Klaster serwerów to grupa serwerów, które współpracują w jednym systemie, aby zapewnić użytkownikom zwiększoną dostępność. Te klastry są używane w celu zminimalizowania przestojów i przerw w działaniu, umożliwiając innemu serwerowi przejęcie zadań w przypadku przerwy w działaniu, co jest funkcją zwaną redundancją. W tym artykule wyjaśnimy wszystko na temat klastrowania serwerów, które zwiększa niezawodność i skalowalność systemów serwerowych.
{automatycznie}
Czym jest klaster serwerów?
Klaster serwerów to grupa serwerów współpracujących ze sobą przy użyciu wspólnego adresu IP (adres IP jest wspólny dla konfiguracji serwera i zapory). Serwery klastrowe są powszechnie używane w przypadku serwerów, które obejmują różne usługi, takie jak serwery plików, serwery wydruku, a częściej w przypadku wymaganych usług o wysokiej dostępności, takich jak bazy danych i inne krytyczne usługi. Klaster serwerów utrzymuje spójność usług serwerowych w czasie. Zapewnia również wyższą dostępność, właściwe równoważenie obciążenia i skalowalność systemu.
W klastrze serwerów każdy uczestniczący serwer nazywany jest węzeł. Każdy serwer ma własne zasoby, takie jak dysk twardy, pamięć RAM i procesor do wykorzystania. Powodem wdrożenia takiej konfiguracji jest to, że jeśli jeden serwer w klastrze ulegnie awarii, obciążenie zostanie przeniesione na inny serwer, bez przestoju. Klastry tego typu są używane w celu zmniejszenia przestojów i przerw w działaniu.
Jak działa klaster serwerów?
Zbiór serwerów jest połączony z jednym systemem. Gdy jeden z tych serwerów ulegnie awarii, obciążenie jest redystrybuowane do inny serwer tak aby klient nie doświadczył przestoju.
Serwery klastrowe są zwykle używane w aplikacjach wymagających częstych aktualizacji danych. Najczęściej spotykanymi klastrami są serwery plików, drukarek, baz danych i komunikatorów.
Ogólnie rzecz biorąc, serwery klastrowe zapewniają klientom wyższy poziom dostępności, niezawodności i skalowalności niż jakikolwiek pojedynczy serwer.
W środowisku serwerów klastrowych każdy serwer jest odpowiedzialny za własność i zarządzanie własnymi urządzeniami, a także za posiadanie kopii system operacyjny (wraz z wszelkimi aplikacjami i usługami), który służy do uruchamiania innych serwerów w klastrze.
Serwery w klastrze są skonfigurowane tak, aby ze sobą współpracować, co zwiększa bezpieczeństwo danych i utrzymuje spójność konfiguracji klastra w czasie.
Niedobór klastra i ochrona przed awariami
Głównym powodem korzystania z klastrów serwerów jest unikanie przerw i przestojów. Jak wspomniano wcześniej, klastrowane serwery zapewniają zwiększoną ochronę przed utratą zasilania całej sieci podczas przerwy w dostawie prądu.
Serwery klastrowe zapewniają ochronę przed trzema rodzajami przerw w działaniu: awariami aplikacji lub usług, awariami sprzętu lub systemu, awariami lokalizacji.
Tego typu awarie omówimy bardziej szczegółowo w kolejnych sekcjach. Mówiąc krótko, klastrowanie serwerów pomaga chronić przed awariami spowodowanymi awarią oprogramowania, awarią sprzętu i zdarzeniami zewnętrznymi mającymi miejsce na fizycznym serwerze.
1. Awaria aplikacji lub usługi
Awarie aplikacji lub usług obejmują wszelkie przerwy w działaniu spowodowane krytycznymi błędami związanymi z oprogramowaniem lub usługami mającymi kluczowe znaczenie dla funkcjonowania serwera lub centrum danych.
Te awarie mogą być spowodowane przez wiele czynników, z których większość jest nieunikniona. Chociaż większość serwerów ma środki redundancji zapobiegające tego typu awariom, awarie aplikacji lub usług są trudne do przewidzenia i zaplanowania.
Ponieważ dane monitorujące serwery są złożone, administratorom serwerów może być trudno identyfikować i rozwiązywać potencjalne problemy zanim spowodują one przerwę w działaniu.
Chociaż czujny, kompetentny i proaktywny administrator serwera jest w stanie zidentyfikować i rozwiązać te problemy zanim staną się poważne, żaden administrator serwera nie jest w stanie zapewnić kompleksowej ochrony przed tego typu awariami.
2. Awaria systemu lub sprzętu
Do tego typu przerw dochodzi wskutek awarii sprzętu fizycznego, na którym uruchomiony jest serwer.
