Какое бы мнение не складывалось у окружающих о компании Microsoft, нельзя недооценивать ее достижения в сфере высоких технологий. Стоит учесть, что современное значение информационных технологий определено деятельностью компании Microsoft.

Но не все продукты от Microsoft воспринимались на уровне специализированных решений. В лидеры выходили варианты соответствующие соотношению цена/функциональность и гарантирующие простоту внедрения. Кластеры как раз относятся к таким примерам.

Вычислительные кластеры — не лучший пример для позиционирования сильных сторон Microsoft. В этом можно убедиться, ознакомившись с фактом вылета разработок компании из списка Top-500 суперкомпьютеров. По этой логике в линейке Windows Server 2012 нет редакции HPC. Также, с учетом тонкостей высокопроизводительных вычислений, наиболее перспективной оказывается платформа Windows Azure. Кластеры высокой доступности стали настоящим акцентом для компании Microsoft.

Кластеры в Windows

Microsoft реализовала поддержку кластеров в операционной системе в Windows NT 4 Server Enterprise Edition. Эти кластеры иногда называют отказоустойчивыми, хотя их суть заключается в обработке отказа или высокодоступности.

При общих неполадках узла, к которому направлен запрос, будет проявляться отказ в обслуживании. Произойдет автоматический перезапуск кластеризуемых сервисов на другом узле, что быстро приведет систему в состояние готовности.

Кластер высокой доступности включает два узла с установленными операционными системами. Сами узлы подключаются к внешней и внутренней сети для обмена служебными сообщениями и к общему хранилищу служебных ресурсов. Система также состоит из данных кластеризуемых приложений, а точнее, когда сервисы исполняются на одном из узлов, воспроизводится схема Active-Passive. Таким образом сервисы функционируют на одном узле, тогда как второй работает в дежурном режиме. При полезной нагрузке на оба узла, реализуется схема Active-Active.

Поддержка кластеров в Windows со временем меняется. Реализуются поддержка файловых и сетевых служб, затем SQL Server, Exchange Server и другие стандартные службы. Улучшается масштабирование, расширяется список кластеризуемых сервисов.

В развитии поддержки кластеров сыграли важную роль поддержка виртуализации и позиционирование Windows Server как облачной операционной системы. Именно в этой области происходят основные усовершенствования.

В Windows Server 2012 добавлена возможность управления на уровне кластера приоритетами виртуальных машин, с определением порядка перераспределения памяти, восстановления в случае поломки узлов или массовой миграции. Появились новые возможности мониторинга, например, перезапуск всей виртуальной машины и миграция на менее загруженный узел. Также реализованы и другие нововведения, касающиеся кластеризации.

Кластеры в Windows Server 2012

Рассмотрим новинки в базовых технологиях, которые используются кластерами и расширяют их возможности.

SMB 3.0

Версия протокола SMB 3.0 подходит для сетевого обмена данными и востребована при выполнении чтения, записи на удаленных ресурсах. Новая версия обладает массой преимуществ, которые оптимизируют работу SQL Server, Hyper-V и файловых кластеров.

Представлены следующие обновления:

• Понятная отказоустойчивость — обеспечивает непрерывность выполнения операций, с автоматической передачей текущих операций другому узлу. Нововведение позволило реализовать схему Active-Active с поддержкой до 8 узлов.
• Масштабирование — дает возможность одновременного доступа к файлам через все узлы кластера, с достижением агрегации пропускной способности и балансировки нагрузки.
• SMB Direct — обеспечивает поддержку сетевых адаптеров с технологией RDMA, которая позволяет передавать данные в память приложения, освобождая центральный процессор.
• SMB Multichannel — позволяет агрегировать пропускную способность и улучшает отказоустойчивость при наличии сетевых путей между сервером и клиентом.

Необходимо присутствие поддержки SMB 3.0 на обоих концах соединения. Microsoft рекомендует использование серверов и клиентов одного поколения.

Storage Spaces

Технология впервые реализована в операционных системах Windows Server 2012 и Windows 8, с возможностью назначения дисков в пуле для горячей замены и расширения возможности тонкой настройки с использованием PowerShell.

Storage Spaces играет роль программной реализации RAID, с большим числом дополнительных функций. Прежде всего это объединенные в пулы накопители с прямым доступом. Для организации непрерывной работы потребуется понимание принципов функционирования технологии.

На пулах создаются виртуальные диски следующих типов:

• простой (аналог RAID 0);
• зеркало (двухстороннее — аналог RAID1, трехстороннее — сложная схема наподобие RAID 1E);
• с контролем четности (аналог RAID 5).

Технология Storage Spaces делает использование реализованных возможностей в Windows Server в форме динамических дисков более удобными и обеспечивает новый уровень использования.

