کلاستر چیست؛ سیستمی از چندین سرور یا کامپیوتر است که با همکاری هم وظایف مشترکی را انجام می‌دهند تا پایداری و عملکردی بالا فراهم شود. کلاستر سرور چیست؟ ساختاری است که در آن سرورها مانند اعضای یک تیم، در صورت خرابی یکی، وظایف را به دیگری واگذار می‌کنند. این فناوری به کسب‌وکارها کمک می‌کند تا خدمات بی‌وقفه و امن‌تری ارائه دهند. در این مقاله از آبالون، به این پرسش که Cluster چیست؟ پاسخ می‌دهیم و مزایا و کاربردهای آن را بررسی می‌کنیم.
کلاستر چیست؟
«کلاسترینگ» (Clustering) فرآیندی است که در آن مجموعه‌ای از سرورها به‌صورت هماهنگ و تحت یک «آدرس آی‌پی» واحد فعالیت می‌کنند. در این میان، «سرور کلاستر» نقش کلیدی ایفا می‌کند؛ این سرورها به‌صورت گروهی، وظایف را میان خود توزیع کرده و با استفاده از «توزیع بار (Load Balancing)» و «افزونگی (High Availability)» اطمینان حاصل می‌کنند که سیستم حتی در صورت بروز اختلال در یکی از سرورها، همچنان بدون وقفه به کار خود ادامه دهد. در این ساختار، وظایف میان سرورها تقسیم شده و دسترسی بالا و جلوگیری از نقاط تکی شکست (Single Point of Failure) تضمین می‌شود. «کلاستر سرورها» به دلیل قابلیت مدیریت بار، بهبود عملکرد و پایداری سیستم، معمولاً برای پایگاه‌های داده، پردازش فایل‌ها و ارائه خدمات حیاتی استفاده می‌شوند و بخش مهمی از زیرساخت‌های قابل‌اعتماد در کسب‌وکارهای حساس محسوب می‌شوند.
اجزای اصلی کلاسترهای با دسترس‌پذیری بالا
عملکرد یک «کلاستر با دسترس‌پذیری بالا» کاملاً به اجزایی که در آن استفاده می‌کنید بستگی دارد. اگر به دنبال یک سیستم پایدار و بدون وقفه هستید، باید این اجزا مانند لود بالانسر را به‌درستی بشناسید و ترکیب کنید.
نودها (Nodes)
نودها همان سرورهای جداگانه‌ای هستند که «هسته» یک کلاستر را تشکیل می‌دهند. این سرورها می‌توانند فیزیکی یا مجازی باشند و وظیفه اجرای خدمات و اپلیکیشن‌ها را بر عهده دارند. اما کارشان به اینجا ختم نمی‌شود؛ «نودها» با ارتباط مداوم از طریق یک شبکه اختصاصی، داده‌ها را همگام‌سازی کرده و منابع را به اشتراک می‌گذارند. در مواقع بحرانی، این نودها با توزیع وظایف، افزونگی ایجاد کرده و اجازه نمی‌دهند که خرابی یک نود کل سیستم را مختل کند.
ارتباطات شبکه‌ای (Connectivity)
اگر شبکه ضعیف باشد، تمام کلاستر بی‌معنی می‌شود. شبکه، ستون فقرات کلاستر است و باید سریع، مطمئن و بدون تداخل باشد. این ارتباط معمولاً از سایر شبکه‌ها جدا می‌شود تا بالاترین سطح عملکرد و امنیت را تضمین کند.
توزیع‌دهنده بار (Load Balancers)
«توزیع‌دهنده بار» همان مغز متفکر توزیع ترافیک در کلاستر است. با مدیریت هوشمندانه، درخواست‌ها را بین نودها پخش می‌کند تا هیچ نودی از شدت بار تحت فشار نماند. نکته مهم این است که اگر یکی از نودها از کار بیفتد، «توزیع‌دهنده بار» بلافاصله مسیر ترافیک را به نودهای سالم هدایت می‌کند.
