Кластеры.

Кластер – это набор слабо связанных, независимых компьютерных систем, которые ведут себя как единая система.

В кластерной архитектуре рабочая загрузка и базы данных распределяются по массиву сетей, процессоров, памяти и систем баз данных. Все достаточно большие системы построены именно по этому принципу. IBM MVS Sysplex, DEC VMScluster, Teradata DBC 1024 , Tandem Himalaya серии являются кластерными системами. В идеале это распределение прозрачно для клиента и приложений. Кластер программируется и управляется как одна система, но реально это – массив узлов.

Узлами кластера могут быть однопроцессорные системы и SMP-системы. Узлы могут быть соединены через обычную сеть и через собственную высокоскоростную коммуникационную шину. Компьютеры в кластере взаимодействуют таким образом, что клиенты видят кластер как единственный, высокопроизводительный и очень надежный сервер. Поскольку кластер модульный, то он может расширяться постепенно, путем добавления дисков, серверов, за счет сетевой поддержки. Кластер может расти за счет роста SMP-узлов, но обычно строится на обыкновенных компонентах и соединениях. Для обеспечения отказоустойчивости часто используются два соединения.

Управляет кластером кластерная операционная система, состоящая из управляемых и управляющих блоков. Чаще реализуется централизованная схема управления: управляющая компонента устанавливается на одном компьютере, а управляемая – на нескольких. До тех пор, пока кластерная управляющая компонента не «выдает задания» управляемым компонентам, последние работают как вполне самостоятельные локальные операционные системы. Вся мощь кластера может быть задействована для решения некоторой сложной задачи. Задача должна иметь многопотоковую архитектуру. Каждый поток управляющая компонента передает одному из управляемых. Таким образом, вычисления производятся на разных компьютерах параллельно.

Кластерная архитектура дает возможность строить системы, значительно превосходящие по мощности SMP-системы.

Под управлением Microsoft Windows NT Server может строиться кластер. Правда получаемый кластер довольно ограниченный: всего два компьютера.

В кластере с разделяемыми дисками все процессоры имеют прямой доступ ко всем дискам и данным, но они не разделяют основную память. Можно считать, что диск, вообще, один, т.к. все диски собраны аппаратно на одну линию связи (шинную или коммутируемую). Дополнительный уровень программного обеспечения, называемый распределенным кэш или менеджером блокировки, предназначен для глобального управления параллельным обращением процессоров к дисковому кэш. Т.к. асинхронный доступ к данным управляется из одного места, то кластер с разделяемыми дисками имеет некоторые из пределов расширяемости, что и в SMP-системах с разделением памяти. Пример такой архитектуры – кластер Digital VMS и Oracle Parallel Query Option.

Кластерная архитектура без разделения дисков избегает экзотических соединений и компоновки расширяемого кластера с разделяемым диском путем присоединения каждого диска к одному или двум серверам. В кластере без разделения дисков каждый узел имеет собственную память и может иметь собственный диск для хранения. Узлы взаимодействуют друг с другом путем обмена сообщениями через разделяемое внутреннее соединение. Каждый узел такого кластера – это отдельно стоящий компьютер с собственными ресурсами и операционной системой. Каждый узел владеет и предоставляет сервис для некоторых дисков, лент, сетевых соединений, разделов баз данных и других ресурсов. В случае сбоя одного узла его диски могут быть аварийно переключены на смежный узел. Но в любой момент времени только один узел имеет доступ к дискам.

Частные решения для кластеров без разделения поставляются такими разработчиками, как Teradata, Tandem и др. Все эти решения зависят от экзотического аппаратного и программного обеспечения и поэтому дороги.