计算机科学与毕业设计基于REDHAT系统的计算机集群虚拟化的设计与实现教程方案.doc

目 录 1 绪 论 1 1.1 课题研究背景、目的与意义 1 1.2 国内外的研究现状 2 1.3 相关知识概述 3 1.4 课题研究内容 5 2 课题整体规划 6 2.1 工程设计中主要运用的技术 6 2.2 工程整体规划 7 3 需求分析 10 3.1 可行性研究 10 3.2 用户业务分析 10 3.3 用户性能分析 11 3.4 服务管理分析 11 4 总体设计 12 4.1 工作环境设定 12 4.2 软件安装及主要文件的配置 13 4.3 测试高可用/高可靠性 16 5 详细设计 18 5.1 LVS集群的特点 18 5.2 IPVS几种常用的负载均衡调度算法 19 5.3 LVS 三种工作方式的具体原理 20 5.4 LVS集群系统的设计及实现 23 5.5 三种工作模式的比较 33 6 系统实施 35 结束语 39 致 谢 40 参考文献 41 附 录 42 附录A 主要源程序 42 附录B 用户手册 44 附录C 软件光盘 45 附录D 科技译文 47 1 绪 论 本文针对基于Linux下的REDHAT操作系统，计算机集群虚拟化的问题进行研究，具体的研究内容包括研究该课题的可行性，并从用户业务，用户性能及服务管理等三方面进行了分析；课题的主要技术及运用高可用集群实现课题研究的基本思路，并简单介绍了HA集群的实现过程；负载均衡集群的工作原理、工作方式及工作过程等内容。 1.1 课题研究背景、目的与意义 全球范围内Linux的发展状况让人鼓舞，从全球来看Linux的增长是非常快的。目前，全球Linux市场超过70亿美元整个操作系统的市场来看，Linux的增长比其他操作系统都来得更加快。而中国比全球的增长更显得快，从大致的增长率来看，全球大概是9%-13%的增长率，在中国，Linux的服务器市场是33%的增长率。 拿IBM做例子，Linux是IBM所大力倡导的，同时也在不断投入。从Linux解决方案来讲，IBM全球最大的提供商之一。IBM所有的服务器都支持Linux，另外有超过500种中间件产品都支持Linux平台，IBM全球Service也都提供了对Linux的支持与服务。在IBM，600名的员工在LTC工作，LTCLinux Technology Center）是最早IBM建立起来的一个围绕Linux的开发组织和技术部门，在这里面其中有超过300人，就专门围绕Linux内核进行了创新的工作。现在Web服务中越来越多地使用CGI、动态主页等CPU密集型应用，这对服务器的性能有较高要求。未来的网络服务会提供更丰富的内容、更好的交互性、更高的安全性等，需要服务器具有更强的CPU和I/O处理能力。例如，通过HTTPS（Secure HTTP）取一个静态页面需要的处理性能比通过HTTP的高一个数量级，HTTPS正在被电子商务站点广为使用。所以，网络流量并不能说明全部问题，要考虑到应用本身的发展也需要越来越强的处理性能。本首先对现有服务器集群系统的技术进行了分析，介绍了几个典型的集群系统，重点讨论了负载均衡集群（LVS）和高可用集群（High Availability）的工作原理和实现技术。然后根据现有的集群技术的缺点进行了改进，将负载均衡集群和高可用集群整合在一起，结合Linux 软件RAID5技术实现了三层构架的WWW服务器集群，以较低的价格达到了昂贵的商业硬件存储解决方案所实现的效果，同时可以满足大流量的站点访问以及设备故障的自动更替。九十年代末期，Linux操作系统不断走向成熟，它的健壮性不断增强，并且提供了GNU软件和标准化的PVM、MPI消息传递机制，最重要的是Linux在普通PC机上提供了对高性能网络的支持，这样就大大推动了基于Linux的集群系统的发展。在国内，包括中国科学院在内的许多大学与研究机构早在20世纪90年代就开始了基于Linux集群研究，联想、浪潮等国内许多公司都有Linux集群产品和解决方案。Google、Baidu和腾讯后台均采用Linux集群，其中Google在2005年就达到了200万台，不仅如此，Linux集群大量在金融、证券、电信以及IT行业使用。名为 High-Availability Linux 的开源项目的目标是，通过社区开发努力提供一个提升 Linux 可靠性（reliability）、可用性（availability）和可服务性（serviceability）（RAS）的群集解决方案。Linux-HA 项目得到了广泛的应用，是很多有趣的高可用性解决方案的重要组成部分。 LVS是中国章文嵩博士发起和领导的优秀的集群解决方案许多商业的集群产品比如RedHat的Piranha等，都是基于LVS的核心代码的。 HA和L