مدیران کلاستر (Cluster Managers)
در سیستم‌های توزیع‌شده، یکی از وظایف اصلی «مدیر کلاستر» (Cluster Manager) نظارت بر سلامت نودهاست. این فرآیند با ارسال «هارت‌بیت»ها (Heartbeats) انجام می‌شود که پیام‌هایی کوچک و دوره‌ای هستند. مدیر کلاستر این پیام‌ها را به هر نود ارسال می‌کند و منتظر پاسخ می‌ماند. اگر نودی در زمان مشخص پاسخ ندهد، به‌عنوان نود معیوب شناسایی می‌شود. در چنین شرایطی، مدیر کلاستر اقدامات لازم را برای جلوگیری از اختلال در سرویس انجام می‌دهد، مانند انتقال وظایف آن نود به نودهای سالم. این فرآیند تضمین می‌کند که کاربران نهایی حتی در صورت خرابی بخشی از سیستم، تجربه‌ای پایدار داشته باشند.
نحوه کار سرور کلاسترها چگونه است؟
در «کلاستر سرورها»، گروهی از سرورها به‌صورت هماهنگ کار می‌کنند تا اطمینان حاصل شود که خدمات بدون قطعی و با کارایی بالا ارائه می‌شوند. هر سرور در این ساختار به‌عنوان یک «نود» (Node) عمل می‌کند. هر «نود» منابع اختصاصی خود مانند فضای ذخیره‌سازی، رم و پردازنده را دارد و نسخه‌ای از سیستم‌عامل، خدمات و اپلیکیشن‌های کلاستر را نیز نگهداری می‌کند.
به‌طور معمول، در هر لحظه ممکن است ساختار کلاستر به یکی از دو روش زیر عمل کند:
تک نود فعال: در این روش، یک «نود» فعال وظایف سیستم را مدیریت می‌کند، در حالی که سایر نودها در حالت آماده‌باش هستند. اگر «نود» فعال به هر دلیلی از کار بیفتد، «کلاستر سرور» وظایف آن را به سایر نودها منتقل می‌کند. این انتقال به‌صورت خودکار انجام شده و تضمین می‌کند که کاربران هیچ وقفه‌ای را تجربه نکنند.
لود بالانسینگ (Load Balancing): در این روش، چندین «نود» به‌طور همزمان فعال هستند و بار کاری یا ترافیک بین آنها توزیع می‌شود. این توزیع به‌گونه‌ای انجام می‌شود که از افزایش بار بیش از حد روی یک نود جلوگیری شده و عملکرد پایدار سیستم تضمین شود. این ویژگی به‌ویژه در محیط‌هایی با تعداد زیاد کاربران یا درخواست‌های سنگین بسیار حیاتی است.
یکی از اجزای کلیدی در این فرآیند، «کواروم» (Quorum) است. این سیستم ذخیره‌سازی مشترک، اطلاعاتی مانند وضعیت نودها، تنظیمات زیرساختی، و تغییرات جدید را مدیریت می‌کند. «کواروم» به تمام نودها اجازه می‌دهد تا اطلاعات را همگام‌سازی کرده و برای پاسخگویی به درخواست‌ها آماده باشند.
به طور کلی، «کلاستر سرورها» با فراهم کردن افزونگی و توزیع بار کاری، نقش مهمی در افزایش دسترس‌پذیری و کاهش احتمال بروز اختلال ایفا می‌کنند. این معماری برای سیستم‌هایی که نیاز به عملکرد بدون وقفه دارند، بسیار حیاتی است.
