Um cluster de servidores é um grupo de servidores que colaboram em um único sistema para fornecer aos usuários maior disponibilidade. Esses clusters são usados para minimizar o tempo de inatividade e interrupções, permitindo que outro servidor assuma o controle em caso de interrupção, um recurso chamado redundância. Neste artigo, explicaremos tudo sobre clustering de servidores, que aumenta a confiabilidade e escalabilidade dos sistemas de servidores.
O que é um cluster de servidor?
Um cluster de servidores é um grupo de servidores trabalhando juntos com um endereço IP comum (o endereço IP é comum por meio de configurações de servidor e firewall). Servidores clusterizados são comumente usados para servidores que incluem vários serviços, como servidores de arquivos, servidores de impressão e, mais comumente, para serviços de alta disponibilidade necessários, como bancos de dados e outros serviços críticos. Um cluster de servidores mantém a consistência dos serviços do servidor ao longo do tempo. Também garante maior disponibilidade, balanceamento de carga adequado e escalabilidade do sistema.
Em um cluster de servidores, cada servidor participante é chamado de nó. Cada servidor possui seus próprios recursos, como disco rígido, RAM e CPU para usar. O motivo para implementar tal configuração é que, se um servidor do cluster falhar, a carga será transferida para outro servidor, sem qualquer tempo de inatividade. Clusters deles são usados para reduzir o tempo de inatividade e interrupções.
Como funciona o agrupamento de servidores?
Uma coleção de servidores está vinculada a um único sistema. Quando um desses servidores falha, a carga de trabalho é redistribuída para outro servidor para que o cliente não sofra nenhum tempo de inatividade.
Os servidores em cluster são normalmente usados para aplicativos que requerem atualizações de dados frequentes, com arquivos, impressão, banco de dados e servidores de mensagens sendo os clusters mais comuns.
No geral, os servidores de cluster fornecem aos clientes um nível mais alto de disponibilidade, confiabilidade e escalabilidade do que qualquer servidor único poderia.
Em um ambiente de servidor em cluster, cada servidor é responsável pela propriedade e gerenciamento de seus próprios dispositivos, além de possuir uma cópia do sistema operativo (juntamente com quaisquer aplicativos ou serviços) que é usado para executar os outros servidores no cluster.
Os servidores no cluster são configurados para colaborar a fim de aumentar a segurança dos dados e manter a consistência da configuração do cluster ao longo do tempo.
Deficiência de cluster e proteção contra interrupções
O principal motivo para usar clusters de servidor é evitar interrupções e tempo de inatividade. Como afirmado anteriormente, os servidores em cluster fornecem maior proteção contra o escurecimento de uma rede inteira durante uma queda de energia.
Os servidores em cluster fornecem proteção contra três tipos de interrupções: falhas de aplicativos ou serviços, falhas de hardware ou sistema, falhas de site.
Examinaremos esses tipos de interrupções com mais detalhes nas seções a seguir, mas, resumindo, o clustering de servidor ajuda a proteger contra interrupções causadas por falha de software, falha de hardware e eventos estranhos atuando no site do servidor físico.
1. Falha de um aplicativo ou serviço
Os eventos de falha de aplicativo ou serviço incluem quaisquer interrupções que ocorram como resultado de erros críticos envolvendo software ou serviços que são críticos para a operação do servidor ou do data center.
Essas falhas podem ser causadas por uma variedade de fatores, a maioria dos quais inevitáveis. Embora a maioria dos servidores tenha medidas de redundância para evitar esse tipo de falha, as falhas de aplicativo ou serviço são difíceis de prever e planejar.
Como os dados de monitoramento do servidor são complexos, pode ser difícil para os administradores do servidor identificar e resolver possíveis problemas antes que eles causem uma interrupção.
Embora um administrador de servidor atento, experiente e proativo possa identificar e resolver esses problemas antes que se tornem um problema, nenhum administrador de servidor pode fornecer proteção abrangente contra esse tipo de falha.
2. Falha do sistema ou hardware
Esse tipo de interrupção ocorre como resultado de falhas de hardware físico no qual o servidor está sendo executado.
