部私有IP地址翻译成合法的正式网络IP地址技术，允许整体机构以一个公用IP地址出现在Internet上。

NAT的工作原理如下图所示。

NAT工作原理

从上图中可以看出，采用NAT共享Internet连接时，各主机在局域网内部通信时，使用内部私有IP地址，而当内部主机要和外部网络进行通信时，就由NAT服务器将内部私有IP地址转换成公用IP地址。此时内部网络对于外部网络来说是不可见的，而且内部计算机用户也意识不到NAT服务器的存在。NAT技术很好地解决了公共IP地址紧缺的问题，但也存在一些缺点，满足不了一些网络应用的要求。

NAT有三种类型：静态NAT（Static NAT）、动态地址NAT（Pooled NAT）和地址复用PAT（Port Address Translation）。

静态NAT设置起来最为简单，内部网络中的每个主机都被永久映射成外部网络中的某个合法的地址。

动态地址NAT则只是转换IP地址，它为每一个内部的IP地址分配一个临时的外部IP地址，主要应用于拨号。对于频繁的远程连接也可以采用动态NAT。当连接上远程用户之后，动态地址NAT就会分配给它一个IP地址，用户断开时，这个IP地址就会被释放而留待以后使用。

地址复用PAT能使多个内部地址映射到同一个合法的IP地址上，所以也可称作"多对一"NAT。通过使用PAT可以让成百上千个私有IP地址节点使用一个合法的IP地址访问Internet。PAT普遍应用于接入设备中，它可以将中小型的网络隐藏在一个合法的IP地址后面。PAT与动态地址NAT不同，它将内部连接映射到外部网络中的一个单独的IP地址上，同时在该地址上加上一个由NAT设备指定的TCP端口号。当NAT服务器接收到外部网络返回的应答信息时，会根据地址中的TCP端口号判断将数据包转发到网络中发起该访问请求的主机。

下面介绍如何在Windows Server 2003中配置NAT，具体步骤如下。

（1）单击"开始"按钮，在"管理工具"中选择"路由和远程访问"命令，打开如下图所示的"路由和远程访问"窗口。

"路由和远程访问"窗口

（2）在左窗格中右击服务器名，在弹出的快捷菜单中选择"配置并启用路由和远程访问"命令，如下图所示，打开安装向导，如下图所示。

启动配置命令

"路由和远程访问服务器安装向导"对话框

（3）单击"下一步"按钮，在如下图所示的"配置"界面中，选中"网络地址转换"单选按钮。

"配置"界面

（4）单击"下一步"按钮，打开如下图所示的"NAT Internet连接"界面，此处要为NAT选择一个Internet接口。若使用的是固定连接，则选中"使用此公共接口连接到Internet"单选按钮，并在下面的列表中选中此连接。若使用的是拨号连接到Internet，则选中"创建一个新的到Internet的请求拨号接口"单选按钮。这里我们选中"使用此公共接口连接到Internet"单选按钮。

"NAT Internet连接"界面

（5）单击"下一步"按钮，在打开的如下图所示的界面中单击"完成"按钮，向导开始配置并启动路由和远程访问服务，配置后的控制台界面如下图所示。

"正在完成路由和远程访问服务器安装向导"界面

配置NAT后的"路由和远程访问"控制台

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