Классификация кластеров

2.1. Кластеры высокой доступности

Обозначаются аббревиатурой HA (англ. High Availability — высокая доступность). Создаются для обеспечения высокой доступности сервиса, предоставляемого кластером. Избыточное число узлов, входящих в кластер, гарантирует предоставление сервиса в случае отказа одного или нескольких серверов. Типичное число узлов — два, это минимальное количество, приводящее к повышению доступности. Создано множество программных решений для построения такого рода кластеров.

Отказоустойчивые кластеры и системы вообще строятся по трем основным принципам:

• с холодным резервом или активный/пассивный. Активный узел выполняет запросы, а пассивный ждет его отказа и включается в работу, когда таковой произойдет. Пример — резервные сетевые соединения, в частности, Алгоритм связующего дерева. Например связка DRBD и HeartBeat.
• с горячим резервом или активный/активный. Все узлы выполняют запросы, в случае отказа одного нагрузка перераспределяется между оставшимися. То есть кластер распределения нагрузки с поддержкой перераспределения запросов при отказе. Примеры — практически все кластерные технологии, например, Microsoft Cluster Server. OpenSource проект OpenMosix.
• с модульной избыточностью. Применяется только в случае, когда простой системы совершенно недопустим. Все узлы одновременно выполняют один и тот же запрос (либо части его, но так, что результат достижим и при отказе любого узла), из результатов берется любой. Необходимо гарантировать, что результаты разных узлов всегда будут одинаковы (либо различия гарантированно не повлияют на дальнейшую работу). Примеры — RAID и Triple modular redundancy.

Конкретная технология может сочетать данные принципы в любой комбинации. Например, Linux-HA поддерживает режим обоюдной поглощающей конфигурации (англ. takeover), в котором критические запросы выполняются всеми узлами вместе, прочие же равномерно распределяются между ними.

2.2. Кластеры распределения нагрузки.

Принцип их действия строится на распределении запросов через один или несколько входных узлов, которые перенаправляют их на обработку в остальные, вычислительные узлы. Первоначальная цель такого кластера — производительность, однако, в них часто используются также и методы, повышающие надёжность. Подобные конструкции называются серверными фермами. Программное обеспечение (ПО) может быть как коммерческим (OpenVMS, MOSIX, Platform LSF HPC, Solaris Cluster, Moab Cluster Suite, Maui Cluster Scheduler), так и бесплатным (OpenMosix, Sun Grid Engine, Linux Virtual Server).

2.3. Вычислительные кластеры.

Кластеры используются в вычислительных целях, в частности в научных исследованиях. Для вычислительных кластеров существенными показателями являются высокая производительность процессора в операциях над числами с плавающей точкой (flops) и низкая латентность объединяющей сети, и менее существенными — скорость операций ввода-вывода, которая в большей степени важна для баз данных и web-сервисов. Вычислительные кластеры позволяют уменьшить время расчетов, по сравнению с одиночным компьютером, разбивая задание на параллельно выполняющиеся ветки, которые обмениваются данными по связывающей сети. Одна из типичных конфигураций — набор компьютеров, собранных из общедоступных компонентов, с установленной на них операционной системой Linux, и связанных сетью Ethernet, Myrinet, InfiniBand или другими относительно недорогими сетями. Такую систему принято называть кластером Beowulf. Специально выделяют высокопроизводительные кластеры (Обозначаются англ. аббревиатурой HPC Cluster — High-performance computing cluster). Список самых мощных высокопроизводительных компьютеров (также может обозначаться англ. аббревиатурой HPC) можно найти в мировом рейтинге TOP500. В России ведется рейтинг самых мощных компьютеров СНГ.

Контроллер кластера.

Один из Backend Серверов в Динамическом Кластере действует как Контроллер Кластера.. Он синхронизирует все другие Сервера в Кластере и выполняет операции по созданию Общих Доменов, созданию и удалению пользователей в общих доменах и т.п. Контроллер Кластера также обеспечивает функциональность Образа Единого Сервиса: но только пользователь сайта, но также и администратор сайта может соединиться с любым из серверов в Динамическом Кластере и выполнить любую операцию с Пользователем (даже если в это же время Пользователь открыт на другом Сервере) или с Доменом (произвести изменение Установок Домена) и все произведённые изменения автоматически будут использоваться всеми Серверами, входящими в Кластер.

Обратите внимание: распространение на все Сервера, входящие в Кластер, большинства изменений на уровне Домена, таких, как изменение Установок Домена, Установок Пользователя по Умолчанию, Установок Веб Интерфейса Пользователя и Предупреждений уровня Домена может занять до 30 секунд. Изменения уровня Пользователя вступят в силу на всех Серверах немедленно.

Контроллер Кластера собирает от Backend Серверов информацию о загрузке. Когда Frontend Сервер получает запрос на установление сессии с Пользователем, который в это время не открыт ни на каком Backend Сервере, Контроллер направляет Frontend Сервер на наименее загруженный Backend Сервер. Такая вторичная балансировка нагрузки для Backend Серверов основывается на их фактическом уровне загрузки и дополняет основную балансировку нагрузки (через циклический DNS или по трафику) Frontend Серверов.

Если в Динамическом Кластере есть два или более Backend Сервера, то Контроллер Кластера назначает обязанности Запасного Контроллера на один из оставшихся Backend Серверов. Все остальные члены Кластера поддерживают соединения с Запасным Контроллером. Если Запасной Контроллер прекращает работу, то в качестве Запасного Контроллера выбирается какой-либо другой Backend Сервер.

Если основной Контроллер прекращает работу, то активным Контроллером Кластера становится Запасной Контроллер. Все Сервера отправляют информацию ресинхронизации на Запасной Контроллер и Кластер продолжает работу без остановок.