LVS se implementa como un conjunto de parches al kernel Linux y un programa de espacio de usuario denominado ipvsadm. El sistema que tiene instalado LVS es denominado director o balanceador de carga, cuya función no es otra que balancear las peticiones de red que recibe entre un conjunto de servidores reales que se encuentran detrás de él.

LVS funciona a nivel TCP/IP, lo que se conoce como un conmutador de nivel 4. Lo que ve LVS son direcciones y puertos de origen y destino, y toma decisiones para balancear la carga con esta información. LVS toma las decisiones cuando se abre una conexión (SYN), manteniendo una tabla de conexiones, para saber a que servidor real^[1] enviar un paquete perteneciente a una conexión ya establecida. Por lo tanto, el balanceo de carga que realiza LVS tiene, en principio, granularidad^[2] a nivel de conexión.

LVS permite balancear muchos protocolos distintos, en principio puede balancear cualquier protocolo que trabaje en un solo puerto, y puede trabajar con protocolos que usen varios puertos, mediante persistencia o marcas de firewall.

Cuando se usan servicios persistentes, cada entrada en la tabla de LVS ya no corresponde a una conexión TCP (direcciones y puertos de origen y destino), sino que sólo usa las direcciones para identificar una conexión (se pierde granularidad).

Se puede usar iptables o ipchains para marcar los paquetes pertenecientes a un servicio virtual (con una marca de firewall) y usar esa marca para que LVS identifique los paquetes pertenecientes al servicio virtual.

LVS se ha usado con HTTP, HTTPS, Telnet, FTP, Squid, servidores de streaming QT, Real y Windows Media, incluso se ha empezado a añadirle soporte para IPSec (FreeSWAN).

LVS realiza balanceo de carga y facilita la alta disponibilidad entre los servidores reales (si alguno deja de funcionar, se elimina del cluster mediante ipvsadm; cuando vuelva a estar operativo, se añade de nuevo con ipvsadm). Sin embargo, el balanceador de carga pasa a ser un SPOF^[3], si se quiere alta disponibilidad se tiene que añadir un balanceador de respaldo y usar software de alta disponibilidad que le permita tomar el papel del balanceador de carga principal, esto lo conseguimos con HearBeat.

Esta tecnología implementa heartbeats, cuya traducción directa sería: «latidos de corazón». Funciona enviando periódicamente un paquete, que si no llegara, indicaría que un servidor no está disponible, por lo tanto se sabe que el servidor ha caído y se toman las medidas necesarias.

Dichos latidos se pueden enviar por una linea serie, por UDP o por PPP/UDP. De hecho los desarrolladores de HeartBeat recomiendan el uso de puertos serie por varias razones, entre las que destacan que están aislados de las tarjetas de red.

También incluye toma de una dirección IP y un modelo de recursos, incluyendo grupos de recursos. Soporta múltiples direcciones IP y un modelo servidor primario/secundario. Se ha probado satisfactoriamente en varias aplicaciones, como son: servidores DNS, servidores proxy de caché, servidores web y servidores directores de LVS. El proyecto LVS recomienda HeartBeat para aumentar la disponibilidad de su solución, pero no es parte de LVS.

En Linux-HA Heartbeat es un servicio de bajo nivel. Cuando un ordenador se une al cluster, se considera que el ordenador se ha unido al canal de comunicaciones, por lo tanto «late»; cuando sale, implica que ha dejado el canal de comunicaciones.

Cuando un ordenador deja de «latir» y se considera muerto, se hace una transición en el cluster. La mayoría de los mensajes de manejo del cluster que no son heartbeats se realizan durante estas transiciones.

Los mensajes de Heartbeat se envían por todas las lineas de comunicación a la vez, de esta manera, si una linea de apoyo cae, se avisará de ese problema antes de que la linea principal caiga y no haya una línea secundaria para continuar el servicio.

Heartbeat también se preocupa por la seguridad, permitiendo firmar los paquetes con CRC de 32 bits, MD5 y SHA1. Esto puede evitar el desastre que podría provocarse si un nodo no miembro se enmascarase como nodo miembro del cluster. El problema es que el entorno donde se ejecuta Heartbeat no debe parar nunca y con suerte ese entorno se mantendrá comunicado y funcionando durante años.

Hay varias operaciones de mantenimiento de seguridad que necesitan ser efectuadas en ese tiempo, como pueden ser cambio de claves y de protocolos de autentificación. Heartbeat está preparado para esos cambios disponiendo de ficheros para la configuración.

Heartbeat tiene el problema, si no se dispone de una línea dedicada, aunque ésta sea una línea serie, al tener un tráfico que aunque pequeño es constante, suele dar muchas colisiones con otros tráficos que puedan ir por la misma red. Por ejemplo, openMosix y Heartbeat en una misma red que no tenga gran ancho de banda no funcionan bien, sobre todo si hay bastantes nodos, pues los heartbeats se envían de cualquier nodo a cualquier nodo, por lo que podrían llegar a ser un tráfico voluminoso.

Pensado especialmente para ser usado junto con LVS, utiliza Heartbeat. Monitoriza que los servidores reales sigan funcionando periódicamente, enviando una petición a una url conocida y comprobando que la respuesta contenga una cadena concreta. Si un servidor real falla, entonces el servidor es quitado del conjunto de servidores reales y será reinsertado cuando vuelva a funcionar correctamente. Si todos los servidores fallan, se insertará un servidor de fallos, que será quitado una vez que los servidores vuelvan a funcionar. Típicamente, este servidor de fallos es el propio host desde el que se realiza el monitoraje.

Mon es un software para la monitorización del sistema. Mon permite definir una serie de alarmas y acciones a ejecutar cuando un servicio deja de funcionar.

