Linux 集群大全 |
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级别: 初级 陆飞杭州市地方税务局西湖征收管理局 2003 年 9 月 17 日 随 着Internet技术的迅猛发展,网络技术、性能的不断提高,高可伸缩性、高可用性、可管理性、价格有效性的网络服务技术将成为网络服务技术的主导。各 种平台下的技术方案应运而生。本文试图以一篇完整的理论+实践性的文字来介绍如何在优秀的开源操作系统Linux下创建低成本、高性能、高可用的服务集群 系统。文中所使用的系统和软件包均为最新版本。希望通过对本文的阅读能使你对如何创建Linux下的集群系统有所帮助。 1.Linux下的解决方案 Linux下的集群系统通常可以分为三类:
本文所要介绍的是前两类集群的一个完美的组合。 1.1. Linux Virtual Server项目 在1998 年5月,由章文嵩博士成立了Linux Virtual Server的自由软件项目,进行Linux服务器集群的开发工作。同时,Linux Virtual Server项目也是国内最早出现的自由软件项目之一。该项目针对高可伸缩、高可用网络服务的需求,给出了基于IP层和基于内容请求分发的负载平衡调度解 决方法,它通过前端一个负载调度器(Load Balancer)无缝地将网络请求调度到真实服务器上,从而使得服务器集群的结构对客户是透明的,客户访问集群系统提供的网络服务就像访问一台高性能、 高可用的服务器一样。客户程序不受服务器集群的影响不需作任何修改。系统的伸缩性通过在服务机群中透明地加入和删除一个节点来达到,通过检测节点或服务进 程故障和正确地重置系统达到高可用性。并在Linux内核中实现了这些方法,将一组服务器构成一个实现可伸缩的、高可用网络服务的虚拟服务器。 虚拟服务器的体系结构如图2所示。 图2:虚拟服务器的结构 1.1.1. LVS的核心软件IPVS 在调度器的实现技术中,IP负载均衡技术是效率最高的。在已有的IP负载均衡技术中有通过网络地址转换(Network Address Translation)VS/NAT技术的基础上,IPVS软件实现了三种IP负载均衡技术: 1)Virtual Server via Network Address Translation(VS/NAT) 网络地址转换 (如图1) 针对不同的网络服务需求和服务器配置,IPVS调度器实现了如下十种负载调度算法:
其中9-10是最新1.09版IPVS软件包中新增的调度算法,这十种调度算法将会在后面的ipvsadm配置文件中用到,通常用英文单词的第一个字母的缩写来表示。例如:轮叫(Round Robin)表示为rr。 三种IP负载均衡技术的优缺点比较
三种IP负载均衡技术中特别是后两种技术VS/TUN,VS/DR极大地提高系统的伸缩性,它们的相关技术原理不是本文讨论的重点,若需了解详细内容,请参看章文嵩博士的相关撰文。 图1 图2 图3 1.2. High Availability of LVS 较为成熟的方案有mon+heartbeat+fake+coda 和ldirectord+heartbeat 方案,本文我们采用的是ldirectord+heartbeat 方案。 1.2.1. Heartbeat Linux-HA 项目开始于 1998 年,是 Linux-HA HOWTO(Haranld Milz 著)的产物。该项目目前由 Alan Robertson 领导,许多其他代码提供者也参与其中。1.0.3版本是2003年6月发布的最新稳定版本。 Heartbeat 通过通信介质(通常是串行设备和以太网)监控节点的"健康"状况。最好有多个冗余介质,以便我们既可以使用串行线又可以使用以太网链接。每个节点运行一个 守护程序进程(称为"心跳")。主守护程序派生出读和写每个心跳介质的子进程,以及状态进程。当检测到某个节点发生故障时,Heartbeat 运行 shell 脚本来启动(或停止)辅助节点上的服务。按照设计,这些脚本使用与系统 init 脚本(通常位于 /etc/init.d 中)相同的语法。缺省脚本是为文件系统、Web 服务器和虚拟 IP 故障转移提供的。 1.2.2. Ldirectord "ldirectord"(Linux Director Daemon)是Jacob Rief编程实现的一个独立进程,以实现对服务和物理服务器的监测,广泛地用于http和https等服务, Ldirectord与mon相比,优点如下:
1.2.3. ldirectord+heartbeat的绝妙组合 ldirectord +heartbeat方案前端负载调度器采用双机热备份方式,双机均安装双网卡,一个网卡用于连接集群系统,另一个作为冗余心跳线路连接双机。采用串口线 + 以太网口做为冗余心跳线路,以确保双机热备份的可靠性,消除由于主负载调度器或心跳线故障带来的集群单点故障。 在主负载 调度器及备份负载调度器同时安装ldirectord及heartbeat,并同时运行Heartbeat,相互监视"健康"状况,一旦备份负载调度器监 测到主负载调度器发生故障,备份服务器通过运行shell脚本来启动备份调度器上服务来完成虚拟 IP 故障转移,通过ipvsadm启动LVS及ldirectord,完成负载调度器的整体接管。一旦主负载调度器恢复正常工作,备份负载将通过脚本停掉备份 负载调度器上的LVS及ldirectord,同时完成虚拟 IP 故障转移,主负载调度器重新恢复接管LVS及ldirectord监控服务。这样负载调度器就完成了一个标准的接管及恢复过程。 该方案结构清晰明了,安装简便,并且ldirectord是专门为LVS所开发,针对性强,无缝衔接,配合默契,堪称绝妙组合。
2. LVS在Red Hat 9.0上的具体实现 2.1. 实现目标: 实 现以常用、效率最高的LVS-DR IP负载技术为基础,以高可用性(HA)+ 高性能 + 高性能/价格比 + 高可伸缩性为最终目的。负载均衡器采用HA技术构架,采用Heartbeat软件包,heartbeat采用串口、网络口冗余线路,保证24X7不间断运 行。结构如图: Setup LVS using LVS-DR forwarding
2.2. 设备要求: 因 为负载均衡器和真实服务器节点均有软硬件冗余保障,所以硬件设备可以根据具体资金情况及提供服务规模而定。当然最好采用支持RAID,SCSI,内存 ECC校验,热插拔等技术的专用服务器,以提供稳定高效的服务。对于非关键业务服务,也可以考虑采用最新支持IDE RAID(0,1,0+1,1.5,5)的服务器,可以获得一个良好的性能/价格比。当然,如果你是一个对硬件技术细节非常熟悉,说话又有分量,对自己非 常有信心,敢冒风险,崇尚节约、实用性的人,那么DIY一组高性价比的服务器集群,也是一件非常有意义而且充满乐趣的工作。 2.3.原始软件环境: Red Hat 9.0 完全安装 如 果你使用的是Red Hat 8 ,那么你很幸运。Red Hat 8 (kernel-2.4.18-14)已经预先打了ipvs的补丁,在预安装的内核中已将ipvs编译成模块,可以通过检查 /lib/modules/2.4.18-14/kernel/net/ipv4/ipvs 是否存在来判断。可以直接安装ipvsadm。从Red Hat 9 (kernel-2.4.20-8),Red Hat 取消了ipvs的补丁及预编译ipvs为模块的内核,且Red Hat 9 自带的kernel-2.4.20-8的内核无法通过ipvs补丁linux-2.4.20-ipvs-1.0.9 .patch.gz的编译,至少在我的两台P4的机器上都没有通过编译。标准内核linux-2.4.20.tar.gz则可以通过编译。所以我们将采用 www.kernel.org上的标准内核kernel-2.4.20.tar.gz来构造我们的集群系统。 2.4.需下载软件包: # Linux kernel # ipvs patch # ipvs tar ball # hidden patch(已经包括在ipvs-1.0.9.tar.gz,可不用下载) # ipvsadm (已包含在ipvs-1.0.9.tar.gz包中, 可不用下载) # Ldirectord # heartbeat 2.5. 安装要求: 2.5.1 Director:
2.5.2 RealServes: (在LVS-NAT方式下,不需要打任何补丁) 内核打arp的补丁hidden-2.4.20pre10-1.diff (arp problem for LVS-DR/LVS-Tun)编译新内核。
如果你不知道你的内核源代码是否已经预打过ipvs的补丁, 可以询问你的Linux发行版的制造商或查看相关ipvs 文件,文件名类似于 /usr/src/linux-2.4/net/ipv4/ip_vs_*.c。 2.6. 安装步骤: 2.6.1 Director或RealServer上内核的安装:
相关网络内核选项: 相关LVS内核选项:
如果要安装该内核在其它机器上:
2.6.2 Director上ipvsadm 的安装: 用打过ipvs和hidden(for LVS-DR/LVS-Tun)补丁的新内核启动linux
检查ipvsadm 探测到内核的ipvs的补丁可以运行
如果成功你会看到类似于如下内容:
说明安装成功 运行lsmod | grep ip_vs 可以看到ip_vs模块已经被插入内核运行。 2.6.3. 运行脚本( Run Scripts ) 以下以最常用的LVS-DR模式来介绍相关的脚本设置 ( 以Telnet服务, 轮叫(rr)策略为例 ) 2.6.3.1 Director上:
该段运行脚本对于熟悉Linux网络配 置的读者来说应该很容易理解。由于LVS是通过对标准内核打补丁,在内核级提供支持,所以在LVS-DR模式下,首先是进行内核的相关设置。要关闭标准内 核下的ip_forward转发方式,即置为0。同时因为LVS-DR模式下,集群的网关是外部网关,而不是负载均衡器。所以要打开icmp包的重定向设 置send_redirects 置为1。接着就是绑定集群的虚拟服务器的IP地址,并添加一条到该IP地址的主机路由。然后对该虚拟IP做一些必要的自我检测,同时列出路由表。最后是有 关ipvasdm的设置,首先清空ipvasdm表,然后添加需要提供负载均衡的服务及调度策略,这里例举的是telnet服务,也可以直接使用端口号, 调度策略为轮叫(rr)策略。最后添加转发到真实服务器的直接路由,如果有多台RealServer或需要提供多种服务的负载均衡,依次添加。再做一些到 RealServer的网络测试(也可不要),最后显示ipvasdm所有的设置信息。 注意: ipvs -1.0.9.tar.gz中包含的ipvsadm是1.21版,安装后在/etc/rc.d/init.d/目录下自动生成了标准的init服务脚本, 如果你的Director没有安装备份服务器,你可以通过服务管理工具让它在相应的运行级里自动运行,如果Director是HA系统,则由 heartbeat控制运行。 另外该服务脚本提供了配置保存功能。配置文件为:/etc/sysconfig/ipvsadm 你必须手工建立。然后在其中输入规则和策略: 例如:
然后存盘。 或直接运行:
然后运行:/etc/rc.d/init.d/ipvsadm save 就可以保存当前配置到/etc/sysconfig/ipvsadm文件中。 在具有HA系统的Director上,ipvsadm可以方便地被Heartbeat管理-启动、停止。Director上的VIP(虚拟)服务器地址由Heartbeat负责设置和切换。 做法如下: 在Heartbeat的配置文件haresources中加类似入如下一行: linuxha1 IPaddr::192.168.7.110/24/192.168.7.255 ipvsadm ldirectord::www ldirectord::mail 2.6.3.2. RealServers上:
该段脚本和上面的脚本比较类似,相信不 用再多做介绍了。需要注意的是:LVS-DR模式下,缺省网关的设置。集群的网关是外部网关,而不是负载均衡器。还有就是RealServer上绑定的 VIP地址的设备lo:0。另外不要忘了开启not arp补丁的设置开关。相信你已经很清楚了。 你也可以把以上脚本改写成符合init语法的标准脚本,放到/etc/rc.d/init.d/下面运行,或直接加到/etc/init.d/rc.local下运行。 改写为标准init语法脚本如下:
然后: |