Autor: Rene Buest

Dieses Beispiel zeigt welche Komponenten erstellt und konfiguriert werden müssen, um einen Mini Cluster innerhalb eines privaten Netzwerks unter der Verwendung von NIS und NFS aufzubauen. Zusätzlich werden externe Amazon EC2 Nodes per VPN mit dem Server verbunden und am Ende der Cluster mittels der Sun Grid Engine (SGE) aufgebaut.

Architektur

Folgende technische Voraussetzungen werden benötigt:

• Das private Netzwerk darf nur über ein VPN erreichbar sein, damit die Nodes die sich darin befinden vollständig isoliert sind.
• Der Server muss NFS, NIS und VPN unterstützen.
• Die internen Nodes müssen den NFS und NIS Dienst automatisch vom Server starten.
• Die externen Nodes sind von Amazon EC2.
• Die externen Nodes müssen automatisch eine Verbindung in das VPN aufbauen und den NFS und NIS Dienst vom Server starten.

Auf Basis dieser Anforderungen werden 3 Images benötigt.

• 2 Xen Images – einen Server und einen internen Node
• 1 Amazon Machine Image (AMI) von Amazon EC2 mit derselben Konfiguration wie der interne Node.

Die Konfigurationen sehen in diesem Beispiel wie folgt aus:

Server

• Private IP-Adresse: eth0 10.1.1.99
• Öffentliche IP-Adresse: eth1 147.96.1.100
• Hostname: oneserver

Xen Node (lokal)

• Private IP-Adresse: eth0 10.1.1.55
• Hostname: local01

Amazon EC2 Node (IP-Adress Bereich: 10.1.1.100 bis 10.1.1.254)

• VPN IP-Adresse: tap0 10.1.1.100 (wird durch den VPN Server vergeben)
• Öffentliche IP-Adresse: eth0 – wird automatisch von Amazon vergeben
• Hostname: workernode0

Konfiguration

Konfiguration der Images

Nun wird eine Kopie des Image erstellt und die /etc/hostname und /etc/network/interfaces für den Server (oneserver) editiert. Eine weitere Kopie des Image dient als Node, die oben genannten Dateien müssen für diesen ebenfalls angepasst werden. Nach dem unmount der Images werden diese mit Xen gestartet. Für die Konfiguration von NFS und NIS helfen die beiden nachfolgend verlinkten Howtos.

• NIS HOWTO
• NFS HOWTO

Bei der Konfiguration des VPN Server ist darauf zu achten, dass alle Clients die Zertifikate doppelt verwenden können. Das liegt daran, da keine separaten Amazon EC2 Instanzen erstellt werden sollen und es sich bei den EC2 Instanzen daher um dieselben handelt. Dazu muss in der Konfigurationsdatei von OpenVPN /etc/openvpn/server.conf in Zeilt „duplicate-cn“ eingefügt werden. Die Konfiguration von OpenVPN findet nur auf dem Server statt. Eine Howto für die Konfiguration von OpenVPN ist unter dem folgenden Link zu finden.

• OpenVPN HOWTO

Für das Erstellen eines Amazon Machine Images wird der Befehl bundle benötigt, dazu kann der lokale Node genutzt werden. Weiterhin muss der VPN Client und die Sun Grid Engine installiert und konfiguriert werden. Auf dem schnellsten Wege sollte das funktionieren, indem eine Kopie des lokalen Node erstellt und konfiguriert wird, anschließend wird es mit dem Befehl ec2-bundle-image gebündelt.

Während des Boot-Vorgangs wird nun noch ein Skript benötigt, in welchem der IP-Adressbereich von OpenVPN für die Amazon EC2 Instanzen von 10.1.1.100 bis 10.1.1.254 reserviert wird. die Konfiguration erfolgt in der /etc/hosts auf dem Server (oneserver).

EC2 Konfiguration mit OpenNebula

Nach der Konfiguration werden nun die Templates benötigt, um die Maschinen zu starten. Für alle lokalen Maschinen wie den oneserver und die Nodes wird jeweils ein Template benötigt, für die EC2 Maschinen reicht ein Template aus.

clouduser@machine:bin$ ec2-describe-images
IMAGE ami-e4a94d8d one-w2/image.manifest.xml 587384515363 available private i386 machine
IMAGE ami-cdb054a4 sge-dolphin/image.manifest.xml 587384515363 available private i386 machine
IMAGE ami-d8b753b1 sge-parrot/image.manifest.xml 587384515363 available private i386 machine
IMAGE ami-dcb054b5 sge-squirrel/image.manifest.xml 587384515363 available private i386 machine

Auf Basis des Images „ami-dcb054b5“ wird das EC2 Template erstellt.

