利用叢集技術實作Web伺服器負載均衡

　　叢集和負載均衡的概念 　　叢集(Cluster) 　　所謂叢集是指一組獨立的計算機系統構成的一個松耦合的多處理器系統，它們之間通過網絡實作程序間的通信。應用程式可以通過網絡共享記憶體進行消息傳送，實作分布式計算機。 　　負載均衡(Load Balance) 　　網絡的負載均衡是一種動态均衡技術，通過一些工具實時地分析資料包，掌握網絡中的資料流量狀況，把任務合理均衡地配置設定出去。這種技術基于現有網絡結構，提供了一種擴充伺服器帶寬和增加伺服器吞吐量的廉價有效的方法，加強了網絡資料處理能力，提高了網絡的靈活性和可用性。 　　特點 　　（1）高可靠性（HA）。利用叢集管理軟體，當主伺服器故障時，備份伺服器能夠自動接管主伺服器的工作，并及時切換過去，以實作對使用者的不間斷服務。 　　（2）高性能計算（HP）。即充分利用叢集中的每一台計算機的資源，實作複雜運算的并行處理，通常用于科學計算領域，比如基因分析、化學分析等。 　　（3）負載平衡。即把負載壓力根據某種算法合理配置設定到叢集中的每一台計算機上，以減輕主伺服器的壓力，降低對主伺服器的硬體和軟體要求。 　　LVS系統結構與特點 　　1. Linux Virtual Server：簡稱LVS。是由中國一個Linux程式員章文嵩博士發起和上司的，基于Linux系統的伺服器叢集解決方案，其實作目标是建立一個具有良好的擴充性、高可靠性、高性能和高可用性的體系。許多商業的叢集産品，比如RedHat的Piranha、 Turbo Linux公司的Turbo Cluster等，都是基于LVS的核心代碼的。 　　2. 體系結構：使用LVS架設的伺服器叢集系統從體系結構上看是透明的，最終使用者隻感覺到一個虛拟伺服器。實體伺服器之間可以通過高速的 LAN或分布在各地的WAN相連。最前端是負載均衡器，它負責将各種服務請求分發給後面的實體伺服器，讓整個叢集表現得像一個服務于同一IP位址的虛拟伺服器。 　　3. LVS的三種模式工作原理和優缺點：　Linux Virtual Server主要是在負載均衡器上實作的，負載均衡器是一台加了 LVS Patch的2．2．x版核心的Linux系統。LVS Patch可以通過重新編譯核心的方法加入核心，也可以當作一個動态的子產品插入現在的核心中。 　　負載均衡器可以運作在以下三種模式下： 　　（1）Virtual Server via NAT（VS-NAT）：用位址翻譯實作虛拟伺服器。位址轉換器有能被外界通路到的合法IP位址，它修改來自專有網絡的流出包的位址。外界看起來包是來自位址轉換器本身，當外界包送到轉換器時，它能判斷出應該将包送到内部網的哪個節點。優點是節省IP 位址，能對内部進行僞裝；缺點是效率低，因為傳回給請求方的流量經過轉換器。 　　（2）Virtual Server via IP Tunneling （VS-TUN）：用IP隧道技術實作虛拟伺服器。這種方式是在叢集的節點不在同一個網段時可用的轉發機制，是将IP包封裝在其他網絡流量中的方法。為了安全的考慮，應該使用隧道技術中的×××，也可使用租用專線。 叢集所能提供的服務是基于TCP/IP的Web服務、Mail服務、News服務、DNS服務、Proxy伺服器等等． 　　（3）Virtual Server via Direct Routing（VS-DR）：用直接路由技術實作虛拟伺服器。當參與叢集的計算機和作為控制管理的計算機在同一個網段時可以用此法，控制管理的計算機接收到請求包時直接送到參與叢集的節點。優點是傳回給客戶的流量不經過控制主機，速度快開銷少。 　　以四台伺服器為例實作負載均衡： 　　安裝配置LVS 　　1. 安裝前準備： 　　（1）首先說明，LVS并不要求叢集中的伺服器規格劃一，相反，可以根據伺服器的不同配置和負載狀況，調整負載配置設定政策，充分利用叢集環境中的每一台伺服器。如下表： 　　Srv Eth0 Eth0：0 Eth1 Eth1：0 　　vs1 10.0.0.1 10.0.0.2 192.168.10.1 192.168.10.254 　　vsbak 10.0.0.3 192.168.10.102 　　real1 192.168.10.100 　　real2 192.168.10.101 　　其中，10.0.0.2是允許使用者通路的IP。 　　（2）這4台伺服器中，vs1作為虛拟伺服器（即負載平衡伺服器），負責将使用者的通路請求轉發到叢集内部的real1，real2，然後由real1，real2分别處理。 Client為用戶端測試機器，可以為任意作業系統。 　　（3）所有OS為redhat6.2，其中vs1 和vsbak 的核心是2.2.19， 而且patch過ipvs的包， 所有real server的Subnet mask 都是24位， vs1和vsbak 的10.0.0. 