Файл: Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования казанский (приволжский) федеральный университет высшая школа информационных технологий и информационных систем.docx

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Реферат

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 08.11.2023

Просмотров: 94

Скачиваний: 2

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

СОДЕРЖАНИЕ

Содержание

Введение.

Обзорная часть В обзорно-аналитической главе будет проведен обзор предметной области, рассмотрены аналоги системы, их преимущества и недостатки. 1.1 История. Изначально кластерные технологии использовались при развертывании компьютерных сетей. Немалую роль в появлении высокоскоростной передачи между компьютерами имела возможность объединения вычислительных ресурсов. Лаборатория Xerox PARC вместе с группой разработчиков протокола TCP/IP разработали и закрепили стандарты сетевого взаимодействия уже в начале 1970-ых годов. Была разработана операционная система Hydra («Гидра»), которая работала на компьютерах PDP-11, которые выпускала компания DEC. На базе это ОС был разработан кластер, который был назван C.mpp в 1971 году в Америке в городе Питтсбург, который находится штате Пенсильвания. Однако, только в 1983 году научились распределять задачи и распространять файлы с помощью компьютерных сетей, огромный вклад в разработку этого внесла компания Sun Microsystems, которая предоставила операционную систему на основе BSD, которая имела название SunOS.Первым коммерческим проектом кластера стал ARCNet, созданный компанией Datapoint в 1977 году, однако этот продукт не принес прибыль компании, поэтому разработка кластеров была заморожена до 1984 года. В этом году компанией DEC был создан кластер VAXcluster, который был построен для ОС VAX/VMS. Каждый из этих кластеров мог не только производить совместные вычисления, но и предоставлял возможность совместного использования файловой системы и других составляющих, при этом не теряя целостность файлов и неизменность данных. На данный момент VAXCluster (называемый теперь VMSCluster) входит в сотав операционной системы HP OpenVMS, которая использует процессоры Alpha и Itanium.Также есть еще несколько первых разработок кластера, которые преобрели популярность. Такими продуктами являются класера Himalaya, который разработан компанией Tandem в 1994 году, а также Parallel Sysplex, который был разаботан компанией IBM также в 1994 году.Большей часть разработкой кластеров, которые состояли из персональных компьютеров, занимался проект Parallel Virtual Machine. Первый релиз данной программы произошёл в 1989 году. Это программное обеспечение предоставляло возможность из нескольких обычных компьютеров собрать один виртуальный суперкомпьютер. Появилась возможность очень быстро и просто создавать кластера. Данные дешевые кластера были даже лучше по производительности, чем производительность мощностей коммерческих систем.Разработку кластеров, состоящих из ПК в данной области продолжило Американское аэрокосмическое агентство NASA в 1993г. И уже в 1995 году появился кластер Beowulf. Это также поспособствовало развитию grip-сетей, который были созданы вместе с системами UNIX. 1.2 О кластере. Термин «кластер» имеет множество определений. Для некоторых главной составляющей является отказоустойчивость, для других — масштабируемость, для третьих — управляемость. Классическое определение кластера звучит примерно так: «кластер — параллельная или распределенная система, состоящая из нескольких связанных между собой компьютеров и при этом используемая как единый, унифицированный компьютерный ресурс». Следовательно, кластер – это некоторое количество серверов или компьютеров, которые объединены в одну сеть, которой можно управлять, и работают как неразделимый механизм. Для работы кластера необходимо, чтобы на любой узле (ноде, компьютере, сервере) была запущена своя копия ОС.Грегори Пристер как-то дал определение кластерным технологиям: «Кластер представляет собой одну из разновидностей распределенной или параллельной системы». Этот человек сыграл немалую роль на начальном этапе создания кластеров. Именно он был одним из ранних архитекторов кластерных решений.