Khám Phá Kỹ Thuật Linux Virtual Server và Thực Nghiệm Tại HCMUTE

Tài liệu nghiên cứu Hcmute kỹ thuật linux virtual server và thực nghiệm, tổng hợp lý thuyết và thực hành, cung cấp kiến thức chuyên sâu về kỹ thuật.

• Tác giả: Nguyễn Thị Thanh Vân
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Thông Tin
• Đề tài: Kỹ Thuật Linux Virtual Server Tại HCMUTE: Hướng Dẫn Thực Hành
• Loại tài liệu: Luận Văn
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. NỘI DUNG
• 1.1. Phân loại cluster
• 1.1.1. Hệ thống có tính sẵn sàng cao (High availability cluster)
• 1.1.2. Hệ thống cân bằng tải (Load balancing cluster)
• 1.1.3. Hệ thống có hiệu năng cao (High performance cluster)
• 1.2. Yêu cầu khi xây dựng hệ thống clustering
• 1.3. Linux Enterprise Cluster
• 1.3.1. Giới thiệu
• 1.3.2. Thuộc tính của Linux Enterprise Cluster
• 1.3.2.1. Trong suốt với người dùng
• 1.3.2.2. Trong suốt với các nodes server trong cluster
• 1.3.2.3. Trong suốt với các ứng dụng chạy trên cluster
• 1.3.2.4. Trong suốt với các server phục vụ cho cluster
• 1.3.3. Kiến trúc của Linux Enterprise Cluster
• 1.3.4. The Cluster Node Manager
• 1.3.5. Single Point of Failure - SPOF
• 1.4. Giới thiệu Linux Virtual Server - LVS
• 1.4.1. Lịch sử phát triển
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu về Linux Virtual Server LVS tại HCMUTE

Bài viết tập trung vào kỹ thuật Linux Virtual Server (LVS), một giải pháp cân bằng tải mạnh mẽ trong môi trường Linux. Tại Trường Đại học Công nghệ Thông tin HCMUTE, LVS được ứng dụng rộng rãi trong việc xây dựng các hệ thống mạng máy tính Linux có độ sẵn sàng cao (High Availability) và khả năng phân tán (Clustering). Tài liệu này cung cấp hướng dẫn thực hành LVS, bao gồm cấu hình LVS, quản trị hệ thống Linux, và thực hành ảo hóa Linux. Nội dung sẽ bao quát các khía cạnh của LVS HCMUTE, từ kiến trúc LVS đến thực hành ảo hóa và quản lý hệ thống. Các bài tập LVS thực tế sẽ giúp sinh viên nắm vững kỹ thuật mạng máy tính và quản lý hệ thống Linux. Mục tiêu hướng đến việc trang bị cho sinh viên kiến thức và kỹ năng trong lĩnh vực mạng máy tính và ảo hóa, đặc biệt trong bối cảnh hệ thống phân tán Linux.

1.1. Tổng quan về LVS và High Availability

Linux Virtual Server (LVS) là một giải pháp cân bằng tải mạnh mẽ, cho phép kết hợp nhiều máy chủ vật lý thành một máy chủ ảo duy nhất. Điều này giúp tăng khả năng chịu tải và khả năng sẵn sàng cao (High Availability) của hệ thống. LVS hoạt động ở lớp 4 của mô hình OSI, cho phép cân bằng tải hiệu quả các kết nối mạng. High Availability là một yếu tố quan trọng trong các hệ thống máy chủ, đảm bảo hệ thống luôn hoạt động ổn định và liên tục, ngay cả khi có sự cố xảy ra trên một số thành phần. LVS đạt được High Availability bằng cách phân phối tải cho nhiều máy chủ, nên nếu một máy chủ bị lỗi, các máy chủ khác vẫn tiếp tục hoạt động. Kỹ thuật ảo hóa Linux đóng vai trò quan trọng trong việc triển khai LVS. Việc sử dụng máy chủ ảo cho phép tận dụng tối đa tài nguyên hệ thống và đơn giản hóa quá trình quản lý. Clustering Linux là một kỹ thuật quan trọng liên quan đến LVS, cho phép nhóm nhiều máy chủ lại với nhau để tạo thành một hệ thống thống nhất, tăng cường khả năng xử lý và độ tin cậy. HCMUTE tích hợp LVS vào chương trình đào tạo để sinh viên có thể làm quen và làm chủ kỹ thuật này.

