本文介紹了Linux下的cluster軟件LVS，並舉例介紹一個Linux下的cluster(集群)的安裝和實現的詳細過程。。
在各種網絡服務普遍應用的今天，隨網絡速度的提高以及用戶的增加，在一些繁忙的場合，單憑一台機器已經無法就能應付所有的網絡請求了。為了解決這個問題，許多用戶就采 用一組cluster(集群)來代替單一的機器。cluster可以將多台計算機連接起來協同運作以對外提供各種服務，比如Apache、FTP、Mail等。
在Linux上最常見的、也可能是運用最廣泛的cluster方案就是LVS(Linux Virtual
Server)，很高興LVS也是一個中國人創建和開發的開放源碼項目。LVS自1998年開始，發展到現在已經是一個比較成熟的技術項目了。有許多比較著名網站和組織都在使用LVS架設的cluster，比如：www.linux.com、sourceforge.net、www.real.com等。
下面就開始介紹一下，筆者是如何利用LVS來架設一組cluster來對外提供Apache和FTP服務的。
安裝操作系統
筆者選用的是Red Hat 9.0作為些cluster的director機器和所有real server機器的操作系統。RH的安裝過程從略，筆者根據實際需要，只安裝了少數的包。對於成批安裝Linux，建議試試Kickstart來進入批理安裝。
編譯支持LVS的內核
LVS對Linux的kernel進行了修改和增加，所以要重新編譯 linux kernel。我們先從http://www.linuxvirtualserver.org下載到LVS的內核補丁，對原有內核源代碼進行更新，然後重新編譯Linux的kernel。
下載LVS的內核補丁時要注意補丁版本要和kernel版本相一致，對於RH9.0，它的Linux核心版本是2.4.20，所以對應內核補丁應該是http://www.linuxvirtualserver.org/software/kernel-2.4/linux-2.4.20-ipvs-1.0.9.patch.gz
另外還有一個補丁是用來解決某些情況下ARP協議不能正常工作問題的，從http://www.ssi.bg/~ja/hidden-2.4.20pre10-1.diff下載。
把上面下載的兩個補丁復制到/usr/src目錄下，然後執行以下命令：
cd /usr/src
gzip -cd linux-2.4.20-ipvs-1.0.9.patch.gz
cd /usr/src/linux
patch -p1 ＜ ../linux-2.4.20-ipvs-1.0.9.patch
patch -p1 ＜ ../hidden-2.4.20pre10-1.diff
make mrproper
make menuconfig
執行make menuconfig時，我們將進入一個圖形化的界面，在其中可以對Linux Kernel進行詳細設置。與LVS相關的kernel選項都在“Networking options”中，進入“Networking options”，可以查看到“IP: Virtual Server Configuration”選項，將其它所有的子選項都選上：
＜M＞ virtual server support (EXPERIMENTAL)
[*] IP virtual server debugging
(12) IPVS connection table size (the Nth power of 2)
--- IPVS scheduler
＜M＞ round-robin scheduling
＜M＞ weighted round-robin scheduling
＜M＞ least-connection scheduling scheduling
＜M＞ weighted least-connection scheduling
＜M＞ locality-based least-connection scheduling
＜M＞ locality-based least-connection with replication scheduling
＜M＞ destination hashing scheduling
＜M＞ source hashing scheduling
＜M＞ shortest expected delay scheduling
＜M＞ never queue scheduling
--- IPVS application helper
＜M＞ FTP protocol helper
另外，“Networking options”中的“IP: Netfilter Configuration"中的選項的所有子項，除了以下兩項不要選之外，其它全可以選：
＜ ＞ ipchains (2.2-style) support
＜ ＞ ipfwadm (2.0-style) support
還有，“Networking options”中還有一些關於網絡的選項，要注意按自己的需要去選擇：
