Кластер это что

Что такое кластер? Введение в кластеризацию в облаке. Стартапы и технологические гиганты одинаково используют кластерные архитектуры для развертывания и управления своими приложениями в облаке. Но что такое кластер? Какова связь между кластерами и контейнерами? И почему вы можете рассмотреть возможность использования кластера для размещения собственного приложения?

В этом посте я представлю обзор компьютерных кластеров, расскажу о преимуществах и недостатках использования кластера вместо одной машины и опишу, как сегодня предприятия используют кластеры.

Что такое кластер?

На высоком уровне компьютерный кластер представляет собой группу из двух или более компьютеров или узлов, работающих параллельно для достижения общей цели. Это позволяет распределять рабочие нагрузки, состоящие из большого количества отдельных параллелизуемых задач, между узлами в кластере. В результате эти задачи могут использовать объединенную память и вычислительную мощность каждого компьютера для повышения общей производительности.

Для создания компьютерного кластера отдельные узлы должны быть соединены в сеть, чтобы обеспечить связь между узлами. Затем программное обеспечение компьютерного кластера можно использовать для объединения узлов и формирования кластера. У него может быть общее запоминающее устройство и/или локальное хранилище на каждом узле. Как правило, по крайней мере один узел назначается ведущим узлом и действует как точка входа в кластер. Узел-лидер может нести ответственность за делегирование входящей работы другим узлам и, при необходимости, агрегирование результатов и возврат ответа пользователю.

В идеале кластер функционирует как единая система. Пользователю, обращающемуся к кластеру, не нужно знать, является ли система кластером или отдельным компьютером. Кроме того, кластер должен быть спроектирован таким образом, чтобы свести к минимуму задержку и предотвратить возникновение узких мест при обмене данными между узлами.
 

Компьютерные кластеры обычно можно разделить на три типа:

1. Высокодоступные или отказоустойчивые
2. Балансировка нагрузки
3. Высокопроизводительные вычисления

Как вы увидите в следующем разделе, три типа кластеров тесно связаны с потенциальными преимуществами, которые предлагают кластеры. Когда это применимо, я буду ссылаться на соответствующий тип кластера после объяснения конкретного преимущества и того, как кластер его обеспечивает. Также важно отметить, что кластер может быть более чем одного из этих трех типов. Например, кластер, на котором размещается веб-сервер, скорее всего, будет кластером с высокой доступностью и балансировкой нагрузки.

Четыре ключевых преимущества кластерных вычислений

Кластерные вычисления обеспечивают ряд преимуществ: высокая доступность благодаря отказоустойчивости и отказоустойчивости, возможности балансировки нагрузки и масштабирования, а также повышение производительности. Давайте подробнее рассмотрим каждую из этих функций и рассмотрим, как кластеры их реализуют.
 

1. Высокая доступность

Существует несколько важных терминов, которые следует помнить при обсуждении надежности системы:

• Доступность — доступность системы или услуги в течение определенного периода времени, обычно выражаемая в процентах от времени безотказной работы. в течение данного года (например, 9Доступность 9,999 %, или пять девяток)
• Устойчивость — насколько хорошо система восстанавливается после сбоя
• Отказоустойчивость — способность системы продолжать предоставление услуги в случае сбоя
• Надежность — вероятность того, что система будет функционировать должным образом
• Избыточность — дублирование критически важных ресурсов для повышения надежности системы

Приложение, работающее на одном компьютере, имеет единую точку отказа, что снижает надежность системы. Если машина, на которой размещено приложение, выйдет из строя, почти всегда будет время простоя, пока инфраструктура восстанавливается. Поддержание уровня избыточности, помогающего повысить надежность, может сократить время недоступности приложения. Этого можно достичь путем упреждающего запуска приложения на второй системе (которая может получать или не получать трафик) или иметь холодную систему (например, не работающую в данный момент), предварительно настроенную с приложением. Эти конфигурации соответственно известны как активный-активный и активный-пассивный конфигурации. При обнаружении сбоя система «активный-активный» может немедленно переключиться на второй компьютер, в то время как система «активный-пассивный» переключится после отказа второго компьютера.

Компьютерные кластеры состоят из более чем одного узла, одновременно выполняющего один и тот же процесс, и, следовательно, являются активными-активными системами. Системы Active-active обычно отказоустойчивы, потому что система по своей сути предназначена для обработки потери узла. Если узел выходит из строя, оставшиеся узлы готовы взять на себя рабочую нагрузку отказавшего узла. С учетом сказанного, кластер, которому требуется ведущий узел, должен запускать как минимум два ведущих узла в активный-активный конфигурация. Это может предотвратить недоступность кластера в случае сбоя ведущего узла.

Помимо большей отказоустойчивости, кластеры могут повысить отказоустойчивость, упрощая повторное присоединение восстановленных узлов к системе и возвращение кластера к его оптимальному размеру. Любое время простоя системы дорого обходится организации и может ухудшить качество обслуживания клиентов, поэтому очень важно, чтобы система была отказоустойчивой и отказоустойчивой в случае сбоя. Использование кластера может повысить отказоустойчивость и отказоустойчивость системы, обеспечивая более высокую доступность. Кластеры с такими характеристиками называются «высокодоступными» или «отказоустойчивыми» кластерами.
 