Mon se utiliza ampliamente como componente de monitorización de recursos para Heartbeat.

Mon se compone de dos partes:

Partiendo de una distribución Debian GNU/Linux correctamente instalada, el primer paso que hemos de realizar, es añadir las siguientes fuentes a nuestro /etc/apt/sources.list:

deb http://www.ultramonkey.org/download/2.0.1/ sid main
deb-src http://www.ultramonkey.org/download/2.0.1 sid main

Estas dos líneas nos van a proveer de los paquetes (tanto en formato fuente como en binario) necesarios para poner en marcha un sistema de alta disponibilidad con Ultra Monkey.

Importante

Aunque las instalación la realizaremos sobre Sid, la distribución en desarrollo de Debian, los mismos pasos se pueden seguir para Woody, la distribución estable de Debian; la única diferencia son las fuentes a añadir. En caso de utilizar la distribución estable, hemos de añadir las siguientes fuentes a nuestro /etc/apt/sources.list: deb http://www.ultramonkey.org/download/2.0.1/ woody main deb-src http://www.ultramonkey.org/download/2.0.1 woody main

Ahora actualizamos la base de datos de paquetes de nuestra distribución con el siguiente comando:

# apt-get update

Como el núcleo que instalaremos a continuación usa una imagen initrd, que provee los módulos necesarios para arrancar el sistema, es especialmente importante que la configuración de los módulos de su sistema está al día. En particular, es necesario que cualquier módulo necesario para arrancar el sistema, como los controladores SCSI, estén presentes en su /etc/modules. Una vez añadidos los módulos necesarios al archivo anterior, ejecute update-modules antes de instalar el núcleo.

Ultra Monkey pone a su disposición LVS (Linux Virtual Server), que no está disponible en el núcleo por defecto de la distribución Debian Sid. Por este motivo, se necesita un núcleo modificado.

Es recomendable que instale este núcleo tanto en los ordenadores destinados a ser directores, como en los servidores reales. Este núcleo provee la posibilidad de ocultar sus interfaces para que no respondan a las peticiones arp^[4].

La forma más fácil de hacer esto es instalar uno de los núcleos empaquetados que provee Ultra Monkey para Debian GNU/Linux. Estos se pueden instalar con apt-get ejecutando uno de los siguientes conjuntos de comandos^[5]:

De todas maneras, si desea compilar su propio núcleo, ha de tener en cuenta que necesita los parches IPVS y Hidden Interface para ejecutar Ultra Monkey. Estos parches se pueden instalar desde paquetes deb usando el comando apt-get. Para ello teclee:

# apt-get install kernel-patch-2.4-hidden-interface

# apt-get install kernel-patch-2.4-ipvs

Los pasos necesarios para parchear y compilar en núcleo para obtener el soporte de LVS no se verán en esta documentación. De todas formas, si está familiarizado con este tipo de actividades, no le será muy difícil obtenerlo.

El núcleo instalado hace uso de una imagen initrd para proveer los módulos en arranque del sistema. Debido a esto, debe asegurarse que su archivo de configuración de LILO: /etc/lilo.conf, posea una línea para el initrd y que se haya actualizado para el núcleo actual. Un ejemplo de un archivo /etc/lilo.conf que cumple estas características se puede ver a continuación:

lba32
boot=/dev/sda
root=/dev/sda3
install=/boot/boot-menu.b
map=/boot/map
delay=20
vga=normal

default=Linux

image=/boot/vmlinuz-2.4.20-3-ipvs-686
        label=Linux
        read-only
        initrd=/boot/initrd.img-2.4.20-3-ipvs-686

image=/vmlinuz
        label=LinuxOLD
        read-only
        optional

Una vez que ha actualizado su archivo /etc/lilo.conf, ejecute:

# /sbin/lilo -v

Como se ha instalado un nuevo núcleo, necesitará reiniciar el sistema para que los cambios tengan efecto. Para ello ejecute:

# /sbin/shutdown -r now

Ultra Monkey viene con algunos paquetes adicionales. Estos paquetes sólo son necesarios para aquellos sistemas que van a ejecutar HearBeat y pueden ser obtenidos usando apt-get, como se muestra a continuación:

# apt-get install ultramonkey

Durante la instalación de los paquetes necesarios, se realizarán una serie de preguntas con el objeto de configurar su sistema. Ha de responderlas de forma que se adapten a sus requerimientos y sistema^[6].

Hemos de tener especial cuidado a la hora de configurar el paquete ipvsadm, durante la instalación del mismo le preguntará para configurar el archivo /etc/ipvsadm.rules. Ha de responder <No>, ya que de sino interferirá con la forma que tiene Ultra Monkey de configurar ipvsadm.

Pantalla de configuración de ipvsadm

Otra de las preguntas que le hará el sistema al instalar ipvsadm será para configurar el demonio de sincronización de IPVS. Es recomendable que no seleccione nada para la configuración del demonio de sincronización, ya que en algunos casos interfiere en la forma en que Ultra Monkey ejecuta LVS.

Pantalla de configuración de ipvsadm

Para finalizar, instalaremos el paquete mon y el paquete ntp-simple^[7], para lo cual ejecutaremos:

# apt-get install mon ntp-simple

Una vez finalizada la instalación, «sólo» nos queda configurar MON para adaptarlo a nuestras necesidades. Puede consultar la página web de la aplicación, así como leer la documentación que ha instalado el propio paquete (/usr/share/doc/mon/) y ver los scripts de ejemplo que provee dicho paquete (/usr/share/doc/mon/examples).

La página de Ultra Monkey provee de una gran variedad de ejemplos y formas de configuración de un cluster de alta disponibilidad. Por este motivo, remitimos a la página de topologías de dicho proyecto para saber más acerca de las distintas posibilidades y formas de configurar nuestro cluster.