Server Cluster là gì? Nguyên tắc hoạt động của kiến trúc mạng

Các trang web và dịch vụ trực tuyến của các doanh nghiệp cần phải nhanh chóng, ổn định và luôn sẵn sàng phục vụ người dùng. Chỉ một vài phút ngừng hoạt động cũng có thể gây mất uy tín hoặc thiệt hại lớn về doanh thu. Đó là lý do tại sao Server Clustering (cụm máy chủ) trở thành giải pháp lý tưởng giúp đảm bảo hệ thống luôn vận hành trơn tru, kể cả khi gặp sự cố. Bài viết này sẽ giúp bạn hiểu rõ Server Clustering là gì, cách hoạt động ra sao và vì sao cụm máy chủ lại quan trọng đối với doanh nghiệp ở mọi quy mô.

Server Cluster là gì?

Server Cluster (cụm máy chủ) là một nhóm nhiều máy chủ được phân phối và quản lý tập trung dưới một địa chỉ IP duy nhất. Mỗi máy chủ trong cụm hoạt động như một node riêng biệt, có đầy đủ tài nguyên như bộ nhớ lưu trữ (ổ cứng), bộ nhớ đệm (RAM) và bộ xử lý (CPU).

Bằng phân phối tài nguyên tính toán qua nhiều máy chủ giúp cụm hoạt động hiệu quả hơn, không phụ thuộc vào một thiết bị duy nhất. Do đó, khi một máy chủ gặp sự cố, các máy còn lại vẫn có thể tiếp tục vận hành, đảm bảo hệ thống luôn sẵn sàng. Đồng thời, Server Cluster giúp phân chia và xử lý khối lượng công việc phức tạp, từ đó cải thiện hiệu suất và đáp ứng yêu cầu liên tục của người dùng mà không bị gián đoạn.

Cách hoạt động của Server Cluster

Phân cụm máy chủ là một hệ thống phức tạp gồm các tài nguyên điện toán được kết nối với nhau được thiết kế để nâng cao hiệu suất, độ tin cậy và khả năng mở rộng. Server Cluster phân phối khối lượng công việc và cung cấp khả năng dự phòng biến các máy chủ riêng lẻ thành một cơ sở hạ tầng thống nhất, mạnh mẽ.

Trọng tâm của Server Cluster là các node, các máy chủ riêng lẻ có bộ nhớ, lưu trữ và tài nguyên CPU độc lập. Các node trong cụm cùng sử dụng chung một hệ điều hành và các ứng dụng chính, giúp toàn bộ cụm hoạt động như một hệ thống duy nhất, liền mạch.

Thông thường, không phải tất cả các node trong cụm đều hoạt động cùng lúc. Một node sẽ hoạt động trong khi các node còn lại trong cụm máy chủ sẽ ở chế độ chờ, sẵn sàng tiếp quản ngay lập tức nếu node đang hoạt động gặp phải tình trạng suy giảm hiệu suất hoặc lỗi hoàn toàn. Việc cân bằng khối lượng công việc của Server Cluster khiến thời gian ngừng hoạt động của trang web hoặc ứng dụng hầu như không tồn tại.

Các thành phần chính của Server Cluster

Server Cluster gồm các thành phần chính sau: 

• Node: Đây là các máy chủ chuyên dụng riêng lẻ trong cụm. Mỗi node có tài nguyên riêng như bộ nhớ, lưu trữ và sức mạnh xử lý.
• Mạng: Đây là cách các nút giao tiếp với nhau,  sử dụng kết nối mạng nhanh, đáng tin cậy để chia sẻ thông tin và nhiệm vụ.
• Lưu trữ chia sẻ: Nhiều cụm máy chủ sử dụng lưu trữ chia sẻ, tất cả các nút đều có thể truy cập, giúp dữ liệu nhất quán trên toàn cụm.
• Phần mềm cụm: Phần mềm quản lý cách các nút hoạt động cùng nhau, quyết định nút nào thực hiện nhiệm vụ nào và xử lý mọi vấn đề phát sinh.

