Với nhu cầu xử lý và lưu trữ dữ liệu ngày càng lớn, các hệ thống hiện đại ngày càng được ra đời nhiều hơn. Một trong những công nghệ đang được ứng dụng rộng rãi để lưu trữ cơ sở dữ liệu chính là Cluster. Vậy Cluster là gì? Ứng dụng trong việc lưu trữ dữ liệu của nó như thế nào? Hãy cùng LPTech tìm hiểu ở bài viết này nhé!

Cluster là gì?

Cluster trong công nghệ được hiểu là một nhóm các máy tính (hoặc máy chủ) được kết nối với nhau để làm việc như một hệ thống duy nhất. Mỗi máy tính trong Cluster có thể xử lý các tác vụ hoặc tính toán riêng biệt nhưng chúng hợp tác với nhau để hoàn thành công việc một cách hiệu quả và nhanh chóng hơn so với việc sử dụng một máy tính đơn lẻ. Cluster giúp cải thiện hiệu suất, khả năng mở rộng và độ tin cậy cho các hệ thống máy tính lớn.

Cluster có thể được sử dụng trong nhiều mục đích khác nhau, từ việc lưu trữ dữ liệu, chạy ứng dụng, đến việc triển khai các hệ thống cơ sở dữ liệu để thiết kế website chuyên nghiệp. Mỗi thành phần trong Cluster đều hoạt động độc lập nhưng được liên kết chặt chẽ để cung cấp các dịch vụ đồng bộ, giúp đảm bảo tính sẵn sàng cao và bảo mật tốt.

Cluster có mấy thành phần?

Mỗi Cluster được cấu thành từ nhiều thành phần khác nhau, tùy thuộc vào mục đích và loại Cluster mà chúng ta triển khai. Tuy nhiên, thông thường một Cluster sẽ bao gồm các thành phần cơ bản như sau:

Node (Nút)

Node là các máy tính hoặc máy chủ riêng biệt trong Cluster. Mỗi Node trong hệ thống có thể hoạt động độc lập hoặc phối hợp với các Node khác để thực hiện các tác vụ cụ thể. Các Node trong Cluster thường được kết nối với nhau qua mạng LAN hoặc WAN. Tùy thuộc vào loại Cluster, các Node có thể chia sẻ tài nguyên, thông tin hoặc dữ liệu với nhau.

• Primary Node (Nút chính): Là Node thực hiện vai trò chủ đạo trong hệ thống Cluster, ví dụ như máy chủ cơ sở dữ liệu chính.
• Secondary Node (Nút phụ): Là các Node dự phòng hoặc hỗ trợ, thường sẽ nhận nhiệm vụ khi Node chính gặp sự cố.

Shared Storage (Lưu trữ chia sẻ)

Trong một số loại Cluster, các Node cần truy cập vào một không gian lưu trữ chung để lưu trữ và truy xuất dữ liệu. Điều này đặc biệt quan trọng đối với các Cluster lưu trữ dữ liệu, nơi nhiều Node có thể cần cùng chia sẻ và truy cập vào dữ liệu giống nhau. Một số hệ thống Cluster sử dụng lưu trữ NAS (Network Attached Storage) hoặc SAN (Storage Area Network) để đáp ứng yêu cầu này.

Cluster Manager (Quản lý Cluster)

Cluster Manager là phần mềm hoặc công cụ dùng để điều phối các Node trong Cluster. Nó giám sát hoạt động của từng Node, phân bổ tài nguyên, quản lý các công việc và đảm bảo tính đồng bộ giữa các Node. Một số công cụ Cluster Manager phổ biến có thể kể đến như Kubernetes, Hadoop, OpenStack.

Network (Mạng)

Mạng là một yếu tố không thể thiếu để các Node trong Cluster có thể kết nối và trao đổi thông tin với nhau. Mạng phải đảm bảo tốc độ và độ ổn định để các Node có thể làm việc đồng bộ và hiệu quả.

Cluster có ưu điểm gì?

Cluster mang lại nhiều lợi ích vượt trội trong việc xây dựng các hệ thống máy tính quy mô lớn. Dưới đây là một số ưu điểm nổi bật của Cluster:

Khả năng mở rộng (Scalability)

Cluster cho phép mở rộng hệ thống một cách dễ dàng và hiệu quả. Khi nhu cầu tài nguyên tăng lên, bạn chỉ cần thêm một Node mới vào Cluster mà không ảnh hưởng đến toàn bộ hệ thống. Điều này rất quan trọng trong các môi trường yêu cầu xử lý một lượng lớn dữ liệu hoặc ứng dụng yêu cầu tính toán mạnh mẽ.

