第1回：クラスタリングとは

昨年末にカーネル2.6がリリースされたことによりLinuxもより大規模かつ影響度の高いエリアへと採用の機会が増えつつあります。またディストリビューター各社からエンタープライズ系に特化したミッションクリティカルな要求に耐えうるサーバ製品群がリリースされてきています。本連載では、そのような領域で Linuxを活用するためのクラスタ構築についてその概念解説から具体的な製品を用いた構築までを取り扱っていきます。第一回は、クラスタシステムについてその種類と概要を解説します。

ぽちけん
2004/11/15

【著者プロフィール】
「ぽちネット-Linux備忘録-」のサイト管理者。RedHat系（RPM系列）Linuxを中心に情報発信中。RHCE保有。Linux歴8年、商用UNIX歴１５年。

【目次】

1.始めに

2.HAクラスタ

3.負荷分散クラスタ

4.HPC（ハイ・パフォーマンス・コンピューティング）

5.Linuxクラスタの構築に向けて

１．始めに

　昨年末にカーネル２．６がリリースされたことによりLinuxもより大規模かつ影響度の高いエリアへと採用の機会が増えつつあります。それまではLinuxと言えば社内インフラの一部のサーバ、特にウェブサーバやDNS、DHCPサーバ、小規模なDBサーバといった比較的ミッションクリティカルではないエリアでの使用に限られていましたが、ディストリビューター各社からよりミッションクリティカルな場面でのLinuxの採用を目的としたエンタープライズ系に特化したサーバ製品群がリリースされたことによりその割合はこれから加速していくものと思われます。

　では実際にミッションクリティカルな場面でLinuxを採用した場合どのようなことに注意したらよいのでしょうか。　

　それは「エンドユーザ（顧客）に対していかにサービスを提供しつづけるか」だと考えます。よく停止するサービスやいつもレスポンスの悪いサービスはちょっといただけませんよね。そうなると信用や信頼を失いかねません。そこで、そのような不時の事態を避けるためにシステムをクラスタ化して備えます。

　では、「クラスタシステム」についてその種類と概要について説明したいと思います。　
まず種類ですが大きく３つに分類されます。

-ＨＡクラスタ（High Availability:高可用性）
-負荷分散クラスタ
-ＨＰＣ(ハイ・パフォーマンス・コンピューティング) 　

HAクラスタから順に概要を説明していきます。

２．ＨＡクラスタ（High Availability：高可用性）

　これはシステム自身の可用性を高める手法でシステムの冗長化をすることにより障害によるシステム停止を最小限にするクラスタです。このクラスタに適している代表的なサーバはＤＢサーバです。
システムの冗長化には例として以下の方法があります。

－システム内で部品を冗長化する
－同じ構成のシステムを複数台配置し冗長化する（フェ－ル・オーバー）

　システム内で部品を冗長化するものとして代表的なものにディスクのRAIDがあります。ＲＡＩＤ１やＲＡＩＤ５などは皆さんよくご存知の例だと思います。また、ＮＩＣ（Network Interface Card）を複数枚搭載し冗長化する方法もあります。しかし、このような手段を用いてもCPUやメモリーなどに障害が起きた場合はどうでしょう。もちろん高価なサーバには切り離して稼働するようなものもあるようですがそこまでお金をかけられるならLinuxでなくても・・・と思います。

　そこで同じ構成のシステムを複数台配置し冗長構成することにより可用性を高める方法があります。

　これにもいくつか方法がありますので順に説明していきます。

－１：１のクラスタ
　これは稼働系と待機系があり１：１の関係で成り立っているクラスタシステムです。

　稼働しているのは片方だけでもう片方は待ち（遊んでいる状態）です。

　　この応用として両方が稼働系であり待機系であるクラスタシステムもあります。この場合、障害発生時のことも考慮しサーバのキャパシティー・プランをしっかりする必要があることと運用面でもそれなりに考慮が必要です。

－Ｎ:１のクラスタ 　
　これは複数台の稼働系サーバに対して１台の待機系サーバを置く関係で成り立っているクラスタシステムです。

－Ｎ：Ｍのクラスタ
　これは複数台の稼働系サーバに対して複数台の待機系サーバを置く関係で成り立っているクラスタシステムです。

　上記２つのクラスタには特に考慮しなければならないことがあります。それは障害回復後のクラスタの振る舞いをどのようにするかです。（１：１の場合は単純なので神経質にならなくても良いと思います。）

　サーバに障害が発生し待機系に切り替わったとします。そして障害を起こしたサーバが回復しそのまま待機系として運用したらどのようなことが起こるでしょうか。感の良い皆さんならおわかりになると思います。そうです、障害が起こり切り替わるたびに待機系のサーバが移動していくのです。これでは運用する人にとってはたまらなく手間がかかります。このようにクラスタシステムを構成する場合は運用を見据えた構成にする必要があることも構築時の考慮点として押さえておくことが大切です。

　さてクラスタの方法について説明してきましたが、クラスタ化するには引き継がれた側にも同じデータが必要でデータ部分の共有も必須となります。データの共有方法としてそれぞれのサーバにデータディスクを持たせそれらを同期する方法とＳＡＮ（Storage Area Network）などを用いてサーバ間でディスクを共有する方法があります。前者は比較的安価で構築できますが、同期のタイミングなどによっては不整合などが起こる可能性もあるため運用面で非常に手間がかかります。後者は高価ですが運用面での手間という意味ではさほど難しくありません。

　HAクラスタの最後として災害対策を目的としたHAクラスタもあります。それぞれ離れた場所にあり稼働系のサーバ（この場合サイトが正しい）が災害に遭ったときにもう片方のサーバに切り替えサービスを継続するシステムです。これについては詳しくは説明しませんが、基本的な考え方は上で説明した内容と同じになります。

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