负载均衡软件实现方式之三 - LVS

LVS是一个开源的软件,可以实现LINUX平台下的简单负载均衡.

后面所附文章,讲述了LVS实现负载均衡的方法.

因为文章较长,所以在转载前,先总结一下LVS的优缺点:

优点:
1、开源，免费
2、在网上能找到一些相关技术资源
3、具有软件负载均衡的一些优点

缺点：
1、具有开源产品常有的缺点，最核心的就是没有可靠的支持服务，没有人对其结果负责
2、功能比较简单，支持复杂应用的负载均衡能力较差，如算法较少等。
3、开启隧道方式需重编译内核
4、配置复杂
5、只支持LINUX，如果应用还包括WINDOWS、SOLIRIS等就不行了

因此，建议在简单的LINUX应用中使用LVS，复杂的应用，或者重要的应用，还是应该使用专业的负载均衡软件，如富士通西门子公司的PCL负载均衡软件。

下面转载一下如何使用LVS实现负载均衡：

搭建集群负载均衡系统 （原文：
http://www.xxlinux.com/linux/article/network/app/20060707/2519.html
）
　　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.linuxvirtualserver.org/
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http://www.linuxvirtualserver.org/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http://www.linuxvirtualserver.org/ 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 LocalAddress:Port Scheduler Flags
  ->; RemoteAddress:Port           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http://www.ssi.bg/~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 ; /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!