＜*＞ Packet socket
[ ] Packet socket: mmapped IO
＜*＞ Netlink device emulation
[*] Network packet filtering (replaces ipchains)
[*] Network packet filtering debugging
[*] Socket Filtering
＜*＞ Unix domain sockets
[*] TCP/IP networking
[*] IP: multicasting
[*] IP: advanced router
[*] IP: policy routing
[ ] IP: use netfilter MARK value as routing key
[ ] IP: fast network address translation
＜M＞ IP: tunneling
對於kernel的其它選項，你可以根據需要進行選擇。kernel的配置是一項很需要經驗、細心和耐心的工作，不當的配置可能會導致編譯過程中出現錯誤或者是新的kernel不能驅動原有的設備等問題。
退出保存，然後繼續執行以下命令：
make dep
make clean
make bzImage
make modules
make modules_install
以上各步可能需要一點時間，如果出錯請重新檢查你的kernel配置，如果沒有出現任何錯誤就繼續執行以下命令：
depmod -a
cp arch/i386/boot/bzImage /boot/vmlinuz-lvs
cp System.map /boot/System.map-lvs
cd /boot
rm System.map
ln -s System.map-lvs System.map
然後修改你的lilo.conf使用新的kernel啟動，比如在lilo.conf中以增加下幾行以增加關於新的支持LVS的kernel的啟動項：
image=/boot/vmlinuz-lvs
label=lvs
read-only
root=/dev/sda1
注：如果使用Grub做啟動引導程序的，請自行做對應的修改，以增加關於新的支持LVS的kernel的啟動項。
重新啟動Linux，選擇lvs項進入Linux。
安裝ipvsadm
如果正常啟動了，就開始安裝IP虛擬服務器軟件ipvsadm。因為我們用的是RH，所以我們直接下載RPM包進行安裝。RPM包從以下地址下載：
http://www.linuxvirtualserver.org/software/kernel-2.4/ipvsadm-1.21-7.src.rpm
用以下命令來安裝ipvsadm:
rpmbuild --rebuild ipvsadm-1.21-7.src.rpm
rpm -ivh /usr/src/redhat/RPMS/i386/ipvsadm-1.21-7.i386.rpm
至此，LVS的安裝算是完成了一半。就是說，現在的Linux已經具備了實現LVS的能力了，接下來的問題就是如果使用LVS來構建一組cluster了。要想實現一組cluster，我們就要使用ipvsadm工具進行配置，而在我們開始使用ipvsadm進行配置之前，我們需要了解一些基本的LVS的知識，特別是以下三個要點：LVS的結構、LVS的三種包轉發方式、LVS的八種調度算法。只有了解了這些知識以後，我們才能理該如何使用ipvsadm來進行配置。下面簡單介紹LVS的這三個要點：
LVS方式的cluster從結構上可分為兩部分：前端的負載均衡器(稱之為director)和後端的真實服務器(稱之為real server)。cluster前端的director將來自外界的請求調度到cluster後端不同的real server去執行。real server負責真正的提供各種應用服務，比如：Web、FTP、Mail等服務。real server的數量可以根據實際需求進行增加、減少。
2. LVS的三種包轉發方式
LVS提供了三種包轉發方式：NAT(網絡地址映射)、IP Tunneling(IP隧道)、Direct Routing(直接路由)。不同的轉發模式決定了不同的cluster的網絡結構，下面對三種轉發方式分別介始：
NAT(網絡地址映射)
NAT方式可支持任何的操作系統，以及私有網絡，並且只需一個Internet IP地址，但是整個系統的性能受到限制。因為執行NAT每次需要重寫包，有一定的延遲；另外，大部分應用有80%的數據是從服務器流向客戶機，也就是用戶的請求非常短，而服務器的回應非常大，對負載均衡器形成很大壓力，成為了新的瓶頸。
IP Tunneling(IP隧道)
director分配請求到不同的real server。real server處理請求後直接回應給用戶，這樣director負載均衡器僅處理客戶機與服務器的一半連接。IP Tunneling技術極大地提高了director的調度處理能力，同時也極大地提高了系統能容納的最大節點數，可以超過100個節點。real server可以在任何LAN或WAN上運行，這意味著允許地理上的分布，這在災難恢復中有重要意義。服務器必須擁有正式的IP地址用於與客戶機直接通信，並且所有服務器必須支持IP隧道協議。
