Linux和Windows搭配提供高可用性可扩展性系统

Posted 2022-09-04 张善友

我们的业务系统，不管是企业内部系统还是互联网应用系统，都需要可扩展，高可用性的系统。可扩展性和高可用性不是孤立的，只有结合起来，才能达到理想的效果。利用Linux的LVS集群方案为Windows服务器提供高可可用性的系统。

我们的业务系统，不管是企业内部系统还是互联网应用系统，都需要可扩展，高可用性的系统。可扩展性和高可用性不是孤立的，只有结合起来，才能达到理想的效果。

可扩展性是系统、网络或进程的可选属性之一，它表达的含义是可以以一种优雅的方式来处理不断增长的工作，或者以一种很明白的方式进行扩充。例如：它可以用来表示系统具备随着资源(典型的有硬件)的增加提升吞吐量的能力。
垂直扩展的意思是给系统中的单节点增加资源，典型的是给机器增加CPU或内存，垂直扩展为操作系统和应用模块提供了更多可共用的资源，因此它使得虚拟化的技术（应该是指在一台机器上运行多个虚拟机）能够运行的更加有效。
水平扩展的意思是指给系统增加更多的节点，例如为一个分布式的软件系统增加新的机器，一个更清晰的例子是将一台web服务器增加为三台。随着计算机价格的不断降低以及性能的不断提升，以往需要依靠超级计算机来进行的高性能计算的应用（例如：地震分析、生物计算等）现在可以采用这种多个低成本的应用来完成。由上百台普通机器构成的集群可以达到传统的基于RISC处理器的科学计算机所具备的计算能力。

可扩展性更加强调的是水平扩展性，在用户访问数量快速增长的情况下，不终止现有服务来扩展系统的容量。比如web服务器目前已经不能接受更多的用户访问，可以在不停止服务的情况下增加第2台服务器，甚至更多的服务器，而且新增服务器对已有的服务器不会造成负面影响。

没有办法保证系统7*24不发生故障，但用户却要求任何时候都可以正常访问系统，这就是系统高可靠性的需求。一般来说，一个服务是运行在一个系统/机器上，一旦系统/机器出现故障，用户就不能再正常访问这个服务；如果把同一个服务分开放在2个不同的系统/机器，那么即使是一个系统出故障，服务依然是可以访问的。另外一个好处是恢复故障的压力减轻了。现在业界更倾向用 N 个9 来量化可用性， 最常说的就是类似 "4个9(也就是99.99%)" 的可用性。看一下表 1 能更为直观一些。

描述	通俗叫法	可用性级别	年度停机时间
基本可用性	2个9	99%	87.6小时
较高可用性	3个9	99.9%	8.8小时
具有故障自动恢复能力的可用性	4个9	99.99%	53分钟
极高可用性	5个9	99.999%	5分钟

根据墨菲定律(Murphys Law)[“有可能出错的事情，就会出错(Anything that can go wrong will go wrong)”]的推论，世界上没有 100% 可靠的 Web站点(除非不运行）。

可能的解决方案有2种：一种是针对单服务的升级，但是升级过程复杂、成本高、且针对的往往是单一故障点；另一种是针对服务器集群的升级，也即架设网络服务的有效结构，这样做的好处在于：通过增强集群系统的冗余性从而实现高可用性、通过分而治之实现高性能和高吞吐率、通过对结点数目的动态调整实现高可扩展性和高性能/价格比等。

这里最常用到的一个技术就是集群。集群技术中常用的是负载均衡，负载均衡技术在Windows 上有群集、NLB，在Linux上有LVS，还有第三方提供的解决方案，例如F5负载均衡器。

我们开发的应用系统都运行在Windows平台上，可靠性和稳定性方面都比较差，尽管windows占据了绝大部分的桌面市场，但在服务器领域，其份额还是很少的：象google、yahoo、tencent、baidu等拥有上万台服务器应用的机构都不约而同的选择linux做为运营平台来支撑巨大的业务访问。每个业务都运行在一个系统/机器上，一旦系统/机器发生故障，业务将不可避免的停止服务。任何一个服务器出故障，运行在上面的业务将不再问用户提供有效服务。

Windows上比较廉价的集群方案式采用NLB，曾经使用过NLB搭建集群，实现方式可参考​​Windows Server 2003网络负载均衡的实现​​​。Linux的廉价集群方案就是LVS，LVS和NLB比较起来有很多的优势，LVS可以使得这项工作（组建高可扩展的网络服务）变得容易起来，而且LVS已经被证明非常稳定，也正在被越来越多站点和系统所部署。LVS的相关资料可以参考​​LVS项目有关中文文档​​。

1.在Linux内核中实现，2.6内核已经集成IPVS内核补丁了，所以不再需要重新编译内核.；

2.三种IP负载均衡技术（通过网络地址转换实现虚拟服务器、通过IP隧道实现虚拟服务器、通过直接路由实现虚拟服务器）；

3.十种负载调度算法；

4.支持IPv4和IPv6。

对于系统的高可用性而言，可组建的集群可以是WEB集群、Cache集群、邮件集群、Media集群、DNS集群、mysql集群等。此外，LVS的硬件平台方面：

• 任何跑Linux的硬件平台都可以运行LVS；
• LVS的负载均衡和报文转发对CPU速度要求低；
• 可以用低功耗的硬件平台运行LVS，如Intel ATOM CPU 1.6GHz, 功耗2~3W，及Gigabit Ethernet。

传统模式下，用户的访问请求通过DNS服务器解析后，把服务请求转发给web服务器，取得数据后返回给用户。这种模式有2个麻烦：同时访问的用户增加到某个程度后，服务器不能提供所需的正常访问；遇到故障，所有的访问请求都将失败。要解决这样一个难题,LVS是上上之选。当我们采用LVS方案之后，更改dns服务器的记录，这样用户的访问将首先到达LVS控制器所在的服务器，LVS把请求按照某种算法转发给后面真正的服务器。那么数据的返还是怎样的一个过程呢？在采用DR方式的集群形式下，真实服务器直接把数据返还给用户而不再经过LVS控制器。这样设计使得结构更简单一些，LVS控制器的压力也小很多。

LVS/DR主要由控制器和真实服务器2部分构成，需要在控制器和真实服务器上做好配置才能提供正常的服务。实现LVS/DR最重要的两个东西是ipvs内核模块和ipvsadm工具包，幸运的是，当前的发行版已经包含ipvs内核模块，不必再像旧的内核版本需要打这个补丁，ipvsadm需要从网上下载安装。

LVS可以把服务请求转发到各种各样的操作系统，Windows下设置子网掩码为255.255.255.255比linux设置要麻烦些。要想在网上邻居本地连接的tcp/ip属性设置4个255掩码是不能得逞的，唯一的办法是修改注册表。默认状况下，windows并没有环回接口存在，配置之前得先安装这个“设备”。