Однако эксперты Aberdeen Group дали более глобальное определение кластеру. По их мнению, кластер - это система, которая может работать как единый целый механизм, обеспечивает высокую отказоустойчивость, имеет централизованное управление всеми ресурсами и общую файловую систему и, кроме того, обеспечивает гибкость конфигурации и легкость в наращивании ресурсов.Все узлы кластера объединены в единую сеть, с помощью коммутационных каналов, через которые сервера могут обмениваться информацией. Каждый узел следит за состоянием других узлов, а также отправляет необходимую информацию, которая может включать в себя конфигурационные данные, данные об общих системах хранения и их работоспособности. Процедура обмена данной информацией называется heartbeat («сердцебиение», или «пульс»), и если кластер получил этот сигнал, следовательно сервер-адресант работает исправно. Если в какой-то момент один из узлов перестает посылать heartbeat-сигналы, то остальные узлы начинают считать его неисправным и кластер начинает перенастраиваться. Сигналы «сердцебиения» могут передаваться по одному каналу с какими-либо данным, но при создании крупных систем, лучше выделить для этого другой канал, чтобы не происходила потеря сигнала. С помощью таких сигналов также можно определить узел, который будет контролировать работу остальных узлов.Бывает ситуация, когда приложение перестает быть доступным для пользователя, этот период называется время простоя (или отключения). Есть классификация простоев, которая состоит из двух категорий: запланированные: замена оборудования; обслуживание; обновление программного обеспечения; резервное копирование (автономное резервное копирование); тестирование (периодическое тестирование необходимо для проверки кластеров); разработка; незапланированные: ошибки администратора; отказы приложений; отказы оборудования; ошибки операционной системы; стихийные бедствия. Таким образом, кластерные технологии должны обеспечивать доступность сервиса при любых простоях, как запланированных, так и незапланированных.. Наиболее популярными приложениями, которые лучше запускать в кластерах, являются: базы данных; системы управления ресурсами предприятия (ERP); средства обработки сообщений и почтовые системы; средства обработки транзакций через Web и Web-серверы; системы взаимодействия с клиентами (CRM); системы разделения файлов и печати. Также есть у кластеров есть своя классификация. Обычно различают следующие основные виды кластеров: отказоустойчивые кластеры (High-availability clusters, HA, кластеры высокой доступности) кластеры непрерывной доступности (Fault tolerant) вычислительные кластеры 1.2.1 Высокая доступность. Высокодоступные кластера обозначаются аббревиатурой HA (англ. High Availability — высокая доступность). Данные кластеры позволяют предоставить высокую доступность сервиса. Количество узлов в HA кластере всегда избыточное, чтобы при отказе одного или нескольких, можно было бы запустить сервис на других. Минимальное количество узлов в данном кластере составляет два. В противном случае повысить доступность не получиться. Существует большое количество программ, которое предоставляют решение для HA-кластера.Существует три варианта построение высокодоступного кластера: с холодным резервом или активный/пассивный. В этом случае активный узел обрабатывает все запросы, а пассивный включается в работу только лишь при отказе активного. Пример — резервные сетевые соединения, в частности, Алгоритм связующего дерева. Например связка DRBD и HeartBeat. с горячим резервом или активный/активный. Все ноды принимают и обрабатывают запросы, и при отказе одного из них, нагрузка распределяется по оставшимся нодам. Следовательно, при отказе одного узла кластер переконфигурируется. Примеры — практически все кластерные технологии, например, Microsoft Cluster Server. OpenSource проект OpenMosix. с модульной избыточностью. Данный вариант самый трудозатратый. Его используют только в случаях, когда простой системы невозможен. В это конфигурации один и тот же запрос может выполняться несколькими узлами и выдается результат любого узла. Следовательно, очень важно, чтобы результаты всех узлов были идентичными (либо различия незначительны). Примеры — RAID и Triple modular redundancy. Некоторые решения кластеров могут сочетать несколько вариантов построения кластеров. Так, например, Linux-HA может обслуживать очень рискованные запросы всеми узлами, это называется режим обоюдной поглощающей конфигурации, а другие запросы могут равномерно распределяться между узлами.