Hiện nay, tính sẵn sàng cao (High Availability – HA) là một yếu tố thiết yếu để đảm bảo hệ thống và dịch vụ luôn hoạt động liên tục. Khi nhu cầu về dịch vụ không ngừng gia tăng, việc duy trì HA trở thành một thách thức quan trọng cho các doanh nghiệp. Bài viết này sẽ giới thiệu các thông tin liên quan như Server High Availability là gì, cách hoạt động, giải pháp, ứng dụng, cách đo lường và xây dựng hệ thống này.

1. High Availability là gì?

High Availability (HA) là khái niệm trong công nghệ thông tin dùng để mô tả khả năng của hệ thống, ứng dụng hoặc dịch vụ có thể duy trì hoạt động liên tục và không bị gián đoạn trong thời gian nhất định. Mục tiêu chính của High Availability là đảm bảo hệ thống luôn sẵn sàng hoạt động, bất chấp các sự cố có thể phát sinh ở phần mềm, phần cứng hay môi trường.

high availability la gi — High Availability (HA) là khả năng hoạt động của một hệ thống.

Để đạt được HA, các hệ thống thường áp dụng các chiến lược và công nghệ như sao lưu dự phòng, cân bằng tải, tự phục hồi, khôi phục dữ liệu, và tự động kiểm soát lỗi. Và cơ chế cần tối thiểu 2 máy chủ luôn hoạt động chạy song song cùng nhau. Khi gặp sự cố, hệ thống High Availability sẽ tự động chuyển sang các nguồn tài nguyên dự phòng hoặc thực hiện các biện pháp khắc phục để duy trì dịch vụ mà không làm gián đoạn trải nghiệm của người dùng.

Xem thêm: Server là gì? | Phân loại & Vai trò của máy chủ hiện nay

2. Cách thức hoạt động của High Availability

Khi tìm hiểu về High Availability (HA), chúng ta nhận ra rằng không phải hệ thống nào cũng có thể hoạt động hoàn hảo 100% thời gian. Các hệ thống High Availability thường được thiết kế để hoạt động với hiệu suất tối ưu nhằm đảm bảo sự liên tục. Để đạt được điều này, thiết kế High Availability Server cần theo 3 nguyên tắc chính:

Điểm lỗi duy nhất (SPOF): Đây là nguyên tắc đảm bảo rằng nếu toàn bộ hệ thống gặp sự cố, nguyên nhân chỉ xuất phát từ duy nhất một điểm lỗi. Ví dụ, nếu một máy chủ xử lý một ứng dụng, thì máy chủ này sẽ là điểm lỗi duy nhất ảnh hưởng đến khả năng hoạt động của ứng dụng khi nó gặp sự cố.
Xây dựng dự phòng: Để hệ thống High Availability hoạt động hiệu quả, cần phải có các thành phần dự phòng. Điều này đảm bảo rằng khi một phần của hệ thống gặp lỗi, có các thành phần khác sẵn sàng thay thế, giúp duy trì hiệu suất và bảo vệ dữ liệu.
Khả năng phát hiện lỗi: Một High Availability Server cần phải có khả năng phát hiện lỗi nhanh chóng và tự động hóa việc xử lý lỗi khi phát sinh. Điều này giúp hệ thống phản ứng kịp thời để giảm thiểu tác động của sự cố.

Đặc biệt khi có nhiều người truy cập hệ thống đồng thời thì cân bằng tải đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì tính sẵn sàng cao. Cân bằng tải giúp phân phối khối lượng công việc đều giữa các tài nguyên, tránh việc tài nguyên đơn lẻ bị quá tải.

Trong các hệ thống High Availability, máy chủ thường được tổ chức theo cụm và kiến trúc theo tầng. Nếu một máy chủ trong một cụm gặp sự cố, các máy chủ khác trong cụm hoặc cụm khác sẽ tiếp quản công việc. Điều này đảm bảo rằng dịch vụ vẫn tiếp tục hoạt động bất chấp sự cố. Tuy nhiên, đảm bảo tính sẵn sàng cao có thể trở nên phức tạp hơn trong các hệ thống lớn và phức tạp.

