摘 要： 介紹了LVS集群技術的原理,、框架,。以CentOS操作系統(tǒng)為基礎，描述了LVS集群的配置及實現(xiàn)過程,，并對構建的集群系統(tǒng)進行了配置,、功能和性能測試。測試結果表明,，所構建的集群系統(tǒng)穩(wěn)定,、可靠，具有高可用性,、可擴展性和負載均衡的特性,。
關鍵詞： LVS,；集群；教學資源庫,；負載均衡,；高可用性
隨著互聯(lián)網(wǎng)規(guī)模的快速擴張，人們訪問互聯(lián)網(wǎng)的業(yè)務流量呈爆炸式的增長,，網(wǎng)絡服務器的并發(fā)響應能力面臨嚴峻的考驗,；同時，更多更復雜的Web事務處理也對服務器的性能提出了更高的要求,。單臺的計算機提供的服務已不能勝任如此艱巨的任務,，而集群技術的出現(xiàn)，則有效地解決了這一問題,。
根據(jù)集群的功能,、結構和技術的不同，可分為高性能集群,、高可用性集群和負載均衡集群,，其中負載均衡是集群技術的核心，是決定集群性能的重要因素[1],。在集群技術的發(fā)展過程中,，出現(xiàn)了許多種不同的集群技術實現(xiàn)方案，而Linux作為一種開源的操作系統(tǒng)及基于LVS實現(xiàn)的Linux集群技術,，則更多地得到了人們的關注,。
1 LVS集群技術
1.1 LVS簡介
LVS[2]（Linux Virtual Server，Linux虛擬服務器）是Linux操作系統(tǒng)上的一個負載均衡軟件,，是在1998年由國防科技大學的章文嵩博士主持的一個在Linux操作系統(tǒng)上開發(fā)的開源集群項目[3],。目前技術發(fā)展的比較成熟，已成為Linux內(nèi)核的一部分,。
1.2 LVS模型
LVS提供的可伸縮網(wǎng)絡服務的框架如圖1所示,。IPVS軟件提供三種IP負載均衡技術，KTCPVS實現(xiàn)了基于內(nèi)容請求分發(fā)的應用層交換,?？梢岳肔VS框架實現(xiàn)高可伸縮的、高可用的Web,、FTP,、Mail等網(wǎng)絡服務，開發(fā)高可用的電子商務應用,。
LVS在兩個層次上很好實現(xiàn)了負載均衡,，基于網(wǎng)絡層的IPVS和應用層的KTCPVS內(nèi)容請求分發(fā)技術，三種負載均衡技術分別為網(wǎng)絡地址轉換模式VS/NAT,、IP隧道模式VS/TUN和直接路由模式VS/DR,。
1.3 LVS的通用體系結構[4]
在圖2所示中,，負載調度器是集群調度的核心，是客戶機通過虛擬IP訪問集群系統(tǒng)的入口,。多個真實服務器組成真實提供服務的服務器池,，真實服務器的數(shù)目可根據(jù)需要動態(tài)添加，它們共享一個存儲區(qū)域,。整個系統(tǒng)對外呈現(xiàn)一個虛擬服務器,，擁有虛擬IP，用戶通過虛擬IP訪問負載調度器后,，根據(jù)采用的負載均衡算法將用戶的請求調度到一個真實的內(nèi)部服務器進行處理,，多個服務器可以并行執(zhí)行用戶的請求，增加集群系統(tǒng)的整體吞吐率[5],。
CentOS5默認安裝LVS,，采用Piranha圖形界面進行配置管理，跳動進程Pulse是Piranha的主進程,，它負責發(fā)送和檢測節(jié)點之間的心跳（heartbeat）[6-7]，兩個節(jié)點周期性地發(fā)送heartbeat信息到網(wǎng)絡上,，指出當前節(jié)點是活動（active）的還是非活動（inactive）的,。當LVS開始工作時，LVS進程通過調用ipvsadm程序配置和維護內(nèi)核中的IPVS路由表,，為每一個真實服務器啟動一個nanny進程,。nanny進程可以查看服務器上配置服務的狀態(tài)，在服務故障時,，通知LVS進程,，LVS進程即可調用ipvsadm刪除IPVS中對應的路由表項。
當backup router通過心跳通道（heartbeat channel）沒有接收到active router的回應時,，將調用send_arp函數(shù)重新建立虛擬IP到備份結點MAC的映射,，然后通過發(fā)送命令使active router中的LVS進程關閉，在備份結點中啟動LVS進程以恢復和配置服務器之間的連接,。
2 基于LVS的集群技術在Linux內(nèi)核2.6上的實現(xiàn)[7-8]
2.1 平臺應用背景