انواع کلاستر سرورها
کلاستر سرورها بر اساس نحوه اتصال «نودها» به دستگاه ذخیره‌سازی داده‌های پیکربندی به سه نوع اصلی تقسیم می‌شوند:
1. کلاستر تک‌کواروم (Single Quorum Cluster)
این نوع که به‌عنوان «کلاستر استاندارد کواروم» هم شناخته می‌شود، رایج‌ترین مدل است. در این ساختار، چندین «نود» و یک یا چند «آرایه ذخیره‌سازی کلاستر» (Cluster Storage Arrays) وجود دارد که از طریق یک «دستگاه مرکزی» مثل «باس» (Bus) به هم متصل هستند. یک سرور اصلی مدیریت تمام «دیسک‌های کلاستر» (Cluster Disks) را بر عهده دارد و نودها به‌طور منظم وضعیت آنلاین بودن خود را به این دستگاه گزارش می‌دهند. «کواروم» مسئول بررسی سلامت نودهاست. اگر بیش از ۵۰٪ نودها فعال باشند، کلاستر به کار خود ادامه می‌دهد. در غیر این صورت، عملکرد متوقف می‌شود تا مشکلات رفع شوند.
2. کلاستر اکثریت نودها (Majority Node Set Cluster)
این مدل زمانی ایده‌آل است که نودهای کلاستر در مکان‌های مختلف مستقر باشند. در این ساختار، هر نود نسخه‌ای از داده‌های پیکربندی کلاستر را نگه می‌دارد. «کواروم» تضمین می‌کند که این داده‌ها در تمام نودها هماهنگ و یکسان باقی بمانند.
برخلاف «کلاستر تک‌کواروم»، این نوع نیازی به یک «باس ذخیره‌سازی مشترک» (Shared Storage Bus) ندارد، زیرا هر نود نسخه محلی خود از کواروم را دارد. این ویژگی انعطاف‌پذیری بیشتری به تنظیمات راه دور می‌دهد و گزینه‌ای هوشمندانه برای محیط‌های گسترده جغرافیایی است.
4. کلاستر تک‌نود (Single Node Cluster)
این مدل از یک نود تشکیل شده و معمولاً برای توسعه، تست و تحقیق استفاده می‌شود. چون تنها یک نود دارد، در صورت خرابی همان نود، کل سیستم دچار اختلال می‌شود. بنابراین، این نوع کلاستر فاقد قابلیت «Failover» است و بیشتر برای محیط‌های آزمایشی کاربرد دارد تا عملیاتی.
مزایای اصلی کلاستر سرور چیست؟
مزایای اصلی کلاستر سرور شامل موارد زیر است:
۱. ضریب اطمینان بالا
وقتی صحبت از ضریب اطمینان بالا سیستم می‌شود، «کلاستر سرورها» بازی را تغییر می‌دهند. چندین «نود» با همکاری یکدیگر تضمین می‌کنند که حتی اگر یکی از آنها از کار بیفتد، سایر نودها بدون تأخیر مسئولیت را بر عهده بگیرند. نتیجه؟ سیستم همیشه در دسترس است و هیچ وقفه‌ای در خدمات شما ایجاد نمی‌شود.
۲. عملکرد فوق‌العاده
«کلاستر سرورها» بار کاری را بین نودها تقسیم می‌کنند و به این ترتیب، توانایی مدیریت حجم بالایی از درخواست‌ها را دارند. این توزیع بار هوشمندانه باعث کاهش زمان پاسخگویی و ارائه یک تجربه کاربری سریع و بدون نقص می‌شود.
۳. مقیاس‌پذیری انعطاف‌پذیر
وقتی کسب‌وکار شما رشد می‌کند، «کلاستر سرورها» آماده هستند. به‌راحتی می‌توانید نودهای جدید اضافه کنید و بدون ایجاد تغییرات اساسی، عملکرد سیستم را ارتقا دهید. این انعطاف‌پذیری برای کسب‌وکارهایی که به دنبال پیشرفت مداوم هستند، یک ویژگی کلیدی است.
۴. بهینه‌سازی هزینه‌ها
هرچند نصب و راه‌اندازی اولیه ممکن است هزینه‌بر باشد، اما «کلاستر سرورها» در بلندمدت با جلوگیری از «داون‌تایم» و افزایش بهره‌وری منابع، به‌صرفه‌تر از هر سیستم دیگری خواهند بود. این یعنی یک سرمایه‌گذاری هوشمندانه برای آینده.