Server Cluster có những loại nào?

Server Cluster được chia thành nhiều loại khác nhau, tùy theo mục đích sử dụng và nhu cầu của hệ thống. Dưới đây là 4 loại cụm máy chủ phổ biến nhất:

• High-Availability Cluster (Cụm máy chủ độ sẵn sàng cao): Loại cụm này tập trung vào việc đảm bảo dịch vụ luôn hoạt động liên tục, không bị gián đoạn. Nhiều máy chủ trong cụm sẵn sàng thay thế nhau khi một máy gặp sự cố. Đây là lựa chọn lý tưởng cho các doanh nghiệp không thể chấp nhận thời gian ngừng hoạt động như ngân hàng, bệnh viện hoặc các hệ thống thương mại điện tử.
• Load-Balancing Cluster (Cụm máy chủ cân bằng tải): Mục tiêu chính của cụm máy chủ cân bằng tải là phân phối đồng đều khối lượng công việc giữa các máy chủ. Cụm máy chủ này giúp hệ thống xử lý lượng truy cập lớn một cách mượt mà, tránh tình trạng quá tải. Load-Balancing Cluster rất phù hợp với các trang web nhiều người truy cập hoặc các ứng dụng online có lưu lượng truy cập cao.
• High-Performance Cluster (Cụm máy chủ hiệu năng cao): Đây là những cụm máy chủ chuyên xử lý các tác vụ phức tạp cần hiệu suất tính toán lớn, ví dụ như mô phỏng khoa học, tính toán dữ liệu khổng lồ hoặc nghiên cứu trí tuệ nhân tạo, thường được xem như "siêu máy tính" vì khả năng xử lý mạnh mẽ và tốc độ cao.
• Storage Cluster (Cụm máy chủ lưu trữ): Storage Cluster tập trung vào việc cung cấp khả năng lưu trữ ổn định, dễ mở rộng và đáng tin cậy. Cụm máy chủ lưu trữ phù hợp cho các doanh nghiệp cần quản lý khối lượng lớn dữ liệu, chẳng hạn như hệ thống camera giám sát, kho dữ liệu doanh nghiệp hoặc nền tảng lưu trữ đám mây.

Lợi ích của Server Cluster

Môi trường Cluster đảm bảo thời gian hoạt động và tính khả dụng bằng cách giúp bạn quản lý lỗi phần cứng, ứng dụng và trang web. Server Cluster mang lại nhiều lợi ích như:  

Tính linh hoạt và khả năng mở rộng

Một máy chủ duy nhất sẽ xử lý mọi thứ từ kết nối mạng đến lưu trữ cho một doanh nghiệp. Khi bạn triển khai kiến ​​trúc nhiều máy chủ với khả năng cụm máy chủ, bạn có thể cải thiện tính linh hoạt và khả năng mở rộng của máy chủ đó. 

Tính khả dụng và hiệu suất

Cùng với việc cung cấp dự phòng phần cứng và đảm bảo thời gian hoạt động, môi trường cụm cũng có thể cải thiện hiệu suất. Một cụm với máy chủ cơ sở dữ liệu chuyên dụng có thể cải thiện tốc độ trang web hoặc ứng dụng, cho phép bạn cải thiện hiệu suất trang web/ứng dụng trong khi tăng cường hỗ trợ cho các kết nối đồng thời.

Giảm chi phí CNTT

Để đảm bảo rằng khách hàng luôn có thể kết nối với mạng, các công ty sẽ cung cấp một mạng có tích hợp dự phòng. Server Cluster ngăn ngừa thời gian chết và giảm chi phí bằng cách giữ cho máy chủ hoạt động hoàn toàn. Vì cụm máy chủ được cấu hình để hoạt động cùng nhau trên một mạng duy nhất nên làm giảm rủi ro và lỗ hổng trong khi cải thiện hiệu suất mạng.

