Linux作業系統下的叢集原理及實戰經曆

一 叢集 和 Linux 上的叢集解決方案

　　叢集系統(Cluster)主要解決下面幾個問題：

　　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，並及時切換過去，以實現對使用者的不間斷服務。

 高效能運算（HP）

　　即充分利用叢集中的每一台電腦的資源，實現複雜運算的平行處理，通常用於科學計算領域，比如基因分析，化學分析等。

　　Server Load Balancer

　　即把負載壓力根據某種演算法合理分配到叢集中的每一台電腦上，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。

　　基於Linux的叢集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叢集解決Server Load Balancer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WWWServer Load Balancer叢集系統。

　　二 LVS簡介

　　LVS是章文嵩博士發起和領導的優秀的叢集解決方案，許多商業的叢集產品，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資訊，請參考http://www.linuxvirtualserver.org。

　　三 LVS配置執行個體

　　通過Linux LVS，實現WWW，Telnet服務的Server Load Balancer。這裡實現Telnet叢集服務僅為了測試上的方便。

　　LVS有三種Server Load Balancer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LVSServer Load Balancer。為測試方便，4台機器處於同一網段內，通過一交換器或者集線器相連。實際的應用中，最好能將虛擬伺服器vs1和真實伺服器rs1, rs2置于于不同的網段上，即提高了效能，也加強了整個叢集系統的安全性。

　　伺服器的軟硬體設定

　　首先說明，雖然本文的測試環境中用的是3台相同配置的伺服器，但LVS並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情況，調整負載分配策略，充分利用叢集環境中的每一台伺服器。

　　這3台伺服器中，vs1作為虛擬伺服器（即Server Load Balancer伺服器），負責將使用者的訪問請求轉寄到叢集內部的rs1,rs2，然後由rs1,rs2分別處理。client為用戶端測試機器，可以為任意作業系統。 4台伺服器的作業系統和網路設定分別為：

 

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是允許使用者訪問的IP。
虛擬伺服器的叢集配置

　　大部分的叢集配置工作都在虛擬伺服器vs1上面，需要下面的幾個步驟：

　　重新編譯核心。

　　首先，下載最新的Linux核心，版本號碼為2.2.19，為：http://www.kernel.org/，解壓縮後置於/usr/src/linux目錄下。

　　其次需要下載LVS的核心補丁，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核心不是2.2.19版本的，請下載相應版本的LVS核心補丁。將ipvs-1.0.6-2.2.19.tar.gz解壓縮後置於/usr/src/linux目錄下。

　　然後，對核心打補丁，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

　　下面就是重新設定和編譯Linux的核心。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的調試資訊 * (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核心過程，不再贅述。

　　在這裡要注意一點：如果你使用的是RedHat內建的核心或者從RedHat下載的核心版本，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開頭的檔案來判斷：如果有，則說明已經打過補丁。

　　編寫LVS設定檔，執行個體中的設定檔如下：

 

#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------------------------------------

　　將該檔案置於/etc/lvs目錄下。

　　使用LVS的配置指令碼產生lvs.conf檔案。該配置指令碼可以從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包中也有包含指令碼configure的使用方法：

 

[root@vs2 lvs]# configure lvs.conf

　　這樣會產生幾個設定檔，這裡我們只使用其中的rc.lvs_dr檔案。修改/etc/rc.d/init.d/rc.local，增加如下幾行：

 

echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_always_defrag # 顯示最多調試資訊 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。假設設定檔lvs.conf檔案放在/etc/lvs目錄下，則/etc/exports檔案的內容為：

 

/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檔案，方便了叢集的配置: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的一些調試資訊就會寫入/var/log/kernel_log檔案中。

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檔案，使得apache在虛擬伺服器的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檔案，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合并） 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複製到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）

　　[guest@rs1 guest]$-----------說明已經登入到伺服器rs1上。

　　再開啟一個telnet視窗，登入後會發現系統提示變為：

　　[guest@rs2 guest]$-----------說明已經登入到伺服器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：用你的瀏覽器查看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

　　然後重新整理幾次頁面（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本身的緩衝機制，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，可以採用linux的lynx作為測試用戶端，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。