۵. تعمیر و نگهداری آسان‌تر
یکی از مزایای برجسته «کلاستر سرورها»، امکان انجام تعمیرات و به‌روزرسانی بدون اختلال در عملکرد کلی سیستم است. شما می‌توانید یک نود را به‌صورت موقت از مدار خارج کنید و همچنان سایر نودها به فعالیت خود ادامه دهند.
مثالی از کلاستر سرورها Cluster Server
فرض کنید یک فروشگاه آنلاین دارید. در حالت عادی، دو «نود» برای مدیریت ترافیک کافی است، اما در یک حراج بزرگ، ترافیک افزایش پیدا می‌کند. با استفاده از «کلاستر سرورها»، می‌توانید سرورهای جدید اضافه کنید تا بار کاری بین تمام نودها توزیع شود. نرم‌افزار کلاستر این کار را به‌صورت خودکار انجام می‌دهد، وب‌سایت شما سریع و پایدار باقی می‌ماند و کاربران تجربه‌ای بی‌نقص خواهند داشت. بعد از حراج، سرورهای اضافی را حذف می‌کنید و هزینه‌ها کاهش پیدا می‌کند. این انعطاف‌پذیری «کلاستر سرورها» را به راهکاری ایده‌آل برای هر کسب‌وکاری تبدیل می‌کند.
چالش‌های مهم cluster server چیست؟
مهم‌ترین چالش‌های کلاستر سرور عبارتند از:
۱. پیچیدگی در راه‌اندازی و مدیریت
مدیریت یک «کلاستر سرور» به‌هیچ‌وجه شبیه به مدیریت یک سرور معمولی نیست. این فرآیند به دانش تخصصی، تجربه و مهارت‌های فنی پیشرفته نیاز دارد. اگر تیم شما با ساختارهای پیچیده آشنا نباشد، ممکن است مشکلات جدی در راه‌اندازی و نگهداری کلاستر ایجاد شود.
۲. هزینه اولیه بالا
راه‌اندازی یک «کلاستر سرور» به سرمایه‌گذاری اولیه قابل‌توجهی نیاز دارد. از خرید سخت‌افزار گرفته تا تنظیمات نرم‌افزاری پیشرفته، همه این‌ها می‌تواند پرهزینه باشد. با این حال، این هزینه‌ها معمولاً در بلندمدت با جلوگیری از «داون‌تایم» و افزایش بهره‌وری جبران می‌شود.
۳. چالش یکپارچگی داده‌ها
حفظ «یکپارچگی داده‌ها» میان تمام «نودها» یکی از چالش‌های اصلی است. به‌ویژه زمانی که داده‌ها به‌طور مداوم به‌روزرسانی می‌شوند، هماهنگی و همگام‌سازی اطلاعات میان نودها می‌تواند پیچیده و زمان‌بر باشد.
۴. وابستگی به شبکه
«کلاستر سرورها» به شدت به عملکرد شبکه وابسته هستند. اگر شبکه دچار اختلال یا خرابی شود، عملکرد کل کلاستر تحت تأثیر قرار می‌گیرد و ممکن است منابع و خدمات به درستی در دسترس نباشند.
جمع‌بندی
کلاستر چیست؛ کلاستر سیستمی متشکل از چندین سرور است که با همکاری هم وظایف مشترکی را انجام می‌دهند و پایداری و عملکرد بالا را تضمین می‌کنند. در این مقاله از آبالون، به تعریف کلاستر، نقش «سرور کلاستر» در توزیع بار و دسترس‌پذیری بالا، اجزای اصلی مانند «نودها»، «توزیع‌دهنده بار» و «مدیر کلاستر» پرداختیم. همچنین انواع کلاستر سرورها و مزایا و چالش‌های آنها را بررسی کردیم. اگر به دنبال سیستمی کارآمد هستید که خدمات بدون وقفه ارائه دهد، «کلاستر سرورها» راهکاری ایده‌آل هستند؛ اما پیش از اجرا، نیازهای خود را دقیق ارزیابی کنید.