網段是24 位。 　　2.了解LVS中的相關術語 　　（1） ipvsadm ：ipvsadm是LVS的一個使用者界面。在負載均衡器上編譯、安裝ipvsadm。 　　（2） 排程算法： LVS的負載均衡器有以下幾種排程規則：Round-robin，簡稱rr；weighted Round-robin，簡稱wrr；每個新的連接配接被輪流指派到每個實體伺服器。Least-connected，簡稱lc；weighted Least-connected，簡稱wlc，每個新的連接配接被配置設定到負擔最小的伺服器。 　　（3） Persistent client connection，簡稱pcc，（持續的用戶端連接配接，核心2.2.10版以後才支援）。所有來自同一個IP的用戶端将一直連接配接到同一個實體伺服器。逾時時間被設定為360秒。Pcc是為https和cookie服務設定的。在這處排程規則下，第一次連接配接後，所有以後來自相同用戶端的連接配接（包括來自其它端口）将會發送到相同的實體伺服器。但這也會帶來一個問題，因為大約有25％的Internet 可能具有相同的IP位址。 　　（4） Persistent port connection排程算法：在核心2．2．12版以後，pcc功能已從一個排程算法（你可以選擇不同的排程算法：rr、wrr、lc、wlc、pcc）演變成為了一個開關選項（你可以讓rr、 wrr、lc、wlc具備pcc的屬性）。在設定時，如果你沒有選擇排程算法時，ipvsadm将預設為wlc算法。 在Persistent port connection(ppc)算法下，連接配接的指派是基于端口的，例如，來自相同終端的80端口與443端口的請求，将被配置設定到不同的實體伺服器上。不幸的是，如果你需要在的網站上采用cookies時将出問題，因為http是使用80端口，然而cookies需要使用443端口，這種方法下，很可能會出現cookies不正常的情況。 　　（5）Load Node Feature of Linux Director：讓Load balancer 也可以處理users 請求。 　　（6）IPVS connection synchronization。 　　（7）ARP Problem of LVS/TUN and LVS/DR：這個問題隻在LVS/DR，LVS/TUN 時存在。 　　3. 配置執行個體 　　（1） 需要的軟體包和包的安裝： 　　I． piranha-gui-0．4．12-2*．rpm (GUI接口cluster設定工具)； 　　II． piranha-0．4．12-2*．rpm； 　　III． ipchains-1．3．9-6lp*．rpm (架設NAT)。 　　取得套件或mount到CD光牒，進入RPMS目錄進行安裝: 　　# rpm -Uvh piranha* 　　# rpm -Uvh ipchains* 　　（2） real server群： 　　真正提供服務的server(如web server)，在NAT形式下是以内部虛拟網域的形式，設定如同一般虛拟網域中Client端使用網域：192.168.10.0/24 架設方式同一般使用虛拟IP之區域網路絡。 　　a. 設網卡IP 　　real1 ：192.168.10.100/24 　　real2 ：192.168.10.101/24 　　b.每台server均将default gateway指向192.168.10.254。 192.168.10.254為該網域唯一對外之信道，設定在virtual server上，使該網域進出均需通過virtual server 。 　　c.每台server均開啟httpd功能供web server服務，可以在各real server上放置不同内容之網頁，可由浏覽器觀察其對各real server讀取網頁的情形。 　　d.每台server都開啟rstatd、sshd、rwalld、ruser、rsh、rsync，并且從Vserver上面拿到相同的lvs.conf檔案。 　　（3） virtual server： 　　作用在導引封包的對外主機，專職負責封包的轉送，不提供服務，但因為在NAT型式下必須對進出封包進行改寫，是以負擔亦重。 　　a.IP設定： 　　對外eth0：IP：10.0.0.1 eth0：0 ：10.0.0.2 　　對内eth1：192.168.10.1 eth1：0 ：192.168.10.254 　　NAT形式下僅virtual server有真實IP，real server群則為透過virtual server． 　　b.設定NAT功能 　　# echo 1 >; /proc/sys/net/ipv4/ip_forward 　　# echo 1 >; /proc/sys/net/ipv4/ip_always_defrag 　　# ipchains -P forward MASQ 　　c.