Matthias Mitschke & Rigbert Hamisch Team Technik IBH Prof. Dr. Horn GmbH Gostritzer Str Dresden

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1 Anwendung von Clustersystemen Praxisbeispiele Matthias Mitschke & Rigbert Hamisch Team Technik IBH Prof. Dr. Horn GmbH Gostritzer Str Dresden

2 Definition Cluster Inhaltsverzeichnis Clusterarten Einstufung nach Nutzung High-Performance-Cluster High-Availability-Cluster Clusterarten Einstufung nach Implementierung Softwarelösungen Integrierte Lösungen

3 Definition Cluster 1 Cluster (engl.) = Klumpen, Haufen Bei Google... Catalogue of Milky Way Globular Cluster Parameters

4 Brockhaus: Physik: Musik: Definition Cluster 2 Als einheitliches Ganzes zu betrachtende Menge von... zusammenhängenden Teilchen. Klang aus mehreren benachbarten Tönen, z.b. Faust auf Klaviatur Informatik: Bezeichnung für einen Datenblock... die Einheit aus einem Computer und den daran angeschlossenen Rechnern

5 Definition Cluster 3... Zu den Minicomputern zählt man beispielsweise die Encarta: leistungsfähigen VAXstations der Firma DEC, die, um eine höhere Leistung zu erreichen, zu sogenannten VAX-Clustern kombinierbar sind.

6 Definition Cluster 4 eine Menge von eigenständigen Rechnern, Computercluster die durch Vernetzung untereinander, im Netzwerk als eine Einheit in Erscheinung treten eine losere Kopplung als Multiprozessorsysteme eine engere Kopplung als vernetzte Knoten haben

7 Clusterarten Einstufung nach Nutzung zur Realisierung eines hohen Grades an Ausfallsicherheit High-Availability (HA)-Cluster High-Performance-Cluster zur Realisierung von rechenaufwändigen Aufgaben Kombinationen beider Funktionalitäten z.b. Load-Balanced-Cluster

8 High-Performance-Cluster Überall dort wo die Anforderung besteht rechenintensive Prozesse Einsatz über mehrere Rechnersysteme zu parallelisieren Wissenschaftliche Gebiete aller Art (Simulationen) Multimediaanwendungen (Rendering)

9 Einsatz High-Availability (HA)-Cluster In der heutigen Zeit hängt immer mehr von Computersystemen ab. Es ist demzufolge eine ständig steigende Nachfrage nach hochverfügbaren Systemen zu verzeichnen. Dateidienste in Unternehmen Datenbanken in Unternehmen Shopsysteme Produktionssteuerungssysteme Medizinischer Bereich Webserver meist in Kombination mit Lastausgleich

10 High-Availability (HA)-Cluster (zwei) miteinander kommunizierende Knoten Klassischer HA-Aufbau Informationen über den Funktionsstatus Informationen über den Status der die laufenden Dienste Gemeinsames Speichermedium SAN oder Shared SCSI-Bus

11 Beispiel eines Clusters Netzwerk Katze Maus Shared Medium

12 High-Availability (HA)-Cluster Gleichzeitiger Betrieb mehrerer Knoten, auf jedem Knoten laufen verschiedene Services. Varianten Sämtliche Dienste laufen auf einem Knoten, die anderen laufen im Hot-Standby-Modus. Dienste laufen als Clusterdienste auf mehreren Knoten im Cluster gleichzeitig

13 High-Availability (HA)-Cluster Variante 1 Arbeitsteilung zwischen den Servern Die Rechenkapazität aller Server genutzt Die Funktionalität des Systems wird dadurch erhalten, dass bei Absturz eines Servers ein betriebsfähiger dessen Dienste übernimmt Performanceeinbußen im Falle des Ausfalls eines Knotens

14 High-Availability (HA)-Cluster Alle Dienste des Clusters stehen auf mehreren Knoten bereit Variante 2 Ein Server stellen diese zur Verfügung Der andere ist im Normalbetrieb ständig im Leerlauf Bei entsprechender Auslegung der Hardware beider Knoten steht in jedem Fall die volle Rechenleistung zur Verfügung

15 High-Availability (HA)-Cluster Die Dienste laufen als Clusteranwendungen auf allen Knoten im Cluster Variante 3 Alle Server stellt diese zur Verfügung Es wird ein Load-Sharing zwischen den Servern realisiert. Bei Absturz eines Knotens übernehmen die Dienste auf den anderen Servern im Cluster diese Aufgabe mit.

