Server Cluster là gì? Nguyên tắc hoạt động của kiến trúc mạng như thế nào?

Việc sử dụng Server Cluster sẽ giúp đảm bảo được tính liên tục trong hoạt động của các tổ chức. Vậy Server Cluster là gì? Hoạt động ra sao? Có các loại Server Cluster nào? Tất cả sẽ được trả lời ở trong bài viết này.

Server Cluster là gì?

Server Cluster được hiểu là một hệ thống bao gồm nhiều máy chủ cùng hoạt động và chia sẻ tài nguyên nhằm tăng hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống. Trong một Server Cluster, các máy chủ kết nối với nhau và hoạt động như một hệ thống đơn nhằm phục vụ người dùng hoặc ứng dụng mà không xảy ra tình trạng gián đoạn.

Server Cluster được dùng để giải quyết các tác vụ yêu cầu hiệu suất và mức độ chuẩn bị cao, chẳng hạn như các website, ứng dụng trực tuyến, hệ thống thanh toán có lượng truy cập và sử dụng lớn. Bên cạnh đó, web Server Cluster còn xử lý tác vụ của các hệ thống điều khiển công nghiệp và một số hệ thống quản lý dữ liệu. Ngoài ra, trong clustering server, các máy chủ được liên kết với nhau qua mạng WAN hoặc mạng LAN và Server Cluster còn được dùng để cân bằng hiệu suất hoạt động của các máy chủ.

Cluster là gì?

Clustering trong tiếng Anh được hiểu là một kiến trúc mạng được phát minh nhằm nâng cao tính sẵn sàng cho toàn hệ thống mạng. Trong cluster chứa nhiều server hoạt động riêng lẻ, các máy chủ này sẽ được kết nối với nhau và cùng làm việc trong một hệ thống nhất định. Các máy chủ sẽ thực hiện các yêu cầu (request) thông qua việc trao đổi thông tin và giao tiếp với hệ thống mạng bên ngoài. Khi hệ thống xảy ra trục trặc, các server trong cluster sẽ tương tác và hỗ trợ lẫn nhau để mức độ ổn định được duy trì và hệ thống luôn đảm bảo được tính sẵn sàng. 

Một nhóm server hoạt động cùng nhau sẽ tạo ra một Server Cluster và chính kiến trúc mạng này sẽ mang đến cho khách hàng một dịch vụ chất lượng cao. Ưu điểm của hoạt động là nếu một server trong cluster bị trục trặc, các máy chủ khác đều có thể thực hiện phần công việc của máy chủ đang gặp lỗi. Nhờ đó, việc truy cập liên tục của khách hàng vào mọi nền tảng liên quan đến máy chủ vẫn được đảm bảo, không bị gián đoạn.

Failover Cluster là gì?

Tại cấp độ máy chủ, Failover Cluster là công nghệ của Microsoft cung cấp nhằm nâng cao tính sẵn sàng của các server. Mỗi máy chủ trong cluster được gọi là một node và các node này sẽ liên kết và hoạt động cùng nhau để tạo ra cluster. Mặt khác, các node trong một failover cluster đều liên kết trực tiếp với nhau, nên khi một máy chủ trong cluster gặp trục trặc, các máy chủ còn lại sẽ thực hiện công việc của máy chủ đang gặp vấn đề đó.

Quá trình hỗ trợ lẫn nhau giữa các server được gọi là failover. Ngoài ra, node bị lỗi sẽ được phục hồi lại và quá trình này được gọi tên là “failback”. Ngoài ra, khi hệ thống có node bị quá tải, Failover cluster sẽ làm nhiệm vụ khởi động lại một số dịch vụ đang gặp vấn đề hoặc các ứng dụng đang hoạt động trên một trong những node còn lại. Thời gian cần thiết để hoàn tất failover dựa trên phần cứng (một phần) và chất lượng của ứng dụng/dịch vụ (phần còn lại).

