کلاسترینگ سرور چیست؟ آشنایی با مفاهیم (Server clustering)

در جامعه کنونی شرکت‌ها به دنبال این هستند که سیستم‌هایشان همیشه روشن و فعال باشند و بتوانند درخواست‌های کاربران را در شرایط مختلف مدیریت کنند. اگر یک سرویس آنلاین یا پایگاه داده ناگهان از کار بیفتد، ممکن است ضررهای مالی به بار آورد و کاربران را ناراضی کند. به همین دلیل برخی روش‌ها که پایداری سیستم‌ها را بیشتر می‌کنند، اهمیت زیادی دارند. یکی از این روش‌ها خوشه بندی سرور یا کلاسترینگ سرور است. در این تکنیک، چند سرور به طور هم زمان روی یک وظیفه کار می‌کنند، به طوری که اگر یکی از آن‌ها دچار مشکل شود، بقیه به طور خودکار جایگزین آن می‌شوند. این روش باعث می‌شود که سیستم بتواند درخواست‌های زیاد را به سرعت پردازش کند. علاوه بر این، خوشه‌بندی سرورها باعث می‌شود منابع موجود به شکل بهتری میان دستگاه‌های مختلف تقسیم شوند.

کلاسترینگ سرور چیست؟ | خوشه بندی چیست؟

وقتی درباره کلاسترینگ سرور صحبت می‌کنیم، یعنی چند سرور به طور هماهنگ کنار هم قرار می‌گیرند و مثل یک سیستم یکپارچه کار می‌کنند. هرکدام از این سرورها که «گره» نامیده می‌شوند، پردازنده، حافظه و فضای ذخیره سازی مخصوص به خود را دارند. خوشه بندی به این دلیل انجام می‌شود که اگر یکی از گره‌ها دچار مشکل شد یا فشار کاری روی آن زیاد شد، بقیه بتوانند وظایف را ادامه دهند و سرویس‌دهی بدون مشکل انجام شود.

این روش باعث می‌شود شرکت‌ها بتوانند خدمات مهم خود را بدون وقفه در دسترس نگه دارند، حتی اگر بخشی از زیرساخت دچار خرابی شود. از این مدل سرور برای کاربردهای مختلفی مانند مدیریت پایگاه داده، سرورهای وب، خدمات ابری و پردازش‌های سنگین استفاده می‌شود. گره‌های موجود در خوشه معمولا از یک نرم‌افزار مشترک و تنظیمات یکسان استفاده می‌کنند تا هماهنگی بین آن‌ها حفظ شود.

برای کاربران، مجموعه‌ای از سرورهای خوشه بندی شده مثل یک سرور واحد به نظر می‌رسند و یک آدرس مشخص دارند. این روش باعث می‌شود اختلالات احتمالی کمتر شود چون اگر یکی از گره‌ها از کار بیفتد، بقیه جای آن را می‌گیرند. در نتیجه، پایداری سیستم افزایش پیدا می‌کند و بار کاری بین سرورها به صورت متعادل توزیع می‌شود.

اگر قصد خرید سرور کارکرده و استوک با قیمتی اقتصادی دارید، شرکت ماهان شبکه ایرانیان بهترین گزینه است. این شرکت سرورهای کارکرده را با بهترین کیفیت همراه با گارانتی عرضه می کند. از طریق  شماره ۰۲۱۹۱۰۰۸۴۱۳ می توانید با کارشناسان شرکت ماهان شبکه در تماس باشید.

نحوه کارکرد کلاسترینگ سرور

در خوشه بندی سرور، گره‌ها با یکدیگر در ارتباط هستند تا وظایف مشخص شده را به صورت هماهنگ انجام دهند. این هماهنگی معمولا از طریق یک پایگاه داده پیکربندی یا بخشی به نام کواروم (Quorum) مدیریت می‌شود. کواروم مانند یک مرکز کنترل عمل می‌کند که اطلاعات مربوط به ارتباط بین گره‌ها و وضعیت فعالیت آن‌ها را نگه می‌دارد. هر گره یک رای دارد که مشخص می‌کند کدام بخش خوشه در حال کار است و کدام بخش باید از چرخه خارج شود.

