Linux操作系统下的集群原理及实战经历

　　一 集群和Linux上的集群解决方案

　　集群系统(Cluster)主要解决下面几个问题：

　　高可靠性（HA）

　　利用集群管理软件，当主服务器故障时，备份服务器能够自动接管主服务器的工作，并及时切换过去，以实现对用户的不间断服务。

　　高性能计算（HP）

　　即充分利用集群中的每一台计算机的资源，实现复杂运算的并行处理，通常用于科学计算领域，比如基因分析，化学分析等。

　　负载平衡

　　即把负载压力根据某种算法合理分配到集群中的每一台计算机上，以减轻主服务器的压力，降低对主服务器的硬件和软件要求。

　　基于Linux的集群解决方案可谓百花齐放。在实际应用中，最常见的情况是利用集群解决负载平衡问题，比如用于提供WWW服务。在这里主要展示如何使用LVS(Linux Virtial Server)来实现实用的WWW负载平衡集群系统。

　　二 LVS简介

　　LVS是章文嵩博士发起和领导的优秀的集群解决方案，许多商业的集群产品，比如RedHat的Piranha，TurboLinux公司的Turbo Cluster等，都是基于LVS的核心代码的。在现实的应用中，LVS得到了大量的部署，请参考http://www.linuxvirtualserver.org/deployment.html。关于Linux LVS的工作原理和更详细的信息，请参考http://www.linuxvirtualserver.org。

　　三 LVS配置实例

　　通过Linux LVS，实现WWW，Telnet服务的负载平衡。这里实现Telnet集群服务仅为了测试上的方便。

　　LVS有三种负载平衡方式，NAT（Network Address Translation），DR（Direct Routing），IP Tunneling。其中，最为常用的是DR方式，因此这里只说明DR(Direct Routing)方式的LVS负载平衡。为测试方便，4台机器处于同一网段内，通过一交换机或者集线器相连。实际的应用中，最好能将虚拟服务器vs1和真实服务器rs1, rs2置于于不同的网段上，即提高了性能，也加强了整个集群系统的安全性。

　　服务器的软硬件配置

　　首先说明，虽然本文的测试环境中用的是3台相同配置的服务器，但LVS并不要求集群中的服务器规格划一，相反，可以根据服务器的不同配置和负载情况，调整负载分配策略，充分利用集群环境中的每一台服务器。

　　这3台服务器中，vs1作为虚拟服务器（即负载平衡服务器），负责将用户的访问请求转发到集群内部的rs1,rs2，然后由rs1,rs2分别处理。client为客户端测试机器，可以为任意操作系统。 4台服务器的操作系统和网络配置分别为：

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是允许用户访问的IP。
　　虚拟服务器的集群配置
　　大部分的集群配置工作都在虚拟服务器vs1上面，需要下面的几个步骤：

　　重新编译内核。

　　首先，下载最新的Linux内核，版本号为2.2.19，下载地址为：http://www.kernel.org/，解压缩后置于/usr/src/linux目录下。

　　其次需要下载LVS的内核补丁，地址为：http://www.linuxvirtualserver.org/software/ipvs-1.0.6-2.2.19.tar.gz。这里注意，如果你用的Linux内核不是2.2.19版本的，请下载相应版本的LVS内核补丁。将ipvs-1.0.6-2.2.19.tar.gz解压缩后置于/usr/src/linux目录下。

　　然后，对内核打补丁，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

　　下面就是重新配置和编译Linux的内核。特别注意以下选项：

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) <--最好选择此项，以便观察LVS的调试信息
* (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

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