概要

クラスタとは、単一のシステムとして動作する独立したコンピュータのグループで、クライアントからは単一システムであるかのようにアクセスすることができます。サーバークラスタは、障害の発生時と意図的な機能停止時に、リソースとアプリケーションをクラスタ内の利用できるサーバーに移行します。

クラスタは 2 台の Windows 2000 Advanced Server を使用します。それぞれのコンピュータをノードといいます。ノード間で共有のデータを保存するために、共有の SCSI ディスクを利用します。

クラスタでは、仮想サーバー名（クラスタ名）でグループ化され、クライアントはこの仮想サーバー名を使って接続します。つまり、2 台のサーバーで一つの擬似的なコンピュータを構成していることになります。

また、各ノードは他のノードが動作しているかをハートビートという内部通信を使って確認しています。

利点

1. Availability（可用性）
   クライアントから見たときに、サーバーが常に動作している割合を可用性といいます。クラスタではフェールオーバーを行うことにより、ダウンタイムをできるだけ短くします。
    

2. Scalability（拡張性） 
   クラスタではハードウェアの性能の拡張を簡単に行えます。負荷の高いコンピュータに、新しいコンピュータを追加して、集中していた負荷を分散することが可能になります。
    

3. 容易な管理 
   専用の管理ツールを使用することにより、管理を簡単に行えます。
    

4. ハードウェアのサポート
   Windows 2000 のクラスタは異なるハードウェア構成でも動作が可能です。専用のハードウェアは必要ありません。対応しているハードウェアは HCL を参照してください。
   

5. クラスタ API
   クラスタリソースを作成する API が提供されており、クラスタ対応のアプリケーションの作成が可能です。
    

6. ダウンタイム無しでコンポーネントの追加可能
   ダウンタイム無しに、ハードウェア/ソフトウェアメンテナンスや、アプリケーションのアップグレードが可能です。
    

7. 低コスト
   ハードウェアクラスタに比べて、低コストでクラスタ構成が可能です。
    

8. 標準プロトコル（TCP/IP）
   クラスタとの通信は標準的な TCP/IP を使用しています。

• 補足１
  クラスタはフォールトトレランス（Fault Tolerance）ではありません。昔は、フォールトトレランスという言葉が流行っていて、クラスタシステムもフォールトトレランスと呼ばれていました。現在のフォールトトレランスは、一般的にディスクの二重化など、データ保守の信頼性を意味します。クラスタはデータを守りません。高い可用性を提供します。したがって High Availability システムと呼べます。

• 補足２
  クラスタ構成ではまかない切れない、障害ポイントがあります。障害発生ポイントを把握すること（risk audit）は大切です。その中である一箇所に障害が発生したら、クラスタ構成をもってしてもサービスを提供できなくなる個所を、単一障害ポイント（a single point of failure）といいます。例えば、単一の NIC での構成で、その NIC が故障したり、ルータの故障、クォーラムディスクの破損などが挙げられます。これには、クラスタ構成以外での対策が必要です。ディスクであれば RAID を組むなどです。
  まとめると以下のような対処を行っておくことがベストです。
  
  • UPS
  • 電源の多重化
  • ECC（Error Correction Code）Memory : エラー自動訂正機能のついたメモリ
  • Hardware RAID
  • フォールトトレラント付きネットワークインターフェース
  • ネットワークインフラストラクチャ（Network Infrastructure）

  また、クラスタは可用性を高めるものであって、データの保証はされません。RAID やバックアップなどでデータを保守することは必要です。

用語

クラスタでよく使う用語です。

• ノード（Nodes）
  ノードとは、クラスタを構成している各コンピュータです。
   
• クラスタサービス（Cluster Service）
  クラスタ本体のソフトウェアです。
   
• リソース（Resource） 
  リソースとはクラスタサービスによって管理する基本単位です。物理的あるいは論理的な要素です。ディスクリソースや、IP アドレスリソースなどがあります。一つのリソースを同時に複数ノードで使用することはできません。その一瞬の時間帯では、必ず一つのノードしか所有できません。
   
• 共有ディスク（Shared Disks） 
  両方のノードからアクセスが可能な共有ディスクです。一般的には SCSI ディスクを利用しますが、ファイバーチャネルのサポートもされています。信頼性を保つ場合はファイバーチャネルを使った方がよいです。Data Center Server ではファイバーチャネルのみサポートします。
   
• クォーラムリソース（Quorum Resource） 
  クォーラリソースは、クラスタの管理データ、クラスタの構成、クラスタ更新履歴、調停（どのノードがクラスタを構成するかの判断）などを果たします。
   
• リソースステータス（Resource Status）  
  リソースのステータスは次の 5 種類あります。
  
  • オンライン - Online
  • オンライン待ち - Online Pending
  • オフライン - Offline
  • オフライン待ち - Offline Pending
  • 障害 - Failed
     
