Кластер: виды и польза

Большинство предприятий на сегодняшний день модернизируются при участии государства. Государство определяет основные приоритеты развития предприятий во всех областях деятельности - от промышленности до туризма. Структурная модернизация развивается государством на основе кластеризации.

Что такое кластер?

Кластер хоть и является экономическим термином, но его точного определения не найти в экономических словарях. Кластером можно считать промышленную группу. В более широком понимании, кластер - это группа, состоящая из нескольких компаний, объединенных общей деятельностью или по территориальному признаку. Исходя из этого определения, можно сделать вывод о том, что не только качественные характеристики определяют конкурентоспособность предприятия, но и его экономическое окружение, то есть кластер развивается не за счет внешних воздействий, а за счет внутренних влияний.

Для чего нужен кластер?

Что такое кластер, теперь стало понятно, осталось выяснить, для чего он нужен. Кластеры направлены, в первую очередь, на развитие конкурентных преимуществ национальной отрасли за счет сил отечественных предприятий без привлечения иностранных компаний. Организации, объединенные в кластер, "притираются" друг к другу, работают слаженно в одном направлении деятельности, развивая, таким образом, внутренний рынок и выходя на мировой уровень.

Какими бывают кластеры?

Различают три основных вида кластеров:

Региональный;

Вертикальный;

Отраслевой.

Что такое вычислительный кластер?

Существует такое понятие, как суперкомпьютер. Его еще называют вычислительным кластером. Что такое кластер вычислительный? Предмет представляет собой вычислительную машину с несколькими процессорами, объединенными коммуникационной сетью. Другими словами, это несколько компьютеров (но с большей производительностью, чем обычные), объединенных одной "магистралью". Такая система позволяет решать одну задачу параллельно (одновременно) на всех компьютерах.

Кластер в туризме

Туризм оказывает большое влияние на экономику страны, в связи с этим его значение возрастает. Быстрый рост туристической деятельности, а также прирост благосостояния жителей отдельной страны и ее экономики в целом позволили сделать развитие туризма одним из приоритетных направлений. Так, правительства разных стран, в том числе и России, ввели понятие "туристический кластер". Оно включает в себя группу туристических компаний, локализованных в одном регионе для развития инфраструктуры и использующих для ведения бизнеса современные технологии. Основная задача туристического кластера - это предоставление туристических услуг с высокой конкурентоспособностью.

Состав туристического кластера

Управление туристическим кластером проводится управляющей компанией - это юридическое лицо (как правило, АО), осуществляющее свою деятельность на основе принципов государственно-частного партнерства, которому государство передает некоторые полномочия в управлении теми или иными экономическими зонами туристического кластера. Управляющая компания туристического кластера регулирует деятельность следующих компаний, связанных с туризмом:

Туроператоры;

Турагентства;

Организации, оказывающие туристические услуги (отели, гостиницы, дома отдыха и т. д.).

Второстепенные составляющие туристического кластера:

Предприятия общепита (рестораны, кафе-бары и т.д.);

Предприятия, оказывающие транспортные услуги (авиакомпании, ж/д и автоперевозки);

Места торговли товарами для туристов;

Места проведения досуга (парки, площадки для концертов, кинотеатры);

Объекты, оказывающие услуги по сервисному обслуживанию туристического транспорта.

Цель туристического кластера

Статья ответила на вопрос о том, что такое кластер и какие его виды существуют в наше время. Пришла очередь сказать пару слов о цели туристического кластера. Вся его работа по развитию туристической деятельности направлена на становление отдельной страны центром мирового туризма. Во всяком случае, такие цели ставит правительство перед туристическими кластерами.

Высокопроизводительный кластер (группа компьютеров)

Компьютерный кластер - это группа компьютеров объединённых между собой высокоскоростными линиями связи, которые совместно обрабатывают одни и те же запросы и представляются со стороны пользователя как единая вычислительная система.

Главные свойства кластеров

Кластеры состоят из нескольких компьютерных систем;

Они работают как одна вычислительная система (не все);

Кластер управляется и представляется пользователю как одна вычислительная система;

Зачем нужны кластеры

Кластеры можно использовать в разных целях. Кластеры могут создавать отказоустойчивые системы, могут служить для повышения производительности компьютерного узла, а могут быть использовании для трудоёмких вычислений.

Какие бывают кластеры

Отказоустойчивые кластеры

Подобные кластера создают для обеспечения высокого уровня доступности сервиса представляемого кластером. Чем больше количество компьютеров входящих в кластер, тем меньше вероятность отказа представляемого сервиса. Компьютеры, которые входят в кластер, разнесённые географически, так же обеспечивают защиту от стихийных бедствий, террористических атак и других угроз.

Данные кластера могут быть построены по трём основным принципам

• кластеры с холодным резервом - это когда активный узел обрабатывает запросы, а пассивный бездействует, и просто ждёт отказа активного. Пассивный узел начинает работать только после отказа активного. Кластер, построенный по данному принципу, может обеспечить высокую отказоустойчивость, но в момент выключения активного узла, запросы обрабатываемые им в этот момент могут быть утеряны.
• кластер с горячим резервом - это когда все узлы системы совместно обрабатывают запросы, а в случае отказа одного или нескольких узлов, нагрузка распределяется между оставшимися. Данный тип кластера можно так же назвать кластер распределения нагрузки о котором мы поговорим далее, но с поддержкой распределения запросов при отказе одного или нескольких узлов. При использовании данного кластера, так же есть вероятность потери данных, обрабатываемых узлом, который дал сбой.
• кластер с модульной избыточностью - это когда все компьютеры кластера обрабатывают одни и те же запросы параллельно друг другу, а после обработки берётся любое значение. Подобная схема гарантирует выполнение запроса, так как можно взят любой результат обработки запроса.

Кластер распределения нагрузки

Эти кластера создают в основном для повышения производительности, но их можно использовать и для повышения отказоустойчивости, как в случае с отказоустойчивым кластером горячего резерва. В данных кластера запросы распределяются через входные узлы на все остальные узлы кластера.

Вычислительные кластеры

Данный тип кластеров, используется как правило в научных целях. В данных системах, задача разбивается на части, параллельно-выполняемые на всех узлах кластера. Это позволяет существенно сократить время обработки данных по сравнению с одиночными компьютерами.

Как известно, кластеры позволяют решать проблемы, связанные с производительностью, балансировкой нагрузки и отказоустойчивостью. Для построения кластеров используются различные решения и технологии, как на программном, так и на аппаратном уровне. В этой статье будут рассмотрены программные решения, предлагаемые компаниями Microsoft и Oracle.

Виды кластеров

Кластер - это группа независимых компьютеров (так называемых узлов или нодов), к которой можно получить доступ как к единой системе. Кластеры могут быть предназначены для решения одной или нескольких задач. Традиционно выделяют три типа кластеров:

• Кластеры высокой готовности или отказоустойчивые кластеры (high-availability clusters или failover clusters) используют избыточные узлы для обеспечения работы в случае отказа одного из узлов.
• Кластеры балансировки нагрузки (load-balancing clusters) служат для распределения запросов от клиентов по нескольким серверам, образующим кластер.
• Вычислительные кластеры (compute clusters), как следует из названия, используются в вычислительных целях, когда задачу можно разделить на несколько подзадач, каждая из которых может выполняться на отдельном узле. Отдельно выделяют высокопроизводительные кластеры (HPC - high performance computing clusters), которые составляют около 82% систем в рейтинге суперкомпьютеров Top500.

Системы распределенных вычислений (gird) иногда относят к отдельному типу кластеров, который может состоять из территориально разнесенных серверов с отличающимися операционными системами и аппаратной конфигурацией. В случае грид-вычислений взаимодействия между узлами происходят значительно реже, чем в вычислительных кластерах. В грид-системах могут быть объединены HPC-кластеры, обычные рабочие станции и другие устройства.

Такую систему можно рассматривать как обобщение понятия «кластер». ластеры могут быть сконфигурированы в режиме работы active/active, в этом случае все узлы обрабатывают запросы пользователей и ни один из них не простаивает в режиме ожидания, как это происходит в варианте active/passive.

Oracle RAC и Network Load Balancing являются примерами active/ active кластера. Failover Cluster в Windows Server служит примером active/passive кластера. Для организации active/active кластера требуются более изощренные механизмы, которые позволяют нескольким узлам обращаться к одному ресурсу и синхронизовать изменения между всеми узлами. Для организации кластера требуется, чтобы узлы были объединены в сеть, для чего наиболее часто используется либо традиционный Ethernet, либо InfiniBand.

Программные решения могут быть довольно чувствительны к задержкам - так, например, для Oracle RAC задержки не должны превышать 15 мс. В качестве технологий хранения могут выступать Fibre Channel, iSCSI или NFS файловые сервера. Однако оставим аппаратные технологии за рамками статьи и перейдем к рассмотрению решений на уровне операционной системы (на примере Windows Server 2008 R2) и технологиям, которые позволяют организовать кластер для конкретной базы данных (OracleDatabase 11g), но на любой поддерживаемой ОС.

Windows Clustering

У Microsoft существуют решения для реализации каждого из трех типов кластеров. В состав Windows Server 2008 R2 входят две технологии: Network Load Balancing (NLB) Cluster и Failover Cluster. Существует отдельная редакция Windows Server 2008 HPC Edition для организации высокопроизводительных вычислительных сред. Эта редакция лицензируется только для запуска HPC-приложений, то есть на таком сервере нельзя запускать базы данных, web- или почтовые сервера.

NLB-кластер используется для фильтрации и распределения TCP/IPтрафика между узлами. Такой тип кластера предназначен для работы с сетевыми приложениями - например, IIS, VPN или межсетевым экраном.

Могут возникать сложности с приложениями, которые полага ются на сессионные данные, при перенаправлении клиента на другой узел, на котором этих данных нет. В NLB-кластер можно включать до тридцати двух узлов на x64-редакциях, и до шестнадцати - на x86.

Failoverclustering - это кластеризации с переходом по отказу, хотя довольно часто термин переводят как «отказоустойчивые кластеры».

Узлы кластера объединены программно и физически с помощью LAN- или WAN-сети, для multi-site кластера в Windows Server 2008 убрано требование к общей задержке 500 мс, и добавлена возможность гибко настраивать heartbeat. В случае сбоя или планового отключения сервера кластеризованные ресурсы переносятся на другой узел. В Enterprise edition в кластер можно объединять до шестнадцати узлов, при этом пятнадцать из них будут простаивать до тех пор, пока не произойдет сбой. Приложения без поддержки кластеров (cluster-unaware) не взаимодействуют со службами кластера и могут быть переключены на другой узел только в случае аппаратного сбоя.

Приложения с поддержкой кластеров (cluster-aware), разработанные с использованием ClusterAPI, могут быть защищены от программных и аппаратных сбоев.

Развертывание failover-кластера

Процедуру установки кластера можно разделить на четыре этапа. На первом этапе необходимо сконфигурировать аппаратную часть, которая должна соответствовать The Microsoft Support Policy for Windows Server 2008 Failover Clusters. Все узлы кластера должны состоять из одинаковых или сходных компонентов. Все узлы кластера должны иметь доступ к хранилищу, созданному с использованием FibreChannel, iSCSI или Serial Attached SCSI. От хранилищ, работающих с Windows Server 2008, требуется поддержка persistent reservations.

На втором этапе на каждый узел требуется добавить компонент Failover Clustering - например, через Server Manager. Эту задачу можно выполнять с использованием учетной записи, обладающей административными правами на каждом узле. Серверы должны принадлежать к одному домену. Желательно, чтобы все узлы кластера были с одинаковой ролью, причем лучше использовать роль member server, так как роль domain controller чревата возможными проблемами с DNS и Exchange.

Третий не обязательный, но желательный этап заключается в проверке конфигурации. Проверка запускается через оснастку Failover Cluster Management. Если для проверки конфигурации указан только один узел, то часть проверок будет пропущена.

На четвертом этапе создается кластер. Для этого из Failover Cluster Management запускается мастер Create Cluster, в котором указываются серверы, включаемые в кластер, имя кластера и дополнительные настройки IP-адреса. Если серверы подключены к сетям, которые не будут использоваться для общения в рамках кластера (например, подключение только для обмена данными с хранилищем), то в свойствах этой сети в Failover Cluster Management необходимо установить параметр «Do not allow the cluster to use this network».

После этого можно приступить к настройке приложения, которое требуется сконфигурировать для обеспечения его высокой доступности.

Для этого необходимо запустить High Availability Wizard, который можно найти в Services and Applications оснастки Failover Cluster Management.

Cluster Shared Volumes

В случае failover-кластера доступ к LUN, хранящему данные, может осуществлять только активный узел, который владеет этим ресурсом. При переключении на другой узел происходит размонтирование LUN и монтирование его для другого узла. В большинстве случаев эта задержка не является критичной, но при виртуализации может требоваться вообще нулевая задержка на переключение виртуальных машин с одного узла на другой.

Еще одна проблема, возникающая из-за того, что LUN является минимальной единицей обхода отказа, заключается в том, что при сбое одного приложения, находящегося на LUN, приходится переключать все приложения, которые хранятся на этом LUN, на другой сервер. Во всех приложениях (включая Hyper-V до второго релиза Server 2008) это удавалось обходить за счет многочисленных LUN, на каждом из которых хранились данные только одного приложения. В Server 2008 R2 появилось решение для этих проблем, но предназначенное для работы только с Hyper-V и CSV (Cluster Shared Volumes).

CSV позволяет размещать на общем хранилище виртуальные машины, запускаемые на разных узлах кластера - тем самым разбивается зависимость между ресурсами приложения (в данном случае виртуальными машинами) и дисковыми ресурсами. В качестве файловой системы CSV использует обычную NTFS. Для включения CSV необходимо в Failover Cluster Manage выполнить команду Enable Cluster Shared Volumes. Отключить поддержку CSV можно только через консоль:

Get-Cluster | %{$_.EnableSharedVolumes = "Disabled"}

Для использования этой команды должен быть загружен Failover Clusters, модуль PowerShell. Использование CSV совместно с live migration позволяет перемещать виртуальные машины между физическими серверами в считанные миллисекунды, без обрыва сетевых соединений и совершенно прозрачно для пользователей. Стоит отметить, что копировать любые данные (например, готовые виртуальные машины) на общие диски, использующие CSV, следует через узел-координатор.

Несмотря на то, что общий диск доступен со всех узлов кластера, перед записью данных на диск узлы запрашивают разрешение у узлакоординатора. При этом, если запись требует изменений на уровне файловой системы (например, смена атрибутов файла или увеличение его размера), то записью занимается сам узел-координатор.

Oracle RAC

Oracle Real Application Clusters (RAC) - это дополнительная опция Oracle Database, которая впервые появилась в Oracle Database 9i под названием OPS (Oracle Parallel Server). Опция предоставляет возможность нескольким экземплярам совместно обращаться к одной базе данных. Базой данных в Oracle Database называет ся совокупность файлов данных, журнальных файлов, файлов параметров и некоторых других типов файлов. Для того, чтобы пользовательские процессы могли получить доступ к этим данным, должен быть запущен экземпляр. Экземпляр (instance) в свою очередь состоит из структур памяти (SGA) и фоновых процессов. В отсутствии RAC получить доступ к базе данных может строго один экземпляр.

Опция RAC не поставляется с Enterprise Edition и приобретается отдельно. Стоит отметить, что при этом RAC идет в составе Standard Edition, но данная редакция обладает большим количеством ограничений по сравнению с Enterprise Edition, что ставит под сомнение целесообразность ее использования.

Oracle Grid Infrastructure

Для работы Oracle RAC требуется Oracle Clusterware (или стороннее ПО) для объединения серверов в кластер. Для более гибкого управления ресурсами узлы такого кластера могут быть организованы в пулы (с версии 11g R2 поддерживается два варианта управления - на основании политик для пулов или, в случае их отсутствия, администратором).

Во втором релизе 11g Oracle Clusterware был объединен с ASM под общим названием Oracle Grid Infrastructure, хотя оба компонента и продолжают устанавливаться по различным путям.

Automatic Storage Management (ASM) - менеджер томов и файловая система, которые могут работать как в кластере, так и с singleinstance базой данных. ASM разбивает файлы на ASM Allocation Unit.

Размер Allocation Unit определяется параметром AU_SIZE, который задается на уровне дисковой группы и составляет 1, 2, 4, 8, 16, 32 или 64 MB. Далее Allocation Units распределяются по ASM-дискам для балансировки нагрузки или зеркалирования. Избыточность может быть реализована, как средствами ASM, так и аппаратно.

ASM-диски могут быть объединены в Failure Group (то есть группу дисков, которые могут выйти из строя одновременно - например, диски, подсоединенные к одному контролеру), при этом зеркалирование осуществляется на диски, принадлежащие разным Failure Group. При добавлении или удалении дисков ASM автоматически осуществляет разбалансировку, скорость которой задается администратором.

На ASM могут помещаться только файлы, относящиеся к базе данных Oracle, такие как управляющие и журнальные файлы, файлы данных или резервные копии RMAN. Экземпляр базы данных не может взаимодействовать напрямую с файлами, которые размещены на ASM. Для обеспечения доступа к данным дисковая группа должна быть предварительно смонтирована локальным ASM-экземпляром.

Развертывание Oracle RAC

Рассмотрим этапы установки различных компонентов, необходимых для функционирования Oracle RAC в режиме active/active кластера с двумя узлами. В качестве дистрибутива будем рассматривать последнюю на момент написания статьи версию Oracle Database 11g Release 2. В качестве операционной системы возьмем Oracle Enterprise Linux 5. Oracle Enterprise Linux - операционная система, базирующаяся на RedHat Enterprise Linux. Ее основные отличия - цена лицензии, техническая поддержка от Oracle и дополнительные пакеты, которые могут использоваться приложениями Oracle.

Подготовка ОС к установке Oracle стандартна и заключается в создании пользователей и групп, задании переменных окружения и параметров ядра. Параметры для конкретной версии ОС и БД можно найти в Installation Guide, который поставляется вместе с дистрибутивом.

На узлах должен быть настроен доступ к внешним общим дискам, на которых будут храниться файлы базы данных и файлы Oracle Clusterware. К последним относятся votingdisk (файл, определяющий участников кластера) и Oracle Cluster Registry (содержит конфигурационную информацию - например, какие экземпляры и сервисы запущены на конкретном узле). Рекомендуется создавать нечетное количество votingdisk. Для создания и настройки ASMдисков желательно использовать ASMLib, которую надо установить на всех узлах:

# rpm -Uvh oracleasm-support-2.1.3-1.el4.x86_64.rpm

rpm -Uvh oracleasmlib-2.0.4-1.el4.x86_64.rpm

rpm -Uvh oracleasm-2.6.9-55.0.12.ELsmp-2.0.3-1.x86_64.rpm

Кроме интерфейса для взаимодействия с хранилищем на узлах желательно настроить три сети - Interconnect, External и Backup.
Необходимо настроить IP-адресацию (вручную или с использованием Oracl e GNS) и DNS для разрешения всех имен (или только GNS).

Вначале осуществляется установка Grid Infrastructure. Для этого загружаем и распаковываем дистрибутив, затем запускаем установщик. В процессе установки необходимо указать имя кластера; указать узлы, которые будут входить в кластер; указать назначение сетевых интерфейсов; настроить хранилище.

В конце нужно выполнить с правами root скрипты orainstRoot.sh и root.sh. Первым на всех узлах выполняется скрипт orainstRoot.sh, причем запуск на следующем узле осуществляется только после завершения работы скрипта на предыдущем. После выполнения orainstRoot.sh последовательно на каждом узле выполняется root.sh. Проверить успешность установки можно с помощью команды:

/u01/grid/bin/crsctl check cluster –all

Выполнив проверку, можно приступать к установке базы данных. Для этого запускаем Oracle Universal installer, который используется и для обычной установки базы.

Кроме active/active-кластера в версии 11g R2 существуют две возможности для создания active/passive-кластера. Одна из них - Oracle RACOneNode. Другой вариант не требует лицензии для RAC и реализуется средствами Oracle Clusterware. В этом случае вначале создается общее хранилище; затем устанавливается Grid Infrastructure, с использованием ASM_CRS и SCAN; а после этого на узлы устанавливается база данных в варианте Standalone. Далее создаются ресурсы и скрипты, которые позволяют запускать экземпляр на другом узле в случае недоступности первого.

Заключение

Oracle RAC совместно с Oracle Grid Infrastructure позволяют реализовать разнообразные сценарии построения кластеров. Гибкость настройки и широта возможностей компенсируются ценой такого решения.

Решения же Microsoft ограничены не только возможностями самой кластеризации, но и продуктами, которые могут работать в такой среде. Хотя стоит отметить, что набор таких продуктов все равно шире, чем одна база данных.

Ссылки по теме

• High Availability решения от Microsoft: microsoft.com/windowsserver2008/en/us/high-availability.aspx ;
• Подборка ссылок на документацию и ресурсы по Failover Clustering и NLB: blogs.msdn.com/b/clustering/archive/2009/08/21/9878286.aspx (блог - Clusteringand HighAvailability содержит много полезной информации);
• Документация и дистрибутивы Oracle RAC: oracle.com/technetwork/database/clustering/overview/index.html ;
• Документация и дистрибутивы Oracle Clusterware и Oracle Grid Infrastructure: oracle.com/technetwork/database/clusterware/overview/index.html ;
• Настройка Oracle Clusterware для защиты Single Instance Oracle Database 11g:

Условное деление на классы предложено Язеком Радаевским и Дугласом Эдлайном:

· Класс I . Класс машин строится целиком из стандартных деталей, которые продают многие поставщики компьютерных компонентов (низкие цены , простое обслуживание, аппаратные компоненты доступны из различных источников).

· Класс II . Система имеет эксклюзивные или не слишком широко распространенные детали. Таким образом можно достичь очень хорошей производительности, но при более высокой стоимости.

Как уже отмечалось, кластеры могут существовать в различных конфигурациях. Наиболее распространенными типами кластеров являются:

· системы высокой надежности;

· системы для высокопроизводительных вычислений;

· многопоточные системы .

Отметим, что границы между этими типами кластеров до некоторой степени размыты, и кластер может иметь такие свойства или функции, которые выходят за рамки перечисленных типов. Более того, при конфигурировании большого кластера , используемого как система общего назначения , приходится выделять блоки, выполняющие все перечисленные функции.

Кластеры для высокопроизводительных вычислений предназначены для параллельных расчетов. Эти кластеры обычно собраны из большого числа компьютеров. Разработка таких кластеров является сложным процессом, требующим на каждом шаге согласования таких вопросов как инсталляция, эксплуатация и одновременное управление большим числом компьютеров, технические требования параллельного и высокопроизводительного доступа к одному и тому же системному файлу (или файлам) и межпроцессорная связь между узлами, и координация работы в параллельном режиме. Эти проблемы проще всего решаются при обеспечении единого образа операционной системы для всего кластера . Однако реализовать подобную схему удается далеко не всегда и обычно она применяется лишь для не слишком больших систем.

Многопоточные системы используются для обеспечения единого интерфейса к ряду ресурсов, которые могут со временем произвольно наращиваться (или сокращаться). Типичным примером может служить группа web-серверов .

В 1994 году Томас Стерлинг (Sterling) и Дон Беккер (Becker) создали 16-узловой кластер из процессоров Intel DX4, соединенных сетью 10 Мбит/с Ethernet с дублированием каналов. Они назвали его "Beowulf" по названию старинной эпической поэмы. Кластер возник в центре NASA Goddard Space Flight Center для поддержки необходимыми вычислительными ресурсами проекта Earth and Space Sciences. Проектно-конструкторские работы быстро превратились в то, что известно сейчас как проект Beowulf. Проект стал основой общего подхода к построению параллельных кластерных компьютеров, он описывает многопроцессорную архитектуру, которая может с успехом использоваться для параллельных вычислений. Beowulf-кластер , как правило, является системой, состоящей из одного серверного узла (который обычно называется головным), а также одного или нескольких подчиненных (вычислительных) узлов, соединенных посредством стандартной компьютерной сети. Система строится с использованием стандартных аппаратных компонентов, таких как ПК, запускаемые под Linux, стандартные сетевые адаптеры (например, Ethernet) и коммутаторы. Нет особого программного пакета, называемого "Beowulf". Вместо этого имеется несколько кусков программного обеспечения, которые многие пользователи нашли пригодными для построения кластеров Beowulf. Beowulf использует такие программные продукты как операционная система Linux, системы передачи сообщений PVM, MPI, системы управления очередями заданий и другие стандартные продукты. Серверный узел контролирует весь кластер и обслуживает файлы, направляемые к клиентским узлам.

Термин «кластер» пришёл в экономику, как и в другие науки, из ядерной физики. Там он обозначал «коррелированную группу элементарных частиц». Использован он был при изучении радиоактивного распада элементов и имел своей сутью следующее: «…нуклоны, входящие в состав ядер, обладают достаточно большой кинетической энергией, и, сталкиваясь между собой во время движения внутри ядра, они на короткие промежутки времени могут образовывать такие группы, которые по своим характеристикам похожи на отдельно существующие ядра такой же массы. Эти группы нуклонов называют кластерами». Непосредственно в экономике термин стал широко использоваться лишь в последнем десятилетии 20 века. Однако предпосылки для понимания этой категории, как особого явления в экономике начали формироваться уже в 19 столетии с идеями А. Маршалла о «локализованной промышленности» - концентрации специализированных отраслей в отдельных местностях. В своих работах понятие «кластер» использовали профессор Гарвардской школы Майкл Портер, экономист и социолог Йозеф Шумпетер, а также Энрайт, Брессон, Розенфельд, Дахмен, Скотт и другие.

Однако учёные на тот момент брали за основу лишь какую-то одну сторону функционирования кластеров, за счёт чего существовало множество неполных, недостаточно ёмких определений.

Йозеф Шумпетер рассматривал кластеры в своём труде «Теория экономического развития: анализ прибылей, капитала, процента и цикла деловой активности». В нём он рассматривал появление так называемых «кластеров нововведений». По Шумпетеру, существуют предприятия-новаторы и предприятия-имитаторы. Новаторы первыми внедряют новшество, преодолевая при этом барьеры разного рода (административные, барьеры непонимания и пр.), имитаторы же используют уже внедрённое новшество в своём производстве. Постепенно имитаторами становится всё большее число предприятий из разных отраслей, что порождает волну нововведений, или же кластер инноваций.

По мнению Майкла Портера: «кластеры являются организационной формой консолидации усилий заинтересованных сторон, направленных на достижение конкурентных преимуществ, в условиях становления постиндустриальной экономики». То есть, он уже рассматривает кластеры как некое устойчивое взаимодействие фирм.

Шведский ученый Е. Дахмен, рассматривал "блоки развития", подчеркивая важность связи между способностью одного сектора развиваться и обеспечением при этом прогресса в другом. Развитие должно происходить поэтапно или по “вертикали действий” в пределах одной отрасли, связанной с другими отраслями, что обеспечит возможность завоевания конкурентных преимуществ.

Французские исследователи И. Толенадо и Д. Солье делали попытки ввести в обиход термин “фильеры” для описания семейств технологически взаимосвязанных секторов. Их значение видится в том, что технологическая мощь одного сектора зависит от силы другого. Понятие “фильеры” служит важным предвестником более широкого понятия - “кластеры”. Причину возникновения кластера Толенадо и Солье видят в том, что, с одной стороны, созрели предпосылки для формирования тесных технологических связей между мелкими производителями и, с другой - появилась возможность реализации национальных преимуществ посредством формирования кластеров малых предприятий в связанных между собой секторах экономики конкретной страны.

Американский учёный М. Энрайт, создал теорию регионального кластера. Региональный кластер - это промышленный кластер, в котором фирмы - члены кластера находятся в географической близости друг к другу. Он считал, что конкурентные преимущества создаются на региональном уровне, где главную роль играют исторические предпосылки развития регионов, разнообразие культур ведения бизнеса, организации производства и получения образования. Региональные кластеры, по Энрайту, нуждаются в целенаправленной поддержке государственных структур и исследовательских организаций.

Некоторые отечественные авторы отождествляют понятие кластера с холдингом и указывают на зачатки формирования кластерной теории еще в советские времена, когда существовали "научно-производственные комплексы" и "территориально-производственная кооперация" - предшественники кластеров.

По мнению российского исследователя А. Миграняна , кластер - “сосредоточение наиболее эффективных и взаимосвязанных видов экономической деятельности, т.е. совокупность взаимосвязанных групп успешно конкурирующих фирм, которые образуют “золотое сечение” всей экономической системы государства и обеспечивают конкурентные позиции на отраслевом, национальном и мировом рынках”.

Российские ученые М. Афанасьев и Л. Мясникова главным в структуре кластера считают распространение инноваций на всю цепочку создания стоимости и единое логистическое окно для взаимодействия с внешней средой.

На сегодняшний день учёные в большинстве своём пришли к единому мнению о понятии кластера:

Кластер - это сконцентрированная на некоторой территории группа взаимосвязанных компаний: поставщиков оборудования, комплектующих и специализированных услуг; инфраструктуры; научно-исследовательских институтов; ВУЗов и других организаций, взаимодополняющих друг друга и усиливающих конкурентные преимущества отдельных компаний и кластера в целом.

В сущности, кластеры - это переходный уровень между отдельными предприятиями, а также отраслевыми или региональными комплексами, являющимися более масштабными по тому или иному признаку объединениями. Они сочетают в себе стороны всех этих систем. Создание кластера является результатов управленческого решения, и носит проектный характер. Более того, кластер - это динамичная структура, элементы которой могут меняться прямо в процессе производственной деятельности. Благодаря всему вышеперечисленному управление кластером может использовать как стандартные методы управления экономикой предприятия, так и проектные методы управления, применяемые для изменчивых образований. Это позволяет исключить одностороннее рассмотрение как процессов, протекающих в пределах самого кластера, так и процессов, влияющих на кластер извне.

Как ни странно, классификация кластеров по видам очень близка к изложенному ранее разделению взглядов на них различных учёных.

Виды кластеров выделяют на основе следующих критериев классификации.

Первым критерием является территориальная принадлежность кластера. Местом его расположения может выступать как отдельная область, так и регион, страна или несколько стран. Примерами выделения кластеров на основе этого критерия, могут считаться кластеры Московской, Ленинградской и других областей, всероссийские кластеры (например, Сколково) и др.

Вторым критерием является направление или отрасль, в которой функционирует кластер. По этому принципу можно выделить химические, металлургические, IT-кластеры и т.д.

Последним, третьим критерием выделения кластера является структура кластера и характер связей внутри него. Такие связи могут образовывать цепочку от поставщика до производителя и продавца данной продукции.

В связи с этим, выделяют 3 вида кластеров:

• · Региональный кластер
• · Отраслевой кластер
• · Кластер с вертикальной организацией

Каждый из трёх видов отражает черту функционирования, присущую данной группе объединений. Раскроем подробнее эти виды.

Региональные кластеры - кластеры с территориально ограниченной формой экономической деятельности внутри родственных секторов, обычно привязанные к тем или иным научным учреждениям, где синергия достигается при помощи конкуренции и кооперации между участниками. Они позволяют определить наиболее эффективные направления деятельности для данного региона, которые приведут его в итоге к конкурентоспособности на мировой арене. Основной характеристикой этого вида кластеров можно считать открытость для внешней среды с целью использования её ресурсов.

На сегодняшний день в России этот вид является наиболее активно разрабатывающимся из всех. Из-за необходимости контактов между участниками кластера, их географическая близость друг к другу является немаловажным фактором как в принятии решения об их объединении, так и в процессах производства и обменом информацией, технологиями и продукцией. Региональные кластеры являются объектом государственной политики, направленной на установление инновационной экономики. В настоящее время наша страна старается догнать развитые страны по уровню их развития, сделать свою продукцию конкурентоспособной, вернуть себе статус новатора, который она имела в середине 20 века. Для этого ей необходимо использовать не только уже существующие виды производственных объединений, которые имеют весьма ограниченную эффективность, но и использовать зарубежный опыт, в том числе и стимулирование образования кластеров, то есть проведение кластерной политики.

В качестве примеров потенциальных российских региональных кластеров можно привести авиакосмические кластеры в Москве и Самаре, информационно-телекоммуникационный кластер в Москве, пищевые кластеры в Москве, Санкт-Петербурге и Белгородской области, судостроительный кластер в Санкт-Петербурге и т.п.

То есть кластеры большей частью развиваются в Европейской части России, в непосредственной близости от наиболее развитых её регионов.

Особенно эффективно кластерный подход применяется сейчас именно при разработке стратегий экономического и социального развития на уровне региона. Например, в Петербурге с 2000 года выполняется совместный российско-финский проект "Долгосрочная стратегия развития экономики Санкт-Петербурга".

Отраслевые кластеры - кластеры в различных видах производства с высоким уровнем агрегации (например, «химический кластер») или на еще более высоком уровне агрегации (например, «аэрокосмический кластер»). Как видно из определения, это кластер, объединяющий в себе предприятия одной отрасли или нескольких смежных отраслей для достижения общих целей. В рамках системы измерений, применяемой российской статистикой, можно выделить те отрасли, которые дают наибольший удельный вес в стоимости продукции и услуг территории - области, региона или страны в целом, а также показывают хорошую динамику развития и экономической эффективности. Для этого существуют специальные классификаторы ОКОНХ (Общесоюзный классификатор отраслей народного хозяйства) и ОКВЭД (Общероссийский классификатор видов экономической деятельности). Они дают данные об эффективности деятельности именно в рамках отдельной отрасли. Отраслевые кластеры являются вторым по приоритету поддержки государством видом кластеров.

В последнее время выходит множество научных трудов, указывающих на необходимость интенсивного развития экономики России. Многие из них нашли поддержку правительства Российской Федерации. Однако этот процесс требует эффективно функционирующей инновационной инфраструктуры. Требуется оперативная поддержка уже не нескольких, а практически всех отраслей для того, чтобы вывести их на достойный уровень. Этому способствует создание отраслевых кластеров. По словам Б.Ю.Титова , в настоящее время предложены 28 конкретных проектов в разных отраслях: в первую очередь в сфере импортозамещения, глубокой переработки сырья, постиндустриальных отраслях «новой экономики» - медицине, образовании, социальном секторе, а также - в сельском хозяйстве и строительстве. Это должно дать толчок к развитию перерабатывающих и высокотехнологичных отраслей, вывести их из бедственного положения, а также предоставить необходимый России опыт, в соответствии с которым можно будет искать дальнейшие приоритетные для страны пути развития.

Кластеры с вертикальной организацией - кластеры с вертикальными производственными связями в узких сферах деятельности, образованные вокруг головных фирм или сети основных предприятий, охватывающих процессы производства, поставки и сбыта. Это объединение сочетает в себе предприятия, функционирующие на разных этапах производственного цикла. Их создание преследует множество целей.

Во-первых, это более эффективное внедрение инноваций в процесс производства. Предприятия, объединённые в кластер, скорее примут идею или технологию предприятия-новатора и быстрее, соответственно, доведут её до конечного потребителя, а также ускорят её повсеместное внедрение.

Во-вторых, создание таких кластеров приводит к снижению потерь, происходящих между отдельными этапами производства, а также потерь в связи с недостатком информации о рынке. Так как кластерная форма организации предполагает под собой открытость информации о себе как минимум для собственных членов, отдельное предприятие имеет сведения о надёжности своих партнёров, их финансовом состоянии и качестве предоставляемых ими продуктов или услуг.

Кластеры с вертикально-интегрированной структурой должны разрабатываться исключительно в реальном секторе экономики. С их помощью реализуется контрактный процесс по поводу приобретения специфических ресурсов и осуществляется диалектическое единство отношений сотрудничества и конкуренции.

Все виды кластеров в том или ином наборе обладают рядом характеристик, определяющих особенности любого из них. В современной литературе описаны 7 таких характеристик:

• 1) Географическая - связанность кластера с определённой территорией, уровень его привязки к ней.
• 2) Горизонтальная - наличие или отсутствие в пределах кластера объединения предприятий нескольких равноправных отраслей промышленности.
• 3) Вертикальная - наличие или отсутствие в пределах кластера объединения предприятий разных технологических этапов производства и распределения готовой продукции.
• 4) Латеральная - выявляет объединение в кластер секторов одной отрасли экономики, позволяющее снижать расходы на производство и реализацию продукции за счёт эффекта масштаба производства (когда издержки на единицу произведённой продукции снижаются за счёт её количества).
• 5) Технологическая - выявляет наличие связей между производствами внутри кластера, основанных на единстве используемой технологии.
• 6) Фокусная - определяет наличие или отсутствие у кластера фирмы-лидера, который производит внедрение инноваций в производство и обеспечивает их дельнейшее распространение.
• 7) Качественная - показывает уровень эффективности функционирования объединения путём выявления повышения конкурентоспособности его членов и качества их продукции, а также совершенствования технологического процесса.

Таким образом, кластер представляет собой объединение взаимосвязанных организаций, функционирующих в определённой отрасли, расположенных на ограниченной территории и ведущих деятельность, направленную на повышение собственных доходов и конкурентоспособности, а также на повышение этих параметров у всего объединения. Само понятие появилось в экономике в 19 веке, и с тех пор получило широчайшее распространение во всём мире. На данный момент выделяют 3 вида кластеров - вертикально-организованный, отраслевой и региональный. Два последних вида являются приоритетными для оказания поддержки и стимула развития со стороны государства. На данный момент по всей России разрабатываются программы инновационного развития регионов и отраслей промышленности, в которых одно из важнейших мест выделяется кластерам и особенностям их функционирования.