Сетевое ПО Лекция 4 (Электронные лекции), страница 2

4.5)Выделяется набор первичных серверов, образующих верхний уровеньиерархии, реплики которых должны быть строго согласованными.Политика системы может определить, что все обновления должныпроизводиться путем обращения к одному специально выделенному длятакой цели первичному серверу, который отвечает за сбор кворума изпервичных серверов.Далее первичные серверы распространяют обновления на нижниеуровни иерархии.Сетевое ПО.

Лекция 4(2014г.)(Взаимоблокировка, репликация, кластеры, 7миграция)Процесс, которому необходимо прочитать самые последние данные,обращается к одному из первичных серверов.Если же приоритет отдается скорости доступа, процесс будетконтактировать с близко расположенным сервером нижнего уровня, но приэтом остается вероятность получения устаревших данных.3 Кластерная обработкаКластеризацияпредставляетмногопроцессорнойобработкесобойвальтернативукачествеподходасимметричнойсвысокойпроизводительностью и доступностьюКластер -группа взаимосвязанных совместно работающих компьютеров,представляющих собой единый ресурс и способных создавать иллюзиюработы единой вычислительной системы.Компьютеры, составляющие кластер, обычно называют узлами (node).Все компьютеры кластера могут работать самостоятельно, отдельно откластера.3.1 Свойства кластеров.Абсолютная масштабируемость. Можно создавать кластерылюбых размеров, которые превысят по суммарной производительностилюбой самый мощный компьютер.

Кластер может состоять из десятков илисотен машин, каждая из которых может быть многопроцессорной системой.Инкрементальнаямасштабируемость.Кластерконфигурируется таким образом, чтобы можно было добавлять новыесистемы малыми порциями. Поэтому пользователь может начать снебольшого кластера, постепенно наращивая его мощность без кардинальнойзамены компьютеров.Высокая доступность.

Поскольку каждая машина кластерапредставляет собой отдельный компьютер, сбой в работе или выход из строяодного узла не приводят к снижению уровня обслуживания. Во многихсистемах такие отказы автоматически обрабатываются аппаратным иСетевое ПО. Лекция 4(2014г.)(Взаимоблокировка, репликация, кластеры,миграция)программным обеспечением.Отношениецена/производительность.8Использованиенедорогих компьютеров в качестве узлов кластера позволяет создатьвысокопроизводительнуюсистему,стоимостькоторойменьше,чемстоимость компьютера с такой же мощностью.3.2 Метода кластеризацииРис 4.6: отдельные серверы, серверы без совместного использования дисков, серверы с совместным использованием дисков.Первый подход характеризуется тем, что каждый компьютер представляетсобой отдельный сервер со своими собственными дисками; при этомсовместно используемых дисков в системе нет (рис.

4.7а). Такой подходобеспечивает как высокую производительность, так и высокую доступностьсистемы.В данном случае требуется наличие дополнительного планирующегопрограммного обеспечения для назначения серверов обработки запросовклиентов, которое обеспечивает сбалансированность загрузки и высокуюстепень использования серверов.Требуется также обеспечить обработку ситуации выхода из строя одногоиз серверов, с тем, чтобы при сбое одного из компьютеров работающее с нимприложение продолжало корректно выполняться.

Для того чтобы это быловозможно, требуется постоянное копирование данных между серверами сцелью обеспечения каждой системе доступа к текущим данным другихсистем.Высокая доступность достигается за счет увеличения накладныхрасходов, вызванных таким обменом данными, и некоторого сниженияпроизводительности.Сетевое ПО. Лекция 4(2014г.)(Взаимоблокировка, репликация, кластеры, 9миграция)Уменьшить эти накладные расходы позволяет подключение к общимдискам серверов, составляющих кластеры (рис. 4.7,6).• При выборе одного из вариантов такого подхода — без совместногоиспользования (shared nothing) — общие диски разбиты на тома, и каждыйтом принадлежит одному из узлов.

Если этот узел выходит из строя, кластердолжен быть переконфигурирован так, чтобы какой-то из оставшихсякомпьютеров стал владельцем диска вышедшего из строя компьютера.• Возможно и решение, когда несколько компьютеров совместноиспользуют одни и те же диски (подход с совместным использованиемдисков), так что каждый из узлов имеет доступ ко всем томам всех дисков.Этот подход требует наличия средств блокировки для обеспечениявзаимоисключения доступа компьютеров к данным.3.3 Обработка отказов в кластерахСпособ обработки кластером отказов зависит от используемого методакластеризации.Обычно используется один из двух подходов:• высокодоступные кластеры• отказоустойчивые кластеры.Высокодоступный кластер предусматривает высокую вероятность того,что все ресурсы будут доступны.

При отказе, таком, как сбой системы илипотеря тома диска, текущий запрос оказывается потерянным. При повторезапроса он будет отправлен другой машине кластера. Однако операционнаясистема кластера не дает никаких гарантий относительно состояниячастично выполненных транзакций, которые должны обрабатываться науровне приложений.Отказоустойчивые кластеры гарантируют постоянную доступностьвсех ресурсов. Это достигается за счет использования избыточных совместноиспользуемых дисков и механизмов для восстановления как невыполненных,так и завершенных транзакций.Сетевое ПО. Лекция 4(2014г.)(Взаимоблокировка, репликация, кластеры, 10миграция)Функция переключения приложений и передачи ресурсов данных отсбойной системы другой системе кластера известна как преодоление сбоя(failover).С ней связана функция восстановления приложений и ресурсов данныхвозвращенной в строй после отказа вычислительной системы, известная каквосстановление после сбоя (failback).Эта функция может быть автоматизирована, но желательно, чтобы онавыполнялась только после полного устранения причин сбоя.

