Cluster de alta disponibilidad y equilibrado de carga para la aplicación FarHos

Abstract

[ES] El siguiente proyecto configura un clúster de alta disponibilidad con equilibrado de carga que permite garantizar un funcionamiento ininterrumpido al eliminar los puntos únicos de fallo y crecer en prestaciones añadiendo servidores. El TFG desarrolla e implementa un demostrador basado en el uso de contenedores Docker y máquinas virtuales con la intención de documentar las ventajas que ofrece Docker frente a la virtualización tradicional. La propiedad de alta disponibilidad se garantiza eliminando los componentes del sistema que tras un fallo ocasionen la parada de todo el servicio. Estos elementos son conocidos como puntos únicos de fallo. Para conseguirlo se han configurado copias (réplicas) de todas las máquinas de modo que si una cesa su actividad otra pueda ocupar su lugar. El equilibrado de carga se consigue a través de un software director llamado HAProxy encargado de repartir las peticiones de los clientes entre un conjunto de servidores. Además, este programa también asume la tarea de monitorizar el estado de los servidores para seleccionar solo aquellos que estén activos. Para evitar que se convierta en un punto único de fallo se han instalado dos equilibradores de carga en configuración activo/pasivo. El punto de acceso al clúster se configura a través de una dirección IP virtual (VIP) cuya asignación es manejada por el software Keepalived, encargado de monitorizar el estado de las máquinas load balancer maestro y backup. Siempre que la máquina principal esté activa se le fijará la VIP a su interfaz de red. En caso de detectar una parada, la VIP pivota a la máquina de respaldo, de modo que el fallo es totalmente transparente para el cliente. Se plantean dos objetivos. El primero se centra en configurar y desplegar el clúster. Mediante un conjunto de pruebas cualitativas se ha comprobado que las peticiones se reparten según el algoritmo de round-robin y que el servicio sigue disponible tras el fallo de un nodo. Para este conjunto de pruebas se ha utilizado la aplicación FarHos Prescripción, proporcionada por la empresa Visual-Limes, para la consulta de la prescripción médica de pacientes. El segundo objetivo se centra en estudiar las ventajas que ofrece el uso de Docker frente a máquinas virtuales. Para alcanzarlo se ha utilizado una aplicación Web que genera una elevada carga de cómputo en los nodos servidores (cálculo de integrales definidas). Las pruebas se han realizado ejecutando el clúster sobre una máquina física de alta gama. Mediante ensayos cuantitativos se ha llegado a la conclusión que Docker es ventajoso en tanto que reduce sustancialmente el consumo de memoria RAM y su velocidad de despliegue es mucho mayor. No obstante, la capacidad computacional (uso de CPU) es equivalente en contenedores y máquinas virtuales.

[EN] The following project configures a high-performance service cluster to ensure uninterrupted operation by eliminating single points of failure and growing in performance by adding servers. The TFG develops and implements a demonstrator based on the use of Docker containers and virtual machines with the intention of documenting the advantages offered by Docker over traditional virtualisation. The high availability property is guaranteed by eliminating the system components that after a failure cause the stop of the whole service. These elements are known as single points of failure. To achieve this, replication has been configured so that if one ceases its activity another can take its place. Load balancing is achieved with a software called HAProxy, which distributes client requests to a set of servers. In addition, this program also assumes the task of monitoring the state of the servers in order to select only those that are active. To prevent it from becoming a single point of failure, two load balancers have been installed in a active/passive configuration. The access point to the cluster is configured through a virtual IP address (VIP) whose assignment is handled by the Keepalived software, in charge of monitoring the state of the master and backup load balancer machines. Whenever the master machine is active the VIP will be fixed to its network interface. In the event of a shutdown being detected, the VIP pivots to the backup machine, so that the failure is completely transparent to the customer. There are two objectives. The first one is focused on configuring and deploying the cluster. A set of qualitative tests have shown that requests are distributed according to the Round-Robin algorithm and that the service is still available after a node failure. For this set of tests, the ¿Farhos Prescripción¿ application, provided by the company Visual-Limes, was used to consult patients' medical prescriptions. The second objective is to study the advantages offered using Docker compared to virtual machines. To achieve this, a web application that demands a high load to the server nodes has been used. The tests were run on a high-end physical machine. Through quantitative tests, it has been concluded that the Docker is better than virtual machines, as it substantially reduces RAM memory consumption and its deployment is much faster. However, the computational capacity (CPU usage) is equivalent in containers and virtual machines.