Clustersysteme

Clustersysteme bezeichnet eine Gruppe vernetzter Computer (Knoten), die zusammenarbeiten, um als eine einheitliche Recheneinheit zu erscheinen. Ziel ist hohe Verfügbarkeit, Fehlertoleranz, Skalierbarkeit oder Leistungssteigerung. Typische Anwendungsfelder sind Rechencluster (HPC), Hochverfügbarkeits- oder Failover-Clustern für Dienste sowie Cluster von Web- oder Anwendungsservern und verteilte Speichersysteme.

Aufbau und Funktionsweise: Ein Cluster besteht aus mehreren Knoten, einem Cluster-Manager oder Scheduler, einem Kommunikationsnetz und einer Speicherlösung. Knoten führen meist identische Software aus; zentrale Komponenten koordinieren Zustand und Ressourcennutzung. In Hochverfügbarkeitsclustern sorgt ein Failover-Mechanismus dafür, dass bei Ausfall eines Knotens Dienste von einem anderen Knoten übernommen werden. In HPC-Clustern werden Aufgaben durch Scheduler wie Slurm, PBS/Torque oder Grid Engine in Teilaufgaben zerlegt und über MPI oder ähnliche Schnittstellen parallel bearbeitet. Speichercluster verwenden verteilte oder geteilte Dateisysteme wie Ceph oder GlusterFS, die Redundanz und gleichzeitigen Zugriff ermöglichen.

Softwarelandschaft: Typische Komponenten sind Cluster-Manager (etwa Pacemaker mit Corosync), Ressourcendienste, Netzwerk- und Speicherschicht sowie Monitoring-Tools. In vielen Umgebungen kommen Frontend-Layer wie Load-Balancer (z. B. HAProxy) hinzu, um Anfragen zu verteilen.

Vorteile und Herausforderungen: Clustersysteme erhöhen Verfügbarkeit, Skalierbarkeit und Ressourcennutzung, bringen aber Komplexität, höheren Konfigurations- und Wartungsaufwand sowie Kosten mit sich. Sie finden breite Anwendung in Wissenschaft, Industrie und Hosting, wo zuverlässige Dienste und leistungsfähige Datenverarbeitung erforderlich sind.