Tego typu przerwy w działaniu mogą być spowodowane przez wiele czynników i wpływają na nie praktycznie wszystkie podzespoły mające kluczowe znaczenie dla działania serwera lub centrum danych.
Choć niezawodność i funkcjonalność podzespołów serwera stale się poprawiają, żaden z nich nie jest odporny na awarie.
Przyczyną tej awarii może być przegrzanie, słaba optymalizacja lub po prostu osiągnięcie przez dany element końca jego żywotności.
Ze względu na ich znaczenie dla zapewnienia działania serwera, procesory, pamięć fizyczna i dyski twarde należą do elementów najbardziej podatnych na awarie.
3. Problemy z witryną
W większości przypadków awarie lokalizacji są spowodowane zdarzeniami mającymi miejsce poza środowiskiem centrum danych.
Chociaż teoretycznie istnieje wiele zdarzeń, które mogą spowodować awarię obiektu, najczęściej są to klęski żywiołowe powodujące przerwy w dostawie prądu na szeroką skalę, a także zdarzenia mogące uszkodzić sprzęt w centrum danych.
Chociaż niektórych klęsk żywiołowych nie da się uniknąć inaczej niż poprzez ostrożny wybór miejsca, to skutki przerw w dostawie prądu i towarzyszących im komplikacji można złagodzić, stosując środki zapewniające nadmiarowość, takie jak klastry serwerów.
Tego rodzaju środki nadmiarowe mają kluczowe znaczenie w przypadku centrów danych zlokalizowanych na obszarach podatnych na klęski żywiołowe.
Chociaż możliwe jest zidentyfikowanie i rozwiązanie problemów, które potencjalnie mogą prowadzić do tych trzech odrębnych typów awarii, środki nadmiarowości, takie jak klastrowanie serwerów, są jedynym sposobem na zapewnienie niemal całkowitej niezawodności.
Klastrowanie serwerów to doskonały sposób na zapewnienie niezawodnej wydajności w centrach danych, które wymagają jej przez cały rok, przez każdą minutę.
Serwery klastrowe dzielą się na trzy typy
Klastry serwerów klasyfikuje się na trzy typy w zależności od sposobu, w jaki system klastra (nazywany węzłem) jest połączony z urządzeniem odpowiedzialnym za przechowywanie danych konfiguracyjnych.
Istnieją trzy typy klastra: pojedynczy (lub standardowy) klaster kworum, klaster większościowego zestawu węzłów i klaster pojedynczego węzła, które zostaną omówione bardziej szczegółowo poniżej.
1. Klaster kworum z pojedynczym (lub standardowym) kworum
Ten klaster jest najczęściej używany i składa się z wielu węzłów z jedną lub większą liczbą macierzy dysków klastrowych, które korzystają z pojedynczego urządzenia połączeniowego (nazywanego magistralą).
Każda pojedyncza macierz dysków klastra w klastrze jest zarządzana i posiadana przez pojedynczy serwer. System używany do określania, czy każdy pojedynczy klaster jest online i nie jest naruszony, jest nazywany tytularnym kworum.
W praktyce klastry z pojedynczym kworum są dość proste. Każdy węzeł ma „głos”, którego używa do powiadamiania magistrali centralnej, że jest online i funkcjonalny.
Klaster pozostanie operacyjny, dopóki więcej niż połowa węzłów w pojedynczym klastrze kworum będzie online. Jeśli więcej niż połowa węzłów w klastrze nie będzie odpowiadać, klaster przestanie działać, dopóki problemy z poszczególnymi węzłami nie zostaną rozwiązane.
2. Klaster zestawu węzłów większościowych
Model ten, podobnie jak poprzedni, różni się tym, że każdy węzeł ma własną kopię danych konfiguracyjnych klastra, która jest spójna we wszystkich węzłach.
Model ten najlepiej sprawdza się w przypadku klastrów składających się z pojedynczych serwerów w różnych lokalizacjach geograficznych.
Chociaż klastry z większościowym zestawem węzłów działają podobnie do klastrów z pojedynczym kworum, te pierwsze różnią się tym, że nie wymagają współdzielonej magistrali pamięci masowej, gdyż każdy węzeł przechowuje lokalnie duplikat danych kworum.
Choć nie eliminuje to całkowicie użyteczności współdzielonej magistrali, zapewnia większą elastyczność przy konfigurowaniu serwerów zdalnych.
3. Klaster pojedynczego węzła
Ten model, który jest najczęściej używany do testowania, ma pojedynczy węzeł. Klastry z pojedynczym węzłem są często używane jako narzędzie do rozwoju aplikacji klastrowych i badań, ale ich użyteczność jest poważnie ograniczona przez brak funkcji failover.
Ponieważ składają się tylko z jednego węzła, awaria jednego węzła sprawia, że wszystkie grupy klastrów stają się nieoperacyjne.
