在Linux下搭建集群负载均衡系统

搭建集群负载均衡系统

　　负载均衡集群是在应用服务器高负载的情况下，由多台节点提供可伸缩的，高负载的服务器组以保证对外提供良好的服务响应；而LVS就是实现这一功能的技术.实际上LVS是一种Linux操作系统上基于IP层的负载均衡调度技术，它在操作系统核心层上，将来自IP层的TCP/UDP请求均衡地转移到不同的服务器，从而将一组服务器构成一个高性能、高可用的虚拟服务器。使用三台机器就可以用LVS实现最简单的集群，如图1所示。  



图1 LVS实现集群系统结构简图

图1显示一台名为Director的机器是前端负载均衡器，运行LVS，目前只能在Linux下运行.可以针对web、ftp、cache、mms甚至mysql等服务做load balance;后端两台机器称之为Real Server，是需要负载均衡的服务器，可以为各类系统，Linux、Solaris、Aix、BSD、Windows都可，甚至Director本身也可以作为Real Server.

本文将通过实际操作，重点介绍如何在Redhat 9上用LVS构建一个负载均衡集群，关于负载均衡集群、LVS的详细内容，可参考如下信息：

http://www-900.ibm.com/developerWorks/cn/linux/cluster/lvs/part1/index.shtml
安装LVS
RedHat在 9.0以后，就将ipvsadm这些套件去除，因此如果想使用LVS(Linux Virtual Server)，就得自己重新编译核心(kernel)。
下载所需软件
下载ipvs补丁包

从RedHat 9开始ipvs不再被预先编译到了RedHat发行版的内核中，我们需要从software/kernel-2.4下载新版的ipvs, 这里我们使用ipvs-1.0.9.tar.gz这个版本.
下载内核linux-2.4.20.tar.gz

这里需要强调的是由于所有的ipvs的补丁包都是为标准内核开发的，所以安装ipvs时不能使用RedHat光盘中的Kernel Source，而是需要去下载标准的内核。所以我们从ftp://ftp.kernel.org/pub/linux/kernel/ 得到standard kernel linux-2.4.20.tar.gz

下载ipvs管理工具ipvsadm

从 得到ipvs管理工具ipvsadm-1.21.tar.gz, ipvsadm是设置ipvs转发方式和调度算法的工具.
开始安装
安装内核源码

把linux-2.4.20.tar.gz解压到/usr/src目录，生成了/usr/src/linux目录；如果生成的是/usr/src/linux-2.4.20目录，则要在/usr/src下建立一个连接 ln –s linux-2.4.20 linux，因为在ipvs-1.0.9中的makefile文件中默认指定Kernel Source的路径为：KERNELSOURCE = /usr/src/linux

把ipvs补丁Patch到内核源码中

把ipvs-1.0.9.tar.gz解压缩到某个目录，如/test，生成了/test/ipvs-1.0.9目录；进入/test/ipvs-1.0.9，依次执行如下命令：make patchkernel、make installsource,将ipvs的Patch加载到kernel的source中。

重新编译支持ipvs的内核

进入/usr/src/linux目录，分别执行：
make mrproper 为创建新的内和配置做好准备
make menuconfig 进行配置  
这里请确保IP:Virtual Server Configuration中的选项设定都用M
make dep 检测是否有相关的软件包被使用
make clean 为新内核结构准备源目录树
make bzImage 创建内核引导映像
make modules、make modules_install 生成模块
make install安装新的内核到指定位置并重新配置grub.conf
到这里新内核就安装完毕了,请重启并用此内核引导系统

安装ipvs管理工具ipvsadm

当使用新内核启动后，就可以安装ipvsadm:
tar xzvf ipvsadm-1.21.tar.gz
cd ./ipvsadm-1.21
make
make install
安装完成后，执行ipvsadm命令，如果有如下信息出现则说明安装成功了。

[root@leon c]# ipvsadm
IP Virtual Server version 1.0.9 (size=65536)
Prot LocalAddressort Scheduler Flags
  ->; RemoteAddressort           Forward Weight ActiveConn InActConn

到现在为止，支持负载均衡功能的director就安装成功了，接下来我们可以通过ipvsadm来配置一个负载均衡集群。

构建负载均衡集群

这里我们假设局域网中有两台FTP服务器,IP分别为FTP1:10.83.33.103,FTP2: 10.83.33.2
所提供的资料都是相同的,这可以通过无密码SSH登录+RSYNC来保证数据一致,这非本文中电,故而略过.我们提供给用户的虚拟IP是10.83.33.100,而在后台为这两台FTP服务器实行LVS负载均衡的服务器的IP是10.83.33.83.这三台均安装RedHat9系统.
我们最终要实现的目标是当用户输入ftp 10.83.33.100时, LVS负载均衡服务器系统会根据当时的负载情况,依据轮换策略来决定Real Server到底是FTP1还是FTP2,从而使得整个FTP服务器的负载到达均衡.
目前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。其它两种的详细情况请参考LVS-HOWTO.

Director(即10.83.33.83)上执行的设置
为了方便我们将所有步骤写成一个shell script.

