Cluster là gì? Cluster hoạt động theo cơ chế nào?

Cluster là một thuật ngữ phổ biến trong lĩnh vực công nghệ thông tin và phân tán hệ thống. Cluster giúp quản lý một nhóm các máy tính hoạt động cùng nhau như một hệ thống duy nhất, nhằm tăng cường hiệu suất và khả năng mở rộng của các ứng dụng và dịch vụ. Trong cluster, các máy tính được kết nối và làm việc cùng nhau như một tập hợp, tận dụng tài nguyên phần cứng và phần mềm để thực hiện các nhiệm vụ phức tạp một cách hiệu quả. 

1. Cluster là gì?

Cluster (hoặc cụm) là một kiến trúc được sử dụng để tăng cường sẵn sàng và khả năng chịu lỗi cho các hệ thống mạng máy tính. Trong cluster, nhiều máy chủ được kết nối với nhau để tạo thành một đơn vị hoạt động thống nhất, cho phép chia sẻ tài nguyên và phân phối công việc một cách hiệu quả. Khi một máy chủ trong cluster gặp sự cố, các tác vụ và dịch vụ sẽ tự động chuyển sang máy chủ khác trong cụm, đảm bảo hoạt động của hệ thống không bị gián đoạn. 

Quá trình này được gọi là "fail-over", trong đó cluster tự động chuyển giao công việc để duy trì tính khả dụng và ổn định. Khi máy chủ sự cố đã được khắc phục, tài nguyên sẽ được trả lại cho máy chủ ban đầu trong quá trình gọi là "fail-back". Cluster đóng vai trò quan trọng trong việc xây dựng các hệ thống mạng linh hoạt, tin cậy và có khả năng mở rộng, phục vụ nhu cầu ngày càng tăng về công nghệ thông tin.

2. Cluster hoạt động theo cơ chế nào?

Các cluster hoạt động dựa trên cơ chế như sau: Mỗi cluster bao gồm các máy chủ được gọi là node, có thể là chủ động hoặc thụ động. Trong chế độ chủ động, một node xử lý các yêu cầu hoạt động. Trong khi đó, một node thụ động ở chế độ dự phòng sẵn sàng để thay thế node chủ động nếu cần.

Trong một cluster, có thể kết hợp cả các node chủ động và thụ động. Quyết định xem mỗi node được cấu hình như thế nào là quan trọng. Ví dụ, khi một node chủ động gặp sự cố và một node thụ động sẵn sàng, các ứng dụng và dịch vụ có thể được chuyển sang node thụ động ngay lập tức mà không làm gián đoạn hoạt động. Trường hợp này đảm bảo tính khả dụng của ứng dụng và dịch vụ cho người dùng cuối.

Tuy nhiên, nếu tất cả các node trong cluster đều là chủ động và một node gặp sự cố, các ứng dụng và dịch vụ phải chuyển sang một node khác cũng đóng vai trò chủ động. Trong trường hợp này, node mới cần phải xử lý cả công việc của nó và công việc từ node gặp sự cố. Do đó, để đảm bảo hoạt động bình thường, các máy chủ trong cluster cần có đủ tài nguyên dư để chịu đựng khối lượng công việc từ các node khác.

Các node trong cluster thường thuộc cùng một vùng (domain) và có thể được cấu hình là máy điều khiển vùng (domain controllers) hoặc máy chủ thành viên. Lý tưởng nhất, một cluster nên có ít nhất hai node làm máy điều khiển vùng để đảm bảo tính khả dụng của các tài nguyên và khả năng chuyển giao khi xảy ra sự cố. Nếu không có đủ máy điều khiển vùng, tính sẵn sàng của các tài nguyên trong cluster sẽ phụ thuộc vào khả năng sẵn sàng của các máy điều khiển trong domain.

Với những tính năng trên, công nghệ cluster đã đóng góp vào việc tự động hóa, bảo mật và phục hồi dữ liệu khi xảy ra sự cố trên các máy chủ.

