topics:09:cluster_architecture []

Эта страница только для чтения. Вы можете посмотреть её исходный текст, но не можете его изменить. Сообщите администратору, если считаете, что это неправильно.
====== Архитектуры управления ресурсами в крупных кластерах ======
При росте вычислительных систем классическая централизованная схема перестаёт справляться с управлением.  
Чтобы поддерживать масштабируемость и надёжность, используется стратегия **разделяй и управляй**, при которой общий кластер разбивается на независимые области (регионы, ячейки, каскады), каждая из которых управляется отдельно, но подчиняется общей логике работы.



<WRAP center>
$$
\text{Кластер из }N\text{ узлов разбивается на }K\text{ независимых областей,}
\quad
T_{\text{общее}} \approx \max_i T_i + T_{\text{накладные расходы}}
$$
</WRAP>

===== Основные подходы =====
В современных платформах (например, OpenStack) применяются три проверенных метода распределения управления ресурсами:

^ Подход ^ Суть ^ Когда целесообразно применять ^
| **Много-региональная схема** | Разделение на независимые площадки (регионы), объединённые единой системой учётных записей. Каждая площадка — полноценный кластер. | Географически распределённые ЦОД, изоляция зон отказа, разные политики и версии ПО. |
| **Многоячеечная схема (Nova Cells)** | Деление вычислительного контура на иерархию «ячейка управления — ячейка вычислений». Каждая ячейка имеет собственные очереди и базы данных. | Очень крупные кластеры с тысячами серверов, требующие независимого планирования. |
| **Каскадная схема** | Над несколькими кластерами выстраивается общий уровень управления и единый каталог ресурсов. | Интеграция частных и публичных площадок в единую систему. |

----

===== Много-региональная архитектура =====
В этой схеме каждый регион представляет собой самостоятельный набор сервисов с общей системой авторизации.  
Администратор управляет всеми регионами через общий интерфейс, а пользователи выбирают площадку, где размещаются их ресурсы.

<WRAP box round>
**Пример много-региональной организации**
<mermaid>
flowchart LR
  classDef small font-size:16px,stroke-width:1px;

  U["Пользователь"]:::small --> E["Единая точка доступа (каталог сервисов)"]:::small
  A["Служба авторизации"]:::small --> R1API["Регион 1 — интерфейс управления"]:::small
  A --> R2API["Регион 2 — интерфейс управления"]:::small
  E --> R1API
  E --> R2API

  subgraph R1["Регион 1"]
    R1API --> R1Pool["Ресурсы: вычисления, сеть, хранилище"]:::small
  end
  style R1 fill:#fff9d9,stroke:#d4c882,stroke-width:1px;

  subgraph R2["Регион 2"]
    R2API --> R2Pool["Ресурсы: вычисления, сеть, хранилище"]:::small
  end
  style R2 fill:#fff9d9,stroke:#d4c882,stroke-width:1px;
</mermaid>
</WRAP>

<WRAP info>
  * Подходит для распределённых площадок: например, **Москва — Новосибирск — Казань**.  
  * В России такой принцип реализован в **Яндекс Облаке**, **VK Cloud**, **Selectel** и **СберCloud**.  
  * Преимущество — простота управления и независимость регионов.  
  * Недостаток — отсутствие «живой» миграции виртуальных машин между регионами.
</WRAP>

----

===== Многоячеечная структура (Nova Cells) =====
Используется для масштабных вычислительных кластеров, где сотни и тысячи серверов объединены в общую систему.  
Архитектура делит сервисы на уровни — верхний координирует работу ячеек, каждая ячейка управляет своей группой серверов и локальной базой.

<WRAP box round>
**Пример иерархии ячеек**
<mermaid>
flowchart TB
  classDef small font-size:16px,stroke-width:1px;

  Root["Корневая ячейка (управление и маршрутизация запросов)"]:::small --> API1["Ячейка интерфейсов №1"]:::small
  Root --> API2["Ячейка интерфейсов №2"]:::small
  API1 --> C11["Вычислительная ячейка 1 (планировщик, узлы)"]:::small
  API1 --> C12["Вычислительная ячейка 2"]:::small
  API2 --> C21["Вычислительная ячейка 3"]:::small
  API2 --> C22["Вычислительная ячейка 4"]:::small
</mermaid>
</WRAP>

<WRAP info>
  * Применяется в суперкомпьютерах и крупных облаках (например, CERN, Сколтех).  
  * Повышает устойчивость: сбой в одной ячейке не влияет на остальные.  
  * Позволяет равномерно распределять нагрузку и управлять развитием кластера поэтапно.
</WRAP>

----

===== Каскадная организация =====
Каскадная структура применяется, когда требуется объединить несколько независимых облаков в общую систему.  
Над ними создаётся единый уровень управления, предоставляющий общий каталог ресурсов и возможность выбора площадки без ручного переключения.

<WRAP box round>
**Каскадная схема управления**
<mermaid>
flowchart TB
  classDef small font-size:16px,stroke-width:1px;

  Top["Верхний уровень управления (единый каталог ресурсов)"]:::small --> Cloud1["Кластер 1"]:::small
  Top --> Cloud2["Кластер 2"]:::small
  Top --> Cloud3["Кластер 3"]:::small

  Cloud1 --> R1["Ресурсы площадки 1"]:::small
  Cloud2 --> R2["Ресурсы площадки 2"]:::small
  Cloud3 --> R3["Ресурсы площадки 3"]:::small
</mermaid>
</WRAP>

<WRAP info>
  * Позволяет объединить разные среды (публичные, частные, корпоративные).  
  * В российской практике аналогичные функции реализуют решения на базе **OpenStack + Ceph**, а также платформы **РосПлатформа** и **SberCloud Hybrid**.  
  * Для сетевой автоматизации используются компоненты, обеспечивающие маршрутизацию и распределение трафика между кластерами.
</WRAP>

----

===== Сравнение подходов =====
^ Подход ^ Преимущества ^ Ограничения ^
| **Много-региональный** | Простота настройки, независимость площадок, изоляция зон отказа. | Отсутствует прямая миграция ВМ, требуется общий каталог сервисов. |
| **Многоячеечный (Nova Cells)** | Высокая масштабируемость, локализация ошибок, гибкое развитие. | Более сложная эксплуатация, необходима система централизованного контроля. |
| **Каскадный** | Единая точка управления, объединение разнородных площадок. | Повышенные требования к пропускной способности и согласованности данных. |

----

===== Практические рекомендации =====
<WRAP tip>
  * Для распределённых центров — использовать **много-региональную схему** с общей авторизацией.  
  * Для мощных вычислительных кластеров — **многоячеечную структуру**, где каждая ячейка автономна.  
  * Для объединения разных облаков и площадок — **каскадную архитектуру** с общим уровнем управления.  
  * Обязательно предусматривать централизованный учёт, наблюдаемость и оповещения.  
  * Проверять устойчивость при отказах отдельных площадок и сетевых сегментов.
</WRAP>

===== Ключевые идеи =====
<WRAP tip>
  * Эффективное управление в крупных кластерах строится по принципу «многоуровневой иерархии».  
  * Разделение на регионы, ячейки и каскады снижает риски и повышает масштабируемость.  
  * Единое управление и каталог сервисов обеспечивают удобство эксплуатации.  
  * Для России перспективно сочетание открытых решений (OpenStack, Ceph) и отечественных платформ.  
  * Успешное внедрение требует баланса между автономностью площадок и централизованным контролем.
</WRAP>