Кластеризация как способ оптимизации информационных ресурсов

В настоящее время информационные технологии проникли практически во все сферы жизнедеятельности человека. В современных условиях трудно себе представить кого-либо, кто не пользуется компьютером, мобильным телефоном, Интернетом. Одновременно с этим возрастает потребность в надежности, безопасности хранения и более высокой производительности при обработке информации. Большинство организаций имеет свои корпоративные сети, состоящие из определенного количества рабочих станций, сервисные парки, представляющие большой набор сервисов: доступ в Интернет, антивирусная защита, сервера печати, корпоративная почта, файлообменники, сервера баз данных и многое другое. В этой связи перечисленная инфраструктура требует крупных затрат на приобретение, установку, настройку, техническое обслуживание и обновление. Однако значительной экономии средств можно достичь путем оптимизации информационных ресурсов, используя при этом кластерные решения.

Кластер – группа серверов, объединенных высокоскоростными каналами связи, представляющая собой, с точки зрения пользователя или приложения, единый сервер. Иными словами кластер – это решение для построения отказоустойчивых систем.

Кластерные решения применяются в государственных и коммерческих предприятиях для организации вычислительных центров с высокой степенью доступности и масштабируемости, для организации процессов безостановочного производства, в банковской и финансовой сферах для создания катастрофоустойчивой инфраструктуры с высокими показателями доступности, для реализации сервисов биллинга в телекоммуникационных системах, а также кластерные решения, входящие в центры обработки данных, служат для построения резервных центров и поддержки баз данных.

В сравнении с другими системами кластерное решение имеет ряд технологических преимуществ, среди которых следует выделить следующие:

• ♦    надежное хранение критически важной информации;

• ♦    эффективный показатель цена/на-дежность для информационных сервисов;

• ♦    высокое время доступности приложений и баз данных; в сети отказоустойчивый кластер представлен как один компьютер, но при этом он обеспечивает переход на другой узел в случае, если текущий узел становится недоступным; сокращает запланированные и внеплановые простои; остановка аппаратной части не приводит к остановке обслуживания пользователей;

• ♦    высокая надежность и доступность решения достигается благодаря отсутствию компонентов, отказ которых приведет к отказу всей системы;

• ♦    плановое обслуживание системы не требует остановки сервисов;

• ♦    высокая гибкость и масштабируемость; кластер позволяет гибко увеличивать мощность системы, наращивая производительность компонентов, не прерывая при этом работы пользователей;

МЕТОДЫ

• ♦    простота решения для резервирования сервисов в резервном центре обработки данных;

• ♦    гибкость серверной инфраструктуры: отключить для обслуживания какой-то сервер, работающий в организации, будет значительно проще.

Рассмотрим недостатки кластерного решения, которых по сравнению с преимуществами значительно меньше. Первое, что следует сказать о кластерах, – это то, что они не применяются для повышения производительности, а в какой-то степени и снижают производительность системы. Во-вторых, кластеры не обеспечены защитой от ошибок пользователей, проблем с RAID-массивами и некоторых действий разработчиков приложений.

Существует несколько видов кластеров. Рассмотрим принцип работы некоторых из них.

Кластеры баз данных. Представляют собой сочетание двух и более серверов (узлов), каждый из которых конфигурируется таким образом, чтобы приложение (например, SQL Server) могло работать на любом из них. При этом само приложение виртуализируется, т.е. становится независимым от какого-либо узла. Обязательным условием является наличие общей для всех узлов системы хранения. Наиболее часто для этого используется архитектура SAN. Основное приложение и все необходимые для его работы ресурсы, такие как файловые ресурсы или сетевое подключение, определяются в общую кластерную группу. В случае недоступности одного из ресурсов кластерной группы управляющее приложение инициирует перевод работы основного приложения и всей кластерной группы на другой узел.

Кластеры с балансировкой нагрузки ( рис. 1 ). Принцип действия таких кластеров – распределение приходящих запросов на несколько физических или виртуальных узлов. Первоначальная цель такого кластера – производительность, однако они используются также для повышения надежности, поскольку выход из строя одного узла приведет просто к равномерному увеличению загрузки остальных узлов. Совокупность узлов кластера часто называют кластерной фермой. Минимальное количество узлов в ферме – два. Максимальное – 32.

Рис. 1. Кластер с балансировкой нагрузки

Кластеры на виртуальных машинах. Кластерные решения, основанные на этой технологии, имеют в настоящее время наибольшее распространение. Это обусловлено комплексом преимуществ. Во-первых, доступность построения кластера на основе виртуальных машин на платформе Hyper-V. Во-вторых, масштабируемость решения достигается путем увеличения мощности используемых виртуальных машин (вплоть до 100% мощности физического сервера), а также за счет добавления новых узлов в кластер. В-третьих, применяются средства онлайновой миграции, т.е. со временем возможен перенос узлов кластера на новые, более современные физические сервера без потери работоспособности и без простоя любого узла. Данный кластер является лучшим решением в соотношении цена/качество и рекомендуется как для критичных для бизнеса приложений, так и для относительно нагруженных web-проектов (до 30 000…50 000 посетителей сайта ежедневно).

Вышеперечисленные кластерные решения получили широкое распространение в ряде государственных учреждений и корпораций. Так, например, в Федеральной службе по регулированию алкогольного рынка был реализован кластер баз данных MySQL на основе виртуальных машин, что в свою очередь помогло оптимизировать обработку больших объемов данных, по- лученных от ликеро-водочных заводов страны.

В заключении следует отметить, что, несмотря на свою простую структуру, отказоустойчивые кластеры обеспечивают высокую надежность и масштабируемость. Кроме того, организациям не нужны серверы более высокой производительности, поскольку они могут решать свои задачи на базе менее дорогих машин. Благодаря продуманным инструментам управления, организации выигрывают и в упрощенном администрировании системы. Исходя из этого, отказоустойчивые кластеры могут использоваться не только в крупных, но и в сравнительно небольших организациях