Cơ sở hạ tầng có thể tùy chỉnh

Kiến trúc Server Cluster có lợi cho các doanh nghiệp ở mọi quy mô. Server Cluster giúp tối ưu hóa các quy trình từ dịch vụ mạng đến trải nghiệm của người dùng cuối. Các khối lượng công việc này được chỉ định cho các ứng dụng, do đó được triển khai trên các máy chủ riêng biệt sẽ đồng bộ hóa theo thời gian thực.

Hơn nữa, các doanh nghiệp có thể tùy chỉnh số lượng máy chủ trong một môi trường cụm, cho phép quản lý chi phí và loại bỏ các điểm lỗi đơn lẻ. Với hạ tầng được thiết kế tùy chỉnh theo nhu cầu thực tế, Server Cluster mang lại một môi trường hoạt động tối ưu, phù hợp với từng loại khối lượng công việc.

Tại sao phải triển khai Server Cluster?

Dự phòng là một trong những yếu tố quan trọng để bảo vệ cơ sở hạ tầng CNTT. Tích hợp các biện pháp dự phòng vào trung tâm dữ liệu, bạn có thể đảm bảo rằng một lỗi duy nhất sẽ không làm sập toàn bộ mạng của bạn.

Server Cluster  chủ chủ yếu được sử dụng để bảo vệ chống lại các lỗi và sự cố ngừng hoạt động do lỗi phần mềm, lỗi phần cứng và các trang web máy chủ vật lý. Trong sự kiện ngừng hoạt động, các cụm sẽ giảm thời gian ngừng hoạt động và ngăn chặn sự cố ngừng hoạt động bằng cách cho phép một máy chủ khác tiếp quản. 

Lỗi ứng dụng/dịch vụ

Mất điện xảy ra do lỗi nghiêm trọng liên quan đến phần mềm hoặc dịch vụ có vai trò cơ bản đối với hoạt động của máy chủ hoặc trung tâm dữ liệu. Ngay cả khi có các biện pháp dự phòng, lỗi ứng dụng/dịch vụ vẫn có thể xảy ra.

Trong một số trường hợp, quản trị viên máy chủ cũng có thể gặp khó khăn khi giải quyết các lỗi tiềm ẩn do tính phức tạp của việc giám sát máy chủ. Quản trị viên máy chủ có thể xác định và giải quyết các vấn đề, nhưng họ sẽ không thể cung cấp giải pháp toàn diện cho các lỗi ứng dụng/dịch vụ.

Lỗi hệ thống/phần cứng

Lỗi hệ thống hoặc phần cứng là những sự cố liên quan đến các thiết bị vật lý trong máy chủ, thường dẫn đến tình trạng mất điện đột ngột hoặc hệ thống ngừng hoạt động. Những lỗi này có thể xảy ra ở nhiều bộ phận khác nhau và ảnh hưởng nghiêm trọng đến toàn bộ chức năng của máy chủ hoặc trung tâm dữ liệu.

Dù ngày nay các linh kiện máy chủ ngày càng được cải tiến về độ bền và hiệu năng nhưng vẫn không thể tránh khỏi các rủi ro tiềm ẩn như tình trạng quá nhiệt, thiết kế tối ưu kém hoặc linh kiện đã quá tuổi thọ sử dụng.

Ví dụ, CPU, RAM, nguồn điện và ổ cứng là những bộ phận quan trọng và thường xuyên xảy ra lỗi nhất. Khi một trong các thành phần này gặp trục trặc, toàn bộ hệ thống có thể bị ảnh hưởng, gây ra tình trạng gián đoạn dịch vụ hoặc mất dữ liệu.

Lỗi trang web

Lỗi này xảy ra do các sự kiện xảy ra bên ngoài môi trường trung tâm dữ liệu do thiên tai, mất điện… Đối với các trung tâm dữ liệu nằm ở những khu vực dễ xảy ra thiên tai, các biện pháp dự phòng là rất quan trọng để ngăn ngừa sự cố tại chỗ. Nếu các trung tâm dữ liệu đặt ở nhiều vị trí địa lý khác nhau và máy chủ ngừng hoạt động ở một vị trí, độ trễ mạng phải đủ thấp để các cơ sở khác không bị gián đoạn và hoạt động bình thường.