#!/bin/bash
echo "0" >; /proc/sys/net/ipv4/ip_forward (关闭ip_forward)
echo "1" >; /proc/sys/net/ipv4/conf/all/send_redirects (开启ICMP Redirects)
echo "1" >; /proc/sys/net/ipv4/conf/default/send_redirects (开启ICMP Redirects)
echo "1" >; /proc/sys/net/ipv4/conf/eth0/send_redirects  (开启ICMP Redirects)
ifconfig eth0:100 10.83.33.100 broadcast 10.83.33.100 netmask 255.255.255.255
(设置虚拟IP)
route add -host 10.83.33.100 dev eth0:100 (设置达到虚拟Ip的路由)
ipvsadm –C (清空ipvsadm table)
ipvsadm -A -t 10.83.33.100:21 -s wrr (建立service rule, 当前调度算法为加权轮叫调度)
ipvsadm -a -t 10.83.33.100:21 -r 10.83.33.76 -g -w 3 (建立转发规则)
ipvsadm -a -t 10.83.33.100:21 -r 10.83.33.2 -g -w 1  (建立转发规则)
ipvsadm (检查当前ipvsadm table)

将此shell script加入到/etc/rc.local中，这样在每次系统启动时都可以自动运行进行设置了。
Realserver(即10.83.33.2和10.83.33.76)上的设置

这里我们必须先修正real server上arp problem .这是因为在使用VS/DR的时候，real server会在一块网卡上绑定两个IP，但linux在kernel 2.2.14以后就将eth0:1的NOARP FLAG关闭，这使得eth0:1仅仅是eth0的别名，任何对eth0:1的操作都对eth0有效，因此如果此时使eth0:1 NOARP，则也使得eth0 NOARP,这样整个网卡都不会收到数据包,具体的说就是因为我所有的机器都放在同一个网段，当该网段的Router接收到用户对虚拟IP的TCP connection要求(即使用FTP登录服务器)时，会先在网段中利用Arp request询问谁有VIP的地址，而包含Director与Real Servers上所有的interface,只要他有那个ip，都会发送arp reply回去，造成网段内所有拥有Virtual IP的interface都会reply给Router，最后结果就是看谁的速度快，Router就将该封包送给谁，如此会造成LVS的Server并无法发挥其效果，而我们所希望的是只有Director上的Virtual IP发送arp reply回去,因此需要利用hidden这个pattch，将real server上的Virtual IP给隐藏起来，如此他就不会对Arp Request进行Reply，就可以解决ARP的问题.具体步骤是:

下载所需的软件包

从~ja/ 得到hidden修正包,不同的核心使用相应的版本.请参考下表

Patch        Linux 2.4        Created
hidden-2.4.28-1.diff         2.4.28 - 2.4.30         November 18, 2004
hidden-2.4.26-1.diff         2.4.26 - 2.4.27         February 28, 2004
hidden-2.4.25-1.diff         2.4.25         February 19, 2004
hidden-2.4.20pre10-1.diff         2.4.20pre10 - 2.4.24         October 12, 2002
hidden-2.4.19pre5-1.diff         2.4.19pre5 - 2.4.20pre9         April 7, 2002
hidden-2.4.5-1.diff         2.4.5 - 2.4.19pre4         June 2, 2001
hidden-2.4.4-1.diff         2.4.4         April 29, 2001
Patch        Linux 2.6        Created
hidden-2.6.9-1.diff         2.6.9 - 2.6.11         October 19, 2004
hidden-2.6.4-1.diff         2.6.4 - 2.6.8         March 12, 2004
hidden-2.6.3-1.diff         2.6.3         February 19, 2004
hidden-2.5.67-1.diff         2.5.67 - 2.6.2         April 9, 2003

本例使用的内核版本是2.4.20-8,因此下载hidden-2.4.20pre10-1.diff

重新编译内核，修正arp problem

把hidden-2.4.20pre10-1.diff放到/usr/src/linux下，用命令
patch -p1 < hidden-2.4.20pre10-1.diff对kernel进行patch
进入/usr/src/linux目录，分别执行：
make mrproper 为创建新的内和配置做好准备
make menuconfig 进行配置   
make dep 检测是否有相关的软件包被使用
make clean 为新内核结构准备源目录树
make bzImage 创建内核引导映像
make modules、make modules_install 生成模块
make install 安装新的内核到指定位置并重新配置grub.conf
到这里新内核就安装完毕了,请重启并用此内核引导系统

设置Real server

为了方便我们将所有步骤写成一个shell script.

#!/bin/bash
echo "0" >; /proc/sys/net/ipv4/ip_forward (关闭ip_forward)
ifconfig lo:100 10.83.33.100 broadcast 10.83.33.100 netmask 0xffffffff up (设置虚拟IP)
route add -host 10.83.33.100 dev lo:100 (设置达到虚拟Ip的路由)
echo "1" >; /proc/sys/net/ipv4/conf/all/hidden (开启No-ARP)
echo "1" >; /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/hidden  (开启No-ARP)

将此shell script加入到/etc/rc.local中，这样在每次系统启动时都可以自动运行进行设置了。

测试
为了使得我们清楚地知道访问的是那一台FTP服务器,我们在FTP1上编辑/etc/vsftpd/vsftpd.conf,设置ftpd_banner=Welcome to FTP1 server,在FTP2设置ftpd_banner=Welcome to FTP2 server,设置完毕后重启服务.
现在在另一台客户机开几个终端,依次输入ftp 10.83.33.100,我们可以从欢迎词上看到,每次登录的FTP服务器都不是固定的,它会在FTP1和FTP2上互相交替,试验成功!

小结
Cluster应用可分为三方面：High-Availability(HA)(高可用性集群)、Load Balance (负载均衡集群)、Scientific(科学集群)。本文只是简单的实现了其中的Load Balance,而High-Availability其实也是非常重要的.比如说如果FTP1死掉了,负责转送封包的DR并不晓得它已经故障无法使用，还是会将封包往故障的FTP1处送，这样将导致用户某此的访问遭到拒绝.其次如果整个集群只有一台Director,那幺这台主机就成为了系统单一失效点(a single failure point of the whole system),万一这部Director死掉了，那幺所有提供的服务都将失败.为了解决这两个问题,我们可以采用Mon+Heartbeat来进行进阶的设置, 从而实现High-Availability,具体做法将在下一篇文章中叙述.