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在RedHat上实现集群负载均衡系统(1)

2005-12-19 09:59 IBM 字号:T | T
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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,它通过使内核支持ipvs来实现LVS/Direct Routing (DR)、LVS/IP Tunnel、LVS/NAT的功能。

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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,它通过使内核支持ipvs来实现LVS/Direct Routing (DR)、LVS/IP Tunnel、LVS/NAT的功能。
1.前言
先来简单说说负载均衡集群, 它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,它通过使内核支持ipvs来实现LVS/Direct Routing (DR)、LVS/IP Tunnel、LVS/NAT的功能。由于本文的着眼点在于如何利用LVS构建一个负载均衡集群,所以关于负载均衡集群、LVS的详细内容就不在这里阐述了,如果大家有兴趣可参考如下信息:
http://www.linuxvirtualserver.org/ LVS的官方网站
http://www-900.ibm.com/developerWorks/cn/linux/cluster/lvs/part1/index.shtml LVS项目介绍
RedHat 7.3/8.0都把ipvs预先编译到了RedHat发行版的内核中,但使用的ipvs版本比较低是ipvs 0.9.7/1.0.4,从RedHat 9开始ipvs不再被预先编译到了RedHat发行版的内核中,本文介绍了如何把最新版的ipvs Version 1.0.9编译到内核中并配置负载均衡集群的方法和一些技巧。
不论是在哪个版本的RedHat Linux上安装ipvs,工作大都可以分为如下几步:


图1给出了最简单的负载均衡集群的网络拓扑,这里需要指出的是以上提到的安装ipvs/ipvsadm的工作都是在Director上进行的。

图 1

2.在RedHat Linux上实现ipvs
在RedHat 7.3/8.0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,如果你能在目录/lib/modules/2.4.18- */kernel/net/ipv4/ipvs中看到ip_vs_*文件,就证明你的系统已经支持ipvs,可以通过如下步骤安装ipvsadm并配置转发方式。

但系统预编译的ipvs是比较早的版本(version 0.9.7/1.0.4),本文把它升级到最新的版本Version 1.0.9。
2.1得到内核源码和相关的软件包
这里需要强调的是由于RedHat 7.3/8.0的内核源码中已经预先打了ipvs的补丁,所以在安装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。对于RedHat 9.0,虽然内核中没有预编译ipvs,但我还是提倡使用standard kernel,因为所有的ipvs的补丁包都是为标准内核开发的。从kernel ftp site得到standard kernel linux-2.4.18.tar.gz(RedHat 7.3/8.0), linux-2.4.20.tar.gz (RedHat 9.0), 从lvs homepage 得到ipvs-1.0.9.tar.gz、ipvsadm-1.21.tar.gz。(在下面的阐述中都以内核linux-2.4.18.tar.gz为例,对于内核linux-2.4.20.tar.gz做法是完全相同的)
2.2把ipvs补丁Patch到内核源码中
把linux-2.4.18.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-2.4.18*目录,则要在/usr/src下建立一个连接 ln –s linux-2.4.18* 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(当然,如果您直接修改makefile中的KERNELSOURCE值,使它指向源码的目录也可以)。
把ipvs-1.0.9.tar.gz解压缩到某个目录,如/usr/src/source,生成了 /usr/src/source/ipvs-1.0.9目录;进入/usr/src/source/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。当然您也可以用linux-2.4.20-ipvs- 1.0.9.patch.gz直接patch到内核中,在/usr/src执行 gzip -cd linux-2.4.20-ipvs-1.0.9.patch.gz,然后进入/usr/src/linux执行patch -p1 < ../linux-2.4.20-ipvs-1.0.9.patch
2.3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
主界面-->Networking options选项-->IP:Virtual Server Configuration选项(如图2 图3)
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

图2

图3

注意的问题:如果使用Standard Kernel,在make menuconfig时可能在Networking options选项中找不到IP:Virtual Server Configuration选项,这是因为没有选中Network packet filtering选项,如图 4