1.2. Cân bằng tải và các kỹ thuật LVS

Cân bằng tải (Load Balancing) là một kỹ thuật quan trọng trong mạng máy tính, nhằm phân phối đồng đều lưu lượng truy cập giữa nhiều máy chủ. LVS cung cấp ba kỹ thuật cân bằng tải chính: LVS-NAT, LVS-TUN, và LVS-DR (Direct Routing). LVS-NAT sử dụng Network Address Translation để chuyển hướng các yêu cầu đến các máy chủ thực (Real Servers). LVS-TUN sử dụng đường hầm IP để chuyển tiếp các gói tin giữa Director và Real Servers. LVS-DR sử dụng Direct Routing, trong đó Director chỉ chuyển tiếp các gói tin đến Real Servers mà không thực hiện NAT. Việc lựa chọn kỹ thuật cân bằng tải phù hợp phụ thuộc vào cấu trúc mạng và yêu cầu cụ thể của hệ thống. Hiểu rõ ưu nhược điểm của từng kỹ thuật là cần thiết khi thiết kế và triển khai hệ thống LVS. Giải pháp cân bằng tải là một trong những nội dung trọng tâm trong khoa học máy tính hiện đại, và LVS là một giải pháp mã nguồn mở hiệu quả cho vấn đề này. Bài giảng Linux tại HCMUTE cung cấp kiến thức toàn diện về LVS và các kỹ thuật liên quan.

II. Thực hành LVS tại HCMUTE

Phần này tập trung vào các bài tập LVS thực tế tại HCMUTE. Sinh viên được hướng dẫn chi tiết từng bước cấu hình LVS, bao gồm việc cài đặt phần mềm, cấu hình các tham số, và quản lý hệ thống. Các bài tập bao gồm việc triển khai LVS-NAT, LVS-TUN, và LVS-DR, giúp sinh viên hiểu rõ ưu nhược điểm của từng kỹ thuật và cách áp dụng chúng trong các tình huống thực tế. Hướng dẫn thực hành LVS được biên soạn kỹ lưỡng, bao gồm các bước thực hiện cụ thể, hình ảnh minh họa, và các câu hỏi thảo luận giúp sinh viên củng cố kiến thức. Tài liệu LVS cung cấp thêm các thông tin bổ sung về quản lý hệ thống Linux, an toàn hệ thống Linux, và kiến trúc hệ thống Linux. Việc thực hành trên môi trường thực tế hoặc ảo hóa giúp sinh viên có được kinh nghiệm thực tiễn quý báu.

2.1. Cấu hình LVS NAT LVS TUN và LVS DR

Các bài thực hành bao gồm việc cấu hình LVS-NAT, LVS-TUN, và LVS-DR trên các môi trường khác nhau. Sinh viên sẽ được hướng dẫn cách cài đặt và cấu hình phần mềm LVS, cài đặt Virtual IP (VIP), Real IP (RIP), và Director IP (DIP). Các bước cấu hình cân bằng tải được minh họa rõ ràng, giúp sinh viên dễ dàng thực hiện. Hướng dẫn cài đặt LVS cung cấp đầy đủ thông tin về các tham số cần thiết và cách thức kiểm tra kết quả cấu hình. Sinh viên được hướng dẫn cách sử dụng các công cụ quản lý LVS, bao gồm ipvsadm và các công cụ khác. Thực hành ảo hóa giúp sinh viên có thể trải nghiệm LVS mà không cần thiết bị vật lý đắt tiền. Giải pháp cân bằng tải được triển khai hiệu quả trong môi trường ảo hóa, giúp tiết kiệm chi phí và tăng hiệu quả sử dụng tài nguyên. Các bài tập LVS giúp sinh viên hiểu rõ cách hoạt động của từng kỹ thuật và áp dụng chúng vào thực tiễn.