وقتی یک درخواست به سیستم وارد می‌شود، یک مکانیزم توزیع بار مشخص می‌کند که درخواست به کدام گره ارسال شود. اگر یک گره پردازش لازم را انجام ندهد یا از شبکه خارج شود، گره‌های دیگر وظایف را بر عهده می‌گیرند تا وقفه‌ای در سرویس‌دهی ایجاد نشود.

هدف اصلی کلاستر سرور چیست؟

مهم‌ترین دلیل استفاده از خوشه بندی سرور، حفظ عملکرد مداوم یک سامانه است. هر سیستم نرم‌افزاری، از فروشگاه اینترنتی گرفته تا برنامه‌های سازمانی و پیام‌رسان‌ها، زمانی که کاربران زیادی دارد باید بدون قطعی در دسترس باشد. کلاسترینگ این مشکل را برطرف می‌کند؛ اگر یکی از سرورها از کار بیفتد، بقیه سرورها ادامه کار را بر عهده می‌گیرند تا سرویس‌دهی متوقف نشود.

علاوه بر این، خوشه‌بندی باعث افزایش سرعت پردازش می‌شود. وقتی تعداد درخواست‌ها زیاد باشد، توزیع آن‌ها میان چند سرور باعث می‌شود پاسخگویی سریع‌تر انجام شود. به عبارت دیگر، خوشه‌بندی فقط برای مقاومت در برابر مشکلات سخت‌افزاری یا نرم‌افزاری نیست بلکه به توسعه و افزایش ظرفیت سامانه نیز کمک می‌کند.

یکی دیگر از اهداف خوشه بندی، توزیع کارها بین سرورها است. مثلا ممکن است یک سرور وظایف مربوط به پایگاه داده را مدیریت کند و سرور دیگر درخواست‌های متنی را پردازش کند. همچنین، این ساختار باعث می‌شود که اگر یکی از سرورها دچار مشکل شد، سیستم به‌طور خودکار خطا را جبران کند و روند کار مختل نشود.

طبقه بندی کلاسترینگ سرور

خوشه بندی سرور را می‌توان از جنبه‌های مختلف بررسی کرد. یکی از این موارد، تعداد سرورها در خوشه است. برخی خوشه‌ها از دو سرور تشکیل شده‌اند، در حالی که برخی دیگر شامل چندین سرور هستند که در مراکز داده بزرگ استفاده می‌شوند.

یکی دیگر از تفاوت‌ها نحوه ارتباط بین سرورها است. در بعضی خوشه‌ها، سرورها فقط از طریق شبکه به یکدیگر متصل هستند و هیچ فضای ذخیره سازی مشترکی ندارند. اما در برخی دیگر، همه سرورها به یک فضای ذخیره‌سازی یکسان متصل هستند که اطلاعات مهم را در یک محل نگه می‌دارد.

شیوه مدیریت و واکنش در زمان خرابی نیز از نکات مهم در خوشه‌بندی است. در برخی مدل‌ها اگر یک سرور دچار مشکل شود، مدیر شبکه باید خودش مشکل را برطرف کند. اما در مدل‌های پیشرفته‌تر، این فرایند به‌صورت خودکار انجام می‌شود و نرم‌افزارهای مخصوص، وظایف را بین سرورهای سالم تقسیم می‌کنند.

همچنین، خوشه‌ها از نظر هدف استفاده هم با هم تفاوت دارند. بعضی از آن‌ها برای حفظ دسترسی دائمی به سرویس‌ها طراحی شده‌اند، در حالی که برخی دیگر برای توزیع بار کاری بین چند سرور استفاده می‌شوند. برخی خوشه‌ها به‌طور ویژه برای پردازش داده‌های سنگین در سیستم‌هایی مانند شبیه سازی‌های علمی یا محاسبات آماری به کار می‌روند.

طبقه بندی کلاسترینگ سرور بر اساس اهداف و زیرساخت ها:

در این بخش، چند مدل پر کاربرد خوشه‌های سروری را بررسی می‌کنیم و ویژگی‌های هر یک را توضیح می‌دهیم:

کلاستر(HA) با قابلیت دسترسی بالا

در این روش، هدف اصلی این است که سرویس همیشه در دسترس باشد و قطعی اتفاق نیفتد. برای این کار، چند سرور به صورت گروهی کار می‌کنند تا اگر یکی از آن‌ها از کار افتاد، بقیه بتوانند درخواست‌ها را مدیریت کنند. چنین سیستمی معمولا برای وب‌سایت‌های پرترافیک استفاده می‌شود که حتی چند دقیقه قطعی هم می‌تواند مشکل ساز باشد.

در این مدل، سرورها می‌توانند همزمان فعال باشند یا برخی در حالت آماده باش (Standby) بمانند تا در مواقع ضروری جایگزین شوند. همچنین، برای جلوگیری از مشکلات سخت‌افزاری، تجهیزات اضافی مانند چندین منبع تغذیه، ارتباطات شبکه‌ای چندگانه و فضای ذخیره‌سازی پشتیبان در نظر گرفته می‌شود. این کار باعث می‌شود اختلالات به حداقل برسند و سرویس دهی بدون وقفه ادامه پیدا کند. البته پیاده سازی این روش هزینه دارد اما باعث افزایش پایداری و کاهش خرابی‌ها می‌شود.

انواع معماری کلاستر های HA

کلاستر های HA دو نوع معماری دارند:

در روش  Active-Active، همه سرورها همزمان کار می‌کنند و هرکدام بخشی از پردازش‌ها را انجام می‌دهند. این مدل باعث افزایش توان سرویس‌دهی می‌شود، چون تمام سرورها به طور همزمان درخواست‌ها را مدیریت می‌کنند. اگر یکی از آن‌ها از دسترس خارج شود، سرورهای دیگر بار بیشتری را پردازش می‌کنند تا سرویس‌دهی بدون مشکل ادامه پیدا کند.

از طرف دیگر، در روش Active-Passive، فقط یک سرور فعال است و بقیه در حالت آماده بش قرار دارند. اگر سرور اصلی از کار بیفتد، یکی از سرورهای پشتیبان جایگزین آن می‌شود و فعالیت‌ها را ادامه می‌دهد. این مدل کنترل ساده تری دارد و هزینه‌های پیاده‌سازی آن معمولا کمتر است، اما نمی‌تواند ظرفیت پردازش را به اندازه روش Active-Active افزایش دهد.

 کلاسترهای متعادل کننده بار

در این مدل، درخواست‌های کاربران بین چندین سرور توزیع می‌شود تا از فشار بیش‌ازحد روی یک سرور جلوگیری شود. این کار اغلب توسط یک بخش مرکزی به نام Load Balancer انجام می‌شود که تشخیص می‌دهد کدام سرور در آن لحظه ظرفیت بیشتری برای پردازش درخواست‌ها دارد.

این روش در سیستم‌هایی که تعداد زیادی کاربر هم زمان مانند سامانه‌های پرداخت آنلاین، پلتفرم‌های آموزشی یا سایت‌های پربازدید دارند ، بسیار کاربردی است. وقتی بار پردازشی بیشتر از حد توان یک سرور شود، توازن دهنده بلافاصله درخواست را به سرور دیگری منتقل می‌کند. نتیجه این کار، افزایش سرعت پاسخ‌گویی و کاهش فشار روی زیرساخت است. این مدل می‌تواند به صورت Active-Active که در آن همه سرورها هم‌زمان کار می‌کنند، یا Active-Passive که در آن فقط یک سرور فعال است و سرور دیگر در صورت نیاز وارد عمل می‌شود، اجرا شود.

 کلاستر ذخیره سازی با پردازش سریع

برخی این مدل را به یک ابررایانه تشبیه می‌کنند چون چندین سرور پر قدرت به صورت یکپارچه کار می‌کنند تا پردازش داده‌های سنگین را انجام دهند. این سرورها معمولا به یک شبکه پرسرعت متصل هستند و برای مدیریت حجم زیادی از اطلاعات به کار می‌روند.

در این سیستم، وجود چندین سرور باعث می‌شود حتی اگر یکی از آن‌ها از کار بیفتد، باقی همچنان وظایف پردازشی را انجام دهند. این روش برای مراکزی که نیاز به پردازش حجم بالایی از داده دارند مانند پژوهشگاه‌ها یا شرکت‌هایی که اطلاعات IoT را تحلیل می‌کنند، کاربرد دارد. اتصال این سرورها به فضای ذخیره‌سازی باعث می‌شود داده‌ها با سرعت بالا خوانده و پردازش شوند. چون پردازش بین چندین دستگاه توزیع می‌شود، نتیجه آن افزایش سرعت و کارایی در انجام محاسبات خواهد بود.

ذخیره سازی خوشه ای و کلاسترهای پایگاه داده

در بسیاری از سیستم‌های خوشه‌ای، همگام‌سازی اطلاعات بین سرورها اهمیت زیادی دارد. برای مثال، در کلاسترهای پایگاه داده، چندین سرور نسخه‌ای از اطلاعات را نگه می‌دارند تا اگر یکی از آن‌ها دچار مشکل شد، سرور دیگر وظایف را به عهده بگیرد. این روش باعث می‌شود احتمال از دست رفتن داده کاهش پیدا کند و سرویس‌دهی بدون وقفه ادامه یابد.

از سوی دیگر، ذخیره سازی خوشه‌ای به‌گونه‌ای طراحی شده که سرورها به صورت هماهنگ فایل‌ها و اطلاعات را مدیریت کنند. سرورها می‌توانند به طور مستقیم به شبکه ذخیره سازی متصل شوند یا از طریق سیستم‌هایی مانند Storage Area Network (SAN) داده‌ها را دریافت کنند. برخی روش‌ها دسترسی مشترک به داده‌ها را فراهم می‌کنند، درحالی که برخی دیگر به صورت مستقل عمل می‌کنند. وجود این روش‌های مختلف نشان می‌دهد که برای هر نوع نیاز، می‌توان راهکاری متفاوت در بخش ذخیره سازی خوشه‌ای به کار گرفت.

مزایای Server cluster

– وقتی تعداد درخواست‌ها زیاد شود، یک سرور ممکن است کند شود. اما در یک خوشه کارها بین چند سرور توزیع می‌شود و هرکدام بخشی از پردازش را انجام می‌دهند.

– اگر یکی از سرورها از کار بیفتد، سرورهای دیگر جای آن را پر می‌کنند. این روش باعث می‌شود سرویس‌دهی متوقف نشود و مشکلات سخت‌افزاری تأثیر کمتری داشته باشند.

– اگر تعداد کاربران رشد کند، می‌توان سرورهای جدیدی به خوشه اضافه کرد. این یعنی نیازی به تغییر اساسی در زیرساخت نیست و سیستم به تدریج توسعه پیدا می‌کند.

– وقتی درخواست‌ها بین چند سرور پخش شوند، زمان انتظار کاربران کمتر می‌شود. این ویژگی به‌خصوص برای فروشگاه‌های اینترنتی و سامانه‌های پرترافیک اهمیت زیادی دارد.

– خوشه بندی سرورها مدل ثابتی ندارد. می‌توان سرورها را در یک محل متمرکز کرد یا آن‌ها را در نقاط مختلف جغرافیایی قرار داد و از طریق شبکه به هم متصل کرد. این ویژگی باعث می‌شود هر سازمان بر اساس نیاز خود، بهترین روش را انتخاب کند.

تکنولوژی های مورد استفاده در خوشه بندی سرور چیست؟

• مجازی سازی (Virtualization) : نرم‌افزارهایی مانند VMware و Hyper-V این امکان را می‌دهند که چندین سیستم مجازی روی یک سرور فیزیکی اجرا شوند. این روش در ساخت خوشه‌های نرم‌افزاری کاربرد زیادی دارد.
• مدیر اتصال خوشه (Cluster Connection Manager) : برنامه‌ای که وضعیت همه سرورها را بررسی کرده و ارتباط بین آن‌ها را تنظیم می‌کند.
• مدیر جایگزینی گره‌ها (Failover Manager) : اگر یکی از سرورها از کار بیفتد، این سیستم سرور دیگری را جایگزین آن می‌کند تا سرویس‌دهی ادامه پیدا کند.
• سامانه‌های توزیع ترافیک (Load Balancer Services) : ابزارهایی مانند HAProxy و Nginx که درخواست‌های کاربران را بین سرورها تقسیم می‌کنند تا فشار روی یک سرور زیاد نشود.
• فضای ذخیره‌سازی مشترک (SAN, NAS) : سخت‌افزارهایی که داده‌ها را بین تمام سرورها به اشتراک می‌گذارند تا همه به اطلاعات یکسانی دسترسی داشته باشند.
• ابزارهای نظارتی (Monitoring Tools) : نرم‌افزارهایی که عملکرد سرورها را بررسی کرده و میزان ترافیک ورودی را پایش می‌کنند.
• مدیر بازیابی اطلاعات (Checkpoint Manager) : اطلاعات را در یک وضعیت پایدار نگه می‌دارد تا اگر سروری از دسترس خارج شد، داده‌ها از بین نروند.
• پروتکل‌های بررسی اتصال (Heartbeat Protocols) : این پروتکل‌ها به‌طور مداوم ارتباط بین سرورها را بررسی کرده و مشخص می‌کنند که کدام یک فعال هستند.
• آی‌پی مجازی (Virtual IP) : یک آدرس IP واحد که به کل خوشه اختصاص داده می‌شود تا کاربران متوجه نشوند که درخواست‌هایشان بین چندین سرور توزیع می‌شود.
• زیرساخت ابری (Cloud Platforms): محیط‌هایی که اجازه می‌دهند سرورها به‌صورت ابری و در نقاط جغرافیایی مختلف راه‌اندازی شوند.

چه زمانی از سرور کلاستر استفاده می شود؟

خوشه بندی سرورها یک راه حل کارآمد برای سازمان‌هایی است که سرویس‌های آن‌ها باید همیشه فعال باشد. به عنوان مثال، یک فروشگاه اینترنتی بزرگ را در نظر بگیرید که اگر نتواند سفارش‌های جدید را ثبت کند، ضرر زیادی متوجه آن خواهد شد. در چنین شرایطی، نبود یک ساختار خوشه‌ای ممکن است باعث شود سرویس برای مدت طولانی قطع شود. اما در یک سیستم خوشه‌ای، اگر سرور اصلی دچار مشکل شود، سرور دیگری وظایف آن را بر عهده می‌گیرد و فعالیت ادامه پیدا می‌کند.

نمونه دیگر، پایگاه داده یک بیمارستان است که اطلاعات بیماران باید در هر لحظه قابل دسترس باشد. کلاسترینگ باعث می‌شود این داده‌ها همیشه در دسترس بمانند و حتی در صورت بروز مشکل برای یک سرور، اطلاعات از بین نرود.

در بازی‌های آنلاین چند نفره هم وضعیت مشابهی وجود دارد. گیمرها انتظار دارند که در کمترین زمان به اطلاعات بازی دسترسی داشته باشند و قطع شدن سرویس می‌تواند نارضایتی زیادی ایجاد کند.

این روش اعغلب در دو حالت استفاده می‌شود:

زمانی که حجم درخواست‌های در یک زمان بسیار بالا باشد و یک سرور به تنهایی نتواند پاسخگوی آن باشد، خوشه‌بندی بار کاری را میان چندین سرور پخش می‌کند.

هنگامی که اطلاعات بسیار مهمی وجود دارد که از بین رفتن آن می‌تواند خسارت بزرگی ایجاد کند، از این ساختار استفاده می‌شود تا همیشه نسخه‌ای از داده‌ها در دسترس باشد.

تفاوت کلاسترینگ سرور با سرور عادی

در نگاه اول، سرورهای معمولی و خوشه‌بندی شده عملکرد مشابهی دارند، اما تفاوت مهم آن‌ها در شیوه مدیریت منابع است. در یک سرور معمولی، همه پردازش‌ها روی یک دستگاه انجام می‌شود و اگر مشکلی پیش بیاید، کل سیستم از دسترس خارج می‌شود. اما در خوشه‌بندی، چندین سرور به‌طور هم زمان کار می‌کنند و اگر یکی از آن‌ها دچار مشکل شود، سرورهای دیگر وظایف را به صورت خودکار بر عهده می‌گیرند.