設定piranha 進入X-window中 (也可以直接編輯/etc/lvs.cf ) 　　a).執行面闆系統piranha 　　b)．設定“整體配置”(Global Settings) 主LVS伺服器主機IP：10.0.0.2， 標明網絡位址翻譯(預設) NAT路徑名稱： 192.168.10.254， NAT 路徑裝置： eth1：0 　　c)．設定虛拟伺服器(Virtual Servers) 添加編輯虛拟伺服器部分：(Virtual Server)名稱：(任意取名)；應用：http；協定： tcp；連接配接：80；位址：10.0……0.2；裝置：eth0：0； 重入時間：180 (預設)；服務延時：10 (預設)；加載監控工具：ruptime (預設)；排程政策：Weighted least-connections； 持續性：0 (預設)； 持續性屏蔽： 255.255.255.255 (預設)； 按下激活：實時伺服器部分：(Real Servers)； 添加編輯：名字：(任意取名)； 位址： 192.168.10.100； 權重：1 (預設) 按下激活 　　另一架real server同上，位址：192.168.10.101。 　　d). 控制/監控(Controls/Monitoring) 控制：piranha功能的激活與停止，上述内容設定完成後即可按開始鍵激活piranha．監控器：顯示ipvsadm設定之routing table内容 可立即更新或定時更新。 　　（4）備援主機的設定(HA) 　　單一virtual server的cluster架構virtual server 負擔較大，提供另一主機擔任備援，可避免virtual server的故障而使對外服務工作終止；備份主機随時處于預備狀态與virtual server互相偵測 　　a.備份主機： 　　eth0： IP 10.0.0.3 　　eth1： IP 192.168.10.102 同樣需安裝piranha，ipvsadm，ipchains等套件 　　b.開啟NAT功能(同上面所述)。 　　c.在virtual server(10.0.0.2)主機上設定。 　　a)．執行piranha備援度 ； 　　b)．按下“激活備援度”； 　　備援LVS伺服器IP： 10.0.0.3；HEARTBEAT間隔(秒數)： 2 (預設) 　　假定在…秒後進入DEAD狀态： 5 (預設)；　HEARTBEAT連接配接埠： 539 (預設) 　　c)．按下“套用”； 　　d)．至“控制/監控”頁，按下“在目前執行層添加PULSE DEAMON” ，按下“開始”； 　　e)．在監控器按下“自動更新”，這樣可由視窗中看到ipvsadm所設定的routing table，并且動态顯示real server聯機情形，若real server故障，該主機亦會從監視視窗中消失。 　　d.激活備份主機之pulse daemon （執行# /etc/rc.d/init.d/pulse start）。 　　至此，HA功能已經激活，備份主機及virtual server由pulse daemon定時互相探詢，一但virtual server故障，備份主機立刻激活代替；至virtual server 正常上線後随即将工作交還virtual server。 　　LVS測試 　　經過了上面的配置步驟，現在可以測試LVS了，步驟如下： 　　1. 分别在vs1，real1，real2上運作/etc/lvs/rc.lvs_dr。注意，real1，real2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複制到real1，real2上，然後分别運作。確定real1，real2上面的apache已經啟動并且允許telnet。 　　2. 測試Telnet：從client運作telnet 10.0.0.2， 如果登入後看到如下輸出就說明叢集已經開始工作了：（假設以guest使用者身份登入） 　　[[email protected] guest]$——說明已經登入到伺服器real1上。 　　再開啟一個telnet視窗，登入後會發現系統提示變為： 　　[[email protected] guest]$——說明已經登入到伺服器real2上。 　　3. 測試http：從client運作iexplore [url]http://10.0.0.2[/url] 　　因為在real1 和real2 上面的測試頁不同，是以登入幾次之後，顯示出的頁面也會有所不同，這樣說明real server 已經在正常工作了。

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