Tính Sẵn Sàng Cao (High Availability): Khái Niệm, Lợi Ích & Cách Triển Khai

Trong thế giới kết nối ngày nay, thời gian ngừng hoạt động có thể gây thiệt hại nghiêm trọng cho doanh nghiệp. Tính sẵn sàng cao (HA) là một phương pháp thiết kế hệ thống quan trọng nhằm giảm thiểu thời gian ngừng hoạt động và đảm bảo hoạt động liên tục, ngay cả khi gặp sự cố về thành phần. Bài viết này sẽ cung cấp các thông tin chi tiế về High Availability, lợi ích, thách thức và các thực hành tốt nhất.

Tính sẵn sàng cao là gì?

High Availability đề cập đến cách thiết kế nhằm giảm thiểu nguy cơ ngừng hoạt động bằng cách loại bỏ điểm yếu duy nhất (single points of failure), đảm bảo hoạt động bền vững và liên tục với sự gián đoạn ngắn ngủi. HA bao gồm các linh kiện phần cứng và phần mềm dự phòng, cùng các cơ chế chuyển đổi (failover) tự động chuyển sang linh kiện sao lưu khi phát hiện lỗi. Thông thường, HA đạt mục độ uptime nhất định, như 99,99% (“hắc chắm bốn”) hoặc 99,999% (“hắc chắm năm”).

Các thành phần chính của High Availability

• Dự phòng (Redundancy): Các thành phần trùng lặp, chẳng hạn như máy chủ, bộ lưu trữ và đường dẫn mạng, đảm bảo rằng nếu một thành phần bị lỗi, một thành phần khác có thể tiếp quản.
• Cân bằng tải (Load Balancing): Phân phối khối lượng công việc trên nhiều hệ thống để ngăn chặn bất kỳ điểm lỗi đơn lẻ nào và duy trì hiệu suất tối ưu.
• Cơ chế chuyển đổi dự phòng (Failover Mechanisms): Tự động chuyển hoạt động sang hệ thống hoặc thành phần sao lưu khi hệ thống chính bị lỗi.
• Giám sát và cảnh báo (Monitoring and Alerts): Giám sát liên tục giúp phát hiện và ứng phó với các sự cố trước khi chúng leo thang thành ngừng hoạt động.
• Sao chép dữ liệu (Data Replication): Đảm bảo tính nhất quán của dữ liệu trên các hệ thống chính và sao lưu, cho phép khôi phục liền mạch.
• Hệ thống cụm (Clustered Systems): Các nhóm hệ thống được kết nối với nhau hoạt động cùng nhau để đảm bảo tính khả dụng và chia sẻ khối lượng công việc.

Cách thức hoạt động của High Availability

High Availability đảm bảo dịch vụ luôn hoạt động liên tục bằng cách triển khai các chiến lược giảm thiểu thời gian ngừng hoạt động và xử lý nhanh các sự cố. Dưới đây là chi tiết về cách nó hoạt động:

1. Dự phòng linh kiện (Redundancy in Components)

High Availability được thiết kế với nhiều lớp dự phòng. Điều này bao gồm nhân bản các linh kiện phần cứng như máy chủ, thiết bị lưu trữ và nguồn điện, cũng như dự phòng phần mềm như cơ sở dữ liệu sao lưu và ứng dụng được nhân bản. Nếu một linh kiện gặp sự cố, linh kiện dự phòng sẽ tiếp quản một cách liền mạch.

2. Cơ chế chuyển đổi (Failover Mechanisms)

Chuyển đổi (Failover) là một quy trình quan trọng trong hệ thống HA. Khi hệ thống chính phát hiện sự cố, nó tự động chuyển hoạt động sang hệ thống hoặc linh kiện sao lưu. Quá trình chuyển đổi này được thiết kế mượt mà để giảm thiểu gián đoạn cho người dùng. Ví dụ, trong một cụm máy chủ (server cluster), nếu một máy chủ bị ngắt, máy chủ khác trong cụm sẽ ngay lập tức đảm nhận khối lượng công việc.