2. Балансировка нагрузки

Балансировка нагрузки — это действие по распределению трафика между узлами кластера для оптимизации производительности и предотвращения непропорционального объема работы на одном узле. Балансировщик нагрузки может быть установлен на ведущих узлах или подготовлен отдельно от кластера. Выполняя периодические проверки работоспособности на каждом узле в кластере, балансировщик нагрузки может определить, произошел ли сбой узла, и если это так, он направит входящий трафик на другие узлы в кластере.

Хотя компьютерный кластер изначально не балансирует нагрузку, он позволяет выполнять балансировку нагрузки между его узлами. Эта конфигурация называется кластером «балансировки нагрузки» и часто одновременно является высокодоступным кластером.
 

3. Масштабирование

Существует две классификации масштабирования: вертикальное и горизонтальное. Вертикальное масштабирование (также называемое масштабированием вверх/вниз) включает в себя увеличение или уменьшение ресурсов, выделенных для процесса, таких как объем памяти, количество ядер процессора или доступное хранилище. С другой стороны, горизонтальное масштабирование (масштабирование вверх/вниз) — это когда в системе выполняются дополнительные параллельные задания.

При обслуживании кластера важно отслеживать использование ресурсов и масштабировать его, чтобы обеспечить надлежащее использование ресурсов кластера. К счастью, сама природа кластера упрощает его горизонтальное масштабирование — администратору просто нужно добавлять или удалять узлы по мере необходимости, не забывая о минимальном уровне избыточности, обеспечивающем высокую доступность кластера.

Когда дело доходит до распараллеливания, кластеры могут достигать более высоких уровней производительности, чем отдельная машина. Это связано с тем, что они не ограничены определенным количеством процессорных ядер или другого оборудования. Кроме того, горизонтальное масштабирование может максимизировать производительность, предотвращая исчерпание ресурсов системы.

Кластеры «высокопроизводительных вычислений» (HPC) используют возможность распараллеливания компьютерных кластеров для достижения максимально возможного уровня производительности. Суперкомпьютер — типичный пример кластера высокопроизводительных вычислений.

Проблемы кластеризации

Наиболее очевидной проблемой кластеризации является повышенная сложность установки и обслуживания. Операционная система, приложение и его зависимости должны быть установлены и обновлены на каждом узле. Это становится еще более сложным, если узлы в кластере неоднородны. Использование ресурсов для каждого узла также должно тщательно контролироваться, а журналы должны быть объединены, чтобы гарантировать правильное поведение программного обеспечения. Кроме того, хранением становится сложнее управлять; общее запоминающее устройство должно предотвращать перезапись узлов друг друга, а распределенные хранилища данных должны синхронизироваться.

Контейнеризация приложения и размещение кластера в облаке, как я объясню далее, могут помочь решить некоторые из этих проблем.

Кластеры в облаке

До публичного облака компьютерные кластеры состояли из набора физических машин, обменивающихся данными через локальную сеть. Создание компьютерного кластера требовало тщательного планирования, чтобы гарантировать, что он будет соответствовать текущим и будущим требованиям, поскольку масштабирование физического кластера может занять недели или даже месяцы. Кроме того, локальные или самоуправляемые кластеры не были устойчивыми в случае региональных аварий, поэтому должны были быть приняты другие меры безопасности для обеспечения избыточности. Например, использование второго поставщика энергии и узлов хостинга в двух физических местах предотвратит отключение кластера из-за отключения электроэнергии поставщиком или регионом.

Итак, что такое кластер в облачных вычислениях? Проще говоря, это группа узлов, размещенных на виртуальных машинах и подключенных к виртуальному частному облаку. Использование облака позволяет полностью исключить большую часть накладных расходов, связанных с настройкой кластера. Виртуальные машины могут быть предоставлены по запросу, что позволяет масштабировать кластеры за считанные минуты. Инфраструктуру можно быстро обновлять, обеспечивая гибкость, необходимую кластеру для адаптации к изменяющимся потребностям. И, наконец, развертывание узлов в нескольких зонах и регионах доступности может уменьшить задержки пользователей и устойчивость кластера.

Проще говоря, кластеризация в облаке может значительно сократить время и усилия, необходимые для запуска и запуска, а также предоставить длинный список услуг для повышения доступности, безопасности и удобства обслуживания кластера.

Контейнеры и их связь с кластерами

Контейнеры устранили многие трудности, связанные с развертыванием приложений. Различия между локальной и удаленной средами в значительной степени можно игнорировать (за некоторыми исключениями, такими как архитектура ЦП), зависимости приложений поставляются внутри контейнера, а безопасность повышается за счет изоляции приложения от хоста. Использование контейнеров также упростило для команд работу с микросервисной архитектурой, в которой приложение разбито на небольшие, слабо связанные сервисы. Но какое отношение контейнеры имеют к компьютерным кластерам?

