• Общие сведения

Кластер представляет собой два или больше компьютеров (часто называемых узлами), объединяемых при помощи сетевых технологий на базе шинной архитектуры или коммутатора и предстающих перед пользователями в качестве единого информационно-вычислительного ресурса.

В качестве узлов кластера могут быть выбраны серверы, рабочие станции и даже обычные персональные компьютеры. Преимущество кластеризации - повышение работоспособности- в случае сбоя какого-либо узла: при этом другой узел кластера может взять на себя нагрузку неисправного узла, и пользователи не заметят прерывания в доступе.

Возможности масштабируемости кластеров позволяют многократно увеличивать производительность приложений для большего числа пользователей.

Пирамида уровней кластерной системы.

Кластеризация может быть осуществлена на разных уровнях компьютерной системы, включая аппаратное обеспечение, операционные системы, программы-утилиты, системы управления и приложения. Чем больше уровней системы объединены кластерной технологией, тем выше надежность, масштабируемость и управляемость кластера.

Единое управление системами кластера позволяет максимально увеличить период безотказной работы, контроль и управление приложениями, операционными системами и аппаратными средствами. При этом все узлы кластера управляются из единого центра контроля.

Программы-утилиты обеспечивают улучшение защиты и возможности для восстановления данных, а также сглаживают последствия сбоев в работе оборудования для конечного пользователя. Операционная система кластера служит для управления всеми функциями кластера.

Кластерная конфигурация узлов, коммуникационного оборудования и памяти может обеспечить зеркалирование данных, резервирование компонент самоконтроля и предупреждения, а также совместное использование ресурсов для минимизации потерь при отказе отдельных компонент.

Логическая структура кластера

Как уже упоминалось, кластеры обычно состоят из большого числа компьютеров, часто называемых узлами. Эти узлы конфигурируются таким способом, при котором они могут выполнять в кластере различные логические функции. На рисунке приведены логические функции, которые может обеспечивать отдельный физический узел кластера. Важно не забывать, что в одних случаях существуют логические функции, которые могут принадлежать одному и тому же узлу, а, в других случаях, эти функции распространены на несколько физических узлов.

Логические функции физического узла.

Типичная логическая структура кластера обеспечивает следующие функции:

• Вычислительные функции. Основа вычислительной мощности кластера заложена в узлах, выполняющих вычислительные функции. Каждый узел, отвечающий за вычислительную функцию, служит для того, чтобы одна или более задач выполнялись как часть общего решения. Эти логически сгруппированные узлы зависят от выполняемого задания. Большинство узлов вычислительного кластера обычно выполняют именно вычислительные функции.

• Управляющие функции. Узлы, выполняющие такие функции, предоставляют услуги, помогающие другим узлам в кластере получать всё необходимое для совместной работы. Например: протокол динамической конфигурации хоста (Dynamic Host Configuration Protocol — DHCP), система доменных имён (Domain Name System) и многое другое. Сюда же относится и планирование тех задач, которые должны выполняться конкретными узлами. Например, если компьютерный узел завершает текущую задачу и имеет возможность выполнить дополнительную работу, то управляющий узел может назначить этому узлу выполнение следующей задачи.

• Хранение информации. Для большинства приложений, запускаемых на кластере, все узлы должны иметь быстрый, надёжный и разделяемый доступ к системе долговременной памяти.

• Функции инсталляции. В большинстве кластеров вычислительные узлы (и другие узлы) относительно часто могут требовать реконфигурации и (или) реинсталляции в новой конфигурации. Узлы, которым поручены инсталляционные функции, отвечают за инсталляцию программного обеспечения для всех других узлов кластера.

• Функции мониторинга. Кластеры — это сложная система и поэтому управление отдельными её компонентами является очень важным. Узлы, которым поручены функции управления, обеспечивают возможность контроля состояния отдельных узлов, управляют событиями или аварийными сигналами, исходящими от различных узлов в кластере, выдают управляющие команды к отдельным узлам для коррекции решаемых задач или выдают простые команды для выполнения, например, таких функций как вкл./выкл. питания.

• Пользовательские функции. Узел пользовательских функций представляет собой шлюз (межсетевой интерфейс), дающий доступ к кластеру извне. Кластеры часто имеют собственную сеть, которая недоступна непосредственно извне или из корпоративной сети. Узел, которому поручены пользовательские функции, сконфигурирован таким образом, что пользователи (возможно из внешней сети) могут безопасно получить доступ к кластеру для запуска задания или для получения доступа к результатам ранее выполненного задания.