Tính sẵn sàng cao (High Availability)

Khi một Node trong Cluster gặp sự cố, các Node khác sẽ tiếp tục hoạt động, đảm bảo hệ thống vẫn hoạt động bình thường. Điều này giúp hệ thống luôn sẵn sàng và giảm thiểu thời gian chết. Các công nghệ như failover và load balancing là những tính năng quan trọng giúp duy trì tính sẵn sàng cao cho Cluster.

Cải thiện hiệu suất (Improved Performance)

Cluster cho phép phân phối các tác vụ giữa các Node, giúp hệ thống có thể xử lý nhiều tác vụ cùng lúc. Điều này mang lại hiệu suất xử lý cao hơn so với hệ thống sử dụng một máy chủ đơn lẻ.

Bảo mật và dự phòng (Security and Redundancy)

Cluster cung cấp khả năng bảo mật và dự phòng dữ liệu cao. Khi dữ liệu được phân tán giữa các Node và có các bản sao lưu, do đó hệ thống có thể tự phục hồi nếu gặp sự cố. Điều này giúp giảm thiểu nguy cơ mất mát dữ liệu và bảo vệ hệ thống khỏi các cuộc tấn công mạng.

Tiết kiệm chi phí (Cost Savings)

Mặc dù chi phí đầu tư ban đầu có thể cao, nhưng với khả năng mở rộng và hiệu quả cao, Cluster có thể giúp doanh nghiệp tiết kiệm chi phí vận hành và bảo trì dài hạn. Thay vì đầu tư vào một máy chủ duy nhất với tài nguyên lớn, doanh nghiệp có thể sử dụng một Cluster các máy tính nhỏ hơn, dễ dàng mở rộng khi cần thiết.

Các thuật ngữ quan trọng trong Cluster Server

Trong quá trình triển khai và quản lý Cluster, có một số thuật ngữ quan trọng mà bạn cần nắm vững:

• Node: Là một trong những thành phần cơ bản của Cluster. Mỗi Node trong Cluster có thể là một máy chủ hoặc một máy tính riêng biệt tham gia vào quá trình tính toán hoặc lưu trữ dữ liệu.
• Cluster Manager: Là phần mềm hoặc công cụ chịu trách nhiệm quản lý các Node trong Cluster, phân bổ tài nguyên, và đảm bảo rằng các Node hoạt động đồng bộ. Cluster Manager giúp giám sát tình trạng của các Node, phát hiện sự cố và xử lý kịp thời.
• Failover: Failover là một cơ chế trong Cluster giúp hệ thống tự động chuyển giao tác vụ hoặc dịch vụ từ một Node gặp sự cố sang Node khác khi Node chính không còn hoạt động.
• Load Balancing: Là quá trình phân phối các yêu cầu hoặc tác vụ giữa các Node trong Cluster một cách đồng đều để tránh tình trạng một Node bị quá tải trong khi các Node khác lại nhàn rỗi. Load Balancer là phần mềm hoặc thiết bị phần cứng giúp quản lý quá trình này.
• Replication: Là quá trình sao chép dữ liệu giữa các Node trong Cluster nhằm đảm bảo tính sẵn sàng và độ bền vững của dữ liệu. Khi một Node gặp sự cố, các Node khác có thể tiếp tục sử dụng bản sao của dữ liệu đó để đảm bảo hoạt động của hệ thống không bị gián đoạn.
• Quorum: Quorum là số lượng tối thiểu các Node cần có trong Cluster để đảm bảo rằng hệ thống có thể hoạt động một cách ổn định và chính xác.
• Synchronization (Đồng bộ hóa): Là quá trình đồng bộ hóa dữ liệu hoặc trạng thái giữa các Node trong Cluster để đảm bảo rằng tất cả các Node luôn có cùng một bản sao dữ liệu hoặc trạng thái hệ thống.
• Consistency: Là một tính chất quan trọng trong các hệ thống Cluster phân tán, đề cập đến khả năng của hệ thống trong việc duy trì dữ liệu nhất quán ở tất cả các Node. Điều này có nghĩa là, khi một thay đổi dữ liệu được thực hiện, tất cả các Node trong Cluster phải nhận được thông tin về thay đổi đó ngay lập tức để đảm bảo rằng mọi Node đều làm việc với cùng một phiên bản dữ liệu.