Xem thêm: Application Server là gì? | Toàn bộ kiến thức về App Server

3. Tại sao High Availability lại quan trọng?

Các hệ thống High Availability thường có ảnh hưởng mạnh đến nhiều khía cạnh của cuộc sống con người, bao gồm sức khỏe, phúc lợi xã hội, an toàn kinh tế và cung cấp thực phẩm. Khi những hệ thống này giảm hiệu quả hoạt động, sẽ gây tác động tiêu cực đến tổ chức và đời sống của người dân.

Một ví dụ điển hình về sự quan trọng của hệ thống High Availability là xe tự hành. Trong quá trình hoạt động, nếu cảm biến phía trước của xe gặp sự cố, hệ thống vẫn tiếp tục hoạt động nhưng sẽ giảm hiệu suất dẫn đến nguy cơ xảy ra va chạm hoặc các tình huống nguy hiểm khác. Việc duy trì tính sẵn sàng cao trong các hệ thống như xe tự hành là rất quan trọng để đảm bảo an toàn và hiệu quả hoạt động của chúng.

4. Ứng dụng của High availability là gì?

Ứng dụng của High Availability (HA) là rất quan trọng trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là những lĩnh vực mà sự gián đoạn có thể gây ảnh hưởng nghiêm trọng về tài chính, con người, hiệu suất và danh tiếng. Dưới đây là cách High Availability được áp dụng trong các lĩnh vực chính:

Trung tâm dữ liệu: Luôn yêu cầu High Availability để đảm bảo rằng các dịch vụ và ứng dụng lưu trữ dữ liệu luôn hoạt động.
Đường truyền và kết nối mạng: Trong các hệ thống mạng, HA đảm bảo rằng kết nối mạng luôn ổn định và không bị gián đoạn ngay cả khi một thành phần gặp sự cố.
Hệ thống tài chính: High Availability là thiết yếu để đảm bảo rằng các giao dịch tài chính và dịch vụ ngân hàng trực tuyến luôn hoạt động mà không gặp phải sự gián đoạn. Sự gián đoạn trong các hệ thống tài chính có thể dẫn đến mất mát tài chính lớn và ảnh hưởng nghiêm trọng đến sự tin cậy của tổ chức.
Ứng dụng web: Các ứng dụng web cần HA để đảm bảo rằng dịch vụ luôn sẵn sàng. Điều này bao gồm các chiến lược như cân bằng tải giữa các máy chủ web và triển khai các hệ thống sao lưu để duy trì hoạt động liên tục và nâng cao trải nghiệm người dùng.
Ứng dụng kinh doanh lớn: Như hệ thống ERP và CRM, yêu cầu High Availability để duy trì hoạt động không bị gián đoạn. Trong các tổ chức lớn, sự gián đoạn của các ứng dụng này có thể gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến hiệu suất và quy trình kinh doanh, dẫn đến tổn thất tài chính và giảm sút hiệu quả hoạt động.
Ứng dụng liên quan đến sức khỏe con người: Hồ sơ sức khỏe điện tử (EHRs) là một ví dụ quan trọng thể hiện sự phụ thuộc của ngành y tế vào hệ thống HA. Khi một bệnh nhân nhập viện trong tình trạng nguy kịch, bác sĩ cần ngay lập tức truy cập vào EHRs để có cái nhìn tổng thể về bệnh sử và thông tin y tế của bệnh nhân. Điều này rất quan trọng để bác sĩ có thể nhanh chóng đưa ra phương án điều trị hiệu quả. Trong trường hợp hệ thống EHRs bị gián đoạn, việc điều trị có thể bị ảnh hưởng, dẫn đến hậu quả nghiêm trọng cho sức khỏe bệnh nhân.