3. Cân bằng tải (Load Balancing)

Cân bằng tải giúp phân phối lưu lượng truy cập hoặc khối lượng công việc giữa nhiều máy chủ hoặc node trong hệ thống. Điều này không chỉ cải thiện hiệu suất mà còn ngăn ngừa sự cố do hệ thống bị quá tải.

4. Giám sát liên tục (Continuous Monitoring)

Các công cụ giám sát liên tục kiểm tra trạng thái và hiệu suất của tất cả các thành phần trong hệ thống. Những công cụ này cung cấp cảnh báo theo thời gian thực về các bất thường hoặc sự cố, cho phép đội ngũ IT phản ứng kịp thời. Trong nhiều trường hợp, phản ứng tự động có thể giải quyết vấn đề mà không cần can thiệp thủ công.

5. Sao chép dữ liệu (Data Replication)

Sao chép dữ liệu đảm bảo rằng dữ liệu luôn được đồng bộ hóa giữa các vị trí hoặc hệ thống. Điều này giúp đảm bảo rằng, trong trường hợp xảy ra sự cố, hệ thống sao lưu vẫn có dữ liệu mới nhất. Việc sao chép có thể được thực hiện đồng bộ (cập nhật thời gian thực) hoặc không đồng bộ (cập nhật trễ hơn một chút) tùy theo yêu cầu hệ thống.

6. Hệ thống cụm (Clustered Systems)

Trong một cụm hệ thống HA, nhiều máy chủ hoặc node làm việc cùng nhau để cung cấp một dịch vụ duy nhất. Kiến trúc cụm đảm bảo rằng, ngay cả khi một hoặc nhiều node gặp sự cố, dịch vụ vẫn tiếp tục hoạt động nhờ các node còn lại. Các tín hiệu “heartbeat” giữa các node giúp giám sát trạng thái và kích hoạt cơ chế chuyển đổi khi cần thiết.

7. Tự động hóa và điều phối (Automation and Orchestration)

Hệ thống HA tận dụng các công cụ tự động hóa để phát hiện sự cố, khởi động quy trình chuyển đổi và khôi phục dịch vụ. Điều phối (Orchestration) đảm bảo rằng tất cả các thành phần hoạt động hài hòa trong cả trạng thái bình thường lẫn khi khôi phục sự cố.

8. Kiểm tra và bảo trì định kỳ (Regular Testing and Maintenance)

Hệ thống HA được kiểm tra định kỳ để đảm bảo các cơ chế chuyển đổi và dự phòng hoạt động chính xác. Bảo trì thường xuyên, bao gồm quản lý bản vá lỗi và kiểm tra phần cứng, giúp ngăn ngừa sự cố và nâng cao độ tin cậy của hệ thống.

High Availability Clusters là gì?

Cụm sẵn sàng cao (High Availability Clusters) là các nhóm máy chủ được kết nối với nhau để làm việc cùng nhau, nhằm cung cấp dịch vụ liên tục. Nếu một máy chủ trong cụm gặp sự cố, các máy chủ khác sẽ tiếp quản khối lượng công việc, đảm bảo hoạt động không bị gián đoạn. Các cụm này có thể được triển khai bằng nhiều công nghệ khác nhau, bao gồm:

• Cụm Active-Active: Tất cả các máy chủ trong cụm đều hoạt động và xử lý yêu cầu, phân phối khối lượng công việc để tối ưu hóa hiệu suất.
• Cụm Active-Passive: Một máy chủ hoạt động chính, trong khi các máy chủ khác ở trạng thái chờ. Nếu máy chủ chính gặp sự cố, một máy chủ chờ sẽ tiếp quản.

High Availability vs. Disaster Recovery:

Mặc dù cả hai đều nhằm mục tiêu giảm thiểu thời gian ngừng hoạt động, chúng phục vụ các tình huống khác nhau:

• Tính sẵn sàng cao (High Availability): Tập trung vào việc ngăn ngừa thời gian ngừng hoạt động do lỗi phần cứng hoặc phần mềm trong một trung tâm dữ liệu hoặc khu vực địa lý duy nhất. Mục tiêu là duy trì thời gian hoạt động gần như liên tục.
• Khôi phục sau thảm họa (Disaster Recovery): Tập trung vào việc khôi phục hoạt động sau một thảm họa lớn ảnh hưởng đến toàn bộ trung tâm dữ liệu hoặc khu vực địa lý. Điều này bao gồm sao lưu dữ liệu và hệ thống sang một địa điểm thứ hai.

High Availability vs. Fault Tolerance:

Khả năng sẵn sàng cao (High Availability): Nhằm mục đích giảm thiểu thời gian ngừng hoạt động thông qua tính dự phòng (redundancy) và chuyển đổi dự phòng (failover), cho phép một khoảng thời gian gián đoạn ngắn. Ví dụ, khi một máy chủ gặp sự cố, hệ thống sẽ tự động chuyển sang máy chủ dự phòng, nhưng quá trình chuyển đổi này có thể mất một vài giây hoặc phút, gây ra một khoảng thời gian gián đoạn ngắn.

Khả năng chịu lỗi (Fault Tolerance): Nhằm mục đích đạt được thời gian ngừng hoạt động bằng không bằng cách sử dụng phần cứng và phần mềm chuyên dụng có thể tiếp tục hoạt động ngay cả khi có nhiều lỗi thành phần. Các hệ thống chịu lỗi thường phức tạp và tốn kém hơn. Ví dụ, một hệ thống máy tính chịu lỗi có thể có nhiều bộ xử lý, bộ nhớ và nguồn điện hoạt động đồng thời. Nếu một thành phần bị hỏng, các thành phần khác sẽ tiếp tục hoạt động mà không gây ra bất kỳ sự gián đoạn nào.

Lợi ích của High Availability:

High Availability đề cập đến các hệ thống được thiết kế để đảm bảo hoạt động liên tục và giảm thiểu thời gian ngừng hoạt động. Dưới đây là những lợi ích chính của High Availability:

• Giảm thiểu thời gian ngừng hoạt động: HA đảm bảo rằng các hệ thống và dịch vụ quan trọng vẫn hoạt động, giảm tác động của các lỗi phần cứng hoặc phần mềm và ngăn ngừa các sự cố ngừng hoạt động tốn kém.
• Cải thiện độ tin cậy: Bằng cách sử dụng các cơ chế dự phòng (redundancy) và chuyển đổi dự phòng (failover), các hệ thống HA cung cấp dịch vụ ổn định và đáng tin cậy, điều này rất cần thiết cho các hoạt động quan trọng.
• Tăng năng suất: Với thời gian ngừng hoạt động được giảm thiểu, nhân viên có thể tiếp tục làm việc mà không bị gián đoạn, dẫn đến năng suất và hiệu quả tổng thể được cải thiện.
• Trải nghiệm người dùng tốt hơn: HA đảm bảo rằng khách hàng hoặc người dùng cuối trải nghiệm ít gián đoạn hơn, dẫn đến sự hài lòng và tin tưởng cao hơn vào dịch vụ của bạn.
• Duy trì tính liên tục: Các hệ thống HA giúp duy trì tính liên tục của dịch vụ ngay cả trong các trường hợp khẩn cấp hoặc lỗi kỹ thuật, đảm bảo doanh nghiệp vẫn hoạt động trong nhiều điều kiện khác nhau.
• Hiệu quả chi phí: Bằng cách ngăn ngừa thời gian ngừng hoạt động, các doanh nghiệp tránh được tổn thất doanh thu và duy trì việc cung cấp dịch vụ nhất quán, giảm chi phí dài hạn liên quan đến các sự cố ngừng hoạt động.
• Khả năng mở rộng và linh hoạt: Các hệ thống HA thường được thiết kế để mở rộng khi doanh nghiệp của bạn phát triển, cung cấp thêm dung lượng và tài nguyên khi cần mà không ảnh hưởng đến tính khả dụng của dịch vụ.
• Khôi phục sau thảm họa: Các thiết lập HA thường bao gồm các cơ chế khôi phục sau thảm họa, đảm bảo rằng dữ liệu không bị mất và hệ thống có thể được khôi phục nhanh chóng trong trường hợp xảy ra các lỗi nghiêm trọng.