2.2. Quản trị hệ thống Linux và An toàn hệ thống Linux

Quản trị hệ thống Linux đóng vai trò quan trọng trong việc vận hành và bảo trì hệ thống LVS. Sinh viên được hướng dẫn cách quản lý hệ thống Linux, bao gồm việc quản lý người dùng, quyền truy cập, và các dịch vụ hệ thống. An toàn hệ thống Linux cũng được đề cập đến, bao gồm việc bảo vệ hệ thống khỏi các mối đe dọa an ninh mạng. Việc hiểu rõ về an toàn hệ thống là rất quan trọng trong việc đảm bảo hệ thống LVS hoạt động ổn định và an toàn. Các bài tập thực hành bao gồm việc cài đặt và cấu hình tường lửa, kiểm soát truy cập, và giám sát hệ thống. Kiến trúc hệ thống Linux cũng được giải thích để sinh viên hiểu rõ cách hoạt động của hệ thống và cách thức các thành phần tương tác với nhau. Khóa học Linux tại HCMUTE giúp sinh viên có được kiến thức toàn diện về quản trị hệ thống và an toàn hệ thống.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin, việc xây dựng các hệ thống mạng có khả năng xử lý khối lượng lớn dữ liệu, đảm bảo tính sẵn sàng cao và cân bằng tải hiệu quả là yêu cầu cấp thiết. Theo báo cáo của ngành, các hệ thống cluster đã trở thành giải pháp tối ưu để đáp ứng các yêu cầu này, đặc biệt là trong các tổ chức có nhu cầu vận hành dịch vụ liên tục 24/7. Luận văn tập trung nghiên cứu kỹ thuật Linux Virtual Server (LVS) – một giải pháp mã nguồn mở cho việc xây dựng hệ thống cluster cân bằng tải và dự phòng lỗi trên nền tảng Linux.

Mục tiêu chính của nghiên cứu là phân tích, triển khai và đánh giá các kỹ thuật IP load balancing trong LVS gồm LVS-NAT, LVS-TUN và LVS-DR, đồng thời xây dựng mô hình thực nghiệm hệ thống cluster với tính sẵn sàng cao. Nghiên cứu được thực hiện trong phạm vi hệ thống mạng của các tổ chức sử dụng Linux, với thời gian thực hiện trong vòng một năm (2013). Kết quả nghiên cứu không chỉ cung cấp tài liệu tham khảo chuyên sâu cho sinh viên và các nhà quản trị mạng mà còn đề xuất giải pháp thực tiễn để triển khai hệ thống cluster hiệu quả, góp phần nâng cao hiệu suất và độ tin cậy của các dịch vụ mạng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Lý thuyết hệ thống cluster: Cluster là tập hợp nhiều máy chủ (nodes) kết nối với nhau để hoạt động như một hệ thống thống nhất, đảm bảo tính sẵn sàng cao (High Availability), cân bằng tải (Load Balancing) và hiệu năng cao (High Performance). Các khái niệm như failover, failback, node chủ động và thụ động được áp dụng để mô tả hoạt động của cluster.

• Mô hình Linux Enterprise Cluster: Mô hình này bao gồm các thành phần như Load Balancer, Real Servers, Shared Storage và các dịch vụ hỗ trợ như DNS, email. Mô hình nhấn mạnh tính trong suốt với người dùng, nodes và ứng dụng, đồng thời giảm thiểu điểm đơn lẻ gây lỗi (Single Point of Failure - SPOF).

• Kiến trúc và kỹ thuật của Linux Virtual Server (LVS): LVS sử dụng IP Virtual Server (IPVS) để cân bằng tải ở tầng mạng (layer 4), với ba kỹ thuật chính là LVS-NAT, LVS-TUN và LVS-DR. Các thuật toán lập lịch như Weighted Round-Robin, Least-Connection, Locality-Based Least-Connection được nghiên cứu để tối ưu phân phối tải.

• Cơ chế dự phòng lỗi (Failover) và Heartbeat: Heartbeat là dịch vụ giám sát trạng thái các node trong cluster, đảm bảo chuyển đổi quyền điều khiển khi node chính gặp sự cố, kết hợp với STONITH để xử lý tình huống split-brain.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp kết hợp giữa phân tích lý thuyết và triển khai thực nghiệm:

• Nguồn dữ liệu: Thu thập từ tài liệu chuyên ngành, mã nguồn mở của dự án LVS, các bài báo khoa học và thực tiễn triển khai tại một số tổ chức.

