Компьютерный кластер, сокращённо кластер, представляет собой компьютерную систему, в которой набор разрозненных программных или аппаратных компонентов тесно взаимодействует друг с другом для выполнения вычислительных задач. В некотором смысле их можно рассматривать как один компьютер.
Введение
Отдельный компьютер в кластерной системе обычно называется узлом и, как правило, подключается через локальную сеть, хотя возможны и другие способы подключения. Кластерные компьютеры обычно используются для повышения скорости вычислений и/или надежности отдельных компьютеров, таких как рабочие станции или суперкомпьютеры. Как правило, кластерные компьютеры обладают значительно более высоким соотношением цены и производительности по сравнению с отдельными компьютерами. [1]
Кластерная классификация
Кластеры делятся на два типа: изоморфные и аниморфные. Их различие заключается в том, одинаковы ли архитектуры компьютеров, входящих в систему кластера. Компьютеры кластера по функционалу и структуре можно разделить на следующие категории [1]:

– Кластеры высокой доступности (High-Availability, HA)
– Кластеры с балансировкой нагрузки
– Кластеры для высокопроизводительных вычислений (High-Performance Computing, HPC)
– Грид-вычисления

Кластеры высокой доступности обычно означают, что если какой-либо узел кластера выходит из строя, задачи автоматически перенаправляются на другие исправные узлы. Также это может означать, что любой узел кластера может быть отключён для обслуживания, после чего снова включён, при этом не влияя на работу всего кластера.

Кластеры с балансировкой нагрузки работают путём распределения рабочих нагрузок между группой серверов задней панели с помощью одного или нескольких фронтенд-балансировщиков, что обеспечивает высокую производительность и высокую доступность всей системы. Такой кластерный комплексы иногда называют «фермой серверов» (Server Farm). Обычно кластеры высокой доступности и кластеры с балансировкой нагрузки используют схожие технологии или одновременно обладают характеристиками как высокой доступности, так и балансировки нагрузки.

Проект Linux Virtual Server (LVS) предоставляет наиболее распространённое программное обеспечение для балансировки нагрузки в операционной системе Linux [1].

Кластеры для высокопроизводительных вычислений используют метод распределения вычислительных задач между разными узлами кластера для повышения вычислительной мощности, поэтому в основном применяются в области научных вычислений. Наиболее популярные HPC-системы используют операционную систему Linux и другие бесплатные программы для выполнения параллельных вычислений. Такая конфигурация кластера часто называется кластером Beowulf. Эти кластеры обычно запускают специальные программы, чтобы максимально использовать параллельные возможности кластера HPC. Такие программы, как правило, используют специализированные библиотеки, например, библиотеку MPI, предназначенную специально для научных вычислений.

HPC-кластеры особенно подходят для вычислительных задач, в которых между узлами происходит значительная передача данных, например, когда результаты вычислений одного узла влияют на вычисления других узлов [1].

Грид-вычисления

Грид-вычисления или грид-кластеры — это технология, тесно связанная с кластерным вычислением. Основное отличие грида от традиционного кластера заключается в том, что грид соединяет группу взаимосвязанных, но неповеренных друг другу компьютеров, его работа больше напоминает общую вычислительную инфраструктуру, чем самостоятельный компьютер. Кроме того, грид обычно поддерживает больше различных типов наборов компьютеров, чем кластер.

Грид-вычисления оптимизированы для работы с множеством независимых задач, при этом данные не обмениваются между задачами в процессе вычислений. Грид в первую очередь служит для управления распределением задач между компьютерами, выполняющими независимые задачи. Ресурсы, такие как хранилища данных, могут использоваться всеми узлами, однако промежуточные результаты задач не влияют на ход выполнения задач на других узлах в грид.