Mô hình cluster phổ biến được sử dụng trong Server Cluster là gì?

Mô hình Cluster thường được dùng trong Server Cluster là Active-Passive hoặc (Active-Standby). Với mô hình này, một số máy chủ được đặt cấu hình để nâng cao hiệu suất hoạt động ở chế độ Active, trong khi các máy chủ còn lại được cấu hình theo chế độ Standby hoặc Passive. Trong đó, máy chủ ở chế độ Active sẽ thực hiện các nhiệm vụ cốt lõi, đồng thời xử lý các yêu cầu từ ứng dụng hoặc người dùng, còn các máy chủ ở chế độ Passive tiếp tục chờ các yêu cầu từ máy chủ Active và đảm nhiệm phần công việc khi server thuộc chế độ Active đang gặp lỗi.

Khi máy chủ ở chế độ Active xảy ra trục trặc, hệ thống sẽ tự chuyển hướng đến các máy chủ ở chế độ Passive để đảm bảo các hoạt động của hệ thống không bị gián đoạn. Quá trình này được gọi là failover và do Microsoft Failover Cluster chỉ định thực hiện tự động.

Ưu điểm của mô hình Active-Passive là giúp tính sẵn sàng của hệ thống luôn được duy trì, ngay cả khi máy chủ trong cluster gặp trục trặc. Bên cạnh đó, mô hình này còn giúp tiết kiệm thời gian và tránh lãng phí tài nguyên hệ thống trong trường hợp server cần được nâng cấp hoặc bảo trì. Tuy nhiên, mặt hạn chế của mô hình cluster này chính là không tận dụng tối đa nguồn tài nguyên của các máy chủ ở chế độ Passive, vì thế làm lãng phí một phần tài nguyên của hệ thống.

Các tiêu chí trong thiết kế và lắp đặt Cluster

Với ba tiêu chí trên gọi tắt là RAS (Reliability-Availability-Scalability):

• Tính sẵn sàng cao (High Availability): Yêu cầu các tài nguyên mạng phải luôn sẵn sàng trong trạng thái cao nhất để phục vụ và cung cấp cho người dùng cuối và duy trì hệ thống hoạt động ổn định.
• Độ tin cậy (Reliability): Khả năng giảm thiểu tần số xảy ra các sự cố và khả năng chịu được những sai sót của hệ thống.
• Khả năng mở rộng (Scalability): Khả năng dễ dàng phục vụ việc nâng cấp và mở rộng về sau. Bên cạnh đó, là việc bổ sung thiết bị nâng cao chất lượng dịch vụ và một số tài nguyên, ứng dụng khác để phục vụ người dùng.
• Tính khả dụng: Mục đích của Cluster là đảm bảo tính khả dụng tốt cho toàn hệ thống. Vì vậy, người dùng cần lựa chọn phần cứng và mềm tương thích với nhau và theo đúng mục đích sử dụng. Khi chọn đúng, hệ thống sẽ luôn được đảm bảo hoạt động liên tục, đồng thời đáp ứng nhanh và tốt mọi nhu cầu từ người dùng.
• Sự an ninh: Một điểm đặc biệt của Cluster chính là các máy chủ trong hệ thống này được thiết kế và lắp đặt với tính bảo mật cao, từ đó đảm bảo an ninh cho dữ liệu và hệ thống. Các công nghệ bảo mật hiện đại mà Cluster sử dụng gồm: mã hóa dữ liệu, xác thực danh tính người dùng, bảo vệ mạng nhằm ngăn chặn Cluster khỏi các mối đe dọa từ môi trường bên ngoài.
• Khả năng giám sát, quản lý: Cluster sử dụng các công cụ như Microsoft System Center, Nagios để thực hiện việc giám sát, quản lý trạng thái của các node trong hệ thống một cách chuyên nghiệp, từ đó đảm bảo hiệu suất cho hệ thống.

Cách hoạt động của một Server Cluster là gì?

Các Server Cluster có thể hoạt động tốt cho các ứng dụng không thể được phân bổ trên nhiều server. Mỗi server trong cluster sẽ có quyền kiểm soát các thiết bị cục bộ của nó. Ngoài ra, mỗi server cũng có thể duy trì một bản sao của hệ điều hành cụ thể. Bên cạnh đó là các ứng dụng và dịch vụ được thiết kế bởi cluster. Mỗi cluster đều có các thiết bị chung như đĩa nằm trong nguồn cung cấp đĩa chung. Các phương tiện kết nối có thể truy cập vào các đĩa này, cũng được sở hữu và kiểm soát bởi một server.

Trong một Server Cluster, mỗi thời điểm sẽ chỉ có một node hoạt động. Sở dĩ là vì các node nhận các bản cập nhật của chúng hoàn toàn riêng biệt. Trong khi đó, các node khác thường sẽ được giữ ở chế độ chờ. Nếu có bất kỳ node đang hoạt động nào gặp sự cố, các node đang chờ khác sẽ thay thế ngay lập tức, vì tất cả các node trong cluster đều được gắn vào một storage system chung. Storage system được sử dụng bởi server cluster này được gọi là một quorum. Đây cũng chính là cấu hình cơ sở dữ liệu của Server Cluster.

Tài nguyên của quorum thường chứa các dữ liệu như thông tin về cấu hình của cluster. Đồng thời, quorum cũng lưu giữ một bản ghi các thay đổi đã được thực hiện với cấu hình. Trong Server Cluster, có 02 chế độ cấu hình được vận dụng để hoạt động gồm: Active-Passive và Active-Active:

• Đối với mô hình Active-Passive: Một máy chủ sẽ được cài đặt để hoạt động ở chế độ Active, các máy chủ còn lại sẽ ở trong chế độ Passive. Trong đó, server ở chế độ Active sẽ làm nhiệm vụ chính, các server ở Passive thực hiện trạng thái chờ, để khi máy chủ Active bị lỗi, các máy chủ ở Passive sẽ nhận lệnh và xử lý các công việc còn dang dở để hệ thống tránh bị gián đoạn.
• Đối với mô hình Active-Active: Các máy chủ trong Cluster đều cùng nhau hoạt động và phân chia công việc cho nhau. Tương tự như mô hình Active-Passive, khi một máy chủ gặp sự cố, các máy chủ còn lại sẽ hỗ trợ nhau đảm nhận phần công việc đó.

Các thành phần của Cluster Service

Trong Server Cluster bao gồm các thành phần:

• Cluster Manager: đóng vai trò là phần cốt lõi. Công việc của Cluster Manager là thực hiện giám sát, quản lý trong hệ thống Cluster, phân phối và theo dõi các hoạt động trong hệ thống.
• Node: là thành phần cấu tạo nên hệ thống Cluster hoàn chỉnh. Mỗi node được xem là một máy chủ, có chức năng liên kết với nhau và hoạt động như một hệ thống độc lập. Mỗi node trong Cluster sẽ thực hiện các nhiệm vụ riêng hoặc có thể kết hợp với nhau để giải quyết các tác vụ phức tạp.
• Resource: được hiểu là các tài nguyên dùng trong hệ thống Cluster như: ổ cứng, dịch vụ mạng, CPU, ứng dụng phần mềm, bộ nhớ,…Các nguồn tài nguyên này sẽ được phân phối cho các node để trong quá trình làm việc vẫn đảm bảo cho hệ thống tính sẵn sàng và không lãng phí tài nguyên.
• Database cluster: được xem là một cơ sở dữ liệu dùng để lưu trữ mọi thông tin có trong hệ thống, bao gồm các thông tin về: node, tài nguyên, sự kết nối giữa các máy chủ. Database cluster giúp Cluster manager quản lý hệ thống bằng cách cung cấp các dịch vụ giám sát và điều khiển một cách chi tiết, hiệu quả.
• Network: là thành phần quan trọng chủ yếu của một hệ thống Cluster. Trong đó, network bao gồm toàn bộ kết nối mạng giữa các máy chủ và phần mềm điều khiển. Network được dùng để truyền tải dữ liệu và tài nguyên, đảm bảo tính thuận lợi trong suốt quá trình hoạt động cho các node trong Cluster.

Các loại Server Cluster

Hiện nay, có ba loại Server Cluster khác nhau. Bao gồm:

Single quorom device cluster

Server Cluster này còn được biết đến với cái tên Standard quorum cluster. Đây cũng là loại Cluster phổ biến, được sử dụng nhiều nhất hiện nay. Loại cluster này có nhiều node với một hoặc nhiều cluster storage (cluster disk array). Đồng thời, loại Server Cluster nàycũng có một cơ chế kết nối gọi là “bus”.

Majority node set cluster

Trong loại hình Cluster này, mỗi node quản lý bản sao dữ liệu được cấu hình trong node của chính nó. Đây chính là tài nguyên quorum giúp đảm bảo tính liên tục của dữ liệu cấu hình giữa các node. Do đó, majority node set cluster thường được sử dụng trong việc phân tán các Server Cluster về mặt địa lý.

Local quorum cluster

Local quorum cluster còn được gọi là single node cluster. Nó chỉ có duy nhất một node, thường chỉ được dùng cho mục đích thử nghiệm. Hiện nay, phần lớn các tổ chức đều sử dụng Server Cluster để cải thiện uptime của server. Các Server Cluster được xây dựng sao cho mọi server trong cluster có thể hoạt động cùng nhau. Do đó, các dữ liệu sẽ được bảo vệ tốt hơn. Đồng thời, các ứng dụng khác cũng như các dịch vụ vẫn có thể chạy kể cả có khi máy gặp sự cố. Tuy nhiên, dù sao thì các Server Cluster phải phụ thuộc vào công nghệ mạng IP-based để có thể hoạt động.

Load Balancing Cluster

Load Balancing được dùng để cân bằng tải giữa các máy chủ khác nhau để đảm bảo về mặt hiệu suất và tính sẵn sàng của hệ thống. Ngoài ra, Load Balancing Cluster còn được sử dụng phổ biến ở các ứng dụng trực tuyến, website hoặc hệ thống phân phối dịch vụ. 

Database Cluster

Database Cluster được dùng để nâng cao tính sẵn sàng và hiệu suất của hệ thống cơ sở dữ liệu. Cách vận hành của loại cluster này là dùng nhiều máy chủ để lưu trữ thông tin và trích xuất dữ liệu. Database Cluster được ứng dụng trong: điện toán đám mây (cloud), ứng dụng website và hệ thống lưu trữ dữ liệu.

Parallel Processing Cluster

Parallel Processing được dùng để giải quyết các tác vụ phức tạp khi dùng nhiều máy chủ thực hiện đồng thời các công việc này. Parallel Processing được ứng dụng rộng rãi trong: hệ thống tính toán khoa học, công nghệ và big data (phân tích dữ liệu lớn).

High Availability Cluster

High Availability sử dụng máy chủ dự phòng để chắc chắn rằng khi một node trong Cluster gặp vấn đề, các dịch vụ có trong hệ thống vẫn tiếp tục được duy trì hoạt động. High Availability được vận dụng phố biến với: hệ thống thanh toán, hệ thống điều khiển công nghiệp.

Application Cluster

Application Cluster hoạt động bằng cách dùng nhiều máy chủ để thực thi mọi tác vụ trong hệ thống, nhờ đó tính sẵn sàng của hệ thống Cluster luôn được đảm bảo. Application Cluster được vận dụng rộng rãi trong: hệ thống quản lý nhà máy, tài khoản ngân hàng, hệ thống quản lý tài sản.

Tầm quan trọng của một Server Cluster

Một Server Cluster có độ ổn định cao, khả năng mở rộng tốt và hiệu quả hơn nhiều so với việc chỉ sử dụng một máy. Các Server Cluster được tạo chủ yếu cho các ứng dụng cần cập nhật dữ liệu thường xuyên. Ngoài ra còn dành cho các ứng dụng chạy trong memory state trong thời gian dài. Nói chung, các Server Cluster được sử dụng cho các server chứa file, print, CSDL và message. Một Server Cluster có thể xử lý các lỗi như:

• Lỗi phần mềm ứng dụng và các lỗi dịch vụ liên quan.
• Lỗi trong hệ thống phần cứng, chẳng hạn như CPU, bộ nhớ, nguồn điện…
• Sập trang web do các lỗi khách quan, gián đoạn nguồn điện…

Bên cạnh đó, có 3 lợi ích chính của việc thiết lập một Server Cluster trong các tổ chức:

• Tính khả dụng cao.
• Ổn định.
• Khả năng mở rộng tốt.

Các Server Cluster cải thiện tính khả dụng bằng cách cung cấp các ứng dụng và dịch vụ khác nhau cho client. Từ đó đáp ứng được các mục tiêu về thời gian hoạt động của tổ chức. Một Server Cluster có thể làm tăng độ tin cậy bằng cách cải thiện khả năng “lì đòn” của server trong trường hợp hệ thống bị lỗi. Cụ thể, các Server Cluster có khả năng loại bỏ các điểm lỗi cụ thể thông qua dự phòng. Ngoài ra, khả năng mở rộng lớn sẽ giúp việc mở rộng quy mô trong tương lai dễ dàng hơn.

Server Cluster gồm nhiều server riêng lẻ nên việc xây dựng, vận hành và tự triển khai hệ thống này ngay tại doanh nghiệp không phải là điều dễ dàng. Lúc này, giải pháp thuê server bên ngoài để hỗ trợ triển khai sẽ mang lại hiệu quả cao với chi phí tối ưu nhất.

Một trong những nhà cung cấp dịch vụ cho thuê server uy tín, chất lượng đang được nhiều doanh nghiệp tin dùng hiện nay chính là Vietnix. Các gói dịch vụ tại Vietnix luôn được xây dựng theo mục tiêu mang tới môi trường tốc độ, ổn định giúp khách hàng có thể an tâm xây dựng thương hiệu, phát triển kinh doanh trên môi trường internet. Những lợi ích bạn sẽ nhận được khi sử dụng dịch vụ tại Vietnix là:

• Môi trường vận hành hệ thống website tối ưu với thiết bị phần cứng hiện đại, được lựa chọn và kiểm tra kỹ lưỡng bởi đội ngũ chuyên gia của Vietnix.
• Môi trường bảo quản và hoạt động tốt nhất cho hệ thống máy chủ khi được đặt tại Datacenter số 1 Việt Nam – VNPT IDC. Đây là trung tâm dữ liệu đạt chuẩn Tier 3, tiêu chuẩn cao nhất hiện nay với băng thông quốc tế lớn nhất Việt Nam.
• Giảm thiểu rủi ro khi vận hành với hệ thống đội ngũ kỹ thuật túc trực 24/7. Nhờ đó mọi vấn đề phát sinh đều được tiếp nhận, phản hồi và xử lý trong thời gian ngắn nhất.

Để sở hữu giải pháp thuê server tối ưu nhất cho nhu cầu sử dụng của cá nhân, doanh nghiệp, bạn có thể liên hệ với đội ngũ Vietnix nhận tư vấn chi tiết và hoàn toàn miễn phí.

Lời kết

Bài viết trên đã mang đến cho bạn những kiến thức cần thiết nhất trong quá trình tìm hiểu về Cluster Server. Giúp bạn hiểu hơn về các thành phần và cách thức hoạt động của nó một cách có hệ thống nhất. Hy vọng những thông tin trên có thể giúp ích cho bạn. Chúc các bạn thành công!