когдаповторный сбой маловероятен. Иначе кластер может попасть в состояние.когда после восстановления вновь происходит сбой и все-ресурсы вновьперемещаются на другой компьютер, чтобы после возврата в строй толькочто отказавшей системы все повторилось вновь.3.4 Балансировка загрузкиКластер нуждается в эффективных средствах для балансировки загрузкиработающих компьютеров (сюда же входит и требование инкрементальногомасштабирования).Когда к кластеру добавляется новый компьютер, средства балансировкизагрузки должны подключить эту машину к программе-планировщику.Для распознавания появления доступных сервисов у разных членовкластера и возможности их перемещения с одной системы на другуютребуетсяиспользованиемеханизмапромежуточногопрограммногообеспечения.3.5 Сервисы и функции программного обеспечениякластеров:1.

Единая точка входа. Пользователь входит в кластер в целом, а не водин из его компьютеров.2. Единая иерархия файлов. Пользователь видит единую иерархиюкаталогов файлов в одном корневом каталоге.3. Единая точка управления. Имеется рабочая станция, по умолчаниюСетевое ПО. Лекция 4(2014г.)(Взаимоблокировка, репликация, кластеры,миграция)используемая для слежения за кластером и управления им.114. Единая виртуальная сеть.

Узел кластера может обратиться к любомудругомуузлу,дажееслиреальнокластерсостоитизрядавзаимосвязанных сетей.5. Единое пространство памяти. Распределенная совместно используемаяпамять позволяет программам разделять переменные.6. Единая система управления заданиями. Пользователь может передатьзадание планировщику кластера, не определяя узел, на котором этозадание должно выполняться.7. Единый пользовательский интерфейс. Все пользователи независимоот используемых рабочих станций получают доступ к кластерупосредством одинакового графического интерфейса пользователя.8. Единое пространство ввода-вывода.

Любой узел может получитьудаленный доступ к любому периферийному или дисковому устройству,даже не зная его физического расположения.9. Единоепространствопроцессов.Используетсяединаясхемаидентификации процессов. Процесс на одном узле может создаватьпроцесс на удаленном узле или взаимодействовать с любым другимпроцессом на нем.10. Контрольные точки.

Эта функция периодически сохраняет состояниепроцессов и промежуточные результаты вычислений, с тем чтобыобеспечить восстановление системы при сбое.11. Миграция процессов. Эта функция обеспечивает балансировкузагрузки.Сервисы и функции, указанные в последних четырех пунктах данногосписка, увеличивают доступность кластера; указанное в остальных пунктахсвязано с предоставлением пользователю единого образа системы.Кластер включает в себя также программное обеспечение, отвечающее заэффективную работу программ, способных к параллельному выполнению.Сетевое ПО.

Лекция 4(2014г.)(Взаимоблокировка, репликация, кластеры, 12миграция)3.6 Сравнение кластеров и SMP• Как кластеры, так и симметричная многопроцессорная обработкаобеспечивают конфигурацию с несколькими процессорами для поддержкиприложенийсвысокимитребованиями.Обарешениякоммерческидоступны, хотя SMP применяется несколько дольше.• Основное достоинство SMP состоит в том, что симметричноймногопроцессорностью проще управлять и что ее легче настроить, чемкластер. SMP ближе, чем кластер, к обычной однопроцессорной модели, длякоторой и разработаны практически все приложения.При переходе от однопроцессорной системы к SMP требуетсяединственноепринципиальноеизменение—изменениефункциипланирования.

Другим достоинством SMP является то, что такая системазанимает меньше места и потребляет меньше электроэнергии, чемсравнимый по мощности кластер. И к тому же этот подход хорошозарекомендовал себя, тщательно изучен и стабилен в работе.О достоинствах кластеров свидетельствует то, что именно эта технологияуже длительное время доминирует на рынке высокопроизводительныхсерверов. Кластеры существенно превосходят SMP с точки зренияинкрементальной и абсолютной масштабируемости, а также доступности,поскольку легко обеспечивается избыточность всех элементов системы.3.7 Масштабирование кластеровЭто наращивание производительности кластера по мере ростапотребностей.Существуют два основных метода масштабирования кластеров:вертикальное масштабирование (scaling up) - это повышениепроизводительности отдельных серверов путем изменения аппаратнойконфигурации.

Примеры вертикального масштабирования - наращиваниеоперативной памяти или кэш-памяти второго уровня, установка болеепроизводительного процессора и дополнительных процессоров. Так можноСетевое ПО. Лекция 4(2014г.)(Взаимоблокировка, репликация, кластеры, 13миграция)повышать производительность серверов в кластерах любой конфигурации,но это нужно делать с учетом производительности остальных узлов кластера.Например,наращиваниепроизводительноститолькоактивныхузловкластера серверов приведет к тому, что пассивные узлы не достигнут такогоже уровня производительности, случись им заменить активные узлы.