Diseñar una máquina virtual para una aplicación específica.

En esta práctica lo que se pide es realizar una comparación de distintos sistemas operativos, con distintas configuraciones y ver cuál de ellos nos ofrece un rendimiento óptimo. Para ello se crearán distintas máquina virtuales que cumplan estas características.

Para realizar esta práctica voy a utilizar como software de virtualización el programa VMware Player y en total voy a crear 6 máquinas virtuales. Estas máquinas van a ser 3 de Ubuntu Server, en concreto la versión 12.04.3, y 3 de CentOS, en la versión 6.5. De cada trio de máquinas, 2 máquinas van a actuar como máquinas servidoras de mi aplicación y la tercera va a actuar como máquina balanceadora, para repartir la carga de trabajo entre ambas máquinas servidoras.

Cada trio de máquinas van a tener las siguientes características:

• La primera máquina servidora va a disponer de: 1 procesador, 1024 MB de memoria RAM y el servidor LAMP.
• La segunda máquina servidora va a disponer de: 1 procesador, 512 MB de memoria RAