Кластеризация + виртуализация: Linux HA + OpenVZ

Часть 1: кластеризация на практике

Евгений Прокопьев

Как одновременно уменьшить количество физических серверов, требующих обслуживания, и при этом продублировать их, обеспечив автоматическое переключение на резервный сервер при отказе основного.

Чем больше сервисов находится в вашем попечении и чем в большей степени от их работоспособности зависит нормальное функционирование предприятия, тем более актуальным становится обеспечение:

n  отказоустойчивости – от простого резервного копирования важных данных до систем высокой готовности (High Availability), когда при выходе из строя основного сервера его функции автоматически берет на себя резервный сервер;

n  консолидации сервисов и сокращения количества физических серверов, требующих обслуживания, – от простого размещения нескольких сервисов на одном физическом сервере до использования различных систем виртуализации, изолирующих сервисы друг от друга.

На первый взгляд эти задачи противоположны, однако их вполне можно совместить, если обеспечить отказоустойчивость не каждого сервиса в отдельности, а группы сервисов, работающих в виртуальных средах. Именно этим мы сейчас и займемся.

Инструменты

Сначала определимся с требуемым инструментарием исходя из того, что нас интересуют только решения с открытым исходным кодом.

Если требуется гарантировать отказоустойчивость сервису, который сам по себе отказоустойчивым не является и встроенных механизмов кластеризации не имеет, то особых альтернатив проекту Linux HA (http://linux-ha.org) нет.

Основным компонентом проекта является менеджер кластера Heartbeat, предоставляющий средства коммуникации между узлами кластера (в том числе механизм оповещения об отключении/включении узла) и управления ресурсами кластера. Для сервисов, решающих только вычислительные задачи, этого может быть достаточно, но большинство сервисов имеют привычку также хранить свои настройки и данные на диске. Чтобы они были доступны сервису независимо от того, на каком узле кластера он в данный момент работает, требуются внешние по отношению к проекту Linux HA средства организации распределенного файлового хранилища.

В их качестве могут выступать:

n  классические распределенные файловые системы (OCFS, CODA, GFS, Lustre), позволяющие организовать параллельный доступ к файлам с нескольких компьютеров одновременно;

n  средства автоматического зеркалирования разделов жесткого диска на двух компьютерах, обеспечивающие доступ к файлам на чтение и запись только с одного компьютера (программные – DRBD и аппаратные – IBM ServeRAID);

n  прочие средства, которые в принципе использовать можно, но либо их надежность (NFS, CIFS), либо стоимость (SAN) являются неприемлемыми.

Чаще всего в связке с Heartbeat используется DRBD (http://drbd.org), версия 7 которой обеспечивает более высокую производительность и надежность по сравнению с классическими распределенными файловыми системами. DRBD версии 8 движется в сторону своих конкурентов, пытаясь сохранить собственные преимущества, но к промышленной эксплуатации она пока еще не готова.

Что же касается виртуализации, то здесь выбор гораздо шире, и определяется он тем, что именно мы собираемся виртуализировать и сколько аппаратных ресурсов мы готовы потратить. По этим критериям можно выделить 3 типа виртуализации (классификация приведена по докладу Кирилла Колышкина и Кирилла Коротаева, прозвучавшему во время Третьей Международной конференции разработчиков свободных программ на Протве – http://kir.vtx.ru/lj/openvz-intro-ru.pdf):

n  Эмуляция (примеры реализации: QEmu, Bochs) – фактически это полная эмуляция аппаратного обеспечения, позволяющая запускать в виртуальной среде любую операционную систему, однако производительность таких решений сравнительно низкая.

n  Паравиртуализация (примеры реализации: Xen, User-mode Linux) – позволяет запускать в виртуальной среде специально модифицированную для этой среды операционную систему, соответственно запустить можно не все, но то, что запустить удастся, будет работать быстрее.

n  Виртуализация на уровне операционной системы (примеры реализации: FreeBSD Jail, Solaris Zones/Containers, Linux VServer, Linux OpenVZ, Linux FreeVPS) – позволяет в наибольшей степени снизить накладные расходы и добиться максимальной производительности за счет того, что все виртуальные среды обслуживает одно специально модифицированное ядро операционной системы. Соответственно запускать не только различные операционные системы, но даже разные версии ядра не получится, да и доступ к аппаратным ресурсам внутри виртуальной среды во многом будет ограничен.