图 4

IP:Virtual Server Configuration选项是基于Network packet filtering选项的。
技巧:在make menuconfig时,我们面对众多的选项常常不知道该如何选择,此时可以把安装时的配置文件copy到/usr/src/linux中:cp /boot/config-2.4.* /usr/src/linux/.config,再用make menuconfig编译,它会读取.config中原来的配置信息,这样只要对IP:Virtual Server Configuration中的新选项选择即可。
2.4启用新内核
mkinitrd /boot/initrd-2.4.18ipvs.img 2.4.18 创建initrd映像
cp /usr/src/linux/arch/i386/boot/bzImage /boot/vmlinuz-2.4.18ipvs
cd /boot
rm vmlinuz
ln –s vmlinuz-2.4.18ipvs vmlinuz
cp /usr/src/linux/System.map /boot/System.map-2.4.18ipvs
cd /boot
rm System.map
ln –s System.map-2.4.18ipvs System.map
vi /etc/lilo.conf
添加启动选项:
image=/boot/vmlinuz-2.4.18ipvs
label=linux-ipvs
initrd=/boot/initrd-2.4.18ipvs.img
read-only
root=/dev/hda3
lilo
然后重新启动,选择新内核就可支持最新的ipvs
2.5安装ipvs管理工具ipvsadm
当使用了支持ipvs的内核后,就可以安装ipvsadm,ipvsadm是设置ipvs转发方式和调度算法的工具
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。


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

3.配置LVS,构建负载均衡集群
LVS提供了三种转发方式:VS/NAT、VS/DR 、VS/TUN, 而不同的转发方式对后端的realserver要求也不同(如表1)

表 1


构建负载均衡集群的工作主要涉及三个方面(如图5):



图 5


3.1修正realserver上可能的arp problem
注意的问题:这里所说的修正系统的arp problem主要是针对realserver使用linux操作系统,而且转发方式为VS/DR和VS/TUN的情况。这是因为在使用VS/DR和 VS/TUN的时候,会需要一块网卡上绑定两个IP的情况,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,所以要修正系统的arp problem,使eth0:1不响应arp请求,同时eth0仍能接受数据包。有关Arp问题的详细内容请参见:LVS-HOWTO-arp problem。
由表1可以看出对应不同的转发方式,realserver上可以使用的操作系统也是不同的,而linux和windows 2000 server则是所有转发方式都支持的操作系统,作者在本文中也是分别以这两种操作系统为例予以介绍。
修正realserver上可能的arp problem时,根据转发方式和操作系统的不同分为如下几种情况:
3.1.1 VS/NAT方式
不论操作系统选择linux还是windows 2000 server,对系统不需要做任何修改。
3.1.2 VS/DR和VS/TUN方式
realserver使用linux操作系统,对系统的修改如下:
1) 下载所需的软件包
从kernel ftp site得到standard kernel linux-2.4.18.tar.gz,;从Julian's patches and software page得到hidden-2.4.5-1.diff
2)重新编译内核,修正arp problem
把linux-2.4.18.tar.gz解压倒/usr/src目录,生成了 /usr/src/linux目录;(如果生成的是/usr/src/linux-2.4.18*目录,则要在/usr/src下建立一个连接 ln –s linux-2.4.18* linux)
把hidden-2.4.5-1.diff放到/usr/src/linux下,用命令patch -p1 < hidden-2.4.5-1.diff对kernel进行patch
进入/usr/src/linux目录,依次执行make mrproper、make menuconfig(可以把安装时的配置文件copy到/usr/src/linux中:cp /boot/config-2.4.* /usr/src/linux/.config,再编译)、make dep、 make clean、make bzImage、make modules、make modules_install
3)启用新内核(与2.4节相同)
realserver使用windows 2000 server操作系统
不需对系统本身作修改,但要在配置时(图5中步骤③)屏蔽arp响应,具体方法在3.2.2中介绍。
3.2 配置LVS
对LVS的配置分为在director上的设置和在realserver上的设置,而对于不同的转发方式:VS/NAT、VS/DR 、VS/TUN,这些设置也有所不同。

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