«Стальной глаз на страже жизни»

HA-кластер LifeKeeper компании SteelEye

Антон Борисов

Слово «кластер» означает «подмножество объектов с определенными наборами признаков».

Кластер – это две или более самостоятельные системы, соединенные в единую систему высокого уровня доступности посредством специального программного и аппаратного обеспечения.

Существует четыре основных преимущества использования кластерных систем:

n  высокая доступность (High Availability);

n  масштабируемость;

n  гибкость;

n  простота управления.

Кластер – это также возможность использовать вычислительные ресурсы системы так, что полученная система превосходит по своим возможностям суммарные возможности ее частей.

Кластеры имеют свою специализацию, но тем не менее все они обладают схожими чертами, присущими только кластерам, что в свою очередь отличает их от других вычислительных платформ.

Из компьютерного словаря:

Cluster (кластер) – группа терминалов или рабочих станций, подключенных к общему серверу, или группа нескольких серверов, которые совместно выполняют общую задачу и способны заменить друг друга, если одно из устройств выйдет из строя.

Cluster (кластер) – группа компьютеров, объединенных высокоскоростными каналами связи, и представляющая с точки зрения пользователя одну многопроцессорную машину. Кластерная архитектура обеспечивает высокую надежность и широкие возможности для масштабирования.

Кластеры, которые мы будем собирать, сконструированы из обычных персоналок, которые называются узлами, без использования разделяемой физической памяти. Сей факт, а также то, что на отдельно взятом узле запущена операционная система, отличает наш кластер от кластеров на платформе NUMA (Non-Uniform Memory Architecture) и SMP (Symmetric Multi-Processor). Более подробно смотрите в «вопросах и ответах» [8]. Однако никто не мешает построить кластер на основе и этих платформ. Кстати, в списке top 500 [9], содержащем самые быстродействующие кластеры планеты, есть несколько штук, собранных на PC-платформе. Их, в частности, можно определить по строчкам self-made (самособранные). Все остальное работает на основе специального оборудования. С точки зрения тепловыделения, потреблямых энергоресурсов и занимаемого пространства персоналки явно не лучший материал для создания сколько-нибудь быстродействующих кластеров.

Задача кластера заключается в обеспечении согласованной работы всех узлов для достижения поставленной цели. Целью может быть высокая устойчивость (HA – High Availability), высокая вычислительная способность (HP – High Performance), параллельное вычисление, параллельное обслуживание запросов. Наконец, кластер отличается от клиент-серверных распределенных вычислений тем, что кластерное взаимодействие – это все-таки равноценное взаимодействие каждого узла друг с другом, по принципу пиринговых сетей (peer-to-peer), когда каждый узел, в свою очередь, является членом более крупной системы. Условно в кластере выбирается мастер-узел, а другие являются «подшефными» узлами. В случае отказа мастер-узла выбирается по заранее выбранному алгоритму новый мастер-узел, который и курирует в дальнейшем весь кластер.

Типы кластеров

Высокопроизводительными (вычислительными) кластерами считаются Beowulf-кластеры, которые конструируются для задач, когда требуется запускать параллельные программы, например, симуляторы погоды, обработка данных и т. п. В таком типе кластера обычно присутствует мастер-узел, который и управляет всем кластером, в то время как остальные узлы работают и взаимодействуют в кооперативном режиме.

Кластерами с распределением нагрузки (балансировочными) являются Mosix-кластеры. Они позволяют пользователю одного узла прозрачно распределить нагрузку одного узла кластера по всем остальным. Применение целесообразно в тех случаях, когда требуется использовать задачи с интенсивными вычислительными запросами, которые, в частности, характеризуются высокой длительностью вычислений. К числу задач также следует отнести приложения, которые не были специально оптимизированы под параллельное вычисление.

Кластеры проекта LVS (Linux Virtual Server) и кластеры типа Piranha (RedHat Linux) считаются кластерами с параллельным обслуживанием запросов. Они в чем-то похожи на Mosix-кластеры, так как также занимаются распределением нагрузки, правда, в несколько другом ключе. Приходящие веб-запросы распределяются системой между набором стандартных веб-серверов. Данный тип кластера больше напоминает ферму, нежели кластер, так как узлы с веб-службами обычно не подозревают друг о друге и не взаимодействуют между собой. Включены же они были по одной простой причине – с течением времени техника обслуживания запросов, возможно, претерпит изменение, и узлы наконец-то начнут знать друг о друге. А может быть, узлы так и не будут знать о существовании друг друга. Время покажет.

Когда говорят о кластерах хранения информации, подразумевают системы, разработанные фирмой Sistina (GFS – Global FileSystem) и проектом OpenGFS. Кластеры состоят из узлов, которые обеспечивают параллельный и высоконадежный доступ к данным единой файловой системы.

Кластер баз данных – это Oracle Parallel Server (OPS; сейчас известный как Oracle 9I RAC), состоит из узлов, которые обеспечивают параллельное, согласованное и высоконадежное соединение с базой данных.

Высоконадежные кластеры представлены такими решениями, как LifeKeeper, FailSafe и Heartbeat. Они также называются отказоустойчивыми кластерами. Происходит мониторинг ресурсов, а именно приложений и состояния узлов. При обнаружении сбоя система замещает IP-адреса, дисковые устройства, файловые системы на резервные, т.е. другого узла. Также на новом узле происходит старт целевых приложений, которые упали на отказавшем узле. Приложения могут и не упасть. Например, в случае, если у элемента кластера всего лишь вышла из строя сетевая карта и он стал недоступен для контроля. Поэтому такой тип отказа оборудования равноценен падению узла.

Сегодня мы рассмотрим последний тип кластеров, а именно HA-кластеры, т.е. из семейства отказоустойчивых.

Остановим свое внимание на продукте LifeKeeper фирмы SteelEye.

Согласно техническим характеристикам поддерживается до 32 узлов в кластере. Узлы могут быть построены как на базе Linux (в первую очередь это Red Hat и совместимые с ней системы), так и на базе Windows 2000 и выше. Хотя я подозреваю, что есть и решения для узлов на базе Sun Solaris, впрочем, это не афишируется, но любознательные читатели всё равно посмотрят установочные и сервисные скрипты.