Essas interrupções podem ser causadas por uma ampla gama de fatores e são afetadas por praticamente todos os tipos de componentes críticos para a operação de um servidor ou data center.
Embora a confiabilidade e a funcionalidade dos componentes do servidor estejam melhorando continuamente, nenhum componente está imune a falhas.
Superaquecimento, otimização deficiente ou simplesmente o componente atingindo o fim de sua vida útil do produto podem causar essa falha.
Devido à sua importância em manter o servidor funcionando, os processadores, a memória física e os discos rígidos estão entre os mais sujeitos a falhas.
3. Problemas do site
Na maioria dos casos, as falhas do site são causadas por eventos que ocorrem fora do ambiente do data center.
Embora existam muitos eventos que podem causar uma falha do site em teoria, os eventos mais comumente culpados pelas falhas do site são desastres naturais que causam interrupções generalizadas de energia, bem como aqueles que podem danificar o hardware dentro do data center.
Embora alguns desastres naturais não possam ser evitados por nada além da seleção cuidadosa do local, aqueles causados por quedas de energia e suas complicações associadas podem ser atenuados usando medidas de redundância, como clusters de servidores.
Essas medidas de redundância são críticas para data centers localizados em áreas sujeitas a desastres naturais.
Embora os problemas que podem levar a esses três tipos distintos de falhas possam ser identificados e resolvidos, medidas de redundância, como clustering de servidores, são a única maneira de garantir confiabilidade quase total.
O clustering de servidores é uma excelente maneira de garantir um desempenho infalível em data centers que exigem isso a cada minuto de todos os dias do ano.
Os servidores de clustering são divididos em três tipos
Os clusters de servidores são classificados em três tipos com base em como o sistema de cluster (referido como um nó) é conectado ao dispositivo responsável por armazenar os dados de configuração.
Um cluster de quorum único (ou padrão), um cluster de conjunto de nós principais e um cluster de nó único são os três tipos e são discutidos em mais detalhes abaixo.
1. Agrupamento de quórum com um quórum único (ou padrão)
Este cluster é o mais comumente usado e consiste em vários nós com uma ou mais matrizes de disco de cluster que usam um único dispositivo de conexão (chamado de barramento).
Cada matriz de disco de cluster individual dentro do cluster é gerenciada e pertencente a um único servidor. O sistema usado para determinar se cada cluster individual está ou não online e não comprometido é conhecido como quorum titular.
Na prática, os clusters de quorum único são bastante simples. Cada nó tem um "voto" que usa para notificar o barramento central que está online e funcional.
O cluster permanecerá operacional enquanto mais da metade dos nós em um único cluster de quorum estiverem online. Se mais da metade dos nós do cluster não responder, o cluster irá parar de funcionar até que os problemas com os nós individuais sejam resolvidos.
2. Cluster do conjunto de nós majoritários
Este modelo, como o anterior, difere porque cada nó tem sua própria cópia dos dados de configuração do cluster, que é consistente em todos os nós.
Este modelo é mais adequado para clusters com servidores individuais em diferentes localizações geográficas.
Embora os clusters do conjunto de nós principais funcionem de maneira semelhante aos clusters de quorum único, o primeiro difere porque não requer um barramento de armazenamento compartilhado para operar porque cada nó armazena uma duplicata dos dados de quorum localmente.
Embora isso não elimine totalmente a utilidade de um barramento compartilhado, oferece mais flexibilidade ao configurar servidores remotos.
3. Cluster de nó único
Este modelo, que é mais comumente usado para teste, possui um único nó. Os clusters de nó único são frequentemente usados como uma ferramenta para desenvolvimento e pesquisa de aplicativos de cluster, mas sua utilidade é severamente limitada pela falta de failover.
Como eles são compostos de apenas um nó, a falha de um único nó torna todos os grupos de cluster inoperantes.
Um representante de atendimento ao cliente em um data center local ou provedor de hospedagem na web pode explicar as diferenças entre os três modelos e ajudá-lo a decidir qual é o melhor para o seu negócio.
