Đồ án: Tìm hiểu kỹ thuật cân bằng tải File Server

Chia sẻ: Phúc Võ | Ngày: | Loại File: DOCX | Số trang:68

Thêm vào BST

Báo xấu

320
lượt xem 57
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Công nghệ mạng và các hệ thống máy chủ ngày nay đã có những bước phát triển vượt bậc. Nhờ đó đáp ứng được các ứng dụng thương mại rộng lớn như các giao dịch tài chính, hệ thống cơ sở dữ liệu, hệ thống web server, file server, các ứng dụng truyền media….

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đồ án: Tìm hiểu kỹ thuật cân bằng tải File Server

MỤC LỤC 1
LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, nhóm em muốn gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới Ths.Trương Tiến Vũ, người đã trực tiếp hướng dẫn và có những lời góp ý, cùng nhiều tài liệu bổ ích đ ể đề tài này được hoàn thành. Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo khoa công nghệ thông tin đã t ạo điều kiện học tập và nghiên cứu trong những năm học tập vừa qua. Xin chân thành cảm ơn các bạn học cùng lớp đã có những lời động viên quý báu trong suốt thời gian thực hiện đề tài này. Lời cuối, nhóm muốn gửi lời biết ơn sâu sắc tới gia đình của từng thành viên. Gia đình luôn là nguồn động viên tinh thần và cổ vũ lớn lao, là động lực giúp nhóm thành công trong học tập, công việc và cuộc sống. Đà Nẵng, ngày 10 tháng 1 năm 2013 DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT SLB Server load blancing Cân bằng tải máy chủ NLB Network load blancing Cân bằng tải mạng DNS Domain Name System Hệ thống tên miền 2
DFS Distributed File System Phân phối hệ thống tập tin DANH MỤC HÌNH VẼ Hình Trang Hình 1.1. Cách làm việc của Cookie user = 1 11 Hình 1.2. Cookie read 12 Hình 1.3. Cookie – insert 13 Hình 1.4. Bộ cân bằng tải chèn 1 Cookie 14 Hình 1.5. Bộ cân bằng tải ghi đè 1 Cookie 15 Hình 1.6. Cân bằng tải sử dụng phần cứng 16 Hình 1.7. Xử lý các yêu cầu kết nối tập trung 19 Hình 2.1. So sánh hệ thống cân bằng tải server và hệ thống thường 23 Hình 2.2. Kịch bản Active – Standby 28 Hình 2.3. Hoạt động của kịch bản Active - Standby 28 Hình 2.4. Kịch bản Active – Active 29 Hình 2.5. Hoạt động của kịch bản Active - Active 29 Hình 2.6. Hoạt động của kịch bản Active - Active 30 3
Hình 2.7. Hệ thống SLB đơn giản 35 Hình 2.8. Cấu trúc thư mục thật sự của 1 hệ thống DFS 37 MỞ ĐẦU I. Lý do chọn đề tài Công nghệ mạng và các hệ thống máy chủ ngày nay đã có những bước phát triển vượt bậc. Nhờ đó đáp ứng được các ứng dụng thương mại rộng lớn như các giao d ịch tài chính, hệ thống cơ sở dữ liệu, hệ thống web server, file server, các ứng dụng truyền media…. Các ứng dụng này coa tần suất sử dụng cao, yêu cầu hoạt động liên t ục. Do vậy, hệ thống mạng phải có khả năng mở rộng tối ưu để đáp ứng được một lượng lớn các yêu cầu ngày càng tăng của người dùng mà không gây ra bất kỳ một độ trễ không mong muốn nào. Một trong những xu hướng lựa chọn hệ thống mạng ngày nay là phân tán sự tính toán giữa các hệ thống vật lý khác nhau. Các hệ thống vật lý này có thể khác nhau v ề quy mô và chức năng. Chúng thường bao gồm các máy trạm, các máy tính mini và các hệ thống máy tính đa năng lớn. Các hệ thống này thường được gọi là các nút. Sự nghiên cứu về hệ thống mạng phân tán bao gồm nhiều lĩnh vực như: Mạng truyền thông, hệ điều hành phân tán, cơ sở dữ liệu phân tán, lý thuyết về các hệ thống song song và phân tán, cấu trúc nội mạng, độ tin cậy và khả năng chịu lỗi, hệ thống phân tán trong thời gian thực, khả năng gỡ lỗi phân tán và các ứng dụng phân tán. Như vậy hệ thống mạng phân tán bao gồm mạng vật lý, các nút và các phần mềm điều khiển. Có 5 lý do để xây dựng một hệ thống mạng phân tán, đó là: chia sẻ tài nguyên, cải tiến sự tối ưu, độ tin cậy, khả năng truyền thông và độ khả mở. Một trong những vấn đề thú vị nhất của hệ thống mạng phân tán là cải tiến sự tối ưu của hệ thống qua sự cân bằng tải giữa các nút hay các máy chủ. Với lý do trên, em đã lựa chọn đề tài: “Tìm hiểu kỹ thuật cân bằng tải File Server”. Đây là một vấn đề khá quan trọng trong việc thiết kế các hệ thống mạng hiện nay, các 4