Przedstawiciel obsługi klienta w lokalnym centrum danych lub u dostawcy usług hostingowych może wyjaśnić różnice między tymi trzema modelami i pomóc Ci podjąć decyzję, który z nich jest najlepszy dla Twojej firmy.
Jeśli nie masz nietypowych wymagań (lub nie znajdujesz się w wielu rozproszonych geograficznie lokalizacjach), najlepszym rozwiązaniem będzie klaster Standard Quorum.
Istnieją także inne nazwy nadawane typom klastrowania serwerów, które omówimy tutaj.
4. Klastry serwerów o wysokiej wydajności zapewniające wysoką dostępność
Klastry o wysokiej dostępności (HA) są najlepszą opcją dla witryn o dużym ruchu. W przypadku sklepów internetowych lub aplikacji, które wymagają optymalnej, ciągłej wydajności od swoich krytycznych systemów, można użyć klastrów HA.
Ponieważ klastry o wysokiej dostępności opierają się na redundantnym sprzęcie i oprogramowaniu, pomagają uniknąć pojedynczych punktów awarii. Są niezbędne do przełączania awaryjnego, tworzenia kopii zapasowych systemu i równoważenia obciążenia. Urządzenia te składają się z kilku hostów, które są w stanie przejąć kontrolę w przypadku awarii lub przeciążenia określonego serwera, zapewniając jak najkrótszy czas przestoju.
Architektura serwera o wysokiej dostępności
Istnieją dwa typy architektury klastrów HA: aktywny-aktywny i aktywny-pasywny.
Wszystkie węzły w klastrze aktywny-aktywny równoważą obciążenia jednocześnie. Z drugiej strony architektura aktywny-pasywny przypisuje wszystkie obciążenia do węzła głównego. W międzyczasie węzeł zapasowy jest utrzymywany w gotowości na wypadek awarii.
Ponieważ ma bazę danych węzła podstawowego, serwer pomocniczy jest również nazywany hot spare lub hot standby. Jest to tańsza implementacja niż active-active, ponieważ hot standby jest przygotowany do przejęcia w przypadku awarii komponentu.
Klastry o wysokiej dostępności ułatwiają skalowalność i zwiększają niezawodność. Nie wspominając o tym, że zapewniają silne bezpieczeństwo infrastruktury i skuteczniejszą konserwację. Możesz obniżyć koszty, skrócić przestoje i poprawić doświadczenia użytkowników dzięki tym klastrom.
5. Klastry równoważenia obciążenia
Farmy serwerów zwane klastrami równoważenia obciążenia dzielą żądania użytkowników pomiędzy kilka aktywnych węzłów. Trzy główne zalety to lepsza dystrybucja obciążenia, zapewnienie redundancji i szybsze działanie.
Możesz dzielić obciążenia między serwerami i rozdzielać funkcje za pomocą równoważenia obciążenia. Ten układ pomaga w optymalizacji wykorzystania zasobów. Wykorzystuje oprogramowanie do równoważenia obciążenia, aby przypisywać żądania, zgodnie z algorytmem, do różnych serwerów. Odpowiedzi wychodzące są również zarządzane przez oprogramowanie.
Moduły równoważenia obciążenia są używane w konfiguracji aktywne-aktywne klastra o wysokiej dostępności. Moduł równoważenia obciążenia jest używany przez klaster HA do odpowiadania na różne żądania i wysyłania ich do oddzielnych serwerów. Istnieją dwa możliwe rozkłady: symetryczny i asymetryczny, w zależności od danych konfiguracyjnych i wydajności komputera.
Moduł równoważenia obciążenia śledzi dostępność węzłów w aktywnym-pasywnym klastrze o wysokiej dostępności. Węzeł, który się wyłącza, czeka na wysłanie dalszego ruchu, dopóki nie zostanie ponownie uruchomiony.
Dodatkowo możesz używać wielu łączy jednocześnie dzięki architekturze równoważenia obciążenia. Jeśli chodzi o infrastrukturę, która wymaga redundantnej komunikacji, ta funkcja jest niezwykle pomocna. Centra danych i firmy telekomunikacyjne, na przykład, często używają tej architektury. Lepsza skalowalność, redukcja kosztów i optymalizacja transferu danych o dużej przepustowości to główne zalety.
6. Klastrowane i wydajne pamięci masowe
Superkomputery, inna nazwa klastrów o wysokiej wydajności, to maszyny o większej pojemności, niezawodności i wydajności. Są najczęściej używane przez firmy z obciążeniami wymagającymi dużych zasobów.
Wiele komputerów połączonych z tą samą siecią tworzy klaster serwerów o wysokiej wydajności. Aby przetwarzać dane szybciej, możesz połączyć kilka z tych klastrów z centrami pamięci masowej sieci. Mówiąc inaczej, płynna wydajność i szybkie transfery danych są zapewnione wraz z klastrami pamięci masowej o wysokiej wydajności.
Sztuczna inteligencja (AI) i Internet rzeczy (IoT) to dwa główne zastosowania tych klastrów. Aby zasilać złożone projekty, takie jak transmisja strumieniowa na żywo, prognozowanie burz i diagnostyka pacjentów, przetwarzają ogromne ilości danych w czasie rzeczywistym. Te cechy wysokowydajnych aplikacji klastrowych są również korzystne dla mediów, badań i usług finansowych,
7. Pamięć masowa z możliwością klastrowania
Klastrowane przechowywanie zazwyczaj obejmuje co najmniej dwa serwery pamięci masowej. Umożliwiają one zwiększenie wydajności, możliwości wejścia/wyjścia (I/O) i niezawodności systemu. W zależności od konkretnych potrzeb Twojej firmy i ilości danych, które musisz przechowywać, masz możliwość wyboru między ściśle lub luźno powiązaną architekturą.
Architektura, która jest ściśle powiązana, koncentruje się na pamięci głównej. Organizuje dane w mniejsze bloki rozproszone między węzłami.
Z drugiej strony, samodzielna, luźno powiązana architektura zapewnia większą elastyczność. Nie ma jednak możliwości przechowywania danych w węzłach. W luźno powiązanej architekturze wydajność i pojemność węzła pamięci masowej danych stają się czynnikami decydującymi. Skalowanie z nowymi węzłami nie jest możliwe w luźno powiązanej architekturze.
W jaki sposób klastry serwerów mogą zwiększyć skalowalność?
Klastry serwerów umożliwiają poziomą skalowalność w systemie. Zespoły IT mają elastyczność, aby bez wysiłku włączać dodatkowe węzły w celu obsługi pożądanej ilości ruchu lub transmisji danych.
Ponadto obecność dodatkowych serwerów zwiększa skalowalność. Wystarczy jeden serwer, aby obsłużyć wszystkie procesy biznesowe. Posiadanie dodatkowych serwerów w konfiguracji zapewnia większą elastyczność i skalowalność pod względem zasobów, co prowadzi do zwiększonej tolerancji błędów i wydajności.
W jaki sposób klastry serwerów mogą zapewnić równoważenie obciążenia?
Klastry serwerów zapewniają wydajną dystrybucję obciążenia poprzez automatyczne przenoszenie nadmiarowych zadań do innych węzłów w systemie. Można to osiągnąć za pomocą konfiguracji aktywny-aktywny lub aktywny-pasywny.
Gdy przychodzący ruch lub zapytania dotyczące przetwarzania danych przekraczają pojemność jednego serwera, mogą zostać przeniesione na inny dostępny serwer klastra. Zazwyczaj przejście to może nastąpić na dwa różne sposoby — ręcznie lub automatycznie.
Korzystanie z klastrów ręcznych może być problematyczne, ponieważ wymaga skonfigurowania węzła na ten sam adres IP danych, co skutkuje przestojem. Nawet krótki okres przestoju może mieć znaczące konsekwencje finansowe lub operacyjne. Jednak w przypadku klastrów automatycznych masz możliwość wstępnej konfiguracji ustawień oprogramowania. Ta konfiguracja klastra automatycznie wykonuje przełączenie serwera.
W jaki sposób klastry serwerów mogą zapewnić wysoką dostępność?
Najlepiej jest używać wielu węzłów sieciowych i aplikacji, aby zapewnić redundancję sprzętową. Ten typ architektury jest powszechnie określany jako klaster o wysokiej dostępności. Zapewnienie nieprzerwanej pracy w przypadku awarii komponentu jest kluczowe. Jest to szczególnie widoczne, gdy system operacyjny ulegnie awarii, a na jednym serwerze zabraknie redundancji. Bez awarii witryn Twoi użytkownicy nie będą świadomi żadnych awarii serwera.
Klastry HA wykorzystują konfigurację serwera typu aktywny-aktywny, aby płynnie wymieniać zasoby bez żadnych przerw w świadczeniu usług. Chociaż ta konfiguracja jest bardziej wydajna, zwykle wiąże się z wyższymi kosztami w porównaniu z konfiguracją aktywny-pasywny (lub hot standby), ponieważ wszystkie węzły w systemie muszą pozostać aktywne.
Dlaczego warto łączyć serwery w klastry?
Nadmiarowość jest kluczem do bezpiecznej infrastruktury IT. Utworzenie klastra serwerów w jednej sieci zapewnia maksymalną nadmiarowość i gwarantuje, że pojedynczy błąd nie wyłączy całej sieci, czyniąc Twoje usługi niedostępnymi i kosztując Twoją firmę istotne przychody.