Hệ thống clustering là gì? Ứng dụng trong quản lý cơ sở dữ liệu

Clustering là gì?

Trước tiên chúng ta cùng đi tìm hiểu Clustering là gì nhé. Đây là một kiến trúc được tạo ra nhằm bảo đảm nâng cao khả năng sẵn sàng cho hệ thống mạng máy tính. Clustering cho phép nhiều máy chủ riêng biệt có thể kết nối lại với nhau tạo thành một cụm và có khả năng chịu đựng hay chấp nhận những lỗi sai (fault-tolerant) nhằm mục đích nâng cao độ sẵn sàng của hệ thống mạng.

Khi một trong số các máy chủ xảy ra sự cố, Clustering sẽ tự động trao quyền hoạt động cho bất kỳ máy chủ khác trong cùng hệ thống. Từ đó, hệ thống vẫn sẽ hoạt động ở trạng thái bình thường mà không sảy ra việc ngắt hoặc gián đoạn hoạt động. Quá trình này được gọi với tên là "Failover". Ngoài ra, Clustering còn quá trình tự phục hồi tài nguyên Server có tên thuật ngữ là "Failback".

Ưu điểm của hệ thống Clustering là gì?

Hệ thống máy chủ Clustering đem đến 4 ưu điểm cho người dùng:

• Tăng thêm khả năng cung cấp tài nguyên: Nếu một trong số những máy chủ gặp vấn đề hoặc có thể đang trong giai đoạn nâng cấp, sửa chữa thì Clustering có thể tự động chuyển tài nguyên sang bất kỳ máy chủ khác cùng một hệ thống, đảm bảo không làm tốn thời gian hoặc làm mất tài nguyên quan trọng.
• Quá trình quản lý đơn giản hoá: Người dùng hoàn toàn có thể quản lý hệ thống dễ dàng thông qua Cluster Administrator tools. Nhờ Cluster Administrator tools, khách hàng không chỉ có thể quản lý được toàn bộ máy chủ mà còn cả các ứng dụng trên máy chủ đó. Ngoài ra, công cụ quản lý này giúp người dùng dễ dàng di chuyển các ứng dụng từ máy chủ này qua máy chủ khác.
• Tăng hiệu suất: Nhiều hệ thống Clustering có hiệu suất xử lý cao, đảm bảo khả năng hoạt động nhanh chóng và mạnh mẽ, tiết kiệm thời gian cho người dùng.
• Dễ dàng mở rộng: Trong một số trường hợp khách hàng sử dụng các ứng dụng vượt quá giới hạn tài nguyên của Clustering. Khi đó, hệ thống sẽ cấp quyền cho khách hàng mở rộng thêm các bộ nhớ RAM, bộ xử lý, node,,… vào hệ thống.

Thành phần có trong clustering là gì?

Mỗi hệ thống Clustering đều được cấu tạo bởi các thành phần như sau:

• Resource Monitor: Cung cấp lớp giao tiếp, giám sát và xử lý giữa Cluster service và resource DLLs. Resource Monitor lquy trình hoạt động tách biệt với Cluster service. Để lấy được dữ liệu từ tài nguyên, Resource Monitor có nhiệm vụ tiếp là nhận yêu cầu, đồng thời truyền tải yêu cầu đó đến resource DLL. Ngoài ra, nếu resource DLL thông báo cho Cluster service trạng thái hoạt động thì Resource Monitor sẽ làm nhiệm vụ là đem thông tin này truyền tải tới Cluster service.
• Backup/Restore Manager: Đây là API (Application Programming Interface – phương thức kết nối trung gian) trục tiếp tiếp nhận yêu cầu của Cluster service và có nhiệm vụ backup dữ liệu. Đầu tiên, dữ liệu được backup (Backup Cluster Database) sẽ tương tác qua lại với Failover Manager và truyền tải thông báo tới node chứa Quorum Resource. Sau đó, node sẽ tạo dữ liệu backup dành cho file Checkpoint và Quorum Log file.
• Membership Manager: Phụ trách quản lý, duy trì tất cả node thuộc về Clustering đồng thời tạo các thuộc tính cho từng node. Membership Manager duy trì node bao gồm các tất các node hoạt động và các node bị hư hỏng. Với thuật toán Regroup, Membership Manager sẽ hoạt động bất kỳ thời điểm nào nếu có một hoặc nhiều node bị lỗi cùng lúc.
• Checkpoint Manager: Bảo đảm hệ thống Clustering được tự hồi phục từ nguồn tài nguyên bị lỗi. Checkpoint Manager sẽ tiến hành công việc kiểm tra khóa Registry khi nguồn tài nguyên hoạt động trong trạng thái ngoại tuyến (offline). Khi nguồn tài nguyên hoạt động ở trạng thái trực tuyến (online), Checkpoint Manager sẽ tự ghi lại dữ liệu của Checkpoint và chuyển đến Quorum Resource.

Một số lưu ý khi lắp đặp clustering là gì?

Khi lắp đặt hệ thống Clustering, người dùng cần lưu ý và đảm bảo về các yêu cầu RAS (Reliability – Availability - Scalability) sau:

• Độ tin cậy cao (High Reliability): Khả năng chịu đựng sai sót, lỗi của hệ thống là điều rất quan trọng. Điều này góp phần giảm thiểu tần số nếu lỗi hệ thống xảy ra.
• Tính khả dụng cao (High Availability): Nguồn tài nguyên luôn trong trạng thái sẵn sàng ở mức độ cao nhất. Nếu nguồn tài nguyên không đủ sẽ dễ dàng dẫn đến tình trạng dừng hoạt động của hệ thống Clustering.
• Khả năng mở rộng (Scalability): Sau một thời gian dài sử dụng, hệ thống phải có khả năng mở rộng thêm về mặt nâng cấp. Khách hàng có thể nâng cấp hệ thống bằng nhiều hình thức như thêm máy tính, thêm người dùng, thêm thiết bị, thêm dịch vụ hoặc ứng dụng,… đảm bảo mọi nhu cầu sử dụng.

Cách hoạt động của Clustering

Node hay còn gọi là máy chủ của Clustering. Mỗi node có thể thiết lập một trong hai trạng thái là chủ động (active) hoặc bị động (passive). Khi node ở trạng thái chủ động, node sẽ tự xử lý những yêu cầu được truyền tải.Ngược lại nếu node ở trạng thái bị động, node sẽ ở chế độ dự phòng (Hot standby) và có nhiệm vụ thay thế node khác khi node đó gặp trục trặc.

Đối với Clustering, hệ thống bao gồm rất nhiều node chủ động lẫn bị động bên trong. Hệ thống Clustering vô cùng quan trọng trong việc phân loại node chủ động hoặc bị động dựa vào những trường hợp đặc biệt sau:

Khi node chủ động gặp lỗi, tất cả dữ liệu, ứng dụng,… của node chủ động sẽ được chuyển sang cho node bị động. Node bị động khi ấy sẽ đóng vai trò chính trong việc chạy ứng dụng, dịch vụ thay node bị động mà không gây ảnh hưởng tới những dịch vụ, ứng dụng khác.

Đối với trường hợp hệ thống toàn node chủ động, khi một trong những node chủ động gặp lỗi, tất cả ứng dụng, dịch vụ được chuyển qua node chủ động khác. Khác với node bị động, node chủ động đã được đảm nhiệm chạy ứng dụng hay dịch vụ, khi có ứng dụng và dịch vụ của node khác truyền qua thì node chủ động sẽ phải hoạt động với năng suất gấp đôi. Do đó, node này phải được đảm bảo có dư tài nguyên, cấu hình nhằm giúp hệ thống hoạt động bình thường.

Khi Clustering hoạt động với số node đa phần là node chủ động thì người dùng cần chuẩn bị hệ thống có bộ nhớ, tài nguyên mạnh. Việc chuẩn bị tài nguyên, bộ nhớ mạnh giúp hệ thống xử lý được khối công việc dễ dàng, đồng thời đề phòng trường hợp có node bị lỗi khi hoạt động.

Đa phần tất cả node trong cùng hệ thống Clustering chính là một bộ phận của một miền (Domain) được cấu hình như Server thành viên hoặc máy điều khiển miền (Domain Controller). Để hệ thống hoạt động tốt, khách hàng tốt nhất nên sử dụng nhiều node và có một node để giải quyết việc Failover và một node làm máy điều khiển miền Domain Controller.

Ứng dụng trong quản trị cơ sở dữ liệu của Clustering là gì?

Clustering được dùng cho các ứng dụng hoạt động thường xuyên trong một thời gian dài (Stateful applications) bao gồm các database server như là Microsoft MySQL Server, Microsoft Exchange Server, File and Print Server,,… 

Tất cả các node trong cùng một Clustering sẽ dùng chung một nơi lưu trữ dữ liệu để có thể dùng chung công nghệ SCSI hoặc Storage Area Network (SAN). Windows 2000 Advance Server hỗ trợ 2 node, Windows 2000 Datacenter Server có 4 node, trong khi đó Windows Server 2003 Enterprise và Datacenter hỗ trợ cluster 8 node.

Kết luận

Trên đây là tổng quan về Clustering. Để có được hệ thống Clustering ổn định các bạn đừng quên 3 lưu ý khi lắp đặp trên nhé. Hy vọng qua bài viết này các bạn đã hiểu hơn về Clustering là gì và những thuật ngữ liên quan đến hệ thống này.