Xem thêm: Cloud Server Là Gì? | Ưu và Nhược Điểm Của Cloud Server

5. Những giải pháp High availability phổ biến hiện nay

Có 5 giải pháp cơ bản để thiết lập tính sẵn sàng cao cho cơ sở dữ liệu, bao gồm:

5.1. Replication

Replication là một giải pháp cho phép sao chép dữ liệu từ nguồn đến điểm đích thông qua các tác vụ sao chép (agent/job). Giải pháp này sẽ sử dụng công nghệ ở mức độ đối tượng. Dưới đây là các thành phần chính trong quy trình sao chép dữ liệu:

Distributor (Bên phân phối): Đây là một thành phần tùy chọn trong cấu hình replication, không lưu trữ dữ liệu đã sao chép mà chỉ quản lý quá trình phân phối dữ liệu đến bên đăng ký (Subscriber).
Publisher (Bên phát hành): Đây là máy chủ nguồn, nơi dữ liệu gốc được tạo ra và được cung cấp để sao chép.
Subscriber (Bên đăng ký): Đây là máy chủ đích, nơi dữ liệu từ máy chủ nguồn (Publisher) được sao chép đến và lưu trữ.

5.2. Log Shipping

Log Shipping là một phương pháp sao chép dữ liệu từ máy chủ nguồn đến máy chủ đích bằng cách sử dụng các tác vụ sao lưu nhật ký giao dịch (Transaction Log).

Các thuật ngữ quan trọng trong Log Shipping bao gồm:

Primary Server (Máy chủ sơ cấp): Là máy chủ nguồn, nơi dữ liệu được tạo ra và các tệp nhật ký giao dịch được sao lưu để gửi đến máy chủ đích.
Secondary Server (Máy chủ thứ cấp): Là máy chủ đích, nơi các tệp nhật ký giao dịch từ máy chủ sơ cấp được khôi phục và lưu trữ, đảm bảo tính liên tục và khả năng phục hồi dữ liệu.
Máy chủ giám sát theo dõi và quản lý trạng thái của quy trình Log Shipping. Tùy mục đích mà bạn có tùy chọn quyết định có nên sử dụng máy chủ này.

5.3. Clustering

Clustering là một giải pháp để thiết lập tính sẵn sàng cao bằng cách sử dụng dữ liệu lưu trữ tại các địa điểm chung, phục vụ cả máy chủ sơ cấp và máy chủ phụ. Giải pháp này hoạt động ở mức độ cài đặt instance và yêu cầu cấu hình Windows Clustering cho các vùng lưu trữ chung.

Các thuật ngữ quan trọng trong Clustering bao gồm:

Passive Node (Node bị động): Là máy chủ không chạy SQL Services, chỉ đóng vai trò dự phòng và chờ sẵn để thay thế khi cần.
Active Node (Node chủ động): Là máy chủ đang chạy SQL Services và xử lý các yêu cầu của cơ sở dữ liệu.

Bằng cách sử dụng Clustering, bạn có thể đảm bảo rằng dịch vụ cơ sở dữ liệu vẫn hoạt động liên tục ngay cả khi một máy chủ gặp sự cố, nhờ vào khả năng chuyển giao nhanh chóng giữa các node trong cluster.

Xem thêm: Server Cluster là gì? | Toàn bộ kiến thức về Server Cluster

5.4. Mirroring

Đây là một giải pháp để thiết lập tính sẵn sàng cao cho cơ sở dữ liệu trong MS SQL Server bằng cách sao chép dữ liệu từ máy chủ chính sang máy chủ phụ thông qua các kết nối mạng. Giải pháp này sử dụng công nghệ ở cấp độ cơ sở dữ liệu và dựa trên các điểm kết nối với các cổng cụ thể.

