Cluster là gì? Tìm hiểu về công nghệ Cluster và ứng dụng

Trong thế giới công nghệ thông tin hiện đại, sự ổn định và khả năng hoạt động liên tục của hệ thống máy tính là vô cùng quan trọng. Máy chủ đóng vai trò trung tâm trong việc đảm bảo các dịch vụ trực tuyến luôn sẵn sàng. Nếu máy chủ gặp sự cố, các hoạt động quan trọng có thể bị gián đoạn, gây ảnh hưởng lớn đến doanh nghiệp và người dùng. Đó là lý do tại sao công nghệ cluster ra đời, mang đến giải pháp tối ưu để duy trì tính sẵn sàng cao cho hệ thống. Vậy Cluster Là Gì và nó hoạt động như thế nào? Hãy cùng khám phá chi tiết trong bài viết dưới đây.

Cluster, hay còn gọi là cụm máy chủ, là một kiến trúc hệ thống được thiết kế để nâng cao khả năng sẵn sàng (high availability) và độ tin cậy (reliability) cho các ứng dụng và dịch vụ. Về cơ bản, cluster là tập hợp của nhiều máy chủ độc lập (nodes) được kết nối với nhau thông qua mạng và phần mềm chuyên dụng, hoạt động như một hệ thống duy nhất. Khi một máy chủ trong cluster gặp sự cố, các máy chủ còn lại sẽ tự động tiếp quản công việc, đảm bảo dịch vụ không bị gián đoạn.

Kiến trúc cluster máy chủ, giải pháp đảm bảo tính sẵn sàng cao và khả năng chịu lỗi cho hệ thống mạng doanh nghiệp, giúp duy trì hoạt động liên tục.

Một cách dễ hiểu, cluster hoạt động dựa trên nguyên tắc dự phòng và phân tải. Các máy chủ trong cluster chia sẻ tài nguyên và công việc, cùng nhau xử lý yêu cầu từ người dùng. Nếu một máy chủ bị lỗi, lưu lượng truy cập và ứng dụng sẽ được tự động chuyển sang các máy chủ khác trong cụm, quá trình này gọi là “failover”. Khi máy chủ bị lỗi được khắc phục và hoạt động trở lại, nó có thể được tích hợp lại vào cluster và tiếp tục tham gia vào quá trình xử lý, gọi là “failback”. Điều này đảm bảo hệ thống luôn hoạt động ổn định, giảm thiểu thời gian chết (downtime) và duy trì trải nghiệm người dùng tốt nhất.

Yêu cầu thiết kế và lắp đặt hệ thống Cluster

Để hệ thống cluster hoạt động hiệu quả, việc thiết kế và lắp đặt cần tuân thủ các yêu cầu quan trọng sau:

• Tính sẵn sàng cao (High Availability): Đây là yếu tố cốt lõi của cluster. Hệ thống phải được thiết kế để giảm thiểu tối đa thời gian ngừng hoạt động ngoài ý muốn. Mục tiêu là đảm bảo các tài nguyên và dịch vụ luôn sẵn sàng phục vụ người dùng cuối, ngay cả khi có sự cố xảy ra với một hoặc nhiều máy chủ.

• Độ tin cậy cao (Reliability): Cluster cần có khả năng chịu lỗi (fault-tolerant) tốt. Điều này có nghĩa là hệ thống có thể tiếp tục hoạt động bình thường ngay cả khi một số thành phần bị lỗi. Độ tin cậy cao cũng đồng nghĩa với việc giảm thiểu tần suất xảy ra sự cố, đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định trong thời gian dài.

• Khả năng mở rộng (Scalability): Hệ thống cluster cần linh hoạt và dễ dàng mở rộng khi nhu cầu tăng lên. Việc mở rộng có thể bao gồm thêm máy chủ (scale-out) để tăng khả năng xử lý hoặc nâng cấp phần cứng của từng máy chủ (scale-up) như CPU, RAM. Khả năng mở rộng giúp hệ thống đáp ứng tốt hơn với sự gia tăng về người dùng, ứng dụng và dịch vụ.

Ba yếu tố RAS (Reliability, Availability, Scalability) là nền tảng cho một hệ thống cluster thành công. Các hệ thống đáp ứng đầy đủ ba yêu cầu này được gọi là hệ thống RAS, đảm bảo hiệu suất, độ ổn định và khả năng phát triển lâu dài.

Ứng dụng của Cluster trong quản trị cơ sở dữ liệu

Công nghệ cluster được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là trong quản trị cơ sở dữ liệu (CSDL) và các ứng dụng quan trọng khác đòi hỏi tính sẵn sàng cao. Cluster đặc biệt phù hợp với các ứng dụng trạng thái (Stateful applications), nơi dữ liệu cần được duy trì liên tục trong suốt quá trình hoạt động.

Ứng dụng cluster server trong quản trị cơ sở dữ liệu, đảm bảo dữ liệu luôn sẵn sàng và hệ thống hoạt động liên tục, giảm thiểu rủi ro mất dữ liệu và gián đoạn dịch vụ.

Trong môi trường CSDL, cluster cho phép nhiều máy chủ cùng chia sẻ và truy cập vào một bộ dữ liệu chung. Các hệ quản trị CSDL phổ biến như Microsoft SQL Server, MySQL Server, Oracle RAC đều hỗ trợ kiến trúc cluster. Việc sử dụng cluster giúp đảm bảo rằng nếu một máy chủ CSDL gặp sự cố, các máy chủ khác trong cluster sẽ tiếp tục cung cấp dịch vụ, người dùng không bị mất kết nối và dữ liệu vẫn được an toàn.