Thách thức của High Availability (HA):

High Availability (HA) đề cập đến các hệ thống, ứng dụng hoặc dịch vụ được thiết kế để đảm bảo hoạt động liên tục và giảm thiểu thời gian chết, ngay cả khi xảy ra sự cố. Tuy nhiên, việc đạt được High Availability gặp phải một số thách thức:

• Thiết kế phức tạp: HA yêu cầu các kiến trúc phức tạp như cân bằng tải và chuyển đổi dự phòng, khiến việc triển khai và duy trì trở nên khó khăn.
• Chi phí cao: Việc triển khai HA đòi hỏi đầu tư đáng kể vào phần cứng dự phòng, hệ thống sao lưu và công cụ.
• Đồng bộ dữ liệu: Việc duy trì tính nhất quán của dữ liệu trên nhiều máy chủ có thể gặp khó khăn và dễ gây lỗi.
• Khả năng mở rộng: Các hệ thống phát triển yêu cầu tích hợp các tài nguyên bổ sung mà không làm ảnh hưởng đến hiệu suất.
• Thời gian phục hồi: Đáp ứng các mục tiêu phục hồi nghiêm ngặt trong quá trình chuyển đổi dự phòng hoặc bảo trì có thể là một thách thức.
• Bảo trì: Cần theo dõi liên tục và cập nhật định kỳ để tránh các sự cố.
• Khôi phục thảm họa: Một kế hoạch khôi phục vững chắc là cần thiết để xử lý các sự cố quy mô lớn.
• Lỗi do con người: Các cấu hình sai hoặc lỗi có thể dẫn đến thời gian chết.
• Vấn đề mạng: Các sự cố mạng có thể ảnh hưởng đến các hệ thống HA ngay cả khi phần cứng và phần mềm vẫn hoạt động tốt.
• Kiểm tra: Việc xác thực các cơ chế HA qua các bài kiểm tra mở rộng tốn nhiều thời gian.

Cách đo lường High Availability:

High Availability được đo lường bằng cách đánh giá thời gian hoạt động (uptime) và hiểu rõ tần suất các hệ thống gặp sự cố. Các tổ chức sử dụng các chỉ số cụ thể để đánh giá hiệu suất HA và đảm bảo rằng nó đáp ứng được nhu cầu kinh doanh. Dưới đây là các chỉ số chính và phương pháp để đo lường High Availability:

1. Tỷ lệ Uptime

Tỷ lệ uptime là chỉ số được sử dụng phổ biến nhất để đo lường High Availability. Nó phản ánh tỷ lệ thời gian hệ thống hoạt động đầy đủ trong một khoảng thời gian nhất định.

2. Các mức “Nines” của Availability

Availability (%)	Thời gian Downtime mỗi năm	Thời gian Downtime mỗi tháng	Downtime Per Week
99%	~3.65 days	~7.2 hours	~1.68 hours
99.9%	~8.76 hours	~43.2 minutes	~10.1 minutes
99.99%	~52.56 minutes	~4.32 minutes	~1.01 minutes
99.999%	~5.26 minutes	~25.9 seconds	~6.05 seconds

3. Thời gian Trung bình giữa các Sự cố (MTBF)

Chỉ số này đo lường thời gian hoạt động trung bình giữa các lần hệ thống gặp sự cố. MTBF cao cho thấy độ tin cậy cao và ít gián đoạn.

4. Thời gian Trung bình để Khôi phục (MTTR)

Chỉ số này đo lường thời gian trung bình cần để khôi phục hệ thống về trạng thái hoạt động đầy đủ sau sự cố. MTTR thấp cho thấy khả năng phục hồi nhanh và tính sẵn sàng cao.

5. Hợp đồng Cung cấp Dịch vụ (SLA)

SLA thường định nghĩa các mục tiêu uptime cụ thể và các hình phạt khi không đáp ứng được chúng. Việc giám sát các chỉ số HA giúp các tổ chức đáp ứng các nghĩa vụ hợp đồng và tránh những tổn thất về tài chính hay danh tiếng.

6. Công cụ Giám sát và Bảng Điều khiển

Các hệ thống hiện đại phụ thuộc vào phần mềm giám sát để theo dõi uptime, downtime và hiệu suất theo thời gian thực. Các công cụ này cung cấp các bản ghi chi tiết và phân tích để đảm bảo tuân thủ các mục tiêu HA.

Ví dụ về các công cụ:

• Nagios
• Zabbix
• New Relic
• SolarWinds

7. Theo dõi và Phân tích Sự cố

Để đo lường HA hiệu quả, việc ghi lại mọi sự cố downtime là rất quan trọng. Phân tích nguyên nhân gốc rễ, thời gian phản hồi và quá trình giải quyết giúp nhận diện xu hướng và các khu vực cần cải thiện.

Thực hành tốt nhất khi triển khai High Availability:

• Lập kế hoạch cho tính dư thừa: Xác định các thành phần quan trọng và triển khai các hệ thống dư thừa để loại bỏ các điểm lỗi đơn lẻ.
• Tự động chuyển đổi dự phòng: Triển khai cơ chế chuyển đổi dự phòng tự động để giảm thiểu sự can thiệp thủ công và đảm bảo phục hồi nhanh chóng.
• Triển khai giám sát mạnh mẽ: Theo dõi tình trạng sức khỏe và hiệu suất của hệ thống liên tục để phát hiện và giải quyết các vấn đề một cách chủ động.
• Thường xuyên kiểm tra chuyển đổi dự phòng: Tiến hành kiểm tra chuyển đổi dự phòng thường xuyên để đảm bảo các hệ thống hoạt động như mong đợi và nhận diện các khu vực cần cải thiện.
• Lưu trữ quy trình: Ghi lại rõ ràng các quy trình xử lý sự cố và khôi phục dịch vụ để giảm thiểu thời gian chết và đảm bảo phục hồi hiệu quả.

Ứng dụng của High Availability:

• Trang web Thương mại điện tử: Đảm bảo trải nghiệm mua sắm trực tuyến liên tục cho khách hàng, tối đa hóa doanh thu và sự hài lòng của khách hàng.
• Các tổ chức tài chính: Đảm bảo quyền truy cập liên tục vào các dịch vụ ngân hàng, duy trì lòng tin của khách hàng và tuân thủ các quy định.
• Hệ thống Y tế: Cung cấp quyền truy cập liên tục vào hồ sơ bệnh nhân và các hệ thống y tế quan trọng, đảm bảo chăm sóc bệnh nhân kịp thời và hiệu quả.
• Nền tảng Điện toán Đám mây: Đảm bảo uptime cho các ứng dụng và dịch vụ được lưu trữ, đảm bảo sự liên tục của doanh nghiệp và sự hài lòng của khách hàng.

Giải pháp của Stratus?

Stratus Technologies là nhà cung cấp hàng đầu các giải pháp hạ tầng giúp các ứng dụng của bạn hoạt động liên tục trong thế giới luôn hoạt động ngày nay. Các giải pháp luôn hoạt động của Stratus có thể được triển khai nhanh chóng mà không cần thay đổi ứng dụng. Các giải pháp nền tảng của chúng tôi cung cấp hỗ trợ vận hành toàn diện với phần cứng, phần mềm và dịch vụ tích hợp. Các giải pháp phần mềm của chúng tôi được thiết kế để cung cấp khả năng luôn hoạt động cho các ứng dụng chạy trong môi trường của bạn – vật lý, ảo hóa hoặc đám mây. Phương pháp tiếp cận và đội ngũ của chúng tôi giúp chúng tôi nhận diện các vấn đề mà người khác bỏ qua và ngăn chặn thời gian chết của ứng dụng trước khi nó xảy ra. Nhiều lớp dịch vụ chẩn đoán chủ động, giám sát và tự sửa chữa được hỗ trợ bởi đội ngũ kỹ sư toàn cầu, cung cấp hỗ trợ ngay lập tức bất kể hệ thống của bạn ở đâu trên thế giới.

Stratus cung cấp nhiều giải pháp điện toán biên bao phủ toàn bộ phạm vi tính khả dụng. Từ các phần mềm như everRun, đến các giải pháp như ztC Edge và ftServer bao gồm phần cứng, phần mềm và dịch vụ, Stratus giúp khách hàng dễ dàng và tiết kiệm chi phí trong việc cung cấp các khối lượng công việc có tính sẵn sàng cao và chống lỗi.