Кластеры надежности (высокой готовности)

Кластер высокой готовности – это группа серверов, работающих как единая система для предоставления высокой доступности сервисов и приложений для клиентов.

Кластерная система характеризуется высокой надежностью, производительностью, гибким масштабированием и легкостью в управлении. Высокая надежность достигается путем дублирования всех критически важных для работы компонентов. Высокая производительность и масштабируемость – за счет распределения нагрузки между узлами (серверами) кластера. Легкость управления подразумевает собой возможность управлять как централизованно всем кластером, так и отдельными серверами, входящими в его состав.

Кластеры высокой готовности используются в тех ситуациях, когда отказы информационной системы недопустимы и доступ клиентов к приложениям и сервисам должен быть непрерывен. Как правило, они используются для таких сервисов, как системы управления предприятием, базы данных, серверы почты и мобильных сообщений, ERP и CRM приложения, файловые серверы, серверы web-приложений, серверы печати, и других.

Высокая доступность ресурсов кластерной системы в случае сбоя одного из серверов или при проведении профилактических работ обеспечивается за счет перемещения служб или приложений между узлами. Для клиента кластер выглядит как единое целое и его неполадки могут выразиться в кратковременном снижении производительности или недоступности какого-либо ресурса на время от нескольких секунд до нескольких минут в зависимости от конфигурации.

На основе программного обеспечения Microsoft кластер можно создать с помощью встроенных средств операционных систем Windows Server 2003 Enterprise, Windows Server 2003 Datacenter, Windows 2000 Advanced Server. На всех узлах должна быть установлена одинаковая версия ОС.

Несмотря на то, что сервис MSCS (Microsoft Cluster Services) предоставляет высокую доступность приложений и служб в сетевой среде, он не может гарантировать сохранность или корректность данных для незавершенных транзакций, которые не были зафиксированы на физических дисках.

Для того, чтобы приложение могло корректно работать в кластере, оно должно соответствовать следующим требованиям:

Работать по IP протоколу и привязываться к определенному IP адресу в сети;
Иметь возможность настроить хранение конфигурации и данных на любом логическом диске;
Приложение должно регулярно сохранять данные на диске, а не хранить в оперативной памяти;
Клиентская часть приложения должна иметь возможность восстановить соединение в случае его кратковременной потери.

Для работы в кластере можно настроить такие приложения и сервисы Microsoft, как файловый сервер, Distributed File System, сервис печати, DHCP/WINS/DNS сервисы, IIS сервис, SQL Server, Exchange Server, а также и другие приложения, удовлетворяющие вышеприведенным требованиям.

Основные схемы построения кластеров

В зависимости от количества узлов кластера, а также возможностей его масштабирования и уровня требований к доступности данных, можно выделить несколько типичных конфигураций кластера высокой готовности:

Кластер начального уровня;
Кластер с интенсивными запросами данных;
Высокопроизводительный кластер с широкой возможностью масштабирования.

Ниже данные конфигурации рассмотрим подробнее

Примечание. На схемах показаны только обязательные компоненты кластерной системы. Следует учесть, что высокая готовность кластера подразумевает обеспечение бесперебойного питания для каждого компонента (узла, системы хранения данных, сетевых устройств), а также дублирование всех возможных одиночных точек отказа (single point of failure, SPOF, SPF). Указанные IP адреса приводятся для примера и общего понимания организации сети.

Кластер начального уровня: два узла, внешний массив данных отсутствует.
Преимуществами такой схемы являются простота организации, настройки и сравнительно невысокая стоимость решения. К недостаткам можно причислить невысокую производительность при обращении к данным и ограниченный набор приложений и служб с возможностью работы в кластерном режиме без внешней системы хранения данных
Кластер с интенсивными запросами: два узла и внешний массив.
Эта схема представляет собой несколько усложненный вариант предыдущей. Внешняя система хранения данных обычно подключается по интерфейсу SCSI или Fiber Channel (FC). При использовании SCSI интерфейса существует ограничение по количеству узлов, обусловленное количеством SCSI портов массива.
Высокопроизводительный кластер с возможностью масштабирования: несколько узлов и сеть хранения данных.
В этой конфигурации в качестве системы хранения данных применена схема с SAN (Storage Area Network). Широкие возможности масштабирования такого решения позволяют добавлять как дополнительные дисковые массивы, подключая их к коммутаторам или фабрикам Fiber Channel, так и дополнительные кластера или же просто отдельные серверы. Этим обеспечивается высокий уровень консолидации данных и удобство администрирования серверов.