Unless você tem requisitos incomuns (ou está localizado em vários locais geograficamente dispersos), o cluster de quorum padrão é sua melhor aposta.
Existem outros nomes dados aos tipos de cluster de servidor, que discutiremos aqui.
4. Clusters de servidores de alto desempenho para alta disponibilidade
Clusters com alta disponibilidade (HA) são a melhor opção para sites com muito tráfego. Para lojas on-line ou aplicativos que exigem desempenho ideal e contínuo de seus sistemas críticos, clusters de alta disponibilidade podem ser usados.
Como os clusters de alta disponibilidade são baseados em hardware e software redundantes, eles ajudam a evitar pontos únicos de falha. Eles são essenciais para failover, backups de sistema e balanceamento de carga. Esses dispositivos são compostos por diversos hosts que são capazes de assumir o controle caso um determinado servidor falhe ou fique sobrecarregado, garantindo que haverá o menor tempo de inatividade possível.
Arquitetura de servidor de alta disponibilidade
Existem dois tipos de arquitetura para clusters de alta disponibilidade: ativo-ativo e ativo-passivo.
Todos os nós em um equilíbrio de cluster ativo-ativo são carregados simultaneamente. Uma arquitetura ativa-passiva, por outro lado, atribui todas as cargas de trabalho a um nó primário. Enquanto isso, um nó de backup é mantido pronto para quaisquer interrupções.
Como possui o banco de dados do nó primário, o servidor secundário também é chamado de hot-spare ou hot-standby. Isto é um less implementação cara do que ativo-ativo, uma vez que o hot standby está preparado para assumir o controle no caso de falha de um componente.
Clusters de alta disponibilidade facilitam a escalabilidade e aumentam sua confiabilidade. Sem mencionar que fornecem forte segurança de infraestrutura e manutenção mais eficaz. Você pode cortar despesas, reduzir o tempo de inatividade e melhorar a experiência do usuário com esses clusters.
5. Clusters de balanceamento de carga
Farms de servidores chamados clusters de balanceamento de carga dividem as solicitações dos usuários entre vários nós ativos. As três principais vantagens são melhor distribuição da carga de trabalho, garantia de redundância e operações mais rápidas.
Você pode dividir cargas de trabalho entre servidores e funções separadas com balanceamento de carga. Esse arranjo ajuda a otimizar o uso de recursos. Emprega software de balanceamento de carga para atribuir solicitações, de acordo com um algoritmo, a vários servidores. As respostas de saída também são gerenciadas pelo software.
Os balanceadores de carga são usados na configuração ativo-ativo de um cluster de alta disponibilidade. O balanceador de carga é usado pelo cluster HA para responder a várias solicitações e enviá-las para servidores separados. Existem duas distribuições possíveis: simétrica e assimétrica, dependendo dos dados de configuração e do desempenho do computador.
O balanceador de carga monitora a disponibilidade de nós em um cluster ativo-passivo de alta disponibilidade. Um nó que é encerrado espera para enviar mais tráfego até que volte a funcionar.
Além disso, você pode usar vários links simultaneamente graças à arquitetura de balanceamento de carga. Quando se trata de infraestrutura que necessita de comunicação redundante, esse recurso é extremamente útil. Data centers e empresas de telecomunicações, por exemplo, utilizam frequentemente esta arquitetura. Melhor escalabilidade, redução de custos e otimização da transferência de dados em alta largura de banda são as principais vantagens.
6. Armazenamento em cluster e de alto desempenho
Supercomputadores, outro nome para clusters de alto desempenho, são máquinas com maior capacidade, confiabilidade e desempenho. Eles são mais comumente usados por empresas com cargas de trabalho que consomem muitos recursos.
Muitos PCs ligados à mesma rede constituem um cluster de servidores de alto desempenho. Para processar dados mais rapidamente, você pode vincular vários desses clusters aos hubs de armazenamento de dados da rede. Em outras palavras, costuraless desempenho e transferências rápidas de dados são fornecidos junto com clusters de armazenamento de dados de alto desempenho.