Вот распространенный сценарий. Ваша организация разрабатывает простое веб-приложение. Внешний и внутренний интерфейсы построены как микросервисы, работающие независимо друг от друга в виде автономных контейнеров и взаимодействующие по протоколу HTTPS. Теперь пришло время развернуть ваше приложение.

Первое решение, которое вы попробуете, может состоять в том, чтобы подготовить виртуальную машину в облаке для запуска ваших контейнеров. Это работает, но есть ряд недостатков. Производительность ограничена ресурсами, предоставленными виртуальной машине, и масштабирование приложения, вероятно, будет затруднено. Кроме того, если виртуальная машина или оборудование, на котором размещена виртуальная машина, выйдет из строя, приложение будет недоступно до тех пор, пока не будет подготовлена ​​новая машина или трафик не будет перенаправлен на резервный сервер.

К счастью, кластер решает обе эти проблемы.

Развертывание контейнерных приложений на узлах кластера может существенно улучшить доступность, масштабируемость и производительность вашего веб-приложения. Запуск нескольких контейнеров на узел увеличивает использование ресурсов, а обеспечение того, чтобы экземпляр каждого контейнера работал более чем на одном узле одновременно, предотвращает возникновение единой точки отказа вашего приложения.

Однако это приводит к другой проблеме: управлению контейнерами. Управление контейнерами в кластере из десяти узлов может быть утомительным, но что делать, когда кластер достигает сотни или даже тысячи узлов? К счастью, существует ряд систем оркестрации контейнеров, таких как Kubernetes, которые могут помочь вашему приложению масштабироваться.

Чтобы узнать больше о контейнерах и их сравнении с виртуальными машинами, ознакомьтесь с разделом Контейнеры и виртуальные машины: в чем разница и когда их использовать.

Что такое кластер Kubernetes?

Kubernetes — это система с открытым исходным кодом для автоматизации развертывания, масштабирования и управления контейнерными приложениями. Кластер Kubernetes — это группа узлов, на которых запущены контейнерные приложения, развертываемые и управляемые Kubernetes. Он состоит из набора узлов, которые составляют так называемую плоскость управления (по аналогии с ведущими узлами в общем кластере), и второго набора узлов, называемых рабочими узлами, которые запускают одно или несколько приложений.

Kubernetes — это мощный инструмент, который может упростить развертывание приложений в кластере, создавать дополнительные «модули» (группы из одного или нескольких контейнеров) по мере увеличения трафика, самостоятельно восстанавливать неисправные модули, динамически реагировать на изменения в сети, балансировать нагрузку, обеспечивать безопасность. правила и многое другое. Он разработан, чтобы быть устойчивым, масштабируемым и производительным, используя преимущества кластерной архитектуры.

Будучи дипломированным проектом Cloud Native Computing Foundation, Kubernetes продемонстрировал невероятный рост с момента его выпуска Google в 2014 году. Поскольку это система с открытым исходным кодом, отдельные лица и организации могут использовать ее по своему усмотрению. свои собственные инструменты с открытым исходным кодом, которые работают с Kubernetes или вместе с ним. Существует несколько ограничений на то, где можно развернуть кластер Kubernetes (локально или в облаке), а с выпуском Container Runtime Interface Kubernetes поддерживает различные среды выполнения контейнеров.

К сожалению, Kubernetes сложно внедрить и еще сложнее поддерживать в масштабе. Это особенно актуально для предприятий, которые сталкиваются с уникальными проблемами эффективности и сложности. Если вы хотите узнать больше о Kubernetes, контейнерах и кластерах в масштабе, прочтите Kubernetes в масштабе предприятия: что вам нужно знать.

Контейнеры и кластеры в масштабе предприятия

Мы рассмотрели, как архитектура на основе кластера может помочь повысить отказоустойчивость, масштабируемость и производительность системы, а также проблемы, связанные с компьютерными кластерами. Мы также обсудили, как контейнеры и системы оркестрации контейнеров могут помочь смягчить некоторые из этих проблем. Все это довольно сложно, и создание безопасной и стабильной системы особенно сложно в масштабах предприятия.

В частности, Kubernetes, несмотря на его обширный список функций, не обладает надежностью и простотой использования, необходимыми предприятиям, чтобы полагаться на него как на единственное решение для оркестровки контейнеров. Вот почему Capital One создал свой собственный. Созданная на основе Kubernetes платформа Critical Stack представляет собой платформу для оркестрации контейнеров, которая устраняет проблемы с настройкой, связанные с контейнерными приложениями, помогая предприятиям использовать преимущества контейнеров и кластеров, удовлетворяя при этом свои собственные потребности.

Learn more

• 
  Инфракрасный пульт xiaomi
• 
  Как отключить родительский контроль на самсунге
• 
  Как правильно установить windows 10 на ноутбук
• 
  Как записать звук с компьютера
• 
  Как переименовать учетную запись администратора в windows 10
• 
  Эксель документ не сохранен
• 
  Как убрать нумерацию с одной страницы в ворде
• 
  Как виндовс 10 сбросить до заводских
• 
  Как синхронизировать наушники f9 tws между собой беспроводные
• 
  Позвонить на номер мтс
• 
  Настройка в биосе включение пк при подачи питания