Ngoài ra, cluster còn được ứng dụng trong các hệ thống quan trọng khác như:

• File Server và Print Server: Đảm bảo khả năng truy cập liên tục đến các tài nguyên chia sẻ như file và máy in.
• Web Server: Cân bằng tải và đảm bảo website luôn trực tuyến, ngay cả khi có lượng truy cập lớn.
• Email Server (Microsoft Exchange Server): Duy trì dịch vụ email liên tục cho người dùng doanh nghiệp.
• Hệ thống ảo hóa: Nâng cao tính sẵn sàng cho các máy ảo và hạ tầng ảo hóa.

Ưu điểm của hệ thống Server Cluster

Hệ thống server cluster mang lại nhiều ưu điểm vượt trội, đặc biệt quan trọng đối với các tổ chức và doanh nghiệp phụ thuộc vào công nghệ thông tin:

• Quản lý hệ thống dễ dàng: Mặc dù bao gồm nhiều máy chủ, cluster có thể được quản lý như một hệ thống thống nhất thông qua các công cụ quản trị cluster chuyên dụng. Quản trị viên có thể dễ dàng giám sát, cấu hình và di chuyển ứng dụng giữa các máy chủ trong cluster.

• Khả năng mở rộng linh hoạt: Khi nhu cầu sử dụng tài nguyên tăng lên, việc mở rộng hệ thống cluster trở nên đơn giản. Có thể dễ dàng thêm máy chủ mới vào cluster để tăng cường khả năng xử lý và đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người dùng và ứng dụng.

• Tính sẵn sàng cao vượt trội: Đây là ưu điểm lớn nhất của cluster. Hệ thống đảm bảo tính sẵn sàng gần như tuyệt đối cho các ứng dụng và dịch vụ. Ngay cả khi phần cứng hoặc phần mềm gặp sự cố, cluster vẫn có thể duy trì hoạt động liên tục, giảm thiểu tối đa thời gian chết và đảm bảo doanh nghiệp không bị gián đoạn hoạt động. Khi một máy chủ gặp lỗi, quyền sở hữu tài nguyên (ổ đĩa, địa chỉ IP) sẽ tự động chuyển sang máy chủ khác đang hoạt động, đảm bảo dịch vụ không bị gián đoạn.

Các thành phần chính của Cluster Service

Để đảm bảo hoạt động ổn định và hiệu quả, Cluster Service bao gồm nhiều thành phần quan trọng, phối hợp nhịp nhàng với nhau:

• Backup/Restore Manager: Cung cấp API để sao lưu và khôi phục cơ sở dữ liệu cluster. Thành phần này tương tác với Failover Manager để đảm bảo quá trình sao lưu và khôi phục diễn ra an toàn và nhất quán.

• Resource Monitor: Đóng vai trò giao diện giao tiếp giữa Resource DLLs (Dynamic Link Libraries) và Cluster Service. Khi cluster cần truy cập tài nguyên, Resource Monitor sẽ tiếp nhận yêu cầu và chuyển đến Resource DLL phù hợp. Ngược lại, khi Resource DLL cần báo cáo trạng thái hoặc sự kiện, nó sẽ gửi thông tin đến Cluster Service thông qua Resource Monitor.

• Node Manager: Chạy trên mỗi node (máy chủ) trong cluster, Node Manager duy trì danh sách cục bộ về các node, mạng và giao diện mạng trong cluster. Nó đảm bảo rằng tất cả các node có cùng một danh sách các node đang hoạt động thông qua giao tiếp liên tục giữa các node. Node Manager cũng tham gia vào quá trình thêm hoặc loại bỏ node khỏi cluster và theo dõi trạng thái của các node để phát hiện lỗi.

Node Manager trong hệ thống cluster, thành phần quan trọng giám sát và quản lý trạng thái hoạt động của các máy chủ (node), đảm bảo tính ổn định và khả năng chịu lỗi của hệ thống.

• Membership Manager: Đảm bảo tính nhất quán về trạng thái hoạt động của các node trong cluster tại mọi thời điểm. Thành phần này tập trung vào thuật toán regroup, được kích hoạt khi có dấu hiệu node bị lỗi, để tái cấu trúc lại cluster và duy trì hoạt động liên tục.

• Checkpoint Manager: Đảm bảo khả năng phục hồi từ lỗi của Resource trong Cluster Service. Checkpoint Manager kiểm tra khóa registry khi một resource được đưa vào trạng thái online và ghi dữ liệu checkpoint liên quan đến quorum resource khi resource offline.

• Database Manager: Chạy trên mỗi node, Database Manager duy trì một bản sao cục bộ của cơ sở dữ liệu cấu hình cluster. Cơ sở dữ liệu này chứa thông tin về các thực thể vật lý và logic trong cluster như cluster, resource group, node thành viên, loại resource và mô tả resource. Database Manager sử dụng Global Update Manager để cập nhật thông tin cấu hình đến tất cả các node khác trong cluster, đảm bảo tính nhất quán của cấu hình trên toàn hệ thống.

Hy vọng qua bài viết này, bạn đã có cái nhìn tổng quan và hiểu rõ hơn về cluster là gì, cũng như các ứng dụng và lợi ích mà công nghệ này mang lại. Để xây dựng một hệ thống cluster ổn định và hiệu quả, hãy luôn ghi nhớ ba nguyên tắc RAS: Reliability, Availability, Scalability. Hãy tiếp tục theo dõi trang web của chúng tôi để cập nhật thêm nhiều kiến thức công nghệ hữu ích và thú vị khác!