Một số lưu khi khi lắp đặt và triển khai Server Cluster

Khi cài đặt và triển khai Server Cluster, các doanh nghiệp cần chuẩn bị kỹ càng và tuân thủ các nguyên tắc quan trọng sẽ giúp hệ thống hoạt động ổn định, hiệu quả và dễ mở rộng về sau. Dưới đây là những lưu ý quan trọng cần ghi nhớ:

• Xác định mục tiêu và nhu cầu sử dụng: Trước khi triển khai, bạn cần làm rõ cụm máy chủ sẽ phục vụ cho mục đích gì: tăng tính sẵn sàng, cân bằng tải, xử lý hiệu năng cao hay lưu trữ dữ liệu. 
• Lựa chọn phần cứng đồng bộ và phù hợp: Các máy chủ trong cụm nên có cấu hình tương đồng về CPU, RAM, ổ cứng và khả năng kết nối mạng để đảm bảo khả năng đồng bộ và chia sẻ tài nguyên tốt. Tránh dùng các thiết bị quá chênh lệch vì sẽ gây mất cân bằng và ảnh hưởng hiệu suất.
• Thiết lập mạng nội bộ ổn định, tốc độ cao: Server Cluster yêu cầu các node giao tiếp liên tục, vì vậy hệ thống mạng nội bộ (LAN) phải có băng thông đủ lớn và độ trễ thấp. Nếu sử dụng nhiều trung tâm dữ liệu, nên kiểm tra khả năng kết nối và độ ổn định giữa các vị trí địa lý.
• Cấu hình hệ điều hành và phần mềm đồng nhất: Các máy chủ trong cụm nên sử dụng cùng một hệ điều hành và phiên bản phần mềm, giúp tránh lỗi không tương thích và dễ dàng trong việc cập nhật, quản lý cũng như triển khai ứng dụng.
• Triển khai cơ chế giám sát và dự phòng (Failover): Cần có giải pháp giám sát tình trạng hoạt động của từng node, đồng thời thiết lập chế độ dự phòng. Khi một node gặp sự cố, hệ thống tự động chuyển sang node dự phòng mà không làm gián đoạn dịch vụ.
• Sao lưu và khôi phục dữ liệu thường xuyên: Dữ liệu cần được sao lưu định kỳ để đảm bảo an toàn, nhất là trong các cụm máy chủ lưu trữ hoặc xử lý dữ liệu lớn. Hệ thống cũng cần có quy trình khôi phục rõ ràng để ứng phó khi có sự cố xảy ra.
• Kiểm thử trước khi đưa vào vận hành chính thức: Trước khi sử dụng chính thức, nên thực hiện kiểm thử toàn bộ hệ thống, bao gồm hiệu năng, khả năng chịu tải, tính ổn định và tốc độ chuyển đổi giữa các node trong cụm để đảm bảo vận hành trơn tru.

Tổng kết

Server Cluster là một giải pháp mạnh mẽ giúp nâng cao độ tin cậy, hiệu suất và khả năng mở rộng cho các dịch vụ trực tuyến. Dù bạn đang vận hành một trang web doanh nghiệp nhỏ hay một hệ thống ứng dụng quy mô lớn, việc triển khai cụm máy chủ sẽ giúp đảm bảo dịch vụ luôn hoạt động ổn định, kể cả trong những thời điểm cao điểm hoặc khi xảy ra sự cố phần cứng. Dù việc cài đặt ban đầu có thể phức tạp hơn so với máy chủ đơn lẻ, nhưng lợi ích lâu dài mà Server Cluster mang lại hoàn toàn xứng đáng với sự đầu tư ban đầu.