Cluster-Dateisystem
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Der Begriff Cluster-Dateisystem beschreibt ein Dateisystem, welches in einem Rechnercluster konkurrierenden Zugriff auf eine Shared Storage gestattet. Beispiele sind:
- RMS (OpenVMS),
- AdvFS (HP Tru64),
- Veritas (verschiedene Betriebssysteme),
- OCFS2 (Linux)
- der Vorgänger OCFS (Linux und Windows, jedoch nur für Oracle-Datenbanken),
- GPFS (AIX und Linux),
- CXFS (IRIX, Linux, Solaris, Mac OS X und Windows),
- StorNext FS (Linux, Solaris, HP-UX, AIX, IRIX, Windows und in der XSan Variante auch Mac OS X) oder
- Polyserve Matrix Server (Linux).
- Lustre (Linux).
- Global File System (Linux).
Auf ein Cluster-Dateisystem greifen alle im Cluster befindlichen Rechner direkt ohne Vermittlung eines Servers zu. Das Dateisystem muss sich dazu auf einem Speichermedium befinden das von allen Rechnern direkt erreichbar ist. Dies wird im allgemeinen durch den Aufbau eines SAN erreicht auf der Basis von Fibre Channel. Durch den direkten Zugriff ergibt sich eine bessere Performance als bei der Nutzung eines Netzwerk-Dateisystems wie NFS oder CIFS. Insbesondere bei Datenbanken oder Anwendungen, die große Datenmengen manipulieren (Video) ist der Leistungsgewinn erheblich.
Um die Konsistenz der Daten sicherzustellen, müssen die Verwaltungsdaten, d. h. Verzeichnisse, Attribute und Speicherplatzzuweisungen (Metadaten), koordiniert gespeichert werden. Hierzu wird üblicherweise ein Metadaten-Server eingesetzt, der all diese Daten von den verschiedenen Teilnehmern am Cluster-Dateisystem übermittelt bekommt, üblicherweise über ein Ethernet. Dieser übernimmt auch die Koordinierung der Caches und der Dateisperren (Locks). In manchen Cluster-Dateisystemen kann der Metadaten-Server auch andere Aufgaben übernehmen, bei anderen (CXFS) müssen ein oder mehrere dedizierte Metadatenserver eingesetzt werden um die Betriebssicherheit zu erhöhen.
Gelingt den Servern aufgrund einer Störung im Netzwerk die Synchronisation nicht, so besteht die Gefahr von Inkonsistenzen. Üblicherweise wird das betroffene Dateisystem sich dann auf all jenen Servern herunterfahren, die (sich selbst eingerechnet) nur noch maximal 50 % der Gesamtheit an Servern sehen können. Da es nur maximal eine Gruppe geben kann, die mehr als 50 % der Server umfasst, bleibt nur diese aktiv, es können keine Inkonsistenzen entstehen. Man sagt auch, das Quorum liegt bei über 50 %.
Aus dem Quorum ergibt sich, dass ein so konfiguriertes Dateisystem mindestens drei Server benötigt, wenn Hochverfügbarkeit erwünscht ist. Diese sollten dann konsequenterweise auch in getrennte Infrastrukturen eingebunden sein, das heißt, drei Server-Räume in unterschiedlichen Brandabschnitten, drei unterbrechungsfreie Stromversorgungen usw.
Ein Cluster-Dateisystem, das lediglich eine gemeinsame Datenbasis für eine Vielzahl parallel arbeitender Server dient, muss zwar nicht zwangsläufig hoch verfügbar sein, doch wird man eine solche Server-Farm ohnehin aus viel mehr als zwei Rechnern aufbauen. Die Mehr-Raum-Notwendigkeit stellt sich bei solchen Anwendungen zunächst nicht.
Im Gegensatz zu der weitgehend autarken Position der Server in einem Cluster-Dateisystem steht der Zugriff auf Dateien über ein Netzwerk, z. B. über Network File System (NFS) auf Unix-Systeme, über NetWare von Novell oder über NetBIOS von Microsoft. Hier „gehört“ der Plattenplatz einem bestimmten Server, der den Datenzugriff vermittelt. Fällt er aus, ist das betroffenen Dateisystem nicht verfügbar.
Die dritte Möglichkeit des verteilten Zugriffs auf Dateien ist die Verwendung von Raw Devices. Hier verzichtet man ganz auf Dateisysteme und überlässt es der Anwendung, den verfügbaren Platz auf dem betreffenden Plattensystem zu verwalten. Die Anwendung muss also gegebenenfalls die Synchronisation zwischen den Servern durchführen und mit Störungen umgehen. Moderne Betriebssysteme erlauben es, auch Anteile eines physischen Plattensystems als Raw Devices zu benutzen, während andere Anteile für Dateisysteme reserviert werden.
Anmerkung: Die Namen der erwähnten Produkte und Unternehmen sind geschützt.