我院的共享型專業(yè)教學資源庫平臺建設是在近幾年學校的數(shù)字化校園建設成果的基礎上,，依托校園網(wǎng)構建一個功能完整、形式多樣,、內(nèi)容豐富的,、基于Web的共享型專業(yè)教學資源庫軟件平臺，構筑開放的教學資源環(huán)境,，最大限度地滿足學生自主學習的需要,。為向系統(tǒng)用戶（教師和學生）提供流暢、不間斷,、實時高速度的訪問服務,，采用了開源Linux操作系統(tǒng)CentOS5.4,，結合基于LVS的集群技術，構建系統(tǒng)平臺服務器,。
2.2 系統(tǒng)拓撲
平臺系統(tǒng)以虛擬IP向外提供服務,，圖3中①、②為負載均衡主,、從調度器,，通過交換網(wǎng)絡與真實服務器③、④,、⑤,、⑥連接，平臺系統(tǒng)共享內(nèi)部存儲⑦和⑧,。節(jié)點①和②負責把客戶請求轉發(fā)到Real Server上,，當節(jié)點①負載均衡器（load balance）不正常工作時，節(jié)點①的資源和VIP（虛擬IP）自動切換到節(jié)點②,，整個系統(tǒng)的調度策略采用LVS/DR,。共享型專業(yè)教學資源庫平臺拓撲如圖3所示。
2.4 集群系統(tǒng)配置過程
在CentOS5.4中已集成了LVS,，只需在系統(tǒng)安裝時選擇相應的套件即可,，省去了繁瑣的內(nèi)核編譯過程。
?。?）按拓撲要求,，配置相應服務器的網(wǎng)絡參數(shù)，并安裝所需的piranha軟件包,。
#rpm-ivh piranha-0.8.4-7.el5.i386.rpm
#/etc/init.d/piranha-gui restart
?。?）訪問http：//125.219.112.X：3636，進行集群的Web界面配置,。
配置包括GLOBAL SETTINGS,、REDUNDANCY和VIRTUAL SERVERS，配置文檔可參考文獻[7],，配置完成后,，信息保存到/etc/sysconfig/ha/lvs.cf文件。
?。?）把主調度器上的配置文件保存到備份調度器,。
（4）在主,、從調度器上分別啟動piranha主進程,。
#service pulse restart
3 性能測試
在平臺服務器的集群功能配置完成后，為了驗證集群配置的正確性,，以及是否滿足負載均衡,、高可用性的要求,，同時對于Web站點的服務器的響應時間和吞吐量性能表現(xiàn)，做以下測試：
3.1 集群的調度測試
在圖4中,，在3臺真實的Web服務器和1臺的真實FTP服務器中放置不同的首頁面,，利用另一臺測試機訪問并隨機刷新http：//125.219.112.X-1或ftp：//125.219.112.X-1，查看輸出結果,，測試用戶的訪問能否被調度到真實的服務器上,。
驗證結果：共進行了100次隨機訪問，其中80次訪問Web服務,，20次訪問FTP服務,，統(tǒng)計不同頁面的出現(xiàn)次數(shù)如表2所示。
3.2 集群可用性測試
模擬宕機情形,，關閉主調度器,，測試主、從調度器能否正常切換,。
測試結果：在LVS工作過程中,，關閉主調度器①，通過使用ping命令檢查已不能與主調度器①連通,，用3.1節(jié)中方法重新測試調度,，結果相同，說明在主調度器宕機過程中,，從調度器已接管所有資源管理功能，等到主調度器重啟完成,，再度進行測試,，仍然得到3.1節(jié)中相同的結果，說明在可用性測試中,，集群的主,、從調度器正常平滑切換。
3.3 壓力負載測試
JMeter[9]是Apache組織的開放源代碼項目,，它是功能和性能測試的工具,。對JMeter進行測試時，使用了分布式測試技術,，使用6臺測試PC,，其中一臺機器作為Controller，其他的機器為Agent,，在所有的機器上運行JMeter-server.bat文件,。在所有的機器上設置線程數(shù)（模擬并發(fā)用戶數(shù)），經(jīng)過統(tǒng)計,，系統(tǒng)的平均響應時間和吞吐量如表3所示,。
本文使用CentOS5操作系統(tǒng),，采用基于LVS/DR調度的集群技術建立了共享型專業(yè)教學資源庫平臺，并對構建的集群進行了配置,、功能和性能測試,。系統(tǒng)使用以來一直穩(wěn)定、快速,、高效地向校園網(wǎng)絡用戶提供服務,，從未出現(xiàn)過宕機或斷網(wǎng)故障。系統(tǒng)的應用結果表明,，所構建的集群系統(tǒng)具有高可用性,、可擴展性及負載均衡的特性，是安全和穩(wěn)定的集群系統(tǒng),。
集群系統(tǒng)是復雜的,，可通過不同的配置改變進行優(yōu)化[10]，最大限度地提升集群的性能,，這也是下一步的研究重點,。
參考文獻
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