کلاستر ها یکی از جذاب ترین مفاهیم، در بحث پردازش‌های موازی و سرویس دهنده هستند.به طور عامیانه، مفهوم کلاستر‌ها به مجموعه ای از کامپیوترها گفته می شود که با اشتراک قدرت پردازشی یکدیگر، توان بیشتری را برای انجام دادن امور فراهم می کنند. یک کلاستر شامل چندین ماشین است که در یک شبکه LAN پرسرعت به هم متصل شده و با استفاده از یک برنامه منظم میان ماشین های شبکه، امور پردازشی را انجام می دهند .
کلاستر چیست
کلاستر‌ها جزو سیستم هایی هستند که برای شما یک پردازش شبکه ای و مجتمع را با استفاده از تکنیک کلاسترینگ و یا خوشه بندی پیاده سازی می کنند.ویژگی بارز کلاستر‌ها خوشه ای بودن آنها است. به این صورت که چند سیستم با یکدیگر به نحوی در ارتباط هستند که یک شبکه را با قدرت پردازشی مشخص تشکیل دهند.
همانطور که به نظر می رسد داشتن یک کلاستر نیازمند موارد خاصی است که باید به آنها توجه شود. البته این امکان وجود دارد که شما با استفاده از سیستم‌های سازمان خود یک کلاستر را شبیه سازی کنید، اما در این مسیر مشکلات و دردسرهایی وجود دارد.
از مشکلات داشتن یک کلاستر می توان به سختی اتصالات، فراهم کردن ارتباطات و بهینه سازی پردازش‌ها برای کلاستر‌ها اشاره کرد. در ادامه به بررسی هر یک از این مشکلات پیاده سازی کلاستر می پردازیم:
فراهم کردن ارتباطات
برای فراهم کردن یک کلاستر شما می توانید از یک شبکه LAN عادی هم استفاده کنید. در بخش های آینده در خصوص معماری کلاستر و استفاده از LAN ها خواهیم پرداخت.
شبکه‌ای که بخواهد کلاستر را برای شما بالا نگه دارد، باید از نظر کاربرد در شرایط ایده‌آلی قرار داشته باشد و با سرعت بالایی کار کند. نتیجه اختلال درLAN کلاستر باعث شود تا یک گلوگاه یا همان Bottleneck در کلاستر ایجاد شود. یک گلوگاه بخشی از سیستم است که کارایی سیستم تا آن قسمت کاهش پیدا می کند. به عنوان مثال اگر شما از یک شبکه LAN با سرعت انتقال 300 مگابایت بر ثانیه استفاده کنید و یکی از سیم های LAN شما بخاطر رد شدن از کنار یک سیم برق ساده باعث شود سرعت انتقال داده‌های صحیح در این خط تا 200 مگابایت بر ثانیه پایین بیاید، در واقع کل سیستم شما تا این میزان افت خواهد کرد.
پیکربندی سخت
یکی دیگر از مواردی که در مورد کلاستر ها وجود دارد و باید به آن توجه داشت پیکربندی کلاسترهای در اصطلاح سخت می باشد. وقتی شما کلاستر را طراحی کرده و خوشه بندی را تکمیل می کنید، نمی توانید آن را به صورت Plug and Play تغییر دهید و اگر یکی از nodeهای شما به هر دلیلی دچار مشکلی شود، کل کلاستر متوقف خواهد شد.
خاص بودن برنامه های کلاسترینگ
مهمترین گزینه در مورد پیاده سازی کلاستر، برنامه‌ها و سیستم عامل‌هایی هستند که می توانند از کلاسترینگ پشتیبانی کنند. سیستم عامل‌های مختلفی وجود دارند که این مورد را پشتیبانی کرده که می توان از بین آنها به سیستم عامل لینوکسی MOSIX، ClusterKnoppix، PelicanHPC و همینطور ویندوز سرورهای 2012 و 2016 اشاره کرد.
کلاستر‌ها یکی از اصلی ترین شبکه های زیرساخت برای ابرها و سیستم های تحلیلی بزرگ می باشند که با توجه به شرایطی که دارند بهتر است به صورت حرفه ای و در مکان هایی که شرایط این پیاده سازی ها را داشته و نیروی های متخصص برای آنها وجود دارند این کار انجام شود.
