Linux操作系统下的集群原理及实战经历

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一 集群和Linux上的集群解决方案 　　集群系统(Cluster)主要解决下面几个问题：
　　高可靠性（HA）
　　利用集群管理软件，当主服务器故障时，备份服务器能够自动接管主服务器的工作，并及时切换过去，以实现对用户的不间断服务。
　　高性能计算（HP）
　　即充分利用集群中的每一台计算机的资源，实现复杂运算的并行处理，通常用于科学计算领域，比如基因分析，化学分析等。
　　负载平衡
　　即把负载压力根据某种算法合理分配到集群中的每一台计算机上，以减轻主服务器的压力，降低对主服务器的硬件和软件要求。
　　基于Linux的集群解决方案可谓百花齐放。在实际应用中，最常见的情况是利用集群解决负载平衡问题，比如用于提供WWW服务。在这里主要展示如何使用LVS(Linux Virtial Server)来实现实用的WWW负载平衡集群系统。
　　二 LVS简介
　　LVS是章文嵩博士发起和领导的优秀的集群解决方案，许多商业的集群产品，比如RedHat的Piranha，TurboLinux公司的Turbo Cluster等，都是基于LVS的核心代码的。在现实的应用中，LVS得到了大量的部署，请参考http://www.linuxvirtualserver.org/deployment.html。关于Linux LVS的工作原理和更详细的信息，请参考http://www.linuxvirtualserver.org。
　　三 LVS配置实例
　　通过Linux LVS，实现WWW，Telnet服务的负载平衡。这里实现Telnet集群服务仅为了测试上的方便。
　　LVS有三种负载平衡方式，NAT（Network Address Translation），DR（Direct Routing），IP Tunneling。其中，最为常用的是DR方式，因此这里只说明DR(Direct Routing)方式的LVS负载平衡。为测试方便，4台机器处于同一网段内，通过一交换机或者集线器相连。实际的应用中，最好能将虚拟服务器vs1和真实服务器rs1, rs2置于于不同的网段上，即提高了性能，也加强了整个集群系统的安全性。
　　服务器的软硬件配置
　　首先说明，虽然本文的测试环境中用的是3台相同配置的服务器，但LVS并不要求集群中的服务器规格划一，相反，可以根据服务器的不同配置和负载情况，调整负载分配策略，充分利用集群环境中的每一台服务器。
　　这3台服务器中，vs1作为虚拟服务器（即负载平衡服务器），负责将用户的访问请求转发到集群内部的rs1,rs2，然后由rs1,rs2分别处理。client为客户端测试机器，可以为任意操作系统。 4台服务器的操作系统和网络配置分别为：

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是允许用户访问的IP。
　　虚拟服务器的集群配置
　　大部分的集群配置工作都在虚拟服务器vs1上面，需要下面的几个步骤：
　　重新编译内核。
　　首先，下载最新的Linux内核，版本号为2.2.19，下载地址为：http://www.kernel.org/，解压� ... c/linux目录下。
　　其次需要下载LVS的内核补丁，地址为：http://www.linuxvirtualserver.or ... c/linux目录下。
　　然后，对内核打补丁，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编译Linux的内核。特别注意以下选项：

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) <--最好选择此项，以便观察LVS的调试信息  
* (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，带*号的为必选项。然后就是常规的编译内核过程，不再赘述。
　　在这里要注意一点：如果你使用的是RedHat自带的内核或者从RedHat下载的内核版本，已经预先打好了LVS的补丁。这可以通过查看/usr/src/linux/net/目录下有没有几个ipvs开头的文件来判断：如果有，则说明已经打过补丁。
　　编写LVS配置文件，实例中的配置文件如下：

#lvs_dr.conf (C) Joseph Mack mack@ncifcrf.gov  
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------------------------------------
　　将该文件置于/etc/lvs目录下。
　　使用LVS的配置脚本产生lvs.conf文件。该配置脚本可以从http://www.linuxvirtualserver.or ... gure-lvs_0.8.tar.gz 单独下载，在ipvs-1.0.6-2.2.19.tar.gz包中也有包含脚本configure的使用方法：