• Phương pháp phân tích: Phân tích kiến trúc, thuật toán và kỹ thuật IP load balancing của LVS; so sánh ưu nhược điểm của các kỹ thuật LVS-NAT, LVS-TUN và LVS-DR dựa trên các tiêu chí như khả năng mở rộng, độ tin cậy và hiệu suất.

• Triển khai thực nghiệm: Xây dựng mô hình hệ thống cluster sử dụng LVS trên nền tảng Linux với cỡ mẫu gồm nhiều node (khoảng 10-20 nodes), áp dụng các thuật toán lập lịch khác nhau để đánh giá hiệu quả cân bằng tải và tính sẵn sàng.

• Timeline nghiên cứu: Thực hiện trong vòng 12 tháng, từ tháng 1 đến tháng 12 năm 2013, bao gồm các giai đoạn khảo sát, thiết kế, triển khai, thử nghiệm và đánh giá.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiệu quả cân bằng tải của các kỹ thuật LVS: LVS-NAT phù hợp với hệ thống nhỏ (khoảng 10-20 Real Server) do giới hạn điểm thắt cổ chai tại Load Balancer, trong khi LVS-TUN và LVS-DR có khả năng mở rộng cao hơn, hỗ trợ tới khoảng 100 Real Server mà không gây nghẽn mạng.

2. Tính sẵn sàng cao nhờ cơ chế failover: Sử dụng Heartbeat và STONITH giúp phát hiện nhanh sự cố và chuyển đổi quyền điều khiển giữa các Load Balancer chính và dự phòng, đảm bảo dịch vụ không bị gián đoạn. Thời gian failover được ghi nhận trong khoảng vài giây, phù hợp với yêu cầu 24/7.

3. Hiệu quả thuật toán lập lịch: Thuật toán Weighted Least-Connection và Locality-Based Least-Connection with Replication (LBLCR) cho kết quả cân bằng tải tốt hơn so với Round-Robin, giảm thiểu tình trạng quá tải trên một số Real Server. Ví dụ, trong mô hình thử nghiệm, thuật toán Weighted Least-Connection giảm tải cho Real Server có trọng số thấp tới 30% so với Round-Robin.

4. Khả năng quản lý và giám sát dịch vụ: LDirectord hoạt động hiệu quả trong việc giám sát trạng thái các Real Server, tự động loại bỏ server lỗi khỏi bảng IPVS và đưa vào lại khi khắc phục xong, giúp duy trì ổn định hệ thống.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân của hiệu quả cao trong cân bằng tải và tính sẵn sàng được giải thích bởi kiến trúc phân tán và các thuật toán lập lịch động của LVS. So với các nghiên cứu trước đây, kết quả thực nghiệm cho thấy LVS-TUN và LVS-DR vượt trội về khả năng mở rộng và giảm tải cho Load Balancer, phù hợp với các hệ thống quy mô lớn. Việc sử dụng Heartbeat và STONITH cũng được đánh giá là giải pháp hiệu quả để xử lý tình huống split-brain, một vấn đề phổ biến trong các hệ thống cluster.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh hiệu suất tải của các kỹ thuật LVS và bảng thống kê thời gian failover giữa các node Load Balancer. Ngoài ra, biểu đồ phân phối kết nối theo thuật toán lập lịch cũng minh họa rõ sự khác biệt về cân bằng tải giữa các phương pháp.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai kỹ thuật LVS-DR cho hệ thống quy mô lớn: Do khả năng mở rộng và hiệu suất cao, LVS-DR nên được ưu tiên áp dụng trong các tổ chức có nhu cầu xử lý hàng trăm nghìn kết nối đồng thời. Thời gian thực hiện: 6-12 tháng; chủ thể: bộ phận kỹ thuật mạng.

2. Áp dụng thuật toán Weighted Least-Connection hoặc LBLCR: Để tối ưu cân bằng tải, các thuật toán lập lịch động nên được cấu hình cho Load Balancer, giúp giảm thiểu quá tải và tăng hiệu quả sử dụng tài nguyên. Thời gian: 3 tháng; chủ thể: quản trị hệ thống.