16 Aufbau von Clustern Hardwarebetrachtungen Konsequente Vermeidung von Single-Points-of-Failure redundante Auslegung von Stromversorgung Datenspeicher Netzwerk und sonstigen Anbindungen Konsequente Vermeidung von Bottlenecks - Performance der Clusteranbindung im Netzwerk des Netzwerkes allgemein (Topologie) des zu verwendenden gemeinsam genutzten (Shared) Mediums durch Erweiterbarkeit der Hardware

17 High-Availability (HA)-Cluster Hardwarebetrachtungen Beispiel nichtredundante Struktur

18 High-Availability (HA)-Cluster Hardwarebetrachtungen Beispiel redundante Struktur

19 High-Availability (HA)-Cluster Hardwarebetrachtungen Beispiel vollredundante Struktur

20 Clusterarten Einstufung nach Implementierung Auf das Betriebssystem aufgesetzte Lösung Auf das Betriebssystem aufgesetzte Software zur Implementation einer bestimmten Art Cluster In Betriebssystem integrierte Lösung Clustersoftware ist integraler Bestandteil des Betriebssystems

21 Clusterarten Auf das Betriebssystem aufgesetzte Lösung benötigt folgende Dienste im Cluster: Cluster-Server-Prozess Verbindungsmanager Systemkommunikationsservice Lock-Manager

22 Clusterarten In Betriebssystem integrierte Lösung benötigt folgende Dienste im Cluster: Cluster-Server-Prozess Verbindungsmanager Systemkommunikationsservice Gemeinsamen verteilten Lock-Manager Trennung der Driver in Class-Driver und Port-Driver Gemeinsames verteiltes Filesystem (gemeinsame Systemplatte) Gemeinsamer Jobcontroller Dienst, der lokal am Knoten angeschlossene Geräte clusterweit zur Verfügung stellt (MSCP-Server).

23 Plattformen Softwarelösungen Auf Betriebssystem aufgesetzte Lösung ist für fast jedes verbreitete Betriebssystem verfügbar Diverse Linux-Projekte sowohl zu High-Performance wie auch zu HA-Clustern Windows 2000/2003 bietet in der Advanced Server/Enterprise Version die Möglichkeit, ein HA-Cluster zu bilden und intergriert Load-Balancing Produkte von Drittherstellern für High-Performance- Cluster unter Windows Fast alle Unix-Systeme (incl. Tru64 UNIX Version 4)

24 Softwarelösungen Plattformen In Betriebssystem integrierte Lösung ist verfügbar für OpenVMS VAX- und Alpha-Systeme Tru64 UNIX-Systeme (Version 5) zukünftige HP-UX-Systeme die auf Itanium laufen

25 Softwarelösungen Windows Microsoft Cluster Server (MSCS) Verfügbar in folgenden Serverversionen Windows 2000 Advanced Server Windows 2000 Data Center Server Windows 2003 Enterprise Server Windows 2003 Data Center Server

26 Softwarelösungen MSCS Windows 2000 Einige Parameter bezüglich MSCS Windows 2000 Windows 2000 Advanced Server unterstützt eine Clustergröße von zwei Knoten Windows 2000 Datacenter Server unterstützt eine Clustergröße mit vier Knoten, wobei nur zwei davon direkten Zugriff zum shared Medium haben dürfen Jeder Server benötigt eine eigene Systemplatte, die laut Empfehlung nicht auf einem Datenträger am shared Medium liegen sollte.

27 Softwarelösungen Einige Verbesserungen bezüglich MSCS Windows 2000 MSCS Windows 2003 Windows Server 2003 Enterprise Edition unterstützt nun eine Clustergröße von acht Knoten Windows Server 2003 Datacenter Edition unterstützt ebenfalls Cluster mit acht Knoten Die 64-Bit-Versionen der Windows Server 2003 unterstützen die Clusterdienste Der Terminalserverdienst kann durch ein Failover hochverfügbar gemacht werden Besseres Failover Unter Windows 2003 wird nun der Status der öffentlichen Schnittstellen berücksichtigt, bevor über die Kontrolle des Clusters entschieden wird

28 Softwarelösungen Plattformübergreifend Veritas Cluster Server (VCS) Verfügbar für folgende Betriebssysteme Microsoft Windows: Windows 4.0 Server or Enterprise Edition with SP6a Windows 2000 Server, Windows 2000 Advanced Server Windows 2000 Datacenter Server Sun Solaris: 2.6, 7, 8, 9 IBM AIX: 4.3.3, 5.1, and 5.2 Linux: Red Hat 7.2 Standard & Advanced Server 2.1 HP-UX: 11.0 and 11i, 32 and 64 bit

29 Softwarelösungen Veritas Cluster Server Produktbeschreibung - 1 Benutzerfreundliches Management (Veritas Cluster Server Manager) Multi-Plattform Hardware Support alle gängigen Storagehersteller werden unterstützt Intelligent Workload Management (Lastenverteilung zw. Knoten)