CPU=1

MEMORY=1700

EC2=[ AMI="ami-dcb054b5", KEYPAIR="gsg-keypair", ELASTICIP="75.101.155.97", INSTANCETYPE="m1.small", AUTHORIZED_PORTS="22-25"]

REQUIREMENTS = 'HOSTNAME = "ec2"'

Deployment und Tests

Um den Test zu starten muss zunächst OpenNebula gestartet und der EC2 Host hinzugefügt werden.

clouduser@machine:one$ one start
oned and scheduler started
lgonzalez@machine:one$ onehost create ec2 im_ec2 vmm_ec2
lgonzalez@machine:one$ onehost list
HID NAME RVM TCPU FCPU ACPU TMEM FMEM STAT
0 ec2 0 0 100 on

Als nächstes wird die EC2 Instanz gestartet.

clouduser@machine:one$ onevm create ec2.template
ID: 0

Die virtuelle Maschine wird später automatisch auf Amazon EC2 bereitgestellt.

clouduser@machine:one$ onevm list
ID NAME STAT CPU MEM HOSTNAME TIME
0 one-0 pend 0 0 00 00:00:05
lgonzalez@machine:one$ onevm list
ID NAME STAT CPU MEM HOSTNAME TIME
0 one-0 boot 0 0 ec2 00 00:00:15

Mittels onevm show id können alle Informationen eingesehen werden.

clouduser@machine:one$ onevm show 0
VID : 0
AID : -1
TID : -1
UID : 0
STATE : ACTIVE
LCM STATE : RUNNING
DEPLOY ID : i-1d04d674
MEMORY : 0
CPU : 0
PRIORITY : -2147483648
RESCHEDULE : 0
LAST RESCHEDULE: 0
LAST POLL : 1216647834
START TIME : 07/21 15:42:47
STOP TIME : 01/01 01:00:00
NET TX : 0
NET RX : 0

....: Template :....
CPU : 1
EC2 : AMI=ami-dcb054b5,AUTHORIZED_PORTS=22-25,ELASTICIP=75.101.155.97,INSTANCETYPE=m1.small,KEYPAIR=gsg-keypair
IP : ec2-75-101-155-97.compute-1.amazonaws.com
MEMORY : 1700
NAME : one-0
REQUIREMENTS : HOSTNAME = "ec2"

In diesem Beispiel ist die EC2 Instanz über die Adresse ec2-75-101-155-97.compute-1.amazonaws.com zu erreichen.

Nun muss geprüft werden, ob alle virtuellen Maschinen im Cluster gestartet sind. Es existiert eine lokale virtuelle Maschine auf Basis von Xen (local01) und eine von Amazon EC2 (workernode0).

oneserver:~# qstat -f
queuename qtype used/tot. load_avg arch states
----------------------------------------------------------------------------
all.q@local01 BIP 0/1 0.05 lx24-x86
----------------------------------------------------------------------------
all.q@workernode0 BIP 0/1 0.04 lx24-x86
----------------------------------------------------------------------------

Um den Cluster zu testen können ein paar Jobs mittels qsub an die Sun Grid Engine geschickt werden.

oneserver:~# qsub test_1.sh; qsub test_2.sh;

Nun ist zu sehen, welche Jobs im Hybrid Cluster geplant und gestartet sind.


clouduser@oneserver:~$ qstat -f
queuename qtype used/tot. load_avg arch states
----------------------------------------------------------------------------
all.q@local01 BIP 0/1 0.02 lx24-x86
----------------------------------------------------------------------------
all.q@workernode0 BIP 0/1 0.01 lx24-x86
----------------------------------------------------------------------------
############################################################################
- PENDING JOBS - PENDING JOBS - PENDING JOBS - PENDING JOBS - PENDING JOBS
############################################################################
1180 0.00000 test_1.sh clouduser qw 07/21/2008 15:26:09 1
1181 0.00000 test_2.sh clouduser qw 07/21/2008 15:26:09 1

clouduser@oneserver:~$ qstat -f
queuename qtype used/tot. load_avg arch states
----------------------------------------------------------------------------
all.q@local01 BIP 1/1 0.02 lx24-x86
1181 0.55500 test_2.sh clouduser r 07/21/2008 15:26:20 1
----------------------------------------------------------------------------
all.q@workernode0 BIP 1/1 0.07 lx24-x86
1180 0.55500 test_1.sh clouduser r 07/21/2008 15:26:20 1
----------------------------------------------------------------------------

Es können beliebig viele externe Amazon EC2 Instanzen automatisch zum Cluster als Nodes hinzugefügt werden und damit die Skalierbarkeit dynamisch erhöht werden.

