LVS集群技术

集群技术主要分为三大类：

 

• 高可用性(High Available Cluster)，例：

   

  Linux-HA

   

• 负载均衡(Load balancing Cluster)，例：

   

  LVS

  、

  MOSIX

   

• 高性能计算(High Performance Computing)，例：

   

  Beowulf

   

 

我们这里使用RedHat AS 3.x，LVS，Linux-HA，Ldirectord，构造一个高可用的负载均衡集群系统。如图：

 

 

screen.width*0.7) {this.resized=true; this.width=screen.width*0.7; this.alt='Click here to open new window\nCTRL+Mouse wheel to zoom in/out';}">

各层的作用：

 

• Load Balancer(负载均衡器)：

   

  Load Balancer是整个集群系统的前端，负责把客户请求转发到Real Server上。

  Backup是备份Load Balancer，当Load Balancer不可用时接替它，成为实际的Load Balancer。

  Load Balancer通过Ldirectord监测各Real Server的健康状况。在Real Server不可用时

  把它从群中剔除，恢复时重新加入。

• Server Array(服务器群)：

   

  Server Array是一组运行实际应用服务的机器，比如WEB, Mail, FTP, DNS, Media等等。

  在实际应用中，Load Balancer和Backup也可以兼任Real Server的角色。

• Shared Storage(共享存储)：

   

  Shared Storage为所有Real Server提供共享存储空间和一致的数据内容。

 

各服务器IP分配：

Virtual IP：

192.168.136.10

Load Balancer：

192.168.136.11

Backup：

192.168.136.12

Real Server 1：

192.168.136.101

Real Server 2：

192.168.136.102

Real Server 3：

192.168.136.103

IPVS

IPVS是LVS集群系统的核心软件，它的主要作用是：

 

• 安装在Load Balancer上，把发往Virtual IP的请求转发到Real Server上。

 

IPVS的负载均衡机制有三种，这里使用IP Tunneling机制：

 

• Virtual Server via NAT
• Virtual Server via IP Tunneling
• Virtual Server via Direct Routing

 

IPVS的负载调度算法有十种：

 

• 轮叫（Round Robin）
• 加权轮叫（Weighted Round Robin）
• 最少链接（Least Connections）
• 加权最少链接（Weighted Least Connections）
• 基于局部性的最少链接（Locality-Based Least Connections）
• 带复制的基于局部性最少链接（Locality-Based Least Connections with Replication）
• 目标地址散列（Destination Hashing ）
• 源地址散列（Source Hashing）
• 最短期望延迟(Shortest Expected Delay)
• 无须队列等待（Never Queue）

 

IPVS安装主要包括三方面：

 

• 在Load Banlancer上安装IPVS内核补丁
• 在Load Banlancer上安装IPVS管理软件
• 在Real Server上安装ARP hidden内核补丁

 

关于如何编译内核请参考其他文档，这里使用从UltraMonkey下载的已编译好的内核。

在Load Banlancer、Backup和Real Server上使用同一内核，IPVS和ARP hidden都已编译在这个内核里：

wget http://www.ultramonkey.org/download/2.0.1/rh.el.3.0/RPMS/mkinitrd-3.5.13-1.um.1.i386.rpm

wget http://www.ultramonkey.org/download/2.0.1/rh.el.3.0/RPMS/kernel-2.4.21-27.0.2.EL.um.1.i686.rpm

wget http://www.ultramonkey.org/download/2.0.1/rh.el.3.0/RPMS/kernel-smp-2.4.21-27.0.2.EL.um.1.i686.rpm