30 Softwarelösungen Veritas Cluster Server Produktbeschreibung - 2 Volume Replication und Volume Mirroring ist implementiert Hohe Skalierbarkeit Unterstützung bis zu 32 Knoten Flexibilität beim Entfernen und Hinzufügen von Knoten Advanced Cluster Communications Low Latency Transport (LLT) ersetzt bei der Clusterkommunikation den IP-Stack Bis zu 8 private Netzwerke für die Clusterkommunikation einrichtbar

31 Softwarelösungen Plattformübergreifend Lifekeeper Verfügbar für folgende Betriebssysteme Microsoft Windows: Windows NT 4.0 Workstation, Server, EE, Servicepack 6 Windows NT 4.0 Terminalserver, Servicepack 4 Windows 2000 Professional, Server, Servicepack 2 Windows 2000 Advanced Server, Data Center, Servicepack 2 Linux: Red Hat 7.0, 7.1, 7.2 und 7.3, Red Hat Advanced Server 2.1 SuSE 7.0, 7.1 und 7.2, SLES 7 und 8 TurboLinux Miracle Linux 2.0

32 Softwarelösungen Einfache und problemlose Implementierung, unkomplizierter Lifekeeper Produktbeschreibung - 1 Betrieb und einfache Überwachung durch eine intuitive und übersichtliche grafische Oberfläche kann mit bis zu 16/32 oder mehr Nodes im Cluster einzigartig skaliert werden Application Recovery Kits realisieren den Schutz der in der Praxis am weitest verbreiteten Applikationen. Die zertifizierten ARKs gewährleisten den plug-and-play Support für eine Vielzahl von Ressourcen (wie UNC- Name, IP-Adressen, Volumes), Datenbanken, Web-Servern, ERP-Systemen oder Netzwerk-Interfaces

33 Softwarelösungen Lifekeeper Produktbeschreibung 2 Parallel Recovery Die einzelnen im Cluster geschützten Ressourcen können parallel und nicht nur sequentiell durch den LifeKeeper wieder in Betrieb genommen werden. Dadurch reduziert sich die Failover-Zeit wesentlich. Multiple Failover ermöglicht automatisches und manuelles Failover/ Switchover, multidirektionales Failover, flexible aktiv/aktiv- oder aktiv/standby- Konfigurationen und für den Anwender unterbrechungsfreie Failover, so die Clientapplikation den kurzzeitigen Ausfall des Serverprozesses während des Umschaltens verkraftet.

34 Softwarelösungen Linux Linux-HA-Projekt Verfügbar für alle Distributionen Lifekeeper Verfügbar für Red Hat, Caldera eserver, TurboLinux, and SuSE Red Hat Cluster Verfügbar innerhalb des Red Hat Advanced-Server

35 Softwarelösungen OpenVMS Erste Plattform auf der Cluster vorgestellt wurde (1982) unterstützt eine Clustergröße von bis zu 96 Knoten gemeinsames verteiltes Filesystem bis zu 16 Knoten können direkt von einer Systemplatte booten verteilter Lock-Manager verteilter Jobcontroller für Batch- und Print-Queues MSCP Server clusterweite Prozessservices u.v.a.m.

36 Erstes durch IBH eingerichtetes VMS-Cluster (1994)

37 Softwarelösungen Tru64 UNIX Version 5 Clusterlösung TruCluster wurde von der Fa. Digital auf Tru64 portiert unterstützt eine Clustergröße von bis zu 16 Knoten gemeinsames verteiltes Filesystem bis zu 8 (?) Knoten können direkt von einer Systemplatte booten verteilter Lock-Manager verteilter Jobcontroller für Batch- und Print-Queues MSCP Server clusterweite Prozessservices u.v.a.m.

38 Softwarelösungen Aus den derzeitigen Betriebssystemen HP-UX und Tru64 UNIX wird ein Betriebssystem HP-UX auf Itanium entwickelt. HP-UX auf Itanium Dieses System wird die gleiche Clusterfunktionalität haben wie Tru64 Unix heute.

39 Cluster in der Praxis Die Suchmaschine Google.com setzt einen Cluster aus Google mehreren tausend Linux-PCs ein, um einen Vollindex in Terabyte-Größe über mehr als eine Milliarde Webseiten im schnellen Zugriff zu haben. Ca Rechner sind zu Subclustern zusammengefasst. Datensatzverteilung ermöglicht die Replizierung auf verschiedene Subcluster. Das bewirkt Ausfallsicherheit und im Zusammenspiel mit einer selbst entwickelten Load-Balancing-Software Lastenausgleich, indem Anfragen an das beste System weitergeleitet werden.

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