[root@vs2 lvs]# configure lvs.conf
　　这样会产生几个配置文件，这里我们只使用其中的rc.lvs_dr文件。修改/etc/rc.d/init.d/rc.local，增加如下几行：

echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward  
echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_always_defrag  
# 显示最多调试信息  
echo 10 > /proc/sys/net/ipv4/vs/debug_level
　　配置NFS服务。这一步仅仅是为了方便管理，不是必须的步骤。假设配置文件lvs.conf文件放在/etc/lvs目录下，则/etc/exports文件的内容为：

/etc/lvs ro(rs1,rs2)
　　然后使用exportfs命令输出这个目录:

[root@vs2 lvs]# exportfs
　　如果遇到什么麻烦，可以尝试：

[root@vs2 lvs]# /etc/rc.d/init.d/nfs restart  
[root@vs2 lvs]# exportfs
　　这样，各个real server可以通过NFS获得rc.lvs_dr文件，方便了集群的配置:你每次修改lvs.conf中的配置选项，都可以即可反映在rs1,rs2的相应目录里。 修改/etc/syslogd.conf，增加如下一行： kern.* /var/log/kernel_log。这样，LVS的一些调试信息就会写入/var/log/kernel_log文件中。
　　Real Server的配置
　　Real Server的配置相对简单，主要是是以下几点：
　　配置telnet和WWW服务。telnet服务没有需要特别注意的事项，但是对于www服务，需要修改httpd.conf文件，使得apache在虚拟服务器的ip地址上监听，如下所示：

Listen 192.168.0.101:80
　　关闭Real Server上dummy0的arp请求响应能力。这是必须的，具体原因请参见 ARP problem in LVS/TUN and LVS/DR关闭dummy0的arp响应的方式有多种，比较简单地方法是，修改/etc/rc.d/rc.local文件，增加如下几行：

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：（可以和步骤2合并）  
echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward
　　四 LVS的测试
　　好了，经过了上面的配置步骤，现在可以测试LVS了，步骤如下：
　　分别在vs1，rs1，rs2上运行/etc/lvs/rc.lvs_dr。注意，rs1,rs2上面的/etc/lvs目录是vs2输出的。如果您的NFS配置没有成功，也可以把vs1上/etc/lvs/rc.lvs_dr复制到rs1,rs2上，然后分别运行。确保rs1,rs2上面的apache已经启动并且允许telnet。
　　然后从client运行telnet 192.168.0.101，如果登录后看到如下输出就说明集群已经开始工作了。（假设以guest用户身份登录）
　　[guest@rs1 guest]$-----------说明已经登录到服务器rs1上。
　　再开启一个telnet窗口，登录后会发现系统提示变为：
　　[guest@rs2 guest]$-----------说明已经登录到服务器rs2上。
　　然后在vs2上运行如下命令：

[root@vs2 /root]ipvsadm
　　运行结果应该为：

IP Virtual Server version 1.0.6 (size=4096)  
Prot LocalAddressort Scheduler Flags  
-> RemoteAddressort 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
　　至此已经验证telnet的LVS正常。然后测试一下WWW是否正常：用你的浏览器查看http://192.168.0.101/是否有� ... 应来自那个Real Server，可以在rs1,rs2上面分别放置如下的测试页面(test.html)：

我是real server #1 or #2
　　然后刷新几次页面（http://192.168.0.101/test.html），如果你看到“我是real server #1”和“我是real server #2”交替出现，说明www的LVS系统已经正常工作了。
　　但是由于Internet Explore 或者Netscape本身的缓存机制，你也许总是只能看到其中的一个。不过通过ipvsadm还是可以看出，页面请求已经分配到两个Real Server上了，如下所示：

IP Virtual Server version 1.0.6 (size=4096)
Prot LocalAddressort Scheduler Flags
-> RemoteAddressort       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作为测试客户端，效果更好一些。如下运行命令：

[root@client /root]while true; do lynx -dump  
http://10.64.1.56/test.html; sleep 1; done
　　这样，每隔1秒钟“我是realserver #1”和“我是realserver #2”就交替出现一次，清楚地表明响应分别来自两个不同的Real Server。
本文转自：http://www.phpnote.cn/html/20/1/1151/1.htm