trung tâm tính toán hiệu năng cao và các trung tâm dữ liệu phục vụ cho các ứng dụng lớn. II. Mục tiêu Đề tài này sẽ giúp chúng ta biết được các quá trình cần thiết để có thể cân bằng tải cho một hệ thống mạng. Giúp ta biết sâu hơn về khái niệm cũng như chức năng cân bằng tải của File Server 2008. III. Phạm vi nghiên cứu Trong quá trình nghiên cứu và tìm hiêu làm đề tài. Có rất nhiều vấn đề về cân bằng tải trên server và các ứng dụng triển khai trên đó, nhưng ở đề tài này chỉ nghiên cứu một mảng nhỏ của hệ thống cân bằng tải đó là File Server, nghiên cứu tổng quan v ề khái niệm cân bằng tải, các chứng năng chính và phân loại cân bằng tải và cuối cùng là triển khai giải pháp cân bằng tải trên File Server 2008. IV. Phương pháp nghiên cứu Đọc kỹ và nắm bắt các yêu cầu của đồ án đề ra. Đi sâu trong việc tìm kiếm tài liệu và trình bày một cách hợp lý, chăm chú lắng nghe và tiếp thu những ý kiến đóng góp của giáo viên hướng dẫn và các thầy cô. V. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Về mặt lý thuyết, đề tài là một cách tiếp cận trong vấn đề tìm hiểu các vấn đề trong cân bằng tải trên File Server, tìm hiểu về Windows Server 2008. Về mặt thực tiễn, đề tài sẽ góp phần nâng cao khả năng tổ chức và triển khai cân bằng tải trên File Server 2008 vào một hệ thống mạng nội bộ. 5
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÂN BẰNG TẢI 1.1. Giới thiệu cân bằng tải 1.1.1. Khái niệm cân bằng tải Cân bằng tải là một phương pháp phân phối khối lượng tải trên nhiều máy tính hoặc một cụm máy tính để có thể sử dụng tối ưu các nguồn lực, tối đa hóa thông lượng, giảm thời gian đáp ứng và tránh tình trạng quá tải trên máy chủ. Là cơ chế định tuyến các gói tin qua các đường có metric bằng nhau. Cân bằng tải dùng đ ể chia sẻ d ữ liệu truyền trên mạng giúp cho việc truyền tải thông suốt, không bị nghẽn mạng do quá tải hay do một sự cố nào đó. Hoặc khi có một máy server nào đó bị trục tr ặc thì s ẽ có máy server khác thay thế để giúp nhận dữ liệu thay thế cho server bị trục trặc đó, giúp cho việc truyền tải không bị ngừng do máy server bị lỗi đó gây ra. 1.1.2. Lợi ích cân bằng tải • Tăng khả năng đáp ứng, tránh tình trạng quá tải trên máy chủ, đảm bảo tính linh hoạt và mở rộng cho hệ thống. • Tăng độ tin cậy và khả năng dự phòng cho hệ thống : Sử dụng cân bằng tải giúp tăng tính HA (High Availability) cho hệ thống, đồng thời đảm bảo cho người dùng không bị gián đoạn dịch vụ khi xảy ra lỗi sự cố lỗi tại một điểm cung cấp dịch vụ. • Tăng tính bảo mật cho hệ thống: Thông thường khi người dùng gửi yêu cầu dịch vụ đến hệ thống, yêu cầu đó sẽ được xử lý trên bộ cân bằng tải, sau đó thành phần cân bằng tải mới chuyển tiếp các yêu cầu cho các máy chủ bên trong. Quá trình trả lời cho khách hàng cũng thông qua thành phần cân bằng tải, vì vậy mà người dùng không thể biết được chính xác các máy chủ bên trong cũng như phương pháp phân tải được sử dụng. Bằng cách này có thể ngăn chặn người dùng giao tiếp trực tiếp với các máy chủ, ẩn các thông tin và cấu trúc mạng nội bộ, ngăn ngừa các cuộc tấn công trên mạng hoặc các dịch vụ không liên quan đang hoạt động trên các cổng khác. 6
1.2. Kỹ thuật cân bằng tải Như chúng ta đã biết, bộ cân bằng tải có nhiệm vụ kết nối giữa người dùng và server, do đó nó có thể hoạt động như một proxy hoặc gateway. Một proxy có nhiệm vụ luân chuyển yêu cầu và dữ liệu đáp trả giữa người dùng và server, trong khi đó một gateway chỉ có nhiệm vụ tạo ra một kết nối hai đối tượng này và không làm gì thêm. Có thể sử dụng phần cứng hoặc phần mềm được cài đặt trên một front server, hoặc trên chính web server. Thêm nữa, khi số lượng người dùng tăng lên, để tránh SPOF [1], cần thiết phải cài đặt 2 bộ cân bằng tải song song, hoạt động theo cơ chế active-active hoặc active-standby. 