Высокая доступность кластеризация является метод, используемый для минимизации времени простоя и обеспечить непрерывное обслуживание, когда некоторые компоненты системы терпят неудачу. Kластеры HA состоит из множества узлов, которые взаимодействуют и обмениваются информацией через общие сетках памяти данных и являются отличным способом, чтобы обеспечить высокую доступность системы, надежность и масштабируемость.Учитывая эти разнообразные элементы высоко-доступность требует: Тщательное и полное планирование физических и логических процедур доступа и эксплуатации ресурсов, от которых зависит приложение. Эти процедуры помогают избежать сбоев в первую очередь. Пакет мониторинга и восстановления, что позволяет автоматизировать обнаружение и восстановление после ошибок. Хорошо контролируемый процесс для поддержания аппаратных и программных аспектов конфигурации кластера, сохраняя при этом доступны приложения. Отказоустойчивый кластеры предоставляют решение задач, таких как: 24 часа в сутки 7 дней недели любые приложения готовы к запуску, независимо от отказов в работе операционной системы, устройств хранения, приложения или инфраструктуры; держать очень высокий показатель SLA (перевыполнение обязательств); при предоставляемом оборудовании (базе, инфраструктуре) гарантировать максимальную высокую доступность; обеспечение целостности и доступности приложения в кластере, а также ПО; быстрое восстановление данных при поломках; уменьшение количество сбоев, чтобы не происходило простоев ОС, а также увеличение скорости развертывания нового оборудования; тщательный контроль за доступностью очень важных приложениями, таких как базы данных; гарантирование высокой доступности в виртуальных, реальных и смешанных средах. Преимущества высокой доступности: все компоненты стандартизированы и могут быть запущенные на существующих серверах и машинах; могут кластеризовать большую часть существующих приложений могут работать с очень большим вариантом работают практически со всеми приложениями (зависит только от умения того, кто осуществляет внедрение); работают с большинством существующих типов дисков и сетей; стоимость таких приложений относительно невысока. Непрерывная доступность (Fault tolerant) Для того, чтобы можно было предоставить полностью отказоустойчивый сервис, нужно, чтобы постоянно была точная копия узла, на котором запущен необходимый сервис. При создании копии после поломки оборудования придется потратить некоторое время на копирования или может случиться ситуация, при которой невозможно будет достать необходимую информацию из проблемного узла и это приведет к утере информации.Именно для таких ситуаций существует способ создания непрерывно доступного кластера. Существует два способа реализации такого решения: аппаратный и программный.Аппаратный способПри этом способе создаются два сервера, один из которых выполняет запросы, а другой полностью его копирует. При этом они оба независимо производят вычисления. Также есть узел, который проверяет и сверяет получившиеся результаты и выполняет поиск ошибок. Если невозможно исправить получившуюся ошибку, то сервер, который считается неисправным, отключается.В этом случае оборудование будет простаивать не более 32 секунд в год. Чтобы получить такие результаты необходимо пожертвовать большими деньгами на приобретение данного оборудования. По подсчетам одной российской компании на данный кластер придется потратить порядка $1 600 000Программный способ.Самым известным программным продуктом для реализации непрерывно доступного кластера в настоящее время является vSphere от VMware.Но данный способ реализации имеет свои ограничения, такие как: Определенный процессор на физической машине Intel архитектуры Sandy Bridge (или новее). Avoton не поддерживается. AMD Bulldozer (или новее). Сетка, с пропускной способностью в 10-гигабит, через которую общаются виртуальные машины Количество виртуальных машин на физической не должно превышать 8 Количество виртуальных процессов виртуальной машины не более 4 Количество виртуальных процессов на хосте не более 8 Не поддерживаются снэпшоты ISO-образы должны быть находиться в общем хранилище, чтобы все машины имели к ним доступ. Было проведено несколько экспериментов, результатами которых стал вывод, что при использовании FT от VMware виртуальные машины начинали работать значительно медленнее, производительность упала на

