Основы HPC-технологий
Определение высоконагруженных систем и способов их построения
Нагрузка на сервер — это важный показатель использования серверного оборудования. Хит – это запрос клиента к серверу для получения информации. Нагрузка сервера определяется как отношение количества клиентских запросов (хитов) ко времени, выражается в хитах в секунду. Согласно исследованиям Microsoft в 2010 году высоконагруженным сервером можно считать сервер с нагрузкой 100-150 хитов в секунду.В литературе встречаются такие понятия как HPC-система, высоконагруженная система, высоконагруженный кластер, Highload-система, суперкомпьютер, которые порой используются как синонимы. Мы будем понимать сайт с нагрузкой не менее 150 хитов в секунду.
Кластер – это группа компьютеров, которые работают вместе и составляют единый унифицированный вычислительный ресурс. Каждый узел работает под управлением своей копии операционной системы, в качестве которой чаще всего используются Linux и BSD.
Чтобы понять каким образом задачи, выполняемые кластером, распределяются по его узлам необходимо дать определение масштабироемости. Масштабируемость — способность системы справляться с увеличением рабочей нагрузки (увеличивать свою производительность) при добавлении ресурсов. Система называется масштабируемой, если она способна увеличивать производительность пропорционально дополнительным ресурсам. Масштабируемость можно оценить через отношение прироста производительности системы к приросту используемых ресурсов. Чем ближе это отношение к единице, тем лучше. Также под масштабируемостью понимается возможность наращивания дополнительных ресурсов без структурных изменений центрального узла системы. Масштабирование архитектуры высоконагруженной системы может быть горизонтальным и вертикальным. Вертикальное масштабирование заключается в увеличении производительности системы за счёт увеличения мощности сервера. Главный недостаток вертикального масштабирования в том, что оно ограничено определённым пределом. Параметры железа нельзя увеличивать бесконечно. Однако на самом деле вертикальная компонента присутствует практически всегда, а универсального горизонтального масштабирования как такового не существует. Горизонтальное масштабирование заключается в увеличении производительности системы за счёт подключения дополнительных серверов. Именно горизонтальное масштабирование является сейчас фактически стандартом. Известен также такой термин, как диагональное масштабирование. Оно подразумевает одновременное использование двух подходов.
И наконец, необходимо определить основной принцип, использующийся при построении любой кластерной архитектуры. Это — трёхзвенная структура системы (рис. 1). Три звена – это фронтэнд, бэкэнд и хранилище данных. Каждое звено выполняет свои функции, отвечает за различные стадии в обработке запросов и по-разному масштабируется. Первоначально запрос приходит на фронтэнд. Фронтэнды отвечают, как правило, за отдачу статических файлов, первичную обработку запроса и передачу его дальше. Второе звено, куда приходит запрос, уже предварительно обработанный фронтэндом — это бэкэнд. Бэкэнд занимается вычислениями. На стороне бэкэнда, как правило, реализуется бизнес-логика проекта. Следующий слой, который вступает в дело обработки запроса – это хранилище данных, которые обрабатываются бэкэндом. Это может быть база данных или файловая система.