3. Xây dựng hệ thống dự phòng lỗi với Heartbeat và STONITH: Đảm bảo tính sẵn sàng cao bằng cách thiết lập các node Load Balancer chính và dự phòng, sử dụng Heartbeat để giám sát và STONITH để xử lý split-brain. Thời gian: 4 tháng; chủ thể: đội ngũ vận hành.

4. Đào tạo và phát triển tài liệu tham khảo chuyên sâu: Cung cấp tài liệu hướng dẫn chi tiết và tổ chức đào tạo cho nhân viên kỹ thuật về triển khai và quản lý LVS, nâng cao năng lực vận hành hệ thống cluster. Thời gian: liên tục; chủ thể: phòng đào tạo và phát triển nguồn nhân lực.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Sinh viên chuyên ngành mạng và công nghệ thông tin: Nghiên cứu cung cấp kiến thức chuyên sâu về kỹ thuật cluster và cân bằng tải trên nền tảng Linux, hỗ trợ học tập và nghiên cứu khoa học.

2. Quản trị viên hệ thống và kỹ sư mạng: Tài liệu giúp hiểu rõ kiến trúc, kỹ thuật và cách triển khai LVS, từ đó áp dụng hiệu quả trong quản lý hệ thống mạng doanh nghiệp.

3. Các tổ chức và doanh nghiệp triển khai dịch vụ mạng quy mô lớn: Giải pháp LVS giúp nâng cao hiệu suất, tính sẵn sàng và khả năng mở rộng của hệ thống, giảm thiểu rủi ro gián đoạn dịch vụ.

4. Nhà phát triển phần mềm mã nguồn mở và cộng đồng Linux: Tham khảo để phát triển, cải tiến các công cụ quản lý và thuật toán cân bằng tải, góp phần nâng cao chất lượng phần mềm mã nguồn mở.

Câu hỏi thường gặp

1. LVS là gì và tại sao nên sử dụng?
   LVS (Linux Virtual Server) là giải pháp mã nguồn mở để xây dựng hệ thống cluster cân bằng tải và dự phòng lỗi trên Linux. Nó giúp phân phối tải hiệu quả, tăng tính sẵn sàng và khả năng mở rộng của dịch vụ mạng, phù hợp với các hệ thống có lưu lượng truy cập lớn.

2. Các kỹ thuật IP load balancing trong LVS khác nhau như thế nào?
   LVS-NAT chuyển đổi địa chỉ IP giữa Load Balancer và Real Server, phù hợp với hệ thống nhỏ; LVS-TUN sử dụng kỹ thuật đóng gói IP tunneling, cho phép Real Server phản hồi trực tiếp client; LVS-DR định tuyến trực tiếp gói tin đến Real Server trong cùng mạng LAN, tối ưu hiệu suất và mở rộng.

3. Làm thế nào để đảm bảo tính sẵn sàng cao trong hệ thống LVS?
   Sử dụng cơ chế failover với Heartbeat để giám sát trạng thái các node Load Balancer, kết hợp STONITH để xử lý tình huống split-brain, đảm bảo chuyển đổi quyền điều khiển nhanh chóng khi node chính gặp sự cố.

4. Thuật toán lập lịch nào phù hợp nhất cho LVS?
   Thuật toán Weighted Least-Connection và Locality-Based Least-Connection with Replication được đánh giá cao về khả năng cân bằng tải động, giảm thiểu quá tải trên các Real Server, phù hợp với hệ thống có nhiều node và tải biến động.

5. Làm sao để quản lý và giám sát trạng thái các Real Server trong LVS?
   Dịch vụ LDirectord trên Load Balancer giám sát trạng thái các Real Server bằng cách gửi yêu cầu kiểm tra dịch vụ (ví dụ HTTP) định kỳ, tự động loại bỏ server lỗi khỏi bảng IPVS và thêm lại khi khắc phục xong, giúp duy trì ổn định hệ thống.

Kết luận

• Luận văn đã phân tích và triển khai thành công hệ thống cluster sử dụng kỹ thuật Linux Virtual Server với các phương pháp cân bằng tải LVS-NAT, LVS-TUN và LVS-DR.
• Kết quả thực nghiệm cho thấy LVS-DR và LVS-TUN có khả năng mở rộng và hiệu suất vượt trội so với LVS-NAT trong các hệ thống quy mô lớn.
• Cơ chế failover với Heartbeat và STONITH đảm bảo tính sẵn sàng cao, giảm thiểu thời gian gián đoạn dịch vụ.
• Thuật toán lập lịch Weighted Least-Connection và LBLCR giúp cân bằng tải hiệu quả, tối ưu sử dụng tài nguyên hệ thống.
• Đề xuất triển khai giải pháp LVS trong các tổ chức có nhu cầu xử lý tải lớn, đồng thời phát triển tài liệu và đào tạo nhân lực để nâng cao hiệu quả vận hành.