Các thuật ngữ quan trọng trong Mirroring bao gồm:

Principal Server (Máy chủ chính): Là máy chủ nguồn, nơi dữ liệu gốc được lưu trữ và từ đó các giao dịch được sao chép đến máy chủ phụ.
Mirror Server (Máy chủ phụ): Là máy chủ đích, nơi dữ liệu từ máy chủ chính được sao chép và duy trì để đảm bảo khả năng tiếp tục hoạt động của dịch vụ cơ sở dữ liệu.
Witness Server (Máy chủ giám sát): Là máy chủ tùy chọn, hỗ trợ khả năng tự động chuyển giao để duy trì tính sẵn sàng của hệ thống. Máy chủ này không bắt buộc, nhưng giúp đảm bảo quá trình chuyển giao tự động khi máy chủ chính gặp sự cố lỗi.

5.5. AlwaysON Availability Groups

AlwaysON Availability Groups cho phép sao lưu dữ liệu từ cơ sở dữ liệu chính sang cơ sở dữ liệu phụ thông qua các giao dịch mạng. Điều này sử dụng công nghệ ở cấp độ nhóm cơ sở dữ liệu, vì vậy việc thiết lập lưu trữ chung qua Windows Clustering không còn cần thiết.

Các thuật ngữ cần biết:

Primary Replica (Máy chủ nguồn): Máy chủ đang chứa dữ liệu chính.
Secondary Replica (Máy chủ đích): Máy chủ chứa bản sao dữ liệu phụ.

Xem thêm: Edge Server là gì? | Khi nào nên sử dụng máy chủ biên?

6. Hướng dẫn đo lường hệ thống High availability

Tính sẵn sàng của một hệ thống được xác định khi hệ thống hoạt động liên tục mà không gặp lỗi, tức là luôn duy trì hoạt động ở mức 100%. Để tính toán tỷ lệ phần trăm sẵn sàng, bạn có thể sử dụng công thức sau:

Tính sẵn sàng (%) = ((Số phút trong một tháng – Số phút ngừng hoạt động) * 100) / Số phút trong một tháng

Các chỉ số chính để đo lường tính sẵn sàng bao gồm:

Thời gian trung bình giữa các lần bị hỏng (MTBF): Thời gian trung bình giữa hai sự cố xảy ra trong hệ thống.
Thời gian chết trung bình (MDT): Thời gian trung bình mà hệ thống không hoạt động trong mỗi sự cố.
Mục tiêu thời gian phục hồi (RTO): Thời gian dự kiến để khôi phục hệ thống sau một sự cố.

Các tổ chức nội bộ hoặc nhà cung cấp dịch vụ thường sử dụng các số liệu này để đưa ra cam kết với khách hàng thông qua thỏa thuận mức độ dịch vụ (SLA). SLA là các hợp đồng mà trong đó nhà cung cấp cam kết mức độ sẵn sàng của hệ thống để khách hàng tham khảo. Nếu hệ thống hoặc LSA cam kết cung cấp dịch vụ HA với 99.999% thì dịch vụ có mức thời gian không khả dụng có thể được xem như bên dưới:

Khoảng thời gian	Hệ thống thời gian không khả dụng
Hằng ngày	0,9 giây
Hàng tuần	6,0 giây
Hàng tháng	26,3 giây
Hàng năm	5 phút 15,6 giây

7. Hướng dẫn xây dựng hệ thống High availability

Để đảm bảo High Availability (HA), hệ thống cần có ít nhất hai máy chủ hoạt động đồng thời để duy trì việc chuyển tiếp thông tin liên tục mà không gặp gián đoạn. Để xây dựng một giải pháp HA hiệu quả, bạn cần thiết kế dự phòng cho các khu vực quan trọng trong hệ thống như sau:

Tuyến kết nối từ workstation đến router tại lớp building access.
Các tuyến đường nội bộ và kết nối giữa các thành phần mạng.
Máy chủ trong các server farm module.
Dự phòng liên kết truyền thông ở các lớp truy cập.

