摘  要： 介紹了LVS集群技術(shù)的原理、框架。以CentOS操作系統(tǒng)為基礎(chǔ)，描述了LVS集群的配置及實(shí)現(xiàn)過程，并對(duì)構(gòu)建的集群系統(tǒng)進(jìn)行了配置、功能和性能測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明，所構(gòu)建的集群系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠，具有高可用性、可擴(kuò)展性和負(fù)載均衡的特性。
關(guān)鍵詞： LVS；集群；教學(xué)資源庫；負(fù)載均衡；高可用性

　隨著互聯(lián)網(wǎng)規(guī)模的快速擴(kuò)張，人們?cè)L問互聯(lián)網(wǎng)的業(yè)務(wù)流量呈爆炸式的增長(zhǎng)，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的并發(fā)響應(yīng)能力面臨嚴(yán)峻的考驗(yàn)；同時(shí)，更多更復(fù)雜的Web事務(wù)處理也對(duì)服務(wù)器的性能提出了更高的要求。單臺(tái)的計(jì)算機(jī)提供的服務(wù)已不能勝任如此艱巨的任務(wù)，而集群技術(shù)的出現(xiàn)，則有效地解決了這一問題。
　根據(jù)集群的功能、結(jié)構(gòu)和技術(shù)的不同，可分為高性能集群、高可用性集群和負(fù)載均衡集群，其中負(fù)載均衡是集群技術(shù)的核心，是決定集群性能的重要因素[1]。在集群技術(shù)的發(fā)展過程中，出現(xiàn)了許多種不同的集群技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案，而Linux作為一種開源的操作系統(tǒng)及基于LVS實(shí)現(xiàn)的Linux集群技術(shù)，則更多地得到了人們的關(guān)注。
1 LVS集群技術(shù)
1.1 LVS簡(jiǎn)介
　LVS[2]（Linux Virtual Server，Linux虛擬服務(wù)器）是Linux操作系統(tǒng)上的一個(gè)負(fù)載均衡軟件，是在1998年由國(guó)防科技大學(xué)的章文嵩博士主持的一個(gè)在Linux操作系統(tǒng)上開發(fā)的開源集群項(xiàng)目[3]。目前技術(shù)發(fā)展的比較成熟，已成為L(zhǎng)inux內(nèi)核的一部分。
1.2 LVS模型
　LVS提供的可伸縮網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的框架如圖1所示。IPVS軟件提供三種IP負(fù)載均衡技術(shù)，KTCPVS實(shí)現(xiàn)了基于內(nèi)容請(qǐng)求分發(fā)的應(yīng)用層交換?？梢岳肔VS框架實(shí)現(xiàn)高可伸縮的、高可用的Web、FTP、Mail等網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，開發(fā)高可用的電子商務(wù)應(yīng)用。

　LVS在兩個(gè)層次上很好實(shí)現(xiàn)了負(fù)載均衡，基于網(wǎng)絡(luò)層的IPVS和應(yīng)用層的KTCPVS內(nèi)容請(qǐng)求分發(fā)技術(shù)，三種負(fù)載均衡技術(shù)分別為網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)[4]
　在圖2所示中，負(fù)載調(diào)度器是集群調(diào)度的核心，是客戶機(jī)通過虛擬IP訪問集群系統(tǒng)的入口。多個(gè)真實(shí)服務(wù)器組成真實(shí)提供服務(wù)的服務(wù)器池，真實(shí)服務(wù)器的數(shù)目可根據(jù)需要?jiǎng)討B(tài)添加，它們共享一個(gè)存儲(chǔ)區(qū)域。整個(gè)系統(tǒng)對(duì)外呈現(xiàn)一個(gè)虛擬服務(wù)器，擁有虛擬IP，用戶通過虛擬IP訪問負(fù)載調(diào)度器后，根據(jù)采用的負(fù)載均衡算法將用戶的請(qǐng)求調(diào)度到一個(gè)真實(shí)的內(nèi)部服務(wù)器進(jìn)行處理，多個(gè)服務(wù)器可以并行執(zhí)行用戶的請(qǐng)求，增加集群系統(tǒng)的整體吞吐率[5]。

　CentOS5默認(rèn)安裝LVS，采用Piranha圖形界面進(jìn)行配置管理，跳動(dòng)進(jìn)程Pulse是Piranha的主進(jìn)程，它負(fù)責(zé)發(fā)送和檢測(cè)節(jié)點(diǎn)之間的心跳（heartbeat）[6-7]，兩個(gè)節(jié)點(diǎn)周期性地發(fā)送heartbeat信息到網(wǎng)絡(luò)上，指出當(dāng)前節(jié)點(diǎn)是活動(dòng)（active）的還是非活動(dòng)（inactive）的。當(dāng)LVS開始工作時(shí)，LVS進(jìn)程通過調(diào)用ipvsadm程序配置和維護(hù)內(nèi)核中的IPVS路由表，為每一個(gè)真實(shí)服務(wù)器啟動(dòng)一個(gè)nanny進(jìn)程。nanny進(jìn)程可以查看服務(wù)器上配置服務(wù)的狀態(tài)，在服務(wù)故障時(shí)，通知LVS進(jìn)程，LVS進(jìn)程即可調(diào)用ipvsadm刪除IPVS中對(duì)應(yīng)的路由表項(xiàng)。
當(dāng)backup router通過心跳通道（heartbeat channel）沒有接收到active router的回應(yīng)時(shí)，將調(diào)用send_arp函數(shù)重新建立虛擬IP到備份結(jié)點(diǎn)MAC的映射，然后通過發(fā)送命令使active router中的LVS進(jìn)程關(guān)閉，在備份結(jié)點(diǎn)中啟動(dòng)LVS進(jìn)程以恢復(fù)和配置服務(wù)器之間的連接。
2 基于LVS的集群技術(shù)在Linux內(nèi)核2.6上的實(shí)現(xiàn)[7-8]
2.1 平臺(tái)應(yīng)用背景
　我院的共享型專業(yè)教學(xué)資源庫平臺(tái)建設(shè)是在近幾年學(xué)校的數(shù)字化校園建設(shè)成果的基礎(chǔ)上，依托校園網(wǎng)構(gòu)建一個(gè)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(xué)資源庫軟件平臺(tái)，構(gòu)筑開放的教學(xué)資源環(huán)境，最大限度地滿足學(xué)生自主學(xué)習(xí)的需要。為向系統(tǒng)用戶（教師和學(xué)生）提供流暢、不間斷、實(shí)時(shí)高速度的訪問服務(wù)，采用了開源Linux操作系統(tǒng)CentOS5.4，結(jié)合基于LVS的集群技術(shù)，構(gòu)建系統(tǒng)平臺(tái)服務(wù)器。
2.2 系統(tǒng)拓?fù)?/strong>
　平臺(tái)系統(tǒng)以虛擬IP向外提供服務(wù)，圖3中①、②為負(fù)載均衡主、從調(diào)度器，通過交換網(wǎng)絡(luò)與真實(shí)服務(wù)器③、④、⑤、⑥連接，平臺(tái)系統(tǒng)共享內(nèi)部存儲(chǔ)⑦和⑧。節(jié)點(diǎn)①和②負(fù)責(zé)把客戶請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)到Real Server上，當(dāng)節(jié)點(diǎn)①負(fù)載均衡器（load balance）不正常工作時(shí)，節(jié)點(diǎn)①的資源和VIP（虛擬IP）自動(dòng)切換到節(jié)點(diǎn)②，整個(gè)系統(tǒng)的調(diào)度策略采用LVS/DR。共享型專業(yè)教學(xué)資源庫平臺(tái)拓?fù)淙鐖D3所示。