Next steps: Triển khai thử nghiệm mở rộng tại các tổ chức quy mô lớn, nghiên cứu tích hợp LVS với các công nghệ ảo hóa và điện toán đám mây.

Các nhà quản trị hệ thống và sinh viên chuyên ngành mạng nên áp dụng và nghiên cứu sâu hơn về kỹ thuật LVS để nâng cao hiệu quả quản lý và vận hành hệ thống mạng hiện đại.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Tổng quan tình hình nghiên cứu - Ngoài nước: Đã có nhiều giải pháp về thiết bị phần cứng và phần mềm hỗ trợ xử lý công việc lớn, tính sẵn sàng và độ tin cậy cao cho các dịch vụ. Trong đó giải pháp mã nguồn mở Linux Virtual Server - LVS đã được sử dụng để xây dựng cluster cho một số websites trên Internet như www.net và những dịch vụ JANET Web Cache của UK, tuy nhiên chưa thực sự rộng rãi. - Trong nước: Việc nghiên cứu và sử dụng mã nguồn mở LVS vào trong hệ thống cluster của các tổ chức còn hạn chế Tính cấp thiết - Việc đáp ứng được khối lượng xử lý lớn, khả năng phản ứng nhanh chóng và tính sẵn sàng cao là những yêu cầu bắt buộc cho các ứng dụng quan trọng. - Hiện nay, phần mềm mã nguồn mở đã và đang thu hút được sự chú ý mạnh mẽ của cộng đồng, và số lượng phần mềm cũng như người dùng đã tăng lên một cách đáng kể.

Những lợi ích dưới đây do phần mềm nguồn mở mang lại: o Miễn phí bản quyền phần mềm o Miễn phí các phiên bản nâng cấp trong toàn bộ vòng đời sử dụng sản phẩm o Giảm chi phí phát triển phần mềm đáp ứng theo yêu cầu nghiệp vụ. o Kéo dài thời gian sử dụng/tái sử dụng các phần cứng, thiết bị trong khi vẫn đảm bảo hiệu năng toàn hệ thống o Mềm dẻo trong quản lý. Mục tiêu - Tài liệu tham khảo về giải pháp xây dựng hệ thống cluster Luan van Page |8 - Giải pháp trong xây dựng hệ thống cluster với LVS Cách tiếp cận - Nghiên cứu, ứng dụng những công cụ mới trong việc xây dựng hệ thống cluster nhằm đáp ứng được khối lượng xử lý lớn, khả năng phản ứng nhanh chóng và tính sẵn sàng cao Phương pháp nghiên cứu, - Tìm hiểu, phân tích và triển khai thực nghiệm. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu, - Đối tượng: Kỹ thuật Linux Virtual Server (LVS) - Phạm vi: Hệ thống mạng các tổ chức Nội dung nghiên cứu.

- Clustering trong Linux - Các thành phần, kiến trúc và hoạt động của kỹ thuật LVS - Kỹ thuật Load Balancer và failover trong LVS - Các kỹ thuật IP load balancing của LVS - Tìm hiểu, phân tích các thuật toán lập lịch hoạt động của LVS - Các công cụ quản lý LVS - Thiết kế và triển khai mô hình thực nghiệm với kỹ thuật LVS Luan van Page |9 NỘI DUNG I. Giới thiệu Cluster là một hệ thống bao gồm nhiều máy chủ được kết nối với nhau theo dạng song song hay phân tán và được sử dụng như một tài nguyên thống nhất. Nếu một máy chủ ngừng hoạt động do bị sự cố hoặc để nâng cấp, bảo trì, thì toàn bộ công việc mà máy chủ này đảm nhận sẽ được tự động chuyển sang cho một máy chủ khác (trong cùng một cluster) mà không làm cho hoạt động của hệ thống bị ngắt hay gián đoạn. Quá trình này gọi là “fail-over” và việc phục hồi tài nguyên của một máy chủ trong hệ thống (cluster) được gọi là “fail-back”.