Quelle

• Scaling out Computing Clusters to EC2

Dieses Beispiel zeigt, wie eine skalierbare Web Anwendung auf einer virtuellen Infrastruktur bereitgestellt wird. Um dies zu erreichen wird ein Load Balancer als Master Node für diese Web Anwendung eingesetzt. Hinter dem Load Balancer werden Slave Nodes eingesetzt, die über eine Kopie dieser Web Anwendung verfügen, für den Fall, dass eine Anfrage zu ihnen weitergeleitet wird. Die Leistung (Anfragen pro Sekunde) der Web Anwendung kann durch das Starten oder Herunterfahren von virtuellen Instanzen, die als Nodes des Load Balancer dienen, dynamisch erhöht oder verringert werden.

Ein Teil dieses Beispiels zeigt, wie Remote Nodes (Amazon EC2) eingesetzt werden, wenn die lokale Infrastruktur (auf Basis von Xen) ausgelastet ist.

Architektur

Folgende Komponenten werden für den Aufbau der virtuellen Infrastruktur genutzt:

• Ein NGinx Server als Load Balancer – zur Aufteilung der Anfragen an die Webserver.
• Mehrere NGinx Server als Webserver (die einzelnen Nodes des Load Balancer), die jeweils auf einer virtuellen Maschine ausgeführt werden.

Mit den folgenden Eigenschaften:

• Die virtuellen Maschinen, auf welchen die Webserver ausgeführt werden, können sich lokal (auf dem Xen Hypervisor innerhalb der lokalen Infrastruktur) oder remote (auf Amazon EC2 Instanten) befinden.
• Die Verwaltung (Monitoring, Deployment, Miration, …) der virtuellen Maschinen wird mit OpenNebula vorgenommen.

Die obere Graphik beschreibt folgende Eigenschaften:

• Die grünen Pfeile stehen für Web-Anfragen durch die Web-Clients an den Load Balancer.
• Die roten Pfeile sind die Anfragen der Web-Clients, die von dem Load Balancer an die Webserver weitergeleitet werden.
• Die orangen Pfeile stehen für das Monitoring und der Verwaltung durch den Virtual Machine Manager (OpenNebula).

Durch das dynamische Bereitstellen und Hinzufügen weiterer virtueller Webserver zu dem Load Balancer, verfügt diese Infrastruktur über eine hohe Fehlertoleranz, Verfügbarkeit und Skalierbarkeit. Darüber hinaus unterstützt die (virtuelle) Infrastruktur zwei unterschiedliche Virtualisierungs-Technologien (Xen und Amazon EC2), wodurch eine Erweiterung der lokalen Infrastruktur durch eine externe Infrastruktur möglich ist.

Konfiguration
Zunächst muss OpenNebula für das Deployment der virtuellen Infrastruktur konfiguriert werden. Weiterhin muss NGinx auf die Systeme installiert werden, die später den Load Balancer und die Webserver beherbergen sollen. Das Vorgehen dazu ist in dem folgenden Howto beschrieben.

• NGinx HTTP Server + PHP5

Für die Konfiguration des Load Balancer gelten dieselben Schritte wie in dem oben genannten Howto. Als Konfigurationsdatei kann die nachfolgend aufgeführte genutzt werden. Hier ist der Host definiert, der als Load Balancer verwendet wird und welche Auswahlmethode (round-robin, gewichtet) genutzt werden soll.


clouduser@machine:one$ vim nginx.conf

user www-data;
worker_processes 1;
error_log /var/log/nginx/error.log;
pid /var/run/nginx.pid;
events {
worker_connections 1024;
}
http {
include /etc/nginx/mime.types;
default_type application/octet-stream;
access_log /var/log/nginx/access.log;
sendfile on;
keepalive_timeout 65;
tcp_nodelay on;
gzip on;
server {
listen 80;
server_name localhost;
access_log /var/log/nginx/localhost.access.log;
location / {
proxy_pass http://one_loadbalancer;
}
}
upstream one_loadbalancer {
server 10.1.1.11:80 ;
server 10.1.1.22:80 ;
server 10.1.1.33:80 ;
server 10.1.1.44:80 ;
}
}

Im Bereich upstream der Konfigurationsdatei werden die virtuellen Webserver definiert, auf welche die Anfragen für den Lastausgleich aufgeteilt werden. Hier müssen ggf. weitere virtuelle Webserver hinzugefügt werden.

In diesem Beispiel haben die Webserver die IP-Adressen 10.1.1.11, 10.1.1.22, 10.1.1.33 und 10.1.1.44. Damit können also vier Nodes verwendet werden.

Der Load Balancer verfügt über:

• eine private IP-Adresse für die Kommunikation mit den Nodes im privaten Netzwerks. (in diesem Beispiel 10.1.1.99)
• eine öffentliche IP-Adresse für die Kommunikation mit den Web-Clients und den Amazon EC2 Instanzen.

Die Amazon EC2 haben öffentliche IP Adressen und kommunizieren mit OpenNebula und dem Load Balancer über das Internet.

Um OpenNebula für die Kommunikation mit Amazon EC2 zu konfigurieren und die Instanzen mit NGinx bereitzustellen sind folgende Schritte notwendig.

• EC2 Driver Configuration Guide
• OpenNebula EC2 Driver Configuration in use case about scaling-out computing clusters

Jetzt können die Templates für die lokalen und remote Machinen erstellt werden.

Für den Load Balancer wird folgendes Template verwendet:

clouduser@machine:one$ cat xen.loadbalancer
CPU = 0.5
MEMORY = 128
OS = [kernel="/boot/vmlinuz",initrd= "/boot/initrd",root="sda1" ]
DISK = [source="/images/loadbalancer.disk",target="sda",readonly="no"]

Die lokalen Maschinen verwenden diese Templates:

clouduser@machine:one$ cat xen.local01
CPU = 0.5
MEMORY = 128
OS = [kernel="/boot/vmlinuz",initrd= "/boot/initrd",root="sda1" ]
DISK = [source="/images/local01.disk",target="sda",readonly="no"]

Die Pfade zu den Images und dem Kernel müssen entsprechend der eigenen Umgebung angepasst werden. Aus den Images können beliebig viele Klone für die lokalen Nodes erstellt werden.

Die folgenden Templates werden für die remote Maschinen (Amazon EC2) verwendet.

clouduser@machine:one$ cat ec2.template
CPU=1
MEMORY=1700
EC2=[
AMI="ami-yao044b1",
KEYPAIR="gsg-keypair",
INSTANCETYPE="m1.small",
AUTHORIZED_PORTS="22-25"
]
REQUIREMENTS = 'HOSTNAME = "ec2"'

Die Parameter AMI Identifier, Key-Pair, Memory etc. müssen entsprechend der eigenen Umgebung angepasst werden.

Deployment und Test

Jetzt wird der virtuelle Cluster initialisiert. Zunächst wird der OpenNebula Daemon gestartet und mit dem onehost Befehl eine Host in die Liste der Ressourcen aufgenommen.

clouduser@machine:one$ one start
oned and scheduler started
clouduser@machine:one$ onehost create ec2 im_ec2 vmm_ec2
clouduser@machine:one$ onehost create ursa03 im_xen vmm_xen

Anschließend werden die virtuellen Maschinen mit dem onevm Befehl erstellt.

clouduser@machine:one$ onevm create xen.loadbalancer
ID: 0
clouduser@machine:one$ onevm create xen.local01
ID: 1
clouduser@machine:one$ onevm create xen.local02
ID: 2
clouduser@machine:one$ onevm create xen.local03
ID: 3
clouduser@machine:one$ onevm create xen.local04
ID: 4
clouduser@machine:one$ onevm create ec2.template
ID: 5
clouduser@machine:one$ onevm create ec2.template
ID: 6
clouduser@machine:one$ onevm create ec2.template
ID: 7
clouduser@machine:one$ onevm create ec2.template
ID: 8

Mit dem onevm Befehl kann anschließend der Status der Instanzen überprüft werden.

clouduser@machine:one$ onevm list
ID NAME STAT CPU MEM HOSTNAME TIME
0 one-0 runn 12 512 ursa03 00 00:01:15
1 one-1 runn 8 512 ursa03 00 00:01:11
2 one-2 runn 10 512 ursa03 00 00:01:10
3 one-3 runn 11 512 ursa03 00 00:01:02
4 one-4 runn 23 512 ursa03 00 00:00:51
5 one-5 runn 0 512 ec2 00 00:00:48
6 one-6 runn 0 512 ec2 00 00:00:48
7 one-7 runn 0 512 ec2 00 00:00:45
8 one-7 runn 0 512 ec2 00 00:00:43


Nachdem alle virtuellen Maschinen gestartet sind, kann der Load Balancer die Anfragen der Webclients annehmen. Nun muss noch für jede virtuelle Maschine die IP-Adresse in die /etc/nginx/nginx.conf eingetragen werden. Darüber wird dem NGinx Load Balancer mitgeteilt welcher Node bereit ist.

Die Leistung der Webanwendung kann durch das Hinzufügen weiterer lokaler oder Amazon EC2 Nodes mittels xen.localXX oder ec2.template und der Aktualisierung der Load Balancer Konfigurationsdatei erhöht werden.

Das Hinzufügen kann durch die Entwicklung eines Service Managers automatisiert werden.

Quelle

• Scaling out Web Servers to Amazon EC2