Кластер в информатике

Кластер в информатике - это группа логически и/или физически связанных между собой однородных объектов (компьютеров, серверов, секторов жёсткого диска и других), которая рассматривается и используется как единый ресурс для совместного решения вычислительных задач.

Что означает термин

Понятие кластера охватывает разные уровни организации вычислительной инфраструктуры. В широком смысле кластером называют любую совокупность однородных элементов, объединённых общей логикой работы: это могут быть серверы, дисковые сектора, контейнеры или иные объекты. Один из первых архитекторов кластерной технологии Грегори Пфистер определял кластер как разновидность параллельной или распределённой системы - слабо связанную совокупность нескольких вычислительных систем, работающих совместно для выполнения общих приложений и представляющихся пользователю единой системой.

В более узком, но распространённом значении кластером называют группу физически независимых серверов (узлов), объединённых высокоскоростной сетью в единую вычислительную среду, которая воспринимается внешними потребителями как один логический ресурс. Синонимом служит термин "компьютерный кластер".

Как устроено

Узлы кластера связаны между собой через коммуникационные каналы - чаще всего это локальная сеть на базе Ethernet, Myrinet или InfiniBand. Объединение в единый ресурс происходит на уровне программных протоколов, а не на уровне аппаратуры: каждый сервер остаётся самостоятельной вычислительной системой, но для пользователя и внешних систем кластер выглядит как одна машина.

Управление кластером строится на специализированном программном обеспечении. В контейнерных средах эту роль обычно выполняют оркестраторы (например, Kubernetes), которые распределяют нагрузку между узлами, следят за их состоянием и перезапускают упавшие сервисы. В виртуализированной инфраструктуре кластером управляют платформы виртуализации и системы управления ресурсами. Типичная конфигурация вычислительного кластера - набор компьютеров из общедоступных компонентов с операционной системой Linux, связанных сетью Ethernet или InfiniBand; такая архитектура известна как кластер Beowulf.

Где применяется

Кластеры используются там, где одной машины недостаточно для решения задачи - по производительности, по объёму хранения или по уровню отказоустойчивости. Научные и инженерные расчёты разбивают задачу на параллельные ветки, которые выполняются на разных узлах и обмениваются данными по связывающей сети. Веб-сервисы строят на серверных кластерах с балансировкой нагрузки: при отказе одного узла запросы автоматически перенаправляются на другие. Контейнерные платформы вроде Kubernetes разворачивают приложения в кластерах из множества машин, обеспечивая горизонтальное масштабирование без остановки сервиса.

Значение для бизнеса

Для организаций кластерная архитектура даёт три ключевых преимущества. Распределение нагрузки между несколькими узлами позволяет обслуживать больше запросов без замены оборудования на более мощное. Резервирование при отказах повышает доступность сервисов: выход из строя одного узла не приводит к остановке всей системы. Горизонтальное масштабирование даёт возможность наращивать ресурсы без прерывания работы - новые узлы подключаются к кластеру и сразу включаются в обработку запросов.