1.2.1. Kiểm tra trạng thái server Để chọn được server phù hợp để gửi request, bộ cân bằng tải cần phải biết được server nào đang có sẵn. Vì vậy, nó cần phải dùng biện pháp nào đó để kiểm tra trạng thái của server, chằng hạn như gửi lệnh ping, các yêu cầu, thử kết nối hay bất cứ phương pháp nào mà người quản trị nghĩ là dùng được. Kỹ thuật kiểm tra này thường được gọi là “health checks”. Một server bị down có thể trả lời lệnh ping nhưng không thể trả lời các kết nối TCP, một server bị treo có khả năng trả lời kết nối TCP nhưng không thể trả lời các yêu cầu HTTP. Khi một ứng dụng web nhiều lớp được kích hoạt, một số yêu cầu HTTP có thể trả lời ngay lập tức trong khi số khác sẽ thất bại. Chính vì thế, việc chọn một phương pháp test phù hợp được chấp nhận bởi ứng dụng web và bộ cân bằng tải là rất thú vị. Một số test đôi khi phải cần truy xuất dữ liệu database nhằm đảm bảo rằng toàn bộ quá trình của nó là đúng. Hạn chế l ớn nhất là những phương pháp kiểm tra này sẽ chiếm tài nguyên của hệ thống như là CPU, threads… 1[1] SPOF(Single point of failure): Một điểm trong hệ thống mà nếu nó ngừng hoạt động, toàn b ộ hệ thống sẽ bị tê liệt 7
Do đó, cân bằng thời gian kiểm tra chính là vấn đề khó nhất trong kỹ thuật l ựa chọn server. Khoảng thời gian giữa 2 lần test liên tiếp phải đủ dài để không tốn quá nhiều tài nguyên của hệ thống và cũng cần đủ ngắn để nhanh chóng phát hiện ra những server “chết”. Vì “health checks” là một trong những khía cạnh phức tạp nhất của kỹ thuật cân bằng tải, nên thường sau một vài kiểm tra, các nhà phát triển ứng dụng sẽ thực thi một yêu cầu đặc biệt dành riêng cho bộ cân bằng tải, giúp cho nó th ực hi ện một số kiểm tra nội bộ. Phần mềm cân bằng tải có khả năng cung cấp scripting, do đó nó đạt được độ linh hoạt rất cao. Thêm nữa, nếu như một bài kiểm tra nào đó đòi hỏi phải chỉnh sửa code, nó có thể thực hiện trong một khoảng thời gian ngắn. 1.2.2. Lựa chọn server tốt nhất Phương pháp dễ nhất và thường được sử dụng nhất trong các hệ thống nhỏ là Round Robin, các server được lựa chọn quay vòng, tuy nhiên phương pháp này có nhược điểm là 2 requests liên tục từ một người dùng sẽ vào 2 servers khác nhau, thông tin giữa 2 yêu cầu liên tiếp sẽ bị mất, như vậy sẽ không thể tối ưu hóa được sử dụng tài nguyên. Đặc biệt là khi cần phải cài đặt kết nối cho các phiên chạy - ví dụ như SSL key negociation - sẽ rất tốn thời gian. Một cách khắc phục nhược điểm này là sử dụng một hàm băm theo đ ịa chỉ IP, như vậy requests từ cùng một địa chỉ IP sẽ chỉ vào một server duy nhất. Tuy vậy phương pháp này đòi hỏi người dùng phải có IP tĩnh. Vậy thì cách khắc phục cho những hạn chế trên là gì? Đó chính là các kỹ Persistence. 1.2.3. Kỹ thuật Session Persistence Như đã đề cập ở trên, vấn đề cần giải quyết chính là làm sao để giữ cho các yêu cầu của một người dùng được gửi vào một máy duy nhất trong suốt phiên làm việc của người đó. Tất cả các yêu cầu của người dùng này cần phải được chuyển vào cùng một server. Nếu server bị chết, hoặc ngừng để bảo trì, cần phải có cơ chế đ ể chuy ển session của người dùng này sang máy server khác. Đó chính là kỹ thuật Session Persistence. 8
Có một số giải pháp được đưa ra để tiếp cận kỹ thuật này, chẳng hạn như sử dụng một respone HTTP 302 hay tạo ra liên kết giữa người dùng – server. Tuy vậy 2 phương pháp này đều có những hạn chế, sử dụng HTTP 302 sẽ khiến người dùng luôn luôn tìm cách kết nối với một server duy nhất, kể cả khi server này đã “chết”. Dùng cách tạo liên kết đòi hỏi user phải có IP tĩnh trong suốt phiên làm việc. Vậy thì câu trả lời cuối cùng là gì? Đó chính là sử dụng cookie. Cookie là một đối tượng được điều khiển bởi Web Servers. Trong kết quả trả về cho người dùng web servers sẽ chèn thêm một số thông tin. Những yêu cầu tiếp theo của người dùng gửi đến server sẽ chứa thêm thông tin của cookie này, server sẽ đọc các cookie và biết phải làm gì với các yêu cầu này. 1.2.4. Cookie Một cookie được định nghĩa bằng cặp tên=giá trị (name=value). Hình 1.1 miêu tả