Еще одним важным вопросом, связанным с технологией Storage Spaces является производительность, которая уступает аппаратным вариантам. Но в файловом сервере Storage Spaces получает большой объем оперативной памяти и мощный процессор, с необходимостью тестирования различных видов нагрузки.

Технология предполагает отказ от RAID-контроллеров, за счет переноса на уровень операционной системы. Идея раскрывает свои достоинства еще одним новшеством.

Scale-Out File Server (SOFS)

Режим кластеризуемой роли File Server в Windows Server 2012 получил название Scale-Out File Server. Файловый сервер является известным типом кластера Active-Passive. SOFS также представляет собой кластер Active-Active. Доступ к соответствующим папкам осуществляется при помощи опции Continuously Available.

Помимо отказоустойчивости обеспечивается повышение пропускной способности при рациональном проектировании сетевой архитектуры. Проксирующая файловая система CSV 2.0 уменьшает влияние CHKDSK, что позволяет утилите выполнять операции, с возможностью работы с томом активных приложений и реализацией кэширования чтения с CSV. Использование CSV дарит удобство развертывания и управления.

Пользователь может создать обычный кластер, настроить том CSV и активировать роль файлового сервера в режиме Scale-Out File Server for application data. Функциональность предложенного решения формирует новый класс оборудования «кластер-в-коробке». Это шасси с двумя блейд-серверами и дисковым массивом SAS JBOD с поддержкой Storage Spaces. Организация системы подстроена под поддержку SOFS.

Новинки технологий кластеризации Windows

Помимо перечисленных крупных новинок в области кластеризации в Windows Server 2012 есть и другие нововведения.

Путем упрощения создания гостевых кластеров была расширена поддержка виртуализации. От Windows Server 2008 R2 она отличалась предоставлением iSCSI Target в общее пользование виртуальных машин, а также в операционной системе Windows Server 2012 появилась функция виртуализации FC-контроллера, в связи с чем виртуальные машины получили возможность доступа к LUN. Реализован также вариант с использованием сетевой папки SMB 3.0 для гостевых Windows Server 2012.

К основным задачам относится установка программных обновлений в кластере. При этом требуется перезагрузка узлов и контролирование процедуры. Управление кворумом не осталось без изменений. Возможность давать право голоса только некоторым узлам может стать полезной при их размещении на удаленной площадке. Динамический кворум подразумевает потерю права голоса при прекращении работы и недоступности в течение некоторого времени независимо от причины. В результате число голосов сокращается и кластер остается доступным.

Новинки в Windows Server 2012 R2

Windows Server 2012 R2 не простое обновление Windows Server 2012, а полноценная операционная система. Новинки переводят определенные возможности серверной платформы на новый уровень, что особенно касается SOFC и Hyper-V.

Виртуальные машины

Процедура создания гостевых кластеров намного упростилась, появилась возможность использования VHDX, которые представлены как Shared SAS-диски. При этом в виртуальных машинах используется как Windows Server 2012 R2, так и Windows Server 2012.

Операционная система Windows Server 2012 R2 Hyper-V проводит мониторинг сетевых интерфейсов в виртуальных машинах. При обнаружении проблемы автоматически запускается процесс их миграции на узел, где доступна внешняя сеть.

Кворум

Помимо динамического кворума реализован динамический диск-свидетель. Его голос учитывается при изменении числа узлов и общее число голосов остается нечетным. В случае недоступности диска голос обнуляется. Схема позволяет положиться на автоматические механизмы и отказаться от моделей кворума. Надежность работы кластеров увеличивается за счет размещения на двух площадках.

CSV 2.1

Существенно изменились реализации CSV. Роли владельцев томов распределяются по узлам в автоматическом режиме, увеличена отказоустойчивость CSV. Новшества позволяют более эффективно использовать SOFC и Storage Spaces. Присутствует поддержка файловой системы ReFS. Вполне ожидаемо, что эта файловая система станет ведущей в продуктах компании Microsoft. В Windows Server 2012 R2 внедрен механизм дедупликации, который ранее был частью исключительно всецелевого файлового сервера.

В Windows Server 2012 R2 появилась возможность комбинирования накопителей различных типов с особым смыслом многоуровневого пространства. Теперь можно формировать два уровня быстрый (SSD) и емкий (жесткие диски) и выделять определенный объем из каждого. В соответствии с расписанием начинка виртуального диска будет подвергнута анализу и размещена блоками по 1 МБ на носителях в зависимости от востребованности. Реализация кэша с записью на SSD является другим применением многоуровневых пространств. Во время нагрузок запись производится на твердотельные накопители, а позже перемещается на медленные жесткие диски.

На основе новшеств в отношении CSV и Storage Spaces можно разворачивать мощные и гибкие системы хранения данных с масштабированием и показательной отказоустойчивостью, что предоставляет пользователю широкий спектр современных инструментов.