• 依存関係（Resource Dependencies） 
  依存関係は、必要とするリソースと必要とされるリソースの 2 つのリソースの関係です。依存されているリソースがオンラインでない場合、依存するリソースはオンラインになることはできません。例えば、ネットワーク名リソースは IP アドレスリソースに依存しているので、IP アドレスリソースがオンラインにならない限り、ネットワーク名リソースもオンラインになることはできません。
   
• グループ（Group）
  グループは複数のリソースを入れる器のようなものです。クラスタではグループごとにフェールオーバーを行います。依存関係を持つリソースは全て、同じグループである必要があります。
   
• 仮想サーバー（Virtual Server）
  仮想サーバーは、クライアントから見たとき、あたかもそのコンピュータが実在するように、仮想的に見せる為の NetBIOS 名です。IP アドレスリソースとネットワーク名リソースが一つのグループに存在する必要があります。
   
• フェールオーバー（Failover） 
  フェールオーバーとは、障害発生時に、リソースをあるノードから別のノードに移動する処理のことです。
   
• フェールバック（Failback） 
  フェールバックとは、障害を起こしフェールオーバーしたリソースが、障害復帰後もとのノードに戻る処理のことです。極力同じノードで動作させたいときに指定します。デフォルトではフェールバックの設定は無効になっています。
   
• ハートビート(Heartbeats) 
  相手のノードが動作しているかを確認するための通信です。

クラスタ導入モデル

クラスタ導入モデルには、シェアードデバイスモデルとシェアードナッシングモデルの 2 種類があります。

• シェアードデバイスモデル（Shared Device Model）
  クラスタを構成するノード全てが共有資源（ハードディスクなど）に同時にアクセスできます。同時にアクセスする場合、アクセス同期を取るために、分散ロックマネージャ（DLM：Distributed Lock Manager）を使用します。しかし DLM の利用はある程度のオーバヘッドが発生します。主な原因は、余分はメッセージのやり取りや、ハードウェアリソースへ順にアクセスしなくてはならないところにあります。一台のディスクでアクティブ-アクティブ構成が可能です。
  
   
• シェアードナッシングモデル（Shared Nothing Model）
  非対称モデルともいいます。同一のデータへのアクセスを許しません。一つのノードがハードウェアを占有します。余分な制御がない分、パフォーマンスは向上します。複数のディスクがないとアクティブ-アクティブ構成にできません。ただし、アプリケーションが DLM をサポートしている場合は、シェアードデバイスモデルで動作も可能です。
   
• Mirrored Disks
  片方のノードで変更があった場合、別のノードにネットワークを利用して、コピーを行います。遠隔地にあるコンピュータ同士でクラスタ構成を組むことが可能です。

キャパシティプランニング（Capacity Planning）

クラスタをどのような構成で、どれくらいのパフォーマンスを持つコンピュータを用意すれば良いかなど、現状を把握して、将来性を考慮して検討します。クラスタ構成モデルは大きく 5 つに分かれます。

• Model1 - Active / Active
  静的な負荷分散が可能です。各ノードがそれぞれ別のクラスタアプリケーションをクライアントに提供し、負荷を分散します。
   
• Model2 - Active / Passive
  片方のノードで全てのクラスタアプリケーションを実行します。同一のハードウェアを用意すれば、常に同じパフォーマンスが得られます。逆に片ノードのみ高性能なコンピュータを用意し、フェールバックを利用して、できるだけ高性能なコンピュータで実行する方法も取れます。
   
• Model3 - Partial
  直訳すると中途半端な構成ですが、クラスタを構成しているノードを、普通のメンバーサーバーのように、単独でサービスを提供することです。仮想サーバー名でもアクセスさせ、ノード名（コンピュータ名）でもクライアントからアクセスさせ、クラスタとは別のサービスを提供します。つまり、クラスタを組んだからといって、スタンドアロンサーバーとしての機能を失ったわけではありません。
   
• Model4 - Virtual Server Only
  クラスタと呼べるかは別として、一台のコンピュータにクラスタサービスを入れることです（インストール途中の状態と同じです）。仮想サーバー名を提供したい場合や、将来的にパートナーとなるノードを構築予定という場合に作成します。当然、可用性は得られません。
   
• Model5 - Hybrid
  Model1 〜 Model4 の混合モデルです。

Model1

Model2

Model3

ライセンス(License)

サーバーライセンスは、ノードごとに必要です。CAL はクラスタには関係ないので、それぞれのサーバーにアクセスする分必要になります。

アプリケーションのソフトウェアライセンスは、ノード毎に必要なので、2 台でクラスタを構成しているときは、2 つ必要になります。ただし、SQL Server 2000 アクティブ/パッシブ構成（常にどちらか一台で動作）の時は、1 ライセンスでよいように変更されました。

Microsoft Cluster Server に関する FAQ - ソフトウェア ライセンス

ライセンス SQL Server - Q. SQL Server 2000をクラスタ環境で使用する場合、どの製品を購入すれば良いですか？