LVS集群技术

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LVS集群技术
作者：
FunBSD
最后更新：2005年5月18日
目录

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  Preface
  
  
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  IPVS
  
  
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  HeatBeat
  
  
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  Ldirectord
  
  
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  Patch
  
  
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  Scripts
  
  
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  Reference
  

Preface
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：

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


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petercheng750

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