انواع مدل های پیاده سازی کلاستر چیست
مدل های مختلفی برای پیاده سازی کلاستر ها وجود دارد. به صورت کلی می توان گفت که دو عنصر رسانه پیاده سازی و معماری کنترل جریان پردازه ها در کلاستر ها مواردی است که می تواند در مدل پیکربندی کلاستر نقش حیاتی داشته باشد .
کلاسترهای سلسله مراتبی
کلاسترهای سلسله مراتبی به این صورت عمل می کنند که در شبکه های کوچکی که زیر مجموعه های اولیه این سیستم ها هستند، تمامی سیستم ها به یک شبکه متصل شده، و به عنوان سر خوشه ها، خود شبکه ای جدا را تشکیل می دهند. شبکه های تشکیل شده از این سر خوشه ها نیز خود زیر مجموعه هایی از خوشه های بزرگتر هستند.
یعنی در اینجا یک ساختار سلسله مراتبی است که با استفاده از آن سیستم های فعال، به صورت سلسله مراتبی به یکدیگر متصل می شوند.
کلاستر های متمرکز
در این نوع پیاده سازی، سرور های قدرتمندی در مرکز قرار می گیرند که سیستم های زیادی بدون واسطه به آنها وصل می شود. هر کدام از این شبکه های متمرکز خود یک زیر خوشه است، که با یکدیگر در ارتباط می باشند، و معمولا یک سرور قدرتمند کنترل داده ها را در بین این سرور ها برقرار می کند.
تفاوت این نوع از پیاده سازی با نوع سلسله مراتبی در سطح پیاده سازی خیلی کمتر از سری قبل بوده و در نخ های پردازشی(thread) ما یک درخت کم عمق است و در عوض هر کدام از سرور ها یا هسته ها تعداد بسیار زیادی از سیستم را پشتیبانی می کند. همینطور در مورد کنترل سیستم سلسله مراتبی باید گفت که در نهایت یکی از سرور ها مسئول کنترل کل کلاستر خواهد بود که در مورد سیستم مرکزی این سیستم می تواند دو یا سه سیستم به هم پیوسته باشد.
شاید در ظاهر تفاوتی بین این دو نوع از سرور وجود نداشته باشد اما پیش نیاز هایی که برای راه اندازی و بکارگیری چنین کلاستر هایی وجود دارد بسیار پیچیده خواهد بود.
کلاستر توزیع شده
در این نوع از کلاستر‌ها ما شاهد یک مجموعه کامل از سیستم ها هستیم که به عنوان یک عضو واحد کار می کنند و از زیر شبکه های مختلف حرفی در میان نیست. در این نوع سیستم ها همه nodeها که می توانند سرور یا کامپیوتر باشند با یک پروتکل مش یا همان تور(پروتکل های اتصال سراسری مانند اینترنت) به هم متصل خواهند بود. در این سیستم ها پردازنده ها باید به صورتی تنظیم شود که نیازی به کنترل سرور ها نداشته باشند
در این سیستم ها یک قدرت پردازشی توزیع شده وجود دارد که می تواند با استفاده از سیستم های مخصوص کلاسترینگ به صورتی تقسیم شود که از کل قدرت پردازشی استفاده کند. این نوع از پیکربندی را می توان یک پیکربندی سازگار معرفی کرد که می تواند اماکن خوبی برای کم و زیاد کردن سیستم ها ایجاد کند.
کلاستر های چگال
کلاستر های چگال یا همان Density-based clustering در واقع نوعی از سیستم های توزیع شده هستند که با همان معماری طراحی شده اند با این تفاوت که کار پردازشی متفاوتی انجام می دهند.
در این سیستم ها وقتی تعدادی از کامپیوترها و یا سیستم های نزدیک به هم تشکیل یک هسته پردازشی را می دهند که می توان گفت این هسته به یک موجودیت منطقی مجزا تبدیل شده است. در این صورت عمده کار پردازشی در سیستم شما در هفته ها انجام می شود و تصمیم اینکه کدام یک از هسته‌ها این کار را انجام دهد و یا کدام هسته قوی تر است، بر عهده کل سیستم خواهد بود و این کار با استفاده از همان الگوریتمی که کار را به صورت توزیع شده در می آورد انجام خواهد گرفت.