rpm -Fhv mkinitrd-3.5.13-1.um.1.i386.rpm

rpm -Fhv kernel-2.4.21-27.0.2.EL.um.1.i686.rpm

在Load Banlancer和Backup上安装IPVS管理软件：

wget http://www.linuxvirtualserver.org/software/kernel-2.4/ipvs-1.0.10.tar.gz

tar zxf ipvs-1.0.10.tar.gz

cd ipvs-1.0.10/ipvs/ipvsadm

make install

chkconfig --del ipvsadm

配置IPVS(/etc/sysconfig/ipvsadm)，添加Real Server：

-A -t 192.168.136.10:80 -s rr

-a -t 192.168.136.10:80 -r 192.168.136.11:80 -i

-a -t 192.168.136.10:80 -r 192.168.136.12:80 -i

-a -t 192.168.136.10:80 -r 192.168.136.101:80 -i

-a -t 192.168.136.10:80 -r 192.168.136.102:80 -i

-a -t 192.168.136.10:80 -r 192.168.136.103:80 -i

相关链接：

Kernel：

http://www.kernel.org/

IPVS和IPVSadm：

http://www.linuxvirtualserver.org/software/ipvs.html

ARP hidden：

http://www.ssi.bg/~ja/#hidden

注意事项：

1. Kernel,IPVS,IPVSadm,ARP hidden之间的版本必须对应。

2. 自己编译内核时，从http://www.kernel.org/下载标准内核源文件，不要使用发行版的内核源文件。

3. Kernel 2.4.28和2.6.10及以上版本已内置IPVS，有些Linux发行版也在其内核里编译了IPVS。

4. ARP hidden可以用arp_ignore/arp_announce或者arptables代替

HeartBeat

HeartBeat是Linux-HA的高可用性集群软件，它的主要作用是：

 

• 安装在Load Balancer和Backup上，运行于active/standby模式。

   

  当Load Balancer失效时，Backup自动激活，成为实际的Load Balancer。

• 切换到active模式时，按顺序启动Virtual IP、IPVS和Ldirectord。

   

  切换到standby模式时，按顺序关闭Ldirectord、IPVS和Virtual IP。

   

 

HeartBeat串口线连接测试方法：

在Load Balancer上：cat /dev/ttyS0

修改主机名(/etc/hosts)：

127.0.0.1 localhost.localdomain localhost

192.168.136.11 loadbalancer

192.168.136.12 backup

 

安装：

groupadd -g 694 haclient

useradd -u 694 -g haclient hacluster

rpm -ivh /mnt/cdrom/RedHat/RPMS/glib2-devel-*

wget http://www.packetfactory.net/libnet/dist/libnet.tar.gz

tar zxf libnet.tar.gz

cd libnet

./configure

make

make install

wget http://www.linux-ha.org/download/heartbeat-1.99.4-tar.gz

tar zxf heartbeat-1.99.4.tar.gz

cd heartbeat-1.99.4

./ConfigureMe configure --disable-swig --disable-snmp-subagent

make

make install

cp doc/ha.cf doc/haresources doc/authkeys /etc/ha.d/

cp ldirectord/ldirectord.cf /etc/ha.d/

chkconfig --add heartbeat

chkconfig --del ldirectord

 

主配置文件(/etc/ha.d/ha.cf)：

#debugfile /var/log/ha-debug

logfile /var/log/ha-log

logfacility local0

keepalive 2

deadtime 30

warntime 10

initdead 120

udpport 694

baud 19200

serial /dev/ttyS0

mcast eth0 225.0.0.1 694 1 0

# 当主节点恢复后，是否自动切回

auto_failback on

# stonith用来保证共享存储环境中的数据完整性

#stonith baytech /etc/ha.d/conf/stonith.baytech

# watchdog能让系统在出现故障1分钟后重启该机器。这个功能可以帮助服务器在确实停止心跳后能够重新恢复心跳。

# 如果使用该特性，则在内核中装入"softdog"内核模块，用来生成实际的设备文件，输入"insmod softdog"加载模块。

# 输入"grep misc /proc/devices"(应为10)，输入"cat /proc/misc | grep watchdog"(应为130)。

# 生成设备文件："mknod /dev/watchdog c 10 130" 。

#watchdog /dev/watchdog

node loadbalancer

node backup

# 默认heartbeat并不检测除本身之外的其他任何服务，也不检测网络状况。

# 所以当网络中断时，并不会进行Load Balancer和Backup之间的切换。

# 可以通过ipfail插件，设置'ping nodes'来解决这一问题。详细说明参考hearbeat文档。

#ping 192.168.136.1 172.16.0.1

ping_group group1 192.168.136.1 192.168.136.2

respawn root /usr/lib/heartbeat/ipfail

apiauth ipfail gid=root uid=root

# 其他一些插件可以在/usr/lib/heartbeat下找到

#apiauth ipfail uid=hacluster

#apiauth ccm uid=hacluster

#apiauth cms uid=hacluster

#apiauth ping gid=haclient uid=alanr,root

#apiauth default gid=haclient

资源文件(/etc/ha.d/haresources)：

loadbalancer lvs IPaddr::192.168.136.10/24/eth0 ipvsadm ldirectord

认证文件(/etc/ha.d/authkeys)，选取一种认证方式，这个文件的权限必须是600：

auth 1

1 crc

#2 sha1 sha1_any_password

#3 md5 md5_any_password

相关链接：

Linux-HA：

http://www.linux-ha.org

ldirectord

安装HeartBeat过程中，已经自动安装了Ldirectord，它的作用是：

 

• 监测Real Server，当Real Server失效时，把它从Load Balancer列表中删除，恢复时重新添加。

 

配置(/etc/ha.d/ldirectord.cf)：

# Global Directives

checktimeout=3

checkinterval=1

fallback=127.0.0.1:80

autoreload=yes

logfile="/var/log/ldirectord.log"

quiescent=yes

# A sample virual with a fallback that will override the gobal setting

virtual=192.168.136.10:80

real=192.168.136.11:80 ipip

real=192.168.136.12:80 ipip

real=192.168.136.101:80 ipip

real=192.168.136.102:80 ipip

real=192.168.136.103:80 ipip

fallback=127.0.0.1:80 gate

service=http

request="test.html"

receive="Test Page"

virtualhost=www.funbsd.net

scheduler=rr

#persistent=600

#netmask=255.255.255.255

protocol=tcp

在每个Real Server的中添加监控页：

echo "Test Page" >> /var/www/html/test.html

Patch

在启动集群系统之前，我们认为包括Load Balancer和Backup在内的所有服务器都是Real Server。

在服务器上添加以下脚本/etc/init.d/tunl，用来配置tunl端口，应用arp补丁：

#!/bin/sh

# chkconfig: 2345 70 10

# description: Config tunl port and apply arp patch

VIP=192.168.136.10

. /etc/rc.d/init.d/functions

case "$1" in

start)

echo "Tunl port starting"

ifconfig tunl0 $VIP netmask 255.255.255.255 broadcast $VIP up

echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward

echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/hidden

echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/conf/tunl0/hidden

;;

stop)

echo "Tunl port closing"

ifconfig tunl0 down

echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward

echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/hidden

;;

*)

echo "Usage: $0 {start|stop}"

exit 1

esac

如果有多个Virutal IP，可以使用tunl0:0,tunl0:1...。

chmod 755 /etc/init.d/tunl

chkconfig --add tunl

 

在Load Balancer和Backup上，这个脚本的启动级必须先于heartbeat，关闭级必须后于heartbeat。

Scripts

在HeartBeat资源文件(/etc/ha.d/haresources)中定义了实现集群所需的各个软件的启动脚本。

这些脚本必须放在/etc/init.d或者/etc/ha.d/resource.d目录里，启动顺序不能变：

loadbalancer lvs IPaddr::192.168.136.10/24/eth0 ipvsadm ldirectord

IPaddr的作用是启动Virutal IP，它是HeartBeart自带的一个脚本。

ipvsadm的作用是在启动的时候把所有Real Server加入群中。

ldirectord的作用是启动ldirectord监控程序。

lvs的作用是为启动Load Balancer做准备，关闭tunl端口，取消arp补丁：

#!/bin/sh

# chkconfig: 2345 90 10

# description: Preparing for Load Balancer and Real Server switching

VIP=192.168.136.10

. /etc/rc.d/init.d/functions

case "$1" in

start)

echo "Preparing for Load Balancer"

ifconfig tunl0 down

echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward

echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/hidden

;;

stop)

echo "Preparing for Real Server"

ifconfig tunl0 $VIP netmask 255.255.255.255 broadcast $VIP up

echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward

echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/hidden

echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/conf/tunl0/hidden

;;

*)

echo "Usage: lvs {start|stop}"

exit 1

esac

chmod 755 /etc/ha.d/resource.d/lvs

启动集群系统：

/etc/init.d/heartbeat start

Reference

http://www.linuxvirtualserver.org/

http://www.linux-ha.org/

http://www.ultramonkey.org/

http://www.linuxts.com/modules/sections/index.php?op=viewarticle&artid=375

http://www.yesky.com/SoftChannel/72341302397632512/20040311/1776261.shtml

http://www-900.ibm.com/developerWorks/cn/linux/theme/special/index.shtml#cluster