Linux下高可用性群集和负载均衡群集的实现

一.heartbeat和ipvsadm简介

heartbeat简介：

heartbeat （Linux-HA）的工作原理：heartbeat最核心的包括两个部分，心跳监测部分和资源接管部分，心跳监测可以通过网络链路和串口进行，而且支持冗 余链路，它们之间相互发送报文来告诉对方自己当前的状态，如果在指定的时间内未受到对方发送的报文，那么就认为对方失效，这时需启动资源接管模块来接管运 行在对方主机上的资源或者服务。

可靠消息通信

Heartbeat通过插件技术实现了集群间的串口、多播、广播和组播通信，在配置的时候可以根据通信媒介选择采用的通信协议，heartbeat启动的时候检查这些媒介是否存在，如果存在则加载相应的通信模块。这样开发人员可以很方便地添加新的通信模块，比如添加红外线通信模块。

对于高可用集群系统，如果集群间的通信不可靠，那么很明显集群本身也不可靠。Heartbeat采用UDP协议和串口进行通信，它们本身是不可靠的，可靠性必须由上层应用来提供。那么怎样保证消息传递的可靠性呢？

Heartbeat通过冗余通信通道和消息重传机制来保证通信的可靠性。Heartbeat检测主通信链路工作状态的同时也检测备用通信链路状态，并把这一状态报告给系统管理员，这样可以大大减少因为多重失效引起的集群故障不能恢复。例如，某个工作人员不小心拨下了一个备份通信链路，一两个月以后主通信链路也失效了，系统就不能再进行通信了。通过报告备份通信链路的工作状态和主通信链路的状态，可以完全避免这种情况。因为这样在主通信链路失效以前，就可以检测到备份工作链路失效，从而在主通信链路失效前修复备份通信链路。

Heartbeat通过实现不同的通信子系统，从而避免了某一通信子系统失效而引起的通信失效。最典型的就是采用以太网和串口相结合的通信方式。这被认为是当前的最好实践，有几个理由可以使我们选择采用串口通信：

（1）IP通信子系统的失效不太可能影响到串口子系统。

（2）串口不需要复杂的外部设备和电源。

（3）串口设备简单，在实践中非常可靠。

（4）串口可以非常容易地专用于集群通信。

（5）串口的直连线因为偶然性掉线事件很少。

不管是采用串口还是以太网IP协议进行通信，heartbeat都实现了一套消息重传协议，保证消息包的可靠传递。实现消息包重传有两种协议，一种是发送者发起，另一种是接收者发起。

对于发送者发起协议，一般情况下接收者会发送一个消息包的确认。发送者维护一个计时器，并在计时器到时的时候重传那些还没有收到确认的消息包。这种方法容易引起发送者溢出，因为每一台机器的每一个消息包都需要确认，使得要发送的消息包成倍增长。这种现像被称为发送者（或者ACK）内爆（implosion）。

对于接收者发起协议，采用这种协议通信双方的接收者通过序列号负责进行错误检测。当检测到消息包丢失时，接收者请求发送者重传消息包。采用这种方法，如果消息包没有被送达任何一个接收者，那么发送者容易因NACK溢出，因为每个接收者都会向发送者发送一个重传请求，这会引起发送者的负载过高。这种现像被称为NACK内爆（implosion）。

Heartbeat实现的是接收者发起协议的一个变种，它采用计时器来限制过多的重传，在计时器时间内限制接收者请求重传消息包的次数，这样发送者重传消息包的次数也被相应的限制了，从而严格的限制了NACK内爆。

ipvs简介：

IPVS的含义

IPVS基本上是一种高效的Layer-4交换机，它提供负载平衡的功能。当一个TCP连接的初始SYN报文到达时，IPVS就选择一台服务器，将报文转发给它。此后通过查发报文的IP和TCP报文头地址，保证此连接的后继报文被转发到相同的服务器。这样，IPVS无法检查到请求的内容再选择服务器，这就要求后端的服务器组是提供相同的服务，不管请求被送到哪一台服务器，返回结果都应该是一样的。但是在有一些应用中后端的服务器可能功能不一，有的是提供HTML文档的Web服务器，有的是提供图片的Web服务器，有的是提供CGI的Web服务器。这时，就需要基于内容请求分发 (Content-Based Request Distribution)，同时基于内容请求分发可以提高后端服务器上访问的局部性。

IPVS的工作原理

（1）先说下LVS

提到IPVS就不得不提LVS（Linux Virtual Server），虚拟服务器是一个高度可扩展性和高可用性的服务器，建立在一个集群的服务器中。服务器集群的架构对用户是完全透明的，并且用户使用起来感觉它只有一个高性能虚拟服务器。

真正的服务器和负载平衡器之间通过高速局域网或地理上分散的广域网可以相互连接。负载平衡器可以将请求调度到不同的服务器并将并行的集群服务显示的像在一个单一的IP地址上的一个虚拟的服务，请求调度可以使用IP负载平衡技术或应用级负载平衡技术。系统的可扩展性是通过透明地添加或删除集群中的节点来实现的。通过检测节点或守护进程的失败和适当地重新配置系统提供高可用性。

（2）IPVS的原理

当一个TCP连接的初始SYN报文到达时，IPVS就选择一台服务器，将报文转发给它。此后通过查发报文的IP和TCP报文头地址，保证此连接的后继报文被转发到相同的服务器。这样，IPVS无法检查到请求的内容再选择服务器，这就要求后端的服务器组是提供相同的服务，不管请求被送到哪一台服务器，返回结果都应该是一样的。但是在有一些应用中后端>的服务器可能功能不一，有的是提供HTML文档的Web服务器，有的是提供图片的Web服务器，有的是提供CGI的Web服务器。这时，就需要基于内容请求分发 (Content-Based Request Distribution)，同时基于内容请求分发可以提高后端服务器上访问的局部性。

上面已经说了IPVS是LVS的关键，因为LVS的IP负载平衡技术就是通过IPVS模块来实现的，IPVS是LVS集群系统的核心软件，它的主要作用是：安装在Director Server上，同时>在Director Server上虚拟出一个IP地址，用户必须通过这个虚拟的IP地址访问服务。这个虚拟IP一般称为LVS的VIP，即Virtual IP。访问的请求首先经过VIP到达负载调度器，然>后由负载调度器从Real Server列表中选取一个服务节点响应用户的请求。

二.案例所用的拓扑图