hoạt động của cookie với cặp user=1, cho biết tên cookie là user và giá trị của nó là 1. Bên phía người dùng, cookie được điều khiển bởi trình duyệt và “trong suốt” đối với người dùng. Hình 1.1. Cách làm việc của cookie user=1 Trong thiết kế của bộ cân bằng tải, có 3 cách để sử dụng cookie: Cookie chỉ đọc (Cookie-Read), bộ cân bằng tải chèn cookie nhằm chứng thực server (Cookie-Insert) và ghi đè cookie (Cookie-Rewrite). + Cookie-Read Cách thức hoạt động của cookie-read được mô tả trong hình 1.2 dưới đây. Khi người dùng lần đầu tiên gửi yêu cầu đến server, do không có cookie trong yêu c ầu, nên nó s ẽ được phân tải đến server RS1 (1). Server RS1 sẽ tạo và đặt cookie server=1 vào trong dữ liệu trả về cho người dùng (2). Trình duyệt của người dùng sẽ nhận trả về này, đọc thấy cookies và lưu trữ nó vào trong đĩa cứng (3). Sau đó người dùng có th ể đóng trình duyệt hoặc ngắt kết nối (giả sử rằng trình duyệt của người dùng không tự đ ộng xóa 9
cookie sau khi đóng). Một thời gian sau người dùng kết nối lại và gửi yêu cầu đ ến bộ cân bằng tải . Sau khi kết nối được thiết lập, trình duyệt người dùng sẽ gửi cookie server=1 như là một phần của yêu cầu HTTP (4). Bộ cân bằng tải sẽ đọc đ ược cookie này, và do đó sẽ chuyển yêu cầu của người dùng vào server RS1. Như vậy người dùng sẽ luôn được kết nối vào server 1 cho đến khi nào cookie còn tồn tại, cho dù người dùng có thể vào website từ các địa chỉ IP khác nhau. Hình 1.2. Cookie read Ưu điểm của phương pháp cookie-read là nó không đòi hỏi bộ cân bằng tải phải làm việc nhiều, chỉ cần đọc cookie được tạo ra từ phía web-server và từ yêu cầu của người dùng. Nhược điểm của phương pháp này là ứng dụng ở server phải tạo ra một cookie, điều này không khó khăn lắm, nhưng nó sẽ khiến nhà phát triển ứng dụng phải thay đổi mã nguồn chương trình. Khi một server mới được lắp đặt, người quản trị hệ thống phải sửa đổi hoặc đặt thêm thông số server vào file cấu hình của bộ cân bằng tải. + Cookie-Insert Phương pháp này được mô tả trong hình 1.3. Trong phương pháp này, ứng dụng ở server sẽ không làm gì cả. Kịch bản diễn ra tương tự như cookie-read, nhưng ở đây, khi server trả về dữ liệu cho người dùng (2), bộ cân bằng tải sẽ xem là server nào trả về dữ liệu, và chèn vào đó một cookie chứa thông tin về server này, chẳng hạn như cookie server=1 trong hình vẽ. Khi người dùng kết nối lần tiếp theo, bộ cân bằng tải sẽ đọc thông tin về cookie này, và chuyển hướng yêu cầu của người dùng vào đúng server RS1. Hình 1.3. Cookie-insert 10
Ưu điểm của phương pháp này là nó “trong suốt” đối với ứng dụng được cài đặt trên server, hay nói cách khác ứng dụng server sẽ không cần phải tạo ra một cookie hay không cần quan tâm xem cookie là gì. Khi 1 server được thêm mới hoặc xóa bỏ, hoặc khi file cấu hình của bộ cân bằng tải bị thay đổi, người quản trị hệ thống s ẽ không cần phải lo lắng về việc cập nhập file cấu hình cho server. Nhược điểm của phương pháp này là có thể gây ra quá tải ở bộ cân bằng tải. Chúng ta có thể thấy rõ số l ượng công việc mà bộ cân bằng tải phải làm khi chèn 1 cookie trong hình 1.4. Vì cần phải chèn dữ liệu nên gói dữ liệu trả về phải được sao lại 1 phần, vì vậy tăng dung lượng bộ nhớ cần thiết ở phía bộ cân bằng tải, thêm vào đó còn tăng dung l ượng gói tin tr ả về cho người dùng, có thể khiến gói tin bị chia đôi, dẫn đến mất dữ liệu. . Hình 1.4 Bộ cân bằng tải chèn một cookie + Cookie-Rewrite Phương pháp cookie-read không đòi hỏi bộ cân bằng tải phải làm quá nhiều việc như cookie-insert, trong khi đó cookie-insert lại không yêu cầu ứng dụng phía server phải tạo cookie còn cookie-read lại cần. Cần phải có một phương pháp dung hòa ưu và nhược điểm của 2 phương pháp trên. Đó chính là phương pháp ghi đè cookie. Nhược điểm lớn nhất trong cookie-insert là cần phải có một bộ nhớ phức tạp, và thêm nữa có thể khiến gói tin bị chia thành 2 (do dung lượng vượt quá giá tr ị lớn nhất của gói tin được chấp nhận ở Ethernet) và dẫn đến mất dữ liệu. Chuyện gì sẽ xảy ra nếu như chúng ta tạo một chỗ trống ở gói tin để lưu giá trị cookie, và bộ cân b ằng t ải chỉ cần đặt vào đó giá trị cần thiết. Trong phương pháp ghi đè cookie, đ ược mô t ả nh ư 11
hình 1.5 ở dưới, ứng dụng sẽ chèn vào gói tin trả về một cookie server=XXX. Tất cả những gì bộ cân bằng tải phải làm là tìm kiếm đoạn server=XXX này và thay “XXX” bằng giá trị ID của server, chẳng hạn như server=001. Hình 1.5 Bộ cân bằng tải ghi đè một cookie Ưu điểm của phương pháp này là tránh cho bộ cân bằng tải làm việc quá mức và tránh cho gói tin bị chia nhỏ. Bên cạnh đó nó cũng khắc phục đ ược nhược điểm c ủa phương pháp cookie-read. Nó là phương pháp tốt nhất trong 3 phương pháp đã được đề cập ở trên và thường được chọn để dùng trong các bộ cân bằng tải. 1.2.5. Cân bằng tải sử dụng phần cứng Bộ cân bằng tải bằng phần cứng sẽ thể hiện một địa chỉ IP ảo đ ối với mạng bên ngoài, địa chỉ này bản đồ hóa đến các địa chỉ của mỗi máy trong một cluster. Chính vì vậy toàn bộ các máy tính trong cluster sẽ chỉ được xem như là một máy duy nhất đối với thế giới bên ngoài. Bộ cân bằng tải sử dụng phần cứng thường hoạt động ở tầng mạng và hoạt động dựa trên sự định tuyến, sử dụng một trong các phương pháp: Đ ịnh tuyến trực tiếp (direct routing), tunnelling, IP address translation (NAT). 12
Khi một request đến bộ cân bằng tải, nó sẽ ghi lại header của request để trỏ đến các máy khác trong cluster. Nếu một máy nào đó bị gỡ bỏ từ cluster thì request sẽ không chạy một cách rủi ro việc “hit” vào máy server đã chết này, vì tất cả các máy server khác trong cluster xuất hiện đều có cùng địa chỉ IP. Địa chỉ này duy trì giống nhau thậm chí nếu một nút nào đó trong cluster bị hỏng. Khi một đáp trả được trả về, client sẽ xem đáp trả đang đến từ bộ cân bằng tải phần cứng. Hay nói theo cách khác thì người dùng sẽ xử lý với một máy tính đó là bộ cân bằng tải sử dụng phần cứng. Hình 1.6 Cân bằng tải sử dụng phần cứng Ưu điểm của phương pháp này là: • Mối quan hệ giữa các máy chủ. Bộ cân bằng tải phần cứng đọc cookie hoặc các URL đang được đọc trên mỗi một request bởi máy khách. Dựa trên các thông tin này, nó có thể ghi lại các thông tin header và gửi request đến nút thích hợp trong cluster, nơi session của nó được duy trì. Các bộ cân bằng tải này có thể cung cấp mối quan hệ giữa các máy server trong truyền thông HTTP, nhưng không thông qua kênh an toàn như HTTPS. Trong kênh an toàn, các thông báo được mã hóa SSL và có thể tránh bộ cân bằng tải đ ọc các thông tin session. • Khả năng có sẵn cao thông qua hệ thống tự động chuyển đổi dự phòng . Việc chuyển đổi dự phòng xảy ra khi một nút trong cluster không thể xử lý một request và chuyển hướng nó đến một nút khác. Có hai kiểu tự động chuyển đổi dự phòng:  Yêu cầu mức chuyển đổi dự phòng. Khi một nút trong cluster không thể xử lý một request (thường là vì bị hỏng) thì nó sẽ chuyển request này sang một nút khác.  Chuyển đổi dự phòng session một cách trong suốt. Khi một lời triệu gọi thất bại, nó sẽ được định tuyến một cách trong suốt đến một nút khác trong cluster để hoàn tất công việc. 13
Bộ cân bằng kiểu này cung cấp chuyển đổi dự phòng mức request; tức là khi nó phát hiện có một nút nào đó bị sự cố thì bộ cân bằng này sẽ chuyển hướng tất cả các request theo sau được gửi đến nút này sang một nút tích cực khác trong cluster. Mặc dù vậy, bất kỳ một thông tin session nào trên nút chết sẽ bị mất khi các request được chuyển hướng đến một nút mới. Chuyển đổi dự phòng session trong suốt yêu cầu một số kiến thức về sự thực thi cho một quá trình trong một nút, vì bộ cân bằng tải phần cứng chỉ có thể phát hi ện các vấn đề mức mạng, không có lỗi. Để thực thi một cách trong suốt về vấn đề chuyển đổi dự phòng, các nút trong cluster phải kết hợp với các nút khác và có vùng bộ nhớ chia sẻ hoặc cơ sở dữ liệu chung để lưu tất cả các dữ liệu session. Cũng chính vì vậy nếu một nút trong cluster có vấn đề thì một session có thể tiếp tục trong một nút khác. • Metrics. Vì tất cả các yêu cầu tới một ứng dụng web đều phải qua hệ thống cân bằng tải, hệ thống có thể quyết định số lượng session hoạt động, số lượng session hoạt động được kết nối trong các trường hợp khác nhau, các khoảng thời gian đáp ứng, thời gian tối đa điện áp, số lượng session trong suốt khoảng tối đa điện áp, s ố l ượng session trong suốt khoảng tối thiểu điện áp… Tất cả các thông tin kiểm định này đ ược sử dụng để tinh chỉnh toàn bộ hệ thống nhằm tối ưu hiệu suất. 1.2.6 Cân bằng tải máy chủ với phần mềm Kết hợp nhiều server một cách chặt chẽ tạo thành một server ảo (virtual server). Các hệ điều hành cho máy chủ thế hệ mới của các hãng Microsoft, IBM, HP... hầu hết đều cung cấp khả năng này, một số hãng phần mềm khác như Veritas(Symantec) cũng cung cấp giải pháp theo hướng này. Các giải pháp thuộc nhóm này có ưu điểm là quen thuộc với những nhà quản trị chuyên nghiệp, có thể chia sẻ được nhiều tài nguyên trong hệ thống, theo dõi được trạng thái của các máy chủ trong nhóm để chia tải hợp lý. Tuy nhiên, do sử dụng phần mềm trên server, tính phức tạp cao nên khả năng mở r ộng c ủa giải pháp này bị hạn chế, phức tạp khi triển khai cũng như khắc phục khi xảy ra sự cố, có rào cản về tính tương thích, khó có được những tính năng tăng tốc và bảo mật cho ứng dụng. 14
1.2.7. Cân bằng tải với proxy Nhóm này thường tận dụng khả năng chia tải sẵn có trên phần mềm proxy như ISA Proxy của Microsoft hay Squid phần mềm mã nguồn mở cài trên máy phổ dụng. Proxy này sẽ thực hiện nhiệm vụ chia tải trên các server sao cho hợp lý. Giải pháp này vì hoạt động ở mức ứng dụng nên có khả năng caching (là công nghệ lưu trữ cục bộ dữ liệu được truy cập với tần suất cao) và khả năng firewall ở tầng ứng dụng. Vì sử dụng máy phổ dụng nên giải pháp này có ưu điểm là chi phí thấp, khả năng mở rộng tốt vì cài đặt trên một máy độc lập, dễ quản trị. Tuy nhiên, cũng vì chỉ hoạt động ở mức ứng dụng nên hiệu năng không cao, vì sử dụng máy phổ dụng nên không đ ược tối ưu, dễ tồn tại nhiều lỗi hệ thống, vì cài đặt trên một máy độc lập nên việc theo dõi trạng thái của các máy chủ gặp khó khăn. Nhược điểm lớn nhất của các giải pháp này thường có tính ổn định kém, hiệu năng thấp, dễ mắc lỗi. Đây là điều không thể chấp nhận đ ược đối với các hệ thống đòi hỏi tính sẵn sàng cao như ngân hàng, tài chính. 1.2.8. Cân bằng tải với thiết bị kết nối Nhóm này thường sử dụng các mođun cắm thêm trên các thiết bị chuyên dụng như Bộ định tuyến (Router) hay hay bộ chuyển mạch (Switch) để chia tải theo luồng, thường hoạt động từ layer 4 trở xuống. Vì sử dụng thiết bị chuyên dụng nên có hi ệu năng cao, tính ổn định cao, khả năng mở rộng tốt hơn nhưng khó phát triển được tính năng bảo mật phức tạp như giải pháp proxy, thường thuật toán chia tải r ất đ ơn gi ản như DNS round-robin (đây là thuật toán chia tải phổ biến nhất và đơn giản, tuy nhiên cứng nhắc và hiệu quả thấp. Với thuật toán này các yêu cầu về IP của một tên miền ứng với nhiều server sẽ được biên dịch thành địa chỉ IP của các server đó theo thứ t ự quay vòng. Nhóm này có khả năng chia tải động kém, không theo dõi đ ược trạng thái của máy chủ, xử lý kết nối ở mức ứng dụng rất kém, dễ gây lỗi ứng dụng và giá thành cao. Cách thức này cũng hoàn toàn không phù hợp đối với các hệ thống yêu cầu tính chuẩn xác của các hoạt động giao dịch như tài chính, ngân hàng. Như vậy, giải pháp có khả năng theo dõi trạng thái ứng dụng tốt thì mở rộng, tăng tốc, bảo mật kém(GP dùng phần mềm). Giải pháp mở rộng, tăng tốc, bảo mật tốt, thì theo dõi trạng thái ứng dụng kém, không ổn định, hiệu năng thấp(GP sử dụng proxy), 15
giải pháp hiệu năng cao, ổn định, mở rộng tốt thì kém thông minh, dễ gây lỗi ứng dụng, tăng tốc kém(GP chia tải nhờ thiết bị chia kết nối). Trong khi đó, tất cả các yêu cầu về hiệu năng cao, ổn định, mở rộng tốt, tăng tốc tốt và bảo mật là rất quan tr ọng đ ối v ới các hoạt động của ngân hàng, chứng khoán và các nhà cung cấp dịch vụ. GP sẵn có của các hãng chỉ đáp ứng được một phần trong các yêu cầu trên như Module CSS của Cisco, ISA của Microsoft, hay Netscaler của Citrix). 1.2.9. Xử lý các yêu cầu kết nối tập trung Thay vì ủy quyền cho DNS việc phân phối những yêu cầu đến các server riêng lẻ trong một cluster, phuơng pháp xử lý các yêu cầu kết nối tập trung (Centrallized Connection Routing - CCR) sử dụng một router cục bộ để thực hiện chức năng này. Hình 1.7. Xử lý các yêu cầu kết nối tập trung Router hoạt động như một bảng chuyển mạch, phân phối các yêu cầu dịch vụ đ ến các node riêng lẻ trong cluster. Ưu điểm của kĩ thuật CCR: • Việc định huớng lại cho các kết nối Client đến các server thích hợp trong hệ thống là hoàn toàn trong suốt với người dùng. • Tính linh hoạt cao: khi phát hiện một node bị chết, local router sẽ chuyển tất cả các yêu cầu kế tiếp đến node khác đang hoạt động. Nhuợc điểm của kĩ thuật CCR: • Khi kết nối từ client đến routẻ tăng cao toàn bộ hệ thống sẽ gặp tình trạng nút cổ chai ngay tại thiết bị này. • Thiết bị router là thiết bị phần cứng nên giá thành cao. • Khi thiết bị trung tâm hong toàn bộ hệ thống sẽ ngưng hoạt động do đó tính chịu lỗi thấp. Tóm lại, kỹ thuật xử lý các yêu cầu kết nối tập trung rõ ràng đã giải quyết đ ược vấn đề cân bằng tải trên mạng. Tuy nhiên kỹ thuật này có tính chịu lỗi thấp và chi phí cao. 16
CHƯƠNG II. GIẢI PHÁP CÂN BẰNG TẢI TRÊN FILE SERVER 2.1. GIỚI THIỆU CÂN BẰNG TẢI TRÊN FILE SERVER 2.1.1. Giới thiệu Windows Server 2008 Window Server 2008 là hệ điều hành cho máy chủ được sản xuất bởi Microsoft, được giới thiệu giới thiệu ngày 04 tháng 02 năm 2008 có nhiều tính năng hơn so với hệ điều hành Windowns 2000 và Windows Server 2003 trước đó. Windowns Server 2008 thiết kế nhằm tăng sức mạnh cho các mạng, ứng dụng và dịch vụ Web thế hệ mới. Với Windows Server 2008, bạn có thể phát triển, cung cấp và quản lý các trải nghiệm người dùng và ứng dụng phong phú, đem tới một hạ tầng mạng có tính bảo mật cao, và tăng cường hiệu quả về mặt công nghệ và giá trị trong phạm vi tổ chức của mình. Windows Server 2008 kế thừa những thành công và thế mạnh của các hệ điều hành Windows Server thế hệ trước, đồng thời đem tới tính năng mới có giá trị và những cải tiến mạnh mẽ cho hệ điều hành cơ sở này. Công cụ Web mới, công nghệ ảo hóa, tính bảo mật tăng cường và các tiện ích quản lý giúp tiết kiệm thời gian, giảm bớt các chi phí, và đem tới một nền tảng vững chắc cho hạ tầng Công nghệ Thông tin của bạn. Hệ điều hành Windows Server 2008 hiện có 7 phiên bản bao gồm: Windows Server 2008 Standard (Bản tiêu chuẩn), Windows Server 2008 Enterprise (Bản dungfcho doanh nghiệp), Windows Server 2008 Datacenter (Bản dùng cho trung tâm dữ liệu), Windows Web Server 2008 (Bản dùng cho Web), Windows Server 2008 dành cho các hệ thống dựa trên nền tảng Itanium, Windows Server 2008 Standard without Hyper-V (Bản tiêu chuẩn, không có Hyper-V), cuối cùng là bản Windows Server 2008 Datacenter without Hyper-V (Bản dùng cho Trug tâm dữ liệu, không có Hyper-V). Hệ điều hành tiếp theo đã phát 17
hành trên thị trường là Windows Server 2012 (hay còn gọi là Windows Server 8) (WS8) là tên mã cho hệ điều hành Windows tương lai được phát triển bởi Microsoft. Nó là một phiên bản Windows 8 và nối tiếp phiên bản Windows Server 2008 R2. Windows Server 8 là phiên bản Windows Server đầu tiên không hỗ trợ cho các máy tính dựa nền tảng kiến trúc Itanium từ lúc ra đời Windows NT 4.0. Một phiên bản phát triển thử nghiệm (phiên bản Beta) được công bố vào ngày 9 tháng 9 năm 2011 tới các lập trình viên phát triển MSDN. Vào ngày 1 tháng 3 năm 2012, Microsoft phát hành phiên bản Beta công cộng beta (build 8250). 2.1.2. Tại sao phải xây dựng hệ thống cân bằng tải Trong thời đại bùng nổ của công nghệ thông tin hiện nay, mạng máy tính đóng vai trò ngày càng quan trọng hơn trong hoạt động của các doanh nghiệp, tổ chức cũng như các cơ quan nhà nước. Thậm chí ở một số đơn vị, chẳng hạn như các công ty hàng không hoặc ngân hàng lớn, mạng máy tính có thể ví như hệ thần kinh điều khiển hoạt động của toàn doanh nghiệp. Sự ngừng hoạt động của mạng máy tính hay sự hoạt động kém hiệu quả của mạng máy tính trong những cơ quan này có thể làm tê liệt các hoạt động chính của đơn vị, và thiệt hại khó có thể lường trước được. Chúng ta đều biết các máy chủ là trái tim của của mạng máy tính, nếu máy ch ủ mạng hỏng, hoạt động của hệ thống sẽ bị ngưng trệ. Điều đáng tiếc là dù các hãng sản xuất đã cố gắng làm mọi cách để nâng cao chất lượng của thiết bị, nhưng những hỏng hóc đối với các thiết bị mạng nói chung và các máy chủ nói riêng là điều không thể tránh khỏi. Do vậy, vấn đề đặt ra là cần có một giải pháp để đảm bảo cho hệ thống vẫn hoạt động tốt ngay cả khi có sự cố xảy ra đối với máy chủ mạng. Việc l ựa chọn một server đơn lẻ có cấu hình cực mạnh để đáp ứng nhu cầu này sẽ kéo theo chi phí đầu tư rất lớn và không giải quyết được các vấn đề đặt ra của các tổ chức. Giải pháp hiệu quả được đưa ra là sử dụng một nhóm server cùng thực hiện một chức nǎng dưới sự điều khiển của một công cụ phân phối tải - Giải pháp cân bằng tải. Có rất nhiều hãng đưa ra giải pháp cân bằng tải như Cisco, Coyote Point, Sun Microsystems... với rất nhiều tính nǎng phong phú. Tuy nhiên, về cơ bản, nguyên tắc cân bằng tải vẫn xuất phát từ những quan điểm kỹ thuật khá tương đồng. Một kỹ thuật cân bằng tải điển 18
hình là RRDNS (Round Robin DNS). Với giải pháp này, nếu một server trong nhóm bị lỗi, RRDNS sẽ vẫn tiếp tục gửi tải cho server đó cho đến khi người quản trị mạng phát hiện ra lỗi và tách server này ra khỏi danh sách địa chỉ DNS. Điều này sẽ gây ra s ự đ ứt quãng dịch vụ. Sau những phát triển, từ các thuật toán cân bằng tải tĩnh như Round Robin, Weighted Round Robin đến các thuật toán cân bằng tải động như Least Connection, Weighted Least Connection, Optimized Weighted Round Robin và Optimized Weighted Least Connection, kỹ thuật cân bằng tải hiện nay nhờ sự kết hợp các thuật toán trên ngày càng trở nên hoàn thiện mặc dù nhược điểm vốn có như tạo điểm l ỗi đơn và vấn đề nút cổ chai do sử dụng bộ điều phối tập trung (centralized dispatcher) vẫn còn. Ngoài khả nǎng áp dụng với Web server, kỹ thuật này còn có thể áp dụng với các hệ server ứng dụng khác. SLB không chỉ làm nhiệm vụ phân phối tải cho các server mà còn còn cung cấp cơ chế đảm bảo hệ thống server luôn khả dụng trước các client. SLB không có yêu cầu đặc biệt gì về phần cứng, bất cứ máy tính nào hợp chuẩn đều có thể được sử dụng làm server. Chi phí triển khai nhờ đó giảm đáng kể. Kiến trúc phần mềm phân tán của SLB cho phép cung cấp hiệu nǎng và tính khả dụng của kỹ thuật này ở mức cao nhất. Kịch bản A Kịch bản B Tính sẵn sàng cao Có Không Tính mở rộng Có Không Ứng dụng Xử lý đa nhiệm Xử lý nhanh đơn nhiệm 2.1.3. So sánh hệ thống cân bằng tải server và hệ thống thông thường 19
Hình 2.1. So sánh hệ thống cân bằng tải server và hệ thống thông thường Ưu điểm của cân bằng tải: - Tính mở rộng: thêm hoặc bỏ bớt server một cách dễ dàng. - Tính sẵn sàng cao do hệ thống dùng nhiều Server Vì vậy hệ thống có tính dự phòng. - Tính quản lý: Theo dõi và quản lý tập trung hệ thống Server, bảo dưỡng hệ thống server mà không cần tắt các dịch vụ. - Có thể tách các ứng dụng khỏi server. - Làm việc được với nhiều hệ điều hành. - Hiệu suất cao. - Server được nhóm lại thực hiện đa nhiệm vụ tốt hơn. - Tất cả Server đều hoạt động đúng công suất không có tình trạng một Server làm việc quá tải trong khi server khác lại đang “nhàn rỗi”. Những tổ chức nào cần có giải pháp cân bằng tải ? - Các doanh nghiệp - Nhà cung cấp dịch vụ ISP - Trung tâm xử lý dữ liệu - Chính phủ - Phòng thí nghiệm - Trường đại học, viện nghiên cứu… 2.2. Các thành phần của cân bằng tải File Server 2.2.1. Chức năng của các thành phần cân bằng tải File Server Một giải pháp cân bằng tải phải (Server Load Balancer) có những chức năng sau: 20