Tìm hiểu kỹ hơn: Máy chủ là gì? Tìm hiểu kiến thức máy chủ (Server) bạn cần biết 

3. Một số yêu cầu khi lắp đặt Cluster

Khi lắp đặt một cluster, có một số yêu cầu quan trọng như sau:

Yêu cầu về tính sẵn sàng cao (High availability): Hệ thống cluster phải đảm bảo tính sẵn sàng cao của các tài nguyên mạng, đảm bảo rằng dịch vụ luôn sẵn sàng và phục vụ người dùng cuối một cách liên tục. Việc giảm thiểu thời gian ngừng hoạt động và tránh các gián đoạn không mong muốn là yêu cầu quan trọng trong việc xây dựng cluster.

Yêu cầu về độ tin cậy cao (reliability): Cluster cần có khả năng đảm bảo độ tin cậy cao, giảm thiểu tần suất xảy ra các sự cố và sự cố nhỏ có thể xảy ra trong quá trình hoạt động. Điều này đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định và giảm thiểu tác động của lỗi lên dịch vụ.

Yêu cầu về khả năng mở rộng (scalability): Cluster cần có khả năng mở rộng dễ dàng để đáp ứng nhu cầu tăng cường hiệu suất và mở rộng quy mô hệ thống trong tương lai. Việc mở rộng có thể bao gồm thêm máy tính, thiết bị và tài nguyên mạng mới vào hệ thống, cũng như mở rộng số lượng người dùng, ứng dụng và dịch vụ.

Ba yêu cầu này được gọi chung là RAS (Reliability-Availability-Scalability), tạo nên hệ thống cluster có khả năng đáp ứng các yêu cầu này. Chú ý rằng RAS ở đây khác với Remote Access Service, mà là dịch vụ truy cập từ xa.

Cùng tìm hiểu thêm các thiết bị mạng cơ bản: Thiết bị mạng là gì? Chức năng, 10 loại thiết bị mạng cơ bản

4. Ứng dụng thực tiễn của Cluster

Ứng dụng thực tiễn của Cluster trong quản trị cơ sở dữ liệu rất phổ biến. Cluster được sử dụng cho các ứng dụng Stateful (ứng dụng hoạt động liên tục trong thời gian dài) bao gồm các máy chủ cơ sở dữ liệu như Microsoft SQL Server, MySQL Server, Exchange Server, File and Print Server và nhiều hệ thống khác.

Trong cấu trúc Cluster, tất cả các node (máy chủ) chia sẻ một nơi lưu trữ dữ liệu chung, thường được triển khai thông qua công nghệ SCSI hoặc Storage Area Network (SAN). Windows Server 2003 Enterprise và Datacenter hỗ trợ cluster lên đến 8 node, trong khi Windows 2000 Advanced Server hỗ trợ 2 node và Windows 2000 Datacenter Server hỗ trợ 4 node.

Việc sử dụng Cluster trong quản trị cơ sở dữ liệu giúp tăng tính sẵn sàng và độ tin cậy của hệ thống. Khi một node trong Cluster gặp sự cố, các ứng dụng và dịch vụ trên node đó có thể tự động chuyển sang một node khác trong Cluster mà không làm gián đoạn hoạt động của hệ thống. Điều này đảm bảo rằng cơ sở dữ liệu và các ứng dụng liên quan vẫn tiếp tục hoạt động một cách liên tục và không bị gián đoạn dịch vụ.

Ngoài ra, Cluster còn cung cấp khả năng mở rộng linh hoạt. Khi nhu cầu tăng cường hiệu suất hoặc quy mô hệ thống tăng lên, có thể dễ dàng thêm các node mới vào Cluster mà không ảnh hưởng đến sự liên tục và khả năng phục vụ của hệ thống.

Tìm hiểu thêm về giao thức ISCSI: ISCSI là gì? Vai trò và cách thức hoạt động của giao thức ISCSI

Tạm kết 

Cluster là một kiến trúc cho phép kết hợp nhiều máy chủ thành một cụm, tạo ra sự sẵn sàng và độ tin cậy cao cho hệ thống mạng. Cluster giúp tự động chuyển giao công việc khi có sự cố xảy ra và hỗ trợ mở rộng linh hoạt khi cần thiết. Đối với quản trị cơ sở dữ liệu và các ứng dụng quan trọng, Cluster đóng vai trò quan trọng để đảm bảo hoạt động liên tục và tin cậy của hệ thống. Với ứng dụng thực tế và các yêu cầu cao về sẵn sàng, Cluster đã trở thành một công nghệ quan trọng trong lĩnh vực mạng và hệ thống.