Фізичні та віртуальні кластери
Кластеризація – ефективний метод забезпечення високої доступності. Вона значно ефективніша, гнучкіша та економічніша, якщо її поєднати з технологією віртуалізації. Віртуальні кластери створюються із віртуальних машин (ВМ), встановлених на розподілених серверах одного або кількох фізичних кластерів. Віртуальні машини у віртуальному кластері логічно пов'язані віртуальною мережею на основі декількох фізичних мереж.
Віртуальні кластери створюються з урахуванням фізичних машин чи ВМ, розміщених кількох фізичних кластерах. Включення ВМ у віртуальний кластер виконує динамічно для реалізації наступних умов:
- Вузлами віртуального кластера можуть бути фізичні машини чи ВМ. На одному фізичному вузлі можна розгортати багато ВМ із різними операційними системами.
- На ВМ працює гостьова ОС (вона зазвичай відрізняється від ОС хоста), яка керує ресурсами фізичної машини з ВМ.
- Мета використання віртуальних машин - консолідація багатьох функцій одному сервері. Це сильно підвищує коефіцієнт використання сервера та гнучкість додатків.
- Можна створювати набори або реплікувати віртуальні машини на багатьох серверах для розширення розподіленого паралелізму та підвищення відмовостійкості та можливостей відновлення у разі збою.
- Розмір (число вузлів) віртуального кластера може збільшуватися або зменшуватися динамічно, подібно до того, як збільшується оверлейна мережа зі збільшенням числа вузлів.
- У разі відмови одного з фізичних вузлів перестануть працювати встановлені на ньому віртуальні машини. Однак відмова будь-якої ВМ не зруйнує всю систему хостингу.
Потрібно ефективно керувативіртуальними машинами, встановленими на багатьох фізичних обчислювальних вузлах (які також називають віртуальними кластерами) у високопродуктивному віртуалізованому обчислювальному середовищі. Це передбачає розгортання, моніторинг та управління віртуальними кластерами у рамках великих кластерів. Потрібно також застосовувати планування ресурсів, балансування навантаження, консолідацію серверів, стійкість до відмови та інші методи. У віртуальній кластерній системі важливо ефективно зберігати велику кількість образів ВМ.
Для більшості користувачів та програм можна створити стандартні екземпляри, такі як бібліотеки програмування на рівні ОС або користувача. Можна заздалегідь встановити ці пакети додатків як шаблони (які також називаються віртуальними машинами). За допомогою цих шаблонів користувачі можуть створювати власні набори програм. Вони також можуть копіювати нові екземпляри ВМ, використовуючи шаблони. Можна також створювати компоненти користувача, такі як бібліотеки програм і програм, заздалегідь встановлених на цих примірниках.
Фізичні (хости) та віртуальні (гостові) машини можуть працювати під управлінням різних операційних систем. Можна встановлювати окремі ВМ на віддалених серверах або реплікувати на кілька серверів, які перебувають у тому чи іншому фізичному кластері. Кордон віртуального кластера може змінюватися з додаванням, видаленням або динамічною міграцією ВМ з часом.
Швидке розгортання та ефективне планування
Віртуальне середовище має підтримувати швидке розгортання. У цьому випадку розгортання означає дві речі: максимально швидке створення та розповсюдження програмних наборів (операційних систем, бібліотек та додатків) на фізичному вузлі в кластері та швидке перемикання середовищавиконання з одного віртуального кластера на інший. Якщо користувач припиняє роботу з системою, відповідний віртуальний кластер повинен вимикатися або швидко переходити в режим сну, щоб звільнити ресурси для віртуальних машин інших користувачів.
Останнім часом став дуже популярним принцип зелених обчислень. Однак раніше він орієнтувався на економію енергії на окремій робочій станції. Бракувало широти бачення. Відповідно, часто це не призводило до зниження споживання енергії в рамках кластера.
Застосовувати технології економії енергії в рамках всього кластера можна лише в середовищах з однорідними робочими станціями та певними програмами. Оперативна міграція ВМ дозволяє переносити робоче навантаження між вузлами. Однак, це не обов'язково гарантує довільну міграцію між віртуальними машинами.
Не можна ігнорувати додаткове навантаження, пов'язане з живою міграцією ВМ. Вона може серйозно негативно впливати на рівень використання, пропускну здатність і якість сервісів кластера. Тому завдання полягає у визначенні, як спроектувати стратегію міграції для реалізації зелених обчислень, не знижуючи продуктивність кластера.
Інша перевага кластеризації на основі віртуалізації – балансування навантаження між програмами віртуального кластера. Для отримання інформації для балансування навантаження можна використовувати індекс навантаження або кількість входів користувачів. На основі цієї моделі можна реалізувати автоматичні механізми горизонтального та вертикального масштабування віртуального кластера.
Відповідно, ви можете збільшити рівень використання ресурсів і скоротити час відгуку системи. Призначення віртуальних машин найбільш відповідних фізичних вузлівмає сприяти підвищенню продуктивності. Динамічна коригування навантаження між вузлами за рахунок міграції ВМ корисна у разі розбалансування навантаження серед вузлів кластера.
Високопродуктивне віртуальне сховище
При настроюванні віртуальної машини шаблон ВМ можна розподілити серед декількох фізичних хостів в кластері. Для скорочення часу налаштування користувача можна використовувати існуючі програмні пакети. Важливо ефективно керувати простір на диску, на якому зберігається шаблонне ПЗ. Можна спроектувати архітектуру сховища так, щоб зменшити дублюючі блоки в розподілених файлових системах або віртуальних кластерах та використовувати хеші для порівняння вмісту блоків даних.
У ваших користувачів будуть власні профілі, що зберігають ідентифікаційну інформацію про блоки даних у відповідних ВМ у віртуальному кластері користувача. При зміні даних створюються нові блоки даних. Новостворені блоки ідентифікуються у профілях користувачів.
По суті, розгортання групи віртуальних машин у кластері складається з чотирьох кроків:
- Підготовка образу диска.
- Налаштування віртуальних машин.
- Вибір цільових вузлів.
- Виконує команду розгортання ВМ на кожному вузлі.
Багато системах для спрощення процесу підготовки образу диска використовуються шаблони. Шаблон являє собою образ диска, який містить встановлену ОС, при цьому він додатково може містити певні програми. Користувачі вибирають шаблон, який відповідає їх вимогам, і роблять дублікат, отримуючи власний образ диска.
Кожній ВМ призначається ім'я, образ диска, параметри мережі, виділені процесорні ресурси та пам'ять.Налаштування всіх ВМ треба фіксувати у файлі. Втім, це не ефективно при керуванні великою кількістю віртуальних машин. Для спрощення процесу на віртуальних машинах з однаковими конфігураціями можна використовувати готові профілі. Система конфігуруватиме ці ВМ відповідно до обраного профілю.
При аналізі стратегії розміщення ВМ на хостах треба пам'ятати основний принцип розгортання, який полягає не тільки у задоволенні потреб у віртуальних машинах, а й у розумному балансуванні навантаження у мережі. Таким чином, ви зможете досягти ефективного балансу між наявними ресурсами та наявним робочим навантаженням.