الگوریتم های چگال عموما بازدهی های خیلی خوبی را برای موارد مختلف در زمینه های آنالیزها و تحلیل داده ها دارند و می توانند از سایر سیستم ها برای کارهای ساده تر و از هسته های چگال خود برای پردازش های سنگین استفاده کنند.
نقش سرور ها و دیتاسنتر ها در این نوع کلاستر به این صورت است که هر کدام از آنها چون خود مرجعی از منابع پردازشی به حساب می آیند و معمولا چند سرور به صورت همزمان مورد استفاده قرار می گیرد، می توانند یک هسته چگال و سنگین از این کلاستر ها باشند.
کلاستر های گره ای
این نوع را ترکیبی از کلاستر های چگال و سلسله مراتبی می دانند. در این نوع از کلاستر ها، یک الگوریتم به صورت توزیع شده وجود دارد که کل سیستم و گره های چگالی که node ها در آن تشکیل می دهند را تشخیص داده و آنها را دسته بندی می کند. هر کدام از این گره ها اصطلاحا یک Cell یا سلول نامیده می شود.
کلاستر، task ها و پردازه هایی را که دارد بین سلول های خود تقسیم کرده و اینگونه بار پردازشی را مدیریت می کند.
پیاده سازی کلاستر ها بیشتر به صورت نرم افزاری خواهد بود و سیستم عامل هر کدام از سرورها می توانند برنامه هایی که دارند را روی این ساختار پیاده سازی کنند.
تفاوت کلاستر و ابر
ابرها سیستم‌های کامپیوتری بزرگی متشکل از چندین سرور هستند که به صورت یکپارچه با یکدیگر کار می کنند و به صورت توزیع شده در فضای اینترنت قرار گرفته اند. ابرها می توانند با وجود ساختار انعطاف پذیر برای شما امکانات بسیار مهمی را فراهم آورند.
اگر بخواهیم ساختار ابرها را بررسی کنیم. دقیقا به مواردی مانند کلاستر خواهیم رسید. یعنی تعدادی سیستم که به صورت کامل با هم شبکه شده و می توانند کارایی بسیار خوبی را از خود نشان دهند و همینطور پردازش های بزرگ را به صورت یکجا با هم انجام داده و جایی که یکی از این سیستم ها دچار مشکلی شود، سایر سیستم ها همپوشانی را برای آن انجام می دهند.در ادامه تفاوت های ابر و کلاستر را بررسی خواهیم کرد:
اندازه ابرها بسیار بزرگتر است
به صورت عموم بزرگتر بودن ابرها نسبت به کلاستر بارزترین مشخصه آنها است اما کلاستر های پردازشی قدرتمندی نیز وجود دارند که شاید از ابرهای عادی که در دو یا چند دیتاسنتر قرار دارند بسیار بزرگتر باشند.
اما به طور عمومی ابرها بخاطر ماهیت جهانی و با توجه به اینکه صرفا توسط شرکت های بزرگ و دیتا سنتر های عظیم ارائه می شوند، از کلاستر هایی که شاید به صورت درون سازمانی مورد استفاده قرار می گیرند، بزرگ تر هستند.
ابرها پویا هستند
یکی از ویژگی های اصلی در مورد ابرها پویایی آنها است. زمانی که شما بخواهید به یک ابر، سیستمی را اضافه کرده و یا یک سیستم را از سرویس دهی در آن خارج کنید، نیازی ندارید که فعالیت کل آن را متوقف کنید این کار به صورت خودکار انجام خواهد شد. در حالی که در کلاستر‌ها زمانی که تغییراتی ایجاد شود باعث از کار افتادن سیستم خواهد شد. در این موارد برای حذف و یا اضافه کردن سیستم جدید باید کل سیستم متوقف شده و مجددا پیکربندی شود.
انعطاف پذیری و پویایی ابر ها در این زمینه یک قابلیت ویژه و چشمگیر است.
در کلاستر سیستم ها یکسان است
تفاوت بین سرورها در ابر و سیستم های کلاستر آنها است. در یک کلاستر تمامی سیستم ها میبایست ثابت و از یک پیکربندی استفاده کنند. این در حالی است که در ابرها این مورد صحت نداشته و می توان هر سیستم کوچک و بزرگی را به ابر متصل کرد.