Cơ chế hoạt động của Cluster

Cơ chế hoạt động của một Cluster phụ thuộc vào từng loại Cluster cụ thể. Tuy nhiên, trong các Cluster phổ biến như Cluster tính toán hay Cluster cơ sở dữ liệu, cơ chế hoạt động thường bao gồm các bước sau:

Bước 1: Phân chia công việc

Các tác vụ hoặc yêu cầu được phân chia cho các Node trong Cluster để xử lý. Mỗi Node nhận một phần công việc và tiến hành xử lý.

Bước 2: Đồng bộ hóa dữ liệu

Các Node trong Cluster cần phải đồng bộ hóa dữ liệu hoặc trạng thái để đảm bảo các Node hoạt động đồng nhất.

Bước 3: Giám sát và phân phối tài nguyên

Cluster Manager giám sát tình trạng của các Node và phân phối tài nguyên phù hợp để tối ưu hóa hiệu suất.

Bước 4: Xử lý lỗi

Nếu một Node gặp sự cố, hệ thống sẽ tự động chuyển sang Node dự phòng (failover) để đảm bảo tính sẵn sàng.

Ứng dụng của Cluster trong cơ sở dữ liệu

Cluster trong cơ sở dữ liệu đặc biệt quan trọng vì chúng giúp cải thiện hiệu suất, tăng tính sẵn sàng và bảo mật cho hệ thống. Một số ứng dụng của Cluster trong cơ sở dữ liệu bao gồm:

• Cải thiện khả năng xử lý dữ liệu: Cluster giúp phân phối và xử lý các truy vấn cơ sở dữ liệu nhanh hơn bằng cách chia nhỏ các tác vụ giữa các Node.
• Sao lưu và phục hồi: Các dữ liệu được sao lưu và nhân bản giữa các Node, đảm bảo rằng trong trường hợp có sự cố, dữ liệu không bị mất.
• Tăng cường độ sẵn sàng: Nếu một Node trong cơ sở dữ liệu Cluster gặp sự cố, các Node khác có thể tiếp nhận công việc ngay lập tức, đảm bảo hệ thống luôn hoạt động mà không bị gián đoạn. Điều này rất quan trọng đối với các ứng dụng yêu cầu tính sẵn sàng cao như ngân hàng, thương mại điện tử hoặc các hệ thống quản lý dữ liệu quy mô lớn.
• Tối ưu hóa truy vấn và xử lý giao dịch: Các Cluster cơ sở dữ liệu có thể giúp phân chia tải và tối ưu hóa các truy vấn, giúp hệ thống đáp ứng yêu cầu của người dùng nhanh chóng hơn, đặc biệt là trong môi trường có lưu lượng lớn.
• Tăng tính linh hoạt: Cluster giúp dễ dàng mở rộng hệ thống cơ sở dữ liệu mà không làm gián đoạn hoạt động hiện tại. Khi cần thêm tài nguyên, chỉ cần thêm một Node mới vào Cluster mà không ảnh hưởng đến quá trình hoạt động của các Node còn lại.

MySQL Cluster là gì?

MySQL Cluster là một phiên bản đặc biệt của MySQL, được thiết kế để hỗ trợ môi trường Cluster với khả năng mở rộng, tính sẵn sàng cao và hiệu suất tốt. MySQL Cluster sử dụng mô hình phân tán để lưu trữ dữ liệu, giúp tăng khả năng chịu lỗi và tối ưu hóa việc xử lý dữ liệu.

MySQL Cluster sử dụng các công nghệ NDB Cluster (Network DataBase Cluster), cho phép phân phối dữ liệu và các tác vụ giữa nhiều máy chủ, giúp hệ thống có thể xử lý lượng lớn yêu cầu mà không gặp phải tình trạng nghẽn cổ chai.

Với sự phát triển không ngừng của công nghệ, việc hiểu và ứng dụng các công nghệ như Cluster sẽ là yếu tố quan trọng giúp các doanh nghiệp và tổ chức tạo được thế mạnh riêng biệt. Hy vọng bài viết đã mang đến cho bạn những kiến thức bổ ích nhé!

Nếu bạn cần một đơn vị chuyên về mảng quản trị cơ sở dữ liệu và website thì đừng quên LPTech với hơn 10 năm kinh nghiệm trong lĩnh vực luôn là lựa chọn đáng tin cậy của bạn nhé!