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Linux操作系統下的集群原理及實戰經歷

日期:2017/2/7 16:59:35      編輯:Linux教程

  一 集群和Linux上的集群解決方案

  集群系統(Cluster)主要解決下面幾個問題:

  高可靠性(HA)

  利用集群管理軟件,當主服務器故障時,備份服務器能夠自動接管主服務器的工作,並及時切換過去,以實現對用戶的不間斷服務。

  高性能計算(HP)

  即充分利用集群中的每一台計算機的資源,實現復雜運算的並行處理,通常用於科學計算領域,比如基因分析,化學分析等。

  負載平衡

  即把負載壓力根據某種算法合理分配到集群中的每一台計算機上,以減輕主服務器的壓力,降低對主服務器的硬件和軟件要求。

  基於Linux的集群解決方案可謂百花齊放。在實際應用中,最常見的情況是利用集群解決負載平衡問題,比如用於提供WWW服務。在這裡主要展示如何使用LVS(Linux Virtial Server)來實現實用的WWW負載平衡集群系統。

  二 LVS簡介

  LVS是章文嵩博士發起和領導的優秀的集群解決方案,許多商業的集群產品,比如RedHat的Piranha,TurboLinux公司的Turbo Cluster等,都是基於LVS的核心代碼的。在現實的應用中,LVS得到了大量的部署,請參考http://www.linuxvirtualserver.org/deployment.html。關於Linux LVS的工作原理和更詳細的信息,請參考http://www.linuxvirtualserver.org。

  三 LVS配置實例

  通過Linux LVS,實現WWW,Telnet服務的負載平衡。這裡實現Telnet集群服務僅為了測試上的方便。

  LVS有三種負載平衡方式,NAT(Network Address Translation),DR(Direct Routing),IP Tunneling。其中,最為常用的是DR方式,因此這裡只說明DR(Direct Routing)方式的LVS負載平衡。為測試方便,4台機器處於同一網段內,通過一交換機或者集線器相連。實際的應用中,最好能將虛擬服務器vs1和真實服務器rs1, rs2置於於不同的網段上,即提高了性能,也加強了整個集群系統的安全性。

  服務器的軟硬件配置

  首先說明,雖然本文的測試環境中用的是3台相同配置的服務器,但LVS並不要求集群中的服務器規格劃一,相反,可以根據服務器的不同配置和負載情況,調整負載分配策略,充分利用集群環境中的每一台服務器。

  這3台服務器中,vs1作為虛擬服務器(即負載平衡服務器),負責將用戶的訪問請求轉發到集群內部的rs1,rs2,然後由rs1,rs2分別處理。client為客戶端測試機器,可以為任意操作系統。 4台服務器的操作系統和網絡配置分別為:

vs1: RedHat 6.2, Kernel 2.2.19  
vs1: eth0 192.168.0.1  
vs1: eth0:101 192.168.0.101  
rs1: RedHat 6.2, Kernel 2.2.14  
rs1: eth0 192.168.0.3  
rs1: dummy0 192.168.0.101  
rs2: RedHat 6.2, Kernel 2.2.14  
rs2: eth0 192.168.0.4  
rs2: dummy0 192.168.0.101  
client: Windows 2000  
client: eth0 192.168.0.200

  其中,192.168.0.101是允許用戶訪問的IP。

  虛擬服務器的集群配置

  大部分的集群配置工作都在虛擬服務器vs1上面,需要下面的幾個步驟:

  重新編譯內核。

  首先,下載最新的Linux內核,版本號為2.2.19,下載地址為:http://www.kernel.org/,解壓縮後置於/usr/src/linux目錄下。

  其次需要下載LVS的內核補丁,地址為:http://www.linuxvirtualserver.org/software/ipvs-1.0.6-2.2.19.tar.gz。這裡注意,如果你用的Linux內核不是2.2.19版本的,請下載相應版本的LVS內核補丁。將ipvs-1.0.6-2.2.19.tar.gz解壓縮後置於/usr/src/linux目錄下。

  然後,對內核打補丁,如下操作:

[root@vs2 /root]# cd /usr/src/linux  
[root@vs2 linux]# patch -p1 < ipvs-1.0.6-2.2.19/ipvs-1.0.6-2.2.19.  
patch

  下面就是重新配置和編譯Linux的內核。特別注意以下選項:

1 Code maturity level options--->  
* [*]Prompt for development and/or incomplete code/drivers  
2 Networking部分:  
[*] Kernel/User netlink socket  
[*] Routing messages  
<*> Netlink device emulation  
* [*] Network firewalls  
[*] Socket Filtering  
<*> Unix domain sockets  
* [*] TCP/IP networking  
[*] IP: multicasting  
[*] IP: advanced router  
[ ] IP: policy routing  
[ ] IP: equal cost multipath  
[ ] IP: use TOS value as routing key  
[ ] IP: verbose route monitoring  
[ ] IP: large routing tables  
[ ] IP: kernel level autoconfiguration  
* [*] IP: firewalling  
[ ] IP: firewall packet netlink device  
* [*] IP: transparent proxy support  
* [*] IP: masquerading  
--- Protocol-specific masquerading support will be built as modules.  
* [*] IP: ICMP masquerading  
--- Protocol-specific masquerading support will be built as modules.  
* [*] IP: masquerading special modules support  
* IP: ipautofw masq support (EXPERIMENTAL)(NEW)  
* IP: ipportfw masq support (EXPERIMENTAL)(NEW)  
* IP: ip fwmark masq-forwarding support (EXPERIMENTAL)(NEW)  
* [*] IP: masquerading virtual server support (EXPERIMENTAL)(NEW)  
[*] IP Virtual Server debugging (NEW) <--最好選擇此項,以便觀察LVS的調試信息  
* (12) IP masquerading VS table size (the Nth power of 2) (NEW)  
* IPVS: round-robin scheduling (NEW)  
* IPVS: weighted round-robin scheduling (NEW)  
* IPVS: least-connection scheduling (NEW)  
* IPVS: weighted least-connection scheduling (NEW)  
* IPVS: locality-based least-connection scheduling (NEW)  
* IPVS: locality-based least-connection with replication scheduling  
(NEW)  
* [*] IP: optimize as router not host  
* IP: tunneling  
IP: GRE tunnels over IP  
[*] IP: broadcast GRE over IP  
[*] IP: multicast routing  
[*] IP: PIM-SM version 1 support  
[*] IP: PIM-SM version 2 support  
* [*] IP: aliasing support  
[ ] IP: ARP daemon support (EXPERIMENTAL)  
* [*] IP: TCP syncookie support (not enabled per default)  
--- (it is safe to leave these untouched)  
< > IP: Reverse ARP  
[*] IP: Allow large windows (not recommended if <16Mb of memory)  
< > The IPv6 protocol (EXPERIMENTAL)
  上面,帶*號的為必選項。然後就是常規的編譯內核過程,不再贅述。

  在這裡要注意一點:如果你使用的是RedHat自帶的內核或者從RedHat下載的內核版本,已經預先打好了LVS的補丁。這可以通過查看/usr/src/linux/net/目錄下有沒有幾個ipvs開頭的文件來判斷:如果有,則說明已經打過補丁。

  編寫LVS配置文件,實例中的配置文件如下:

#lvs_dr.conf (C) Joseph Mack [email protected]  
LVS_TYPE=VS_DR  
INITIAL_STATE=on  
VIP=eth0:101 192.168.0.101 255.255.255.0 192.168.0.0  
DIRECTOR_INSIDEIP=eth0 192.168.0.1 192.168.0.0 255.255.255.0 192.168.0. 255  
SERVICE=t telnet rr rs1:telnet rs2:telnet  
SERVICE=t www rr rs1:www rs2:www  
SERVER_VIP_DEVICE=dummy0  
SERVER_NET_DEVICE=eth0  
#----------end lvs_dr.conf------------------------------------

  將該文件置於/etc/lvs目錄下。

  使用LVS的配置腳本產生lvs.conf文件。該配置腳本可以從http://www.linuxvirtualserver.org/Joseph.Mack/configure-lvs_0.8.tar.gz 單獨下載,在ipvs-1.0.6-2.2.19.tar.gz包中也有包含腳本configure的使用方法:

[root@vs2 lvs]# configure lvs.conf

  這樣會產生幾個配置文件,這裡我們只使用其中的rc.lvs_dr文件。修改/etc/rc.d/init.d/rc.local,增加如下幾行: //本文來自電腦軟硬件應用網www.45it.com轉載請注明

echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward  
echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_always_defrag  
# 顯示最多調試信息  
echo 10 > /proc/sys/net/ipv4/vs/debug_level

  配置NFS服務。這一步僅僅是為了方便管理,不是必須的步驟。假設配置文件lvs.conf文件放在/etc/lvs目錄下,則/etc/exports文件的內容為:

/etc/lvs ro(rs1,rs2)

  然後使用exportfs命令輸出這個目錄:

[root@vs2 lvs]# exportfs

  如果遇到什麼麻煩,可以嘗試:

[root@vs2 lvs]# /etc/rc.d/init.d/nfs restart  
[root@vs2 lvs]# exportfs

  這樣,各個real server可以通過NFS獲得rc.lvs_dr文件,方便了集群的配置:你每次修改lvs.conf中的配置選項,都可以即可反映在rs1,rs2的相應目錄裡。 修改/etc/syslogd.conf,增加如下一行: kern.* /var/log/kernel_log。這樣,LVS的一些調試信息就會寫入/var/log/kernel_log文件中。

  Real Server的配置

  Real Server的配置相對簡單,主要是是以下幾點:

  配置telnet和WWW服務。telnet服務沒有需要特別注意的事項,但是對於www服務,需要修改httpd.conf文件,使得apache在虛擬服務器的ip地址上監聽,如下所示:

Listen 192.168.0.101:80

  關閉Real Server上dummy0的arp請求響應能力。這是必須的,具體原因請參見 ARP problem in LVS/TUN and LVS/DR關閉dummy0的arp響應的方式有多種,比較簡單地方法是,修改/etc/rc.d/rc.local文件,增加如下幾行:

echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/hidden  
ifconfig dummy0 up  
ifconfig dummy0 192.168.0.101 netmask 255.255.255.0 broadcast 192.168. 0.0 up  
echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/conf/dummy0/hidden  
再次修改/etc/rc.d/rc.local,增加如下一行:(可以和步驟2合並)  
echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward

  四 LVS的測試

  好了,經過了上面的配置步驟,現在可以測試LVS了,步驟如下:

  分別在vs1,rs1,rs2上運行/etc/lvs/rc.lvs_dr。注意,rs1,rs2上面的/etc/lvs目錄是vs2輸出的。如果您的NFS配置沒有成功,也可以把vs1上/etc/lvs/rc.lvs_dr復制到rs1,rs2上,然後分別運行。確保rs1,rs2上面的apache已經啟動並且允許telnet。

  然後從client運行telnet 192.168.0.101,如果登錄後看到如下輸出就說明集群已經開始工作了。(假設以guest用戶身份登錄)

  [guest@rs1 guest]$-----------說明已經登錄到服務器rs1上。

  再開啟一個telnet窗口,登錄後會發現系統提示變為:

  [guest@rs2 guest]$-----------說明已經登錄到服務器rs2上。

  然後在vs2上運行如下命令:

[root@vs2 /root]ipvsadm

  運行結果應該為:

IP Virtual Server version 1.0.6 (size=4096)  
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags  
-> RemoteAddress:Port Forward Weight ActiveConn InActConn  
TCP 192.168.0.101:telnet rr  
-> rs2:telnet Route 1 1 0  
-> rs1:telnet Route 1 1 0  
TCP 192.168.0.101:www rr  
-> rs2:www Route 1 0 0  
-> rs1:www Route 1 0 0

  至此已經驗證telnet的LVS正常。然後測試一下WWW是否正常:用你的浏覽器查看http://192.168.0.101/是否有什麼變化?為了更明確的區別響應來自那個Real Server,可以在rs1,rs2上面分別放置如下的測試頁面(test.html):

我是real server #1 or #2

  然後刷新幾次頁面(http://192.168.0.101/test.html),如果你看到“我是real server #1”和“我是real server #2”交替出現,說明www的LVS系統已經正常工作了。

  但是由於Internet Explore 或者Netscape本身的緩存機制,你也許總是只能看到其中的一個。不過通過ipvsadm還是可以看出,頁面請求已經分配到兩個Real Server上了,如下所示:

IP Virtual Server version 1.0.6 (size=4096) 
Prot LocalAddress:Port Scheduler Flags 
-> RemoteAddress:Port       Forward Weight ActiveConn InActConn 
TCP 192.168.0.101:telnet rr 
-> rs2:telnet Route 1 0 0 
-> rs1:telnet Route 1 0 0 
TCP 192.168.0.101:www rr 
-> rs2:www Route 1 0 5 
-> rs1:www Route 1 0 4

  或者,可以采用linux的lynx作為測試客戶端,效果更好一些。如下運行命令:

[root@client /root]while true; do lynx -dump  
http://10.64.1.56/test.html; sleep 1; done

  這樣,每隔1秒鐘“我是realserver #1”和“我是realserver #2”就交替出現一次,清楚地表明響應分別來自兩個不同的Real Server。

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