سرورهای معمولی برای پروژه‌های کوچک یا پردازش‌های سبک مناسب هستند اما در سیستم‌هایی که باید هم‌زمان درخواست‌های زیادی پردازش شود، یک سرور به تنهایی پاسخگو نخواهد بود. در چنین شرایطی، خوشه‌بندی کمک می‌کند بار پردازشی بین چند سرور تقسیم شود و از فشار بیش‌ازحد روی یک دستگاه جلوگیری شود. همچنین، در سرورهای معمولی، برای توسعه و ارتقا باید سخت‌افزار همان سرور را عوض کرد ولی در ساختار خوشه‌ای می‌توان یک سرور جدید اضافه کرد تا توان پردازشی بالاتر برود.

از نظر نگهداری و به روزرسانی هم تفاوت‌هایی وجود دارد. در یک سرور واحد، برای نصب به روزرسانی‌ها ممکن است سرویس کاملا متوقف شود، اما در خوشه‌بندی می‌توان هر سرور را جداگانه بروزرسانی کرد، بدون اینکه سرویس کلی دچار قطعی شود. این ویژگی باعث افزایش پایداری و کاهش زمان خاموشی سیستم خواهد شد.

جمع بندی

در روش کلاسترینگ سرور، چندین دستگاه در کنار هم قرار می‌گیرند تا یک سیستم منسجم و پایدار ایجاد کنند. این روش باعث می‌شود در صورت ایجاد فشار زیاد روی سرورها، بار پردازشی بین آن‌ها تقسیم شود و اگر یکی دچار مشکل شد، دیگر سرورها همچنان فعال بمانند. همچنین در زمان توسعه، امکان افزودن سرورهای جدید وجود دارد، بدون اینکه به ساختار اصلی لطمه‌ای وارد شود.

این راهکار برای شرکت‌هایی که نیاز دارند خدمات آن‌ها بدون قطعی در دسترس باشد و در مسیر رشد حرکت می‌کنند، بسیار کارآمد است. مدل‌های مختلف خوشه بندی همگی یک هدف را دنبال می‌کنند: افزایش پایداری و مدیریت بهتر پردازش‌ها. به همین دلیل، استفاده از سرورهای خوشه‌بندی شده به بخش مهمی از زیرساخت‌های سازمانی تبدیل شده و پیش‌بینی می‌شود که این روند در آینده گسترده‌تر شود.

امیدواریم که تمامی سوالات شما در مورد کلاسترینگ سرور با مطالعه این مطلب پاسخ داده شده باشد. در صورت داشتن هرگونه سوال یا نیاز به مشاوره، می‌توانید با کارشناسان فنی ماهان شبکه ایرانیان در ارتباط باشید. همچنین، اگر به دنبال خرید سرور استوک و دست دوم هستید می توانید با شماره ۰۲۱۹۱۰۰۸۴۱۳ تماس حاصل فرمایید.

سوالات متداول

۱) آیا خوشه بندی فقط برای پروژه‌های بزرگ مناسب است؟

خیر، هر جایی که نیاز باشد سرویس بدون وقفه در دسترس بماند، خوشه‌بندی پیشنهاد می‌شود. حتی در پروژه‌های کوچک، داشتن دو سرور باعث می‌شود اگر یکی دچار مشکل شد، سرویس متوقف نشود.

۲) آیا برای کلاسترینگ حتما به سخت‌افزارهای پیشرفته نیاز داریم؟

نه لزوما، هدف اصلی این است که پردازش‌ها بین چند سرور تقسیم شوند و سرویس پایدار بماند. البته سخت‌افزار قوی‌تر عملکرد بهتری دارد، اما می‌توان این روش را روی سیستم‌های معمولی هم اجرا کرد.

۳) در خوشه‌بندی، داده‌ها چطور بین سرورها جابه‌جا می‌شوند؟

چند روش برای این کار وجود دارد. برخی سیستم‌ها از  فضای ذخیره‌سازی شبکه‌ای مانند NAS یا SAN استفاده می کنند.  در برخی موارد، سرورها اطلاعات را به صورت لحظه‌ای بین یکدیگر کپی می‌کنند تا همیشه به‌روز بمانند.