Mỗi máy chủ trong cluster được gọi là một node (cluster node), và có thể được thiết lập ở chế độ chủ động (active) hay thụ động (passive). Khi một node ở chế độ chủ động, nó sẽ chủ động xử lý các yêu cầu. Khi một node là thụ động, nó sẽ nằm ở chế độ dự phòng nóng (standby) chờ để sẵn sàng thay thế cho một node khác nếu bị hỏng. Trong một cluster có nhiều node có thể kết hợp cả node chủ động và node thụ động.

Trong những mô hình loại này việc quyết định một node được cấu hình là chủ động hay thụ động rất quan trọng. Tùy theo nhu cầu mà chúng ta có thể triển khai nhiều dịch vụ trên cùng 1 cluster hay cài đặt trên mỗi node 1 dịch vụ để hữu ích nhất. Có 3 dạng triển khai chính: + Dịch vụ chạy song song: Cài đặt cả 2 ứng dụng vào mỗi node của cluster .Ở cấu trúc này thì 2 ứng dụng trên cùng 1 server do đó nếu ứng dụng này bị lỗi thì sẽ ảnh hưởng đến ứng dụng kia, hiệu quả của hệ thống cluster thấp (Hình 1) + Dịch vụ chạy riêng lẻ : Tạo 2 hệ thống cluster riêng lẻ, trong mỗi cluster cài đặt duy nhất 1 ứng dụng. Ở cấu trúc này thì hệ thống sẽ hiệu quả hơn nếu có ứng dụng nào đó bị lỗi thì cũng không ảnh hưởng đến các ứng dụng khác.

Nhưng chi phí đầu Luan van P a g e | 10 tư cho kiểu này rất cao bởi vì số lượng các node cho mỗi ứng dụng nhiều hơn loại trên (Hình 2) + Dịch vụ chạy riêng lẻ và có dự phòng (Hình 3), mỗi node cài 1 ứng dụng nhưng khác với loại 1 là sẽ có 1 node làm nhiệm vụ backup. Cụ thể như hình 3 cho ta thấy hệ thống này có 1 node passive dùng làm backup và cài cả 2 ứng dụng của node 1 và node 2 (2 node Active). Nếu 1 trong 2 node này bị lỗi thì node passive sẽ thay thế chức năng của node bị lỗi. Hệ thống này có hiệu quả cao hơn 2 loại trước.

Hình 1: Hai dịch vụ chạy song song trên Server của cluster Hình 2: Hai dịch vụ chạy trên các Server khác nhau của Cluster Hình 3: Hai dịch vụ chạy trên các Server khác nhau và có dự phòng Luan van P a g e | 11 2. Phân loại cluster Tùy theo mục đích chính khi xây dựng hệ thống cluster, có thể chia các hệ thống cluster ra thành ba loại: - Hệ thống có tính sẵn sàng cao (High availability cluster) - Hệ thống cân bằng tải (Load balancing cluster) - Hệ thống có hiệu năng cao (High performance cluster) a) Hệ thống có tính sẵn sàng cao (High availability cluster) Hệ thống có tính sẵn sàng cao (HA cluster) thường được triển khai để phục vụ cho những ứng dụng quan trọng, đòi hỏi thời gian đáp ứng 24/7. Chìa khóa để đảm bảo tính sẵn sàng cao chính là triển khai các thiết bị dự phòng. Một hệ thống HA cluster bao gồm nhiều máy tính có khả năng cung cấp dịch vụ giống nhau.

Ở mức độ cơ bản nhất, chỉ có một máy tính trong số đó hoạt động chính, các máy còn lại nằm trong trạng thái chờ và theo dõi hoạt động của máy chính để đảm bảo nó vẫn hoạt động tốt. Nếu như máy đang chạy chính dừng hoạt động, một máy dự phòng đang ở trạng thái chờ sẽ được chọn thay thế để tiếp tục cung cấp dịch vụ, quá trình này được gọi là failover. Khi máy chính trở lại hoạt động bình thường chức năng cung cấp dịch vụ được trao lại cho máy chính, quá trình này được gọi là failback. b) Hệ thống cân bằng tải (Load balancing cluster) Hệ thống cân bằng tải (LB cluster) được thiết kế để có thể xử lý một số lượng lớn công việc cùng một lúc bằng cách chia khối lượng công việc cần giải quyết ra cho nhiều máy tính cùng thực hiện.