Sử dụng Máy chủ dự phòng (Server Redundancy)

Máy chủ dự phòng thường hoạt động ở chế độ Offline và chỉ được kích hoạt khi máy chủ chính gặp sự cố. Việc này đảm bảo rằng dữ liệu quan trọng được lưu trữ và có thể được phục hồi nhanh chóng nếu có sự cố xảy ra.

Dự phòng tuyến đường mạng (Router Redundancy)

Thiết kế hệ thống với các tuyến đường dự phòng nhằm tăng tính sẵn sàng và cân bằng tải. Tuyến đường dự phòng giúp duy trì kết nối mạng liên tục và phân phối lưu lượng một cách hiệu quả.

Cân bằng tải (Load Balancing)

Là phương pháp phân phối công việc từ một thiết bị sang nhiều thiết bị khác để xử lý yêu cầu nhanh hơn và hiệu quả hơn. Các website lớn thường gặp phải lượng traffic cao. Việc cân bằng tải là giải pháp cần thiết để phân phối yêu cầu đến các máy chủ khác nhau.

Hầu hết các giao thức định tuyến IP đều sử dụng cân bằng tải trên các liên kết song song. Do đó, cần sử dụng tối đa 4 đến 6 đường dẫn để router thực hiện cân bằng tải. Thông thường, mỗi cặp máy chủ cân bằng tải cần thêm một máy chủ để quyết định phân phối công việc. Việc triển khai cân bằng tải yêu cầu nhiều thiết bị và thường được tích hợp với các dịch vụ dự phòng và sao lưu và dự phòng. Trong vài trường hợp, thiết bị có thể được đặt tại nhiều địa điểm.

Tăng cường khả năng sẵn sàng mạng (Increasing Availability)

Nguyên Tắc REAP: Để đảm bảo hệ thống mạng có khả năng sẵn sàng cao, gồm bốn nguyên tắc chính:
- Redundancy (Dự Phòng): Luôn có sẵn các thiết bị dự phòng để thay thế khi cần.
- Entanglement (Kết Dính): Các phần của hệ thống cần được kết nối chặt chẽ để duy trì tính nhất quán trong hoạt động.
- Awareness (Nhận Thức): Đảm bảo rằng người dùng có thể tiếp cận thông tin nhanh chóng. Có thể thực hiện bằng cách điều chỉnh bằng quảng bá DNS, bằng tay, cân bằng tải hoặc các phương thức dịch vụ chuyên biệt như DFS.
- Persistence (Bền Bỉ): Đảm bảo hệ thống hoạt động liên tục qua cách kiểm tra và phát hiện sự cố kịp thời, chuyển sang máy chủ dự phòng khi cần, và khôi phục kết nối với người dùng.

Dự phòng đa liên kết (Link Media Redundancy)

Kết nối các thiết bị trong mạng với các liên kết dự phòng để giảm thiểu thời gian gián đoạn. Tuy nhiên, việc này có thể dẫn đến hiện tượng như Broadcast-storm (có nhiều gói tin quảng bá bị gửi đi liên tục). Sử dụng các thuật toán như Spanning Tree Protocol (STP) để quản lý và tối ưu hóa hoạt động của các đường liên kết. STP giúp đảm bảo rằng chỉ có một đường tối ưu hoạt động tại một thời điểm và các đường dự phòng sẽ được kích hoạt khi cần.

Xem thêm: Quản trị Server là gì? | 11 phần mềm quản trị Server tốt nhất

8. Tổng kết

Bài viết trên đây đã cung cấp các thông tin liên quan về HA – High Availability Server là gì như khái niệm, cách thức server hoạt động, ứng dụng và 5 giải pháp phổ biến của HA. Ngoài ra, VinaHost cũng hướng dẫn đến bạn cách đo lường và xây dựng một hệ thống High Availability giúp cho website của bạn hoạt động tốt hơn. Nếu bạn cần tư vấn về dịch vụ VPS NVMe , đừng ngại ngần liên hệ với VinaHost qua thông tin sau nhé: