Cluster - Einführung V1.2 (c) Stor IT Back 2007
Einführung
Ein Cluster soll
die Verfügbarkeit und/oder Skalierbarkeit einer Anwendung erhöhen. Daraus lassen
sich zwei Arten von Clustern ableiten, die zwar ähnlich aufgebaut sind, jedoch
auch wichtige Unterschiede besitzen. Dies ist einmal der reine Hochverfügbarkeits-Cluster
(HA), der nur die Verfügbarkeit einer Anwendung erhöhen soll. Die zweite Art
erhöht auch die Verfügbarkeit, aber zusätzlich wird die Skalierbarkeit verbessert.
Dies hört sich nach starken Vorteilen des zweiten Clustertyps an, jedoch ist
er nicht für jede Anwendung geeignet.
HA-Cluster (high availibility)
Dieser Cluster erhöht
die Verfügbarkeit der Anwendung durch eine konsequente Vermeidung eines "single-point-of-failure"
im Gesamtsystem. Dies wird auf der Hardware-Seite durch eine Verdoppelung der
Komponenten erreicht. 
Sollte ein Server oder ein Storage-System ausfallen, dann übernimmt der Partner
die Arbeit. Konsequenter Weise sollten auch alle Komponenten innerhalb von Server
und Storage-System redundant ausgelegt werden. So wird durch diese einfachen
und kostengünstigen Maßnahmen die Grundverfügbarkeit jedes Einzelsystems
deutlich erhöht.
Eine Anwendung kann in diesem Fall nur auf einem der beiden Rechner laufen.
Fällt dieser Rechner aus, so übernimmt der andere sämtliche Funktionen, das
heißt die IP-Adresse, die Daten und die Anwendung. Ist nur eine Anwendung
vorhanden, so läuft der jeweils andere Rechner ohne eigentliche Funktion vor
sich hin. In diesem Falle sollte der Cluster unsymmetrisch aufgebaut werden,
der normale Produktionsrechner als großer und leistungsfähiger Server, die Ersatzmaschine
als Minimalsystem. Eine mögliche Aufgabe für das "Ersatzsystem" ist die Testumgebung.
Diese kann im Fehlerfalle deaktiviert werden und das Produktionssystem darf
die volle Rechnerkapazität nutzen.
Die Auslegung des Storage-Systems bzw. der Storage-Systeme ist für diesen
Cluster recht einfach. Es muss nur möglich sein, dass zwei Rechner gleichzeitig
auf den Storage zugreifen können, es muss also mindestens zwei Host-Eingänge
besitzen. Dies ist schon mit "einfachen" SCSI-RAID-Systemen möglich.
Für das Betriebssystem des Servers muss ein Software-RAID-1 verfügbar
sein, welches durch den Cluster unterstützt wird. Ist dies nicht möglich,
so kann nur mit einem Storage-System gearbeitet werden. In diesem Fall muss
eine Storage-Hardware den Verfügbarkeitsansprüchen genügen. Eine
Ergänzung kann dann auch die zusätzliche Replikation der Daten sein.
Cluster zur Steigerung der Skalierbarkeit
Sollte eine Anwendung
auf einem Rechner nicht mehr die geforderten Antwortzeiten erreichen, so kann
erst einmal der Rechner aufgerüstet werden. Dies kommt schnell an Grenzen. Effektiver
ist es da schon, wenn die gleiche Anwendung mit den gleichen Daten auch noch
auf einem zweiten Rechner zur gleichen Zeit laufen könnte. 
Und dies ermöglicht der Cluster. Die Anwendung wird auf dem zweiten Server gestartet
und greift auch auf die gleichen Daten zu. Aber dort liegt auch das Problem.
Die Anwendung muss den Zugriff von mehreren Rechnern auf seine Datenbasis erlauben.
Dies funktioniert sehr gut bei Webservern, bei Datenbanken kommen Probleme auf,
die meistens auf anderen Wegen gelöst werden müssen. Soll zusätzlich die Verfügbarkeit
gesteigert werden, so muss auf die Auslegung des Lasterverteilers und des NAS
Storage besonderen Wert gelegt werden. Hier sollten dann HA-Cluster eingesetzt
werden.
Wird der NAS Storage durch ein Fibre Channel Storage ersetzt, so müssen
spezielle Filesysteme eingesetzt werden (SAN Filesysteme oder Cluster Filesysteme),
die einen schreibenden Zugriff von verschiedenen Rechnern auf ein Filesystem
ermöglichen. Mit dieser Konfiguration können auch Datenbanken auf
diesem Cluster betrieben werden. Die Hauptanwendung ist aber meist die Webanwendung
oder Videostreaming. Immer wenn hohe Datenraten benötigt werden, wird auf
ein SAN- bzw. Fibre Channel-Storage zurückgegriffen.
Anwendung Cluster: NAS
Eine typische Anwendung
für einen HA-Cluster ist ein NAS-Server. Liegen die wichtigen Firmendaten auf
dem NAS-System und sind längere Ausfallzeiten nicht akzeptabel, so muss das
NAS-System hochverfügbar ausgelegt werden. Es entsteht ein typischer HA-Cluster,
es sind mehrere NAS-Köpfe (Server) vorhanden, die auf gespiegelte Daten zugreifen.
Ein weiterer Ausbau der Verfügbarkeit liegt in der räumlichen Trennung der Systeme
in unterschiedliche Brandabschnitte oder Gebäude. Solche Verfahren bieten sogar
Schutz gegen Brand und Wasserschaden. Abstände von 500 Metern lassen sich ohne
Probleme und sehr kostengünstig mit Fibre-Channel-Systemen erreichen. Auch bei
Performanceproblemen gibt es eine Lösung im NAS-Bereich. Mehrere NAS-Server
greifen auf die gleiche Datenbasis zu. Hierfür wird jedoch eine spezielle Software
benötigt, die den konkurrierenden Schreibzugriff ermöglicht. In diesem Bereich
bieten wir individuelle Lösungen an, setzen Sie sich mit uns in Verbindung.