A inteligência artificial (IA) e a Internet das Coisas (IoT) são duas aplicações principais para esses clusters. Para potencializar projetos complexos, como transmissão ao vivo, previsão de tempestades e diagnóstico de pacientes, eles processam grandes quantidades de dados em tempo real. Estas características de aplicações de cluster de alto desempenho também são vantajosas para mídia, pesquisa e serviços financeiros,
7. Armazenamento com recursos de cluster
O armazenamento em cluster normalmente envolve no mínimo dois servidores de armazenamento. Eles permitem que você melhore o desempenho, os recursos de entrada/saída (E/S) e a confiabilidade do seu sistema. Dependendo das necessidades específicas do seu negócio e da quantidade de dados que você precisa armazenar, você tem a opção de escolher entre uma arquitetura fortemente ou fracamente acoplada.
Uma arquitetura fortemente acoplada concentra-se no armazenamento primário. Ele organiza os dados em blocos menores distribuídos entre os nós.
Por outro lado, uma arquitetura independente e fracamente acoplada proporciona maior flexibilidade. No entanto, ele não tem a capacidade de armazenar dados entre nós. Em uma arquitetura fracamente acoplada, o desempenho e a capacidade do nó de armazenamento de dados tornam-se os fatores determinantes. O escalonamento com novos nós não é possível em uma arquitetura fracamente acoplada.
Como os clusters de servidores podem melhorar a escalabilidade?
Os clusters de servidores permitem escalabilidade horizontal dentro do sistema. As equipes de TI têm flexibilidade para se esforçarlessincorporar facilmente nós adicionais para lidar com o volume desejado de tráfego ou transmissões de dados.
Além disso, a presença de servidores adicionais aumenta a escalabilidade. Apenas um servidor é suficiente para lidar com todos os processos de negócios. Ter servidores adicionais na configuração proporciona maior flexibilidade e escalabilidade em termos de recursos, levando a maior tolerância a falhas e desempenho.
Como os clusters de servidores podem alcançar o balanceamento de carga?
Os clusters de servidores garantem uma distribuição eficiente da carga de trabalho, transferindo automaticamente tarefas excedentes para outros nós do sistema. Isto pode ser conseguido através de uma configuração ativa-ativa ou ativa-passiva.
Quando o tráfego de entrada ou as consultas de processamento de dados ultrapassam a capacidade de um servidor, eles podem ser transferidos para outro servidor de cluster que esteja disponível. Normalmente, essa transição pode ocorrer de duas maneiras diferentes – por meios manuais ou automáticos.
O uso de clusters manuais pode ser problemático, pois requer a configuração de um nó com o mesmo endereço IP de dados, resultando em tempo de inatividade. Mesmo um breve período de inatividade pode ter consequências financeiras ou operacionais significativas. No entanto, com clusters automáticos, você tem a capacidade de pré-definir as configurações de software. Esta configuração de cluster executa a troca de servidor automaticamente.
Como os clusters de servidores podem garantir alta disponibilidade?
É ideal usar vários nós da web e de aplicativos para garantir redundância de hardware. Esse tipo de arquitetura é comumente referido como cluster de alta disponibilidade. Garantir a operação ininterrupta no caso de falha de um componente é crucial. Isto é particularmente evidente quando o sistema operacional apresenta uma falha, faltando redundância em um único servidor. Sem falhas no site, seus usuários permanecerão inconscientes de quaisquer falhas no servidor.
Clusters HA usam uma configuração de servidor ativo-ativo para unirlesstroque recursos sem qualquer interrupção do serviço. Embora esta configuração seja mais eficiente, geralmente tem um custo mais elevado em comparação com uma configuração ativa-passiva (ou hot standby), pois todos os nós do sistema precisam permanecer ativos.
Por que você deve agrupar servidores?
A redundância é a chave para uma infraestrutura de TI segura. A criação de um cluster de servidores em uma única rede fornece redundância máxima e garante que um único erro não desligue toda a sua rede, tornando seus serviços inacessíveis e custando receitas vitais para seus negócios.
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