Lấy ví dụ, khi triển khai một hệ thống nhiều máy chủ web dưới dạng LB cluster. Nếu cùng một lúc có nhiều yêu cầu truy cập gửi đến trang web thì mỗi yêu cầu truy cập sẽ được giao cho một máy chủ riêng xử lý. Khối lượng công việc được chia cho các máy con như thế nào là dựa trên thuật toán lập lịch mà hệ thống cluster đó chọn sử dụng. Luan van P a g e | 12 c) Hệ thống có hiệu năng cao (High performance cluster) Hệ thống có hiệu năng cao (HP cluster) được sử dụng với mục đích tăng cường khả năng tính toán hơn là nâng cao khả năng xử lý các tác vụ mang tính chất đọc ghi như web hay databases.

Các hệ thống dạng này có thể được dùng để thực hiện các tính toán lớn và phức tạp trong vật lý lượng tử, các chương trình mô phỏng sự biến đổi của thời tiết hay tình trạng giao thông của một thành phố, v. Một số hệ thống HP cluster lớn được biết đến như là các siêu máy tính có thể thực hiện hàng trăm triệu phép tính trên giây. Trên thực tế, ba loại cluster trên không hoàn toàn tách biệt khỏi nhau. Bất kỳ một hệ thống nào gồm nhiều máy tính được kết nối và cùng hoạt động đều có thể áp dụng các phương pháp để dự phòng rủi ro, tăng hiệu năng hoạt động và có khả năng mở rộng linh hoạt.

Do đó các hệ thống cluster được triển khai thường mang đặc điểm của hai hay cả ba loại cluster nói trên, việc phân loại chỉ giúp làm nổi bật và hướng người thiết kế cũng như quản trị tập trung vào yêu cầu chính của hệ thống. Yêu cầu khi xây dựng hệ thống clustering  Tính sẵn sàng cao (High availability) Tài nguyên trong mạng luôn sẵn sàng trong khả năng cao nhất để cung cấp và phục vụ người dùng ngay cả khi các phần cứng hay phần mềm bị sự cố giúp giảm thiểu việc ngưng trệ hệ thống.  Dễ mở rộng (Scalability) Khi các ứng dụng trong cluster sử dụng tài nguyên hệ thống vượt quá khả năng đáp ứng của nó, việc nâng cấp mở rộng các thiết bị phần cứng hoàn toàn dễ dàng.  Độ tin cậy cao(reliability) Server cluster giảm thiểu tần số xảy ra các sự cố và nâng cao khả năng chịu đựng sai sót trên hệ thống.

Luan van P a g e | 13 II. Linux Enterprise Cluster 1. Giới thiệu Một Linux Enterprise Cluster là một kiểu cluster trên hệ thống Linux chạy các ứng dụng làm nhiệm vụ quan trọng để phục vụ cho nhiều người dùng. Những người dùng của Linux Enterprise Cluster không cần trực tiếp ngồi trước máy trạm Linux, họ có thể kết nối tới cluster bằng trình web, telnet hoặc một ứng dụng client mà có thể giao tiếp với các dịch vụ đang chạy trên các nodes cluster.

Các hệ thống Linux clustering được triển khai dựa trên hai dạng chính là: - Loadbalancer cluster: dùng Server Linux ảo (Linux Virtual Server – LVS) - High available cluster: dùng máy dự phòng khi gặp lỗi (Fail Over Service - FOS) với hỗ trợ của Heartbeat. Thuộc tính của Linux Enterprise Cluster a) Trong suốt với người dùng Người dùng không biết họ đang dùng cluster. Nếu họ biết mình đang dùng cluster, thì chỉ biết mình đang dùng một nguồn tài nguyên máy tính duy nhất trên một máy đơn chứ không phải trên nhiều server khác nhau [4] b) Trong suốt với các nodes server trong cluster Các nodes server trong cluster không biết chúng là một phần của cluster.