Direct Routing(直接路由)
與IP Tunneling類似，負載均衡器僅處理一半的連接，避免了新的性能瓶頸，同樣增加了系統的可伸縮性。Direct Routing與IP Tunneling相比，沒有IP封裝的開銷，但由於采用物理層（修改MAC地址）技術，所有服務器都必須在一個物理網段。
3. LVS的八種調度算法
LVS已實現了以下八種調度算法：
1.輪叫調度（Round-Robin Scheduling）
2.加權輪叫調度（Weighted Round-Robin Scheduling）
3.最小連接調度（Least-Connection Scheduling）
4.加權最小連接調度（Weighted Least-Connection Scheduling）
5.基於局部性的最少鏈接（Locality-Based Least Connections Scheduling）
6.帶復制的基於局部性最少鏈接（Locality-Based Least Connections with Replication Scheduling）
7.目標地址散列調度（Destination Hashing Scheduling）
8.源地址散列調度（Source Hashing Scheduling）
注：如果想了解關於以上幾點的技術細節，LVS的主頁查詢。LVS的主頁是：
http://www.LinuxVirtualServer.org/
http://www.linux-vs.org/
了解了LVS的三個要點之後，接下來我們來配置一個采用Direct Routing包轉發方式、加權最小連接調度算法的cluster。
我們知道Direct Routing包轉發方式是通過改寫請求報文的MAC地址，將請求發送到real server。前台的director機器只需要接收和調度外界的請求，而不需要負責返回這些請求的反饋結果。director機器和real server都有一塊網卡連在同一物理網段上。所以我們給出以下的網絡拓撲圖：
director機器上需要進行如下配置：
設置好本機的IP：192.168.2.1
然後執行以下命令：
ifconfig lo:0 192.168.2.254 netmask 255.255.255.255 broadcast
192.168.2.254 up
route add -host 192.168.2.254 dev lo:0
echo 1 ＞ /proc/sys/net/ipv4/ip_forward
echo 1 ＞/proc/sys/net/ipv4/conf/all/hidden
ipvsadm -C
ipvsadm -A -t 192.168.2.254:80 -s wlc
ipvsadm -a -t 192.168.2.254:80 -r 192.168.2.2 -g
ipvsadm -a -t 192.168.2.254:80 -r 192.168.2.3 -g
......
ipvsadm -A -t 192.168.2.254:21 -s wlc
ipvsadm -a -t 192.168.2.254:21 -r 192.168.2.2 -g
ipvsadm -a -t 192.168.2.254:21 -r 192.168.2.3 -g
......
real server機器上需要進行如下配置：
對於第一台real server(RS1)，設置好本機的IP：192.168.2.2 然後執行以下命令：
ifconfig lo:0 192.168.2.254 netmask 255.255.255.255 broadcast
192.168.2.254 up
route add -host 192.168.2.254 dev lo:0
對於其它real server：RS2、RS3、RS4......，做相類的設定。
完成以上設置後，所有對192.168.2.254的80端口的訪問都會通過director機器分配到後面的real server上去，而real server的處理後結果將直接反饋給客戶。至此，我們完成了一個cluster的例子。通過這個例子，相信您也可以輕松地利用Linux架設起一組cluster來。其實在cluster架設到這裡之後，還並不能達到正式應用的要求，實際應用中還有一些問題需要解決，比如要安裝監視軟件，監視集群的運作，要能及時發現real server的故障並對應調整real server的列表。還有後台real server節點的數據一致性等問題。這些在一些商用的cluster軟件產品中就得到了很好的解決，而網絡也有一些非商用的軟件，比如mon就是這樣的系統資源監控程序，可以監控網絡服務可用性、服務器問題等，最重要的是mon提供了一個框架，用戶可以自行定義和擴展。這些內容請參閱其它文章。