1.3 Рынок

Реализация

2.1 Демон

2.2 Сервисное приложение

2.3 Клиентское приложение.

Вывод.

Список литературы.

Приложение

1.3 Рынок


Наиболее популярными отказоустойчивыми кластерами являются:

  • PowerHA

  • Windows Clusters

  • HP Serviceguard

  • Red Hat Enterprise Linux Cluster

  • Solaris Cluster

1.3.1 PowerHA


IBM PowerHA (ранее HACMP) является приложением IBM для обеспечения высокой доступности кластеров на AIX Unix и Linux для IBM System платформ и стенды для высокой доступности кластера Multiprocessing. Первый релиз продута был а 1991 году, данная версия является уже 20ой и называется PowerHA SystemMirror для AIX 7.1.

В приложении 1 находиться таблица, которая сравнивает PowerHA c существующими решениями.

PowerHA кластер может включать до 32 узлов, каждый из которых может либо активно работать (активный), либо находиться в режиме ожидания (пассивный).

В разных узлах кластера могут быть разные фа йловые системы.

Главными преимуществами кластера высокой доступности от компаний IBM для IBM Server® pSeries являются:

  • Данное решение уже очень давно на рынке и может считаться качественным;

  • Гибкость (большая часть приложений, которые могут работать в системе AIX, могут запускаться в кластере PowerHA);

  • Качественая техподдержка клиентов

  • использование доступных аппаратных компонентов (pSeries);

Единой точкой отказа (single point of failure, SPOF) является любой отдельно взятый компонент в составе кластера, который в случае сбоя делает приложение недоступным для конечных пользователей.

Во избежание возникновения единых точек отказа необходимы:

  • избыточные (резервные) серверы;

  • избыточные сетевые пути;

  • избыточные пути хранения (данных);

  • избыточное хранение (зеркальное отображение/RAID);

  • мониторинг;

  • обнаружение и диагностика отказов;

  • автоматическое перемещение (failover) приложения при сбое;

  • автоматическая реинтеграция ресурсов.

HACMP включает следующее:

  • Процесс планирования HACMP и документация включают в себя советы и рекомендации по наилучшей практике для установки и поддержания высокой доступности кластера HACMP.

  • После того, как кластер находится в рабочем состоянии, HACMP обеспечивает автоматизированный мониторинг и восстановление для всех ресурсов, от которых зависит приложение.

  • HACMP предоставляет полный набор инструментов для поддержания кластера при сохранении приложения доступными для клиентов.

HACMP позволяет:

  • Быстро и легко создать базовую двух узлов HACMP кластера с помощью помощника двухузловом конфигурации кластера.

  • Настройка среды HACMP с помощью онлайн-планирования рабочих таблиц для упрощения первоначального планирования и настройки.

  • Проверка конфигурации HACMP с помощью Test Tool Cluster. Вы можете оценить, как кластер ведет себя в соответствии с набором определенных обстоятельствах, например, когда узел становится недоступным, сеть становится недоступной, и так далее.

  • Обеспечить высокую доступность приложений за счет устранения единых точек отказа в среде HACMP.

  • Leverage функции высокой доступности, доступные в AIX®.

  • Управление, как кластер обрабатывает отказы компонентов.

  • Безопасные взаимодействия кластера.

  • Настройка быстрого диска захват для групп томов, управляемых диспетчером логических томов (LVM).

  • Монитор компоненты HACMP и диагностировать проблемы, которые могут возникнуть

При планировании внедрения решения HACMP следует учитывать следующие аспекты:

  • тщательное проектирование и подробное планирование;

  • устранение единых точек отказа;

  • выбор соответствующего оборудования;

  • надлежащее внедрение (без использования упрощенных подходов);

  • упорядоченные методы системного администрирования и управление изменениями;

  • документированные процедуры эксплуатации;

  • всесторонний тестовый план и тщательное тестирование


1.3.2 Windows


Еще одним новшеством является режим кластеризуемой роли File Server в Windows Server 2012, который получил название Scale-Out File Server. Теперь реализована поддержка двух типов кластеризации, названия которых полностью звучат как File Sever for General Use и Scale-Out File Server (SOFS) for application data. Каждая из технологий имеет свои сферы применения, а также свои достоинства и недостатки



File Sever for General Use представляет собой хорошо известный тип кластера Active-Passive. В свою очередь SOFS представляет собой кластер Active-Active, являясь действительно отказоустойчивой конфигурацией. Для совместного доступа к соответствующим папкам используется опция Continuously Available.

Процент доступности

Качество доступности
Разрешенные незапланированные простои

99 %
3.7 дней

99.9 %
8.8 часов

99.99 %
53 минут

99.999 %
5.3 минут

Усовершенствования отказоустойчивого кластера в Windows Server 2012:

  • Улучшенная масштабируемость. По сравнению с отказоустойчивой кластеризации в Windows Server 2008 R2, число узлов кластера поддерживается увеличилась с 16 до 64 в Windows Server 2012. Число кластерных ролей или виртуальных машин, также увеличилось с 1000 до 8000 (до 1,024 на узел) в новой платформе

  • Cluster Shared усовершенствования томов. Общие тома кластера (CSV) были введены в Windows Server 2008 R2, чтобы обеспечить общее хранилище для кластерных виртуальных машин. CSV была расширена в Windows Server 2012 и позволило обеспечить хранение дополнительных сгруппированных ролей

  • Обновление узлов кластера отработки отказа. Cluster-Aware Update (KAU) была введена в Windows Server 2012 для включения обновлений программного обеспечения, которые будут автоматически применяться к операционной системе хоста или других компонентов системы на узлах отказоустойчивого кластера при сохранении доступности в процессе обновления. KAU сокращение времени обслуживания за счет автоматизации, что было ранее очень повторяющихся задач.

  • Кворум улучшения. Новые возможности функции кворума кластера в Windows Server 2012 включены упрощенную конфигурацию кворума, поддержка определения того, какие узлы кластера имели голоса при определении кворума и динамический кворум, который предоставляет администратору возможность автоматического управления кворума назначение голосов для узла, основанного на состояние узла.

  • Другие усовершенствования. Некоторые из многих других усовершенствований, отказоустойчивая кластеризация в Windows Server 2012 включены упрощенную миграцию параметров конфигурации кластерной ролей, более надежной интеграции с доменными службами Active Directory, улучшенные тесты проверки кластера, улучшена поддержка Windows PowerShell, Node Режим обслуживания, кластерные задачи, новые кластерные роли, как ISCSI Target, гостевые кластеры с использованием виртуальных Fibre Channel и многое другое. Многие из усовершенствований Hyper-V в Windows Server 2012 также имеют отношение к отказоустойчивой кластеризации, например, виртуальная машина приоритезация, упреждение, чтобы закрыть с низким приоритетом виртуальных машин, мониторинг виртуальной машины здоровья, Hyper-V Replica брокер, и т.д. на.

В приложении 2 указаны размеры по умолчанию для кластера Windows Server

Важно знать о кластерах то, что они являются наименьшей единицей, в котором выделяется дисковое пространство. Каждый кластер может содержать один файл не более. Таким образом, если вы создаете 1 KB файл и размер кластера 4 KBS, 3 KBS пустого пространства в кластере не будут доступны для других файлов. Если один кластер не является достаточно большим, чтобы сохранить весь файл, остальные данные файла будут идти в сл
едующий доступный кластер, а затем следующий, пока файл полностью сохраняется.

Корпорация Майкрософт поддерживает отказоустойчивое кластерное решение, только если оно соответствует следующим требованиям:

  • Все аппаратные компоненты в отказоустойчивом кластерном решении помечены как «Сертифицировано для Windows Server 2008 R2».

  • Полная конфигурация кластера (серверы, сеть и хранилище) может удовлетворить всем проверкам мастера проверки конфигурации.

  • Выполнены рекомендации производителей оборудования в части обновлений встроенного и обычного программного обеспечения. Обычно это означает необходимость использования самых последних обновлений встроенного и обычного программного обеспечения. Иногда производитель может рекомендовать конкретные обновления, отличающиеся от самых новых.

Требования к оборудованию отказоустойчивого кластера:

  • Серверы. Рекомендуется использовать набор соответствующих компьютеров, содержащих одинаковые или аналогичные компоненты.

  • Сетевые адаптеры и кабель (для сетевого взаимодействия). Сетевое оборудование, как и остальные компоненты отказоустойчивого кластерного решения, должно быть помечено как «Сертифицировано для Windows Server 2008 R2». При использовании iSCSI сетевые адаптеры должны быть предназначены либо только для сетевого взаимодействия, либо только для iSCSI, одновременное использование для обеих целей не допускается.

  • Контроллеры устройств или соответствующие адаптеры для хранилища

    • Для интерфейсов Serial Attached SCSI или Fibre Channel. Если используются интерфейсы Serial Attached SCSI или Fibre Channel, во всех кластеризованных серверах контроллеры запоминающих устройств, предназначенные для системы хранения данных кластера, должны быть идентичны. В них должна использоваться одна и та же версия встроенного программного обеспечения.

    • Для iSCSI. Если используется iSCSI, у каждого сервера в кластере должен быть один или несколько сетевых адаптеров или адаптеров шины, предназначенных для системы хранения данных кластера. Сеть, используемая для iSCSI, не может использоваться для сетевого взаимодействия. Во всех серверах кластера сетевые адаптеры, используемые для подключения нужного хранилища iSCSI, должны быть одинаковыми, рекомендуется использовать адаптеры Gigabit Ethernet или адаптеры с большей скоростью.
      Для iSCSI нельзя использовать сгруппированные сетевые адаптеры, так как их работа с iSCSI не поддерживается.

  • Хранилище. Необходимо использовать общее хранилище, совместимое с Windows Server 2008 R2.

    В большинстве случаев хранилище должно содержать несколько отдельных дисков (LUN), настроенных на аппаратном уровне. Для некоторых кластеров один из дисков работает как диск-свидетель (описан в конце этого раздела). Другие диски содержат файлы, необходимые для кластеризованных служб или приложений. К хранилищу предъявляются следующие требования:

    • Чтобы использовать встроенную поддержку дисков, включенную в отказоустойчивый кластер, используйте базовые, а не динамические диски.

    • Рекомендуется отформатировать разделы в системе NTFS. При наличии диска-свидетеля или использовании общих томов кластера раздел каждого из них должен быть NTFS.
      Для общих томов кластера нет особых требований, за исключением требования к NTFS.

    • Для стиля раздела диска можно выбрать либо стиль с основной загрузочной записью (MBR), либо раздел с таблицей GUID разделов (GPT).

При развертывании сети хранения данных (SAN) для использования с отказоустойчивым кластером:

  • Подтверждение совместимости хранилища. Проверьте у производителей и поставщиков, что хранилище, включая драйверы, встроенное программное обеспечение и прикладное программное обеспечение, используемые для хранилища, совместимо с отказоустойчивыми кластерами в Windows Server 2008 R2.

  • Отказоустойчивые кластеры предъявляют к хранилищу следующие новые требования:

    • Улучшения, введенные в отказоустойчивых кластерах (в сравнении с серверными кластерами в Windows Server 2003), требуют, чтобы хранилище правильно отвечало на определенные команды SCSI. Чтобы подтвердить совместимость хранилища, запустите мастер конфигурации. Кроме того, можно связаться с поставщиком хранилища.

    • Драйвер минипорта, используемый для хранилища, должен работать вместе с драйвером хранилища Microsoft Storport.

  • Изоляция устройств хранилища, один кластер на устройство. У серверов из различных кластеров не должно быть доступа к одним и тем же устройствам хранилища. В большинстве случаев LUN, используемый для одного набора серверов кластера, должен быть изолирован от всех остальных серверов с помощью маски или зонирования LUN.

  • Возможность использования программного обеспечения многопутевого ввода-вывода. В фабриках хранилищ высокой доступности программное обеспечение многопутевого ввода-вывода позволяет развернуть отказоустойчивые кластеры, используя несколько адаптеров шины. Это обеспечивает максимальный уровень избыточности и доступности. Для Windows Server 2008 R2 многопутевое решение должно быть основано на Microsoft Multipath I/O (MPIO). Поставщик оборудования будет, как правило, использовать для оборудования специфический для устройства модуль MPIO (DSM), хотя Windows Server 2008 R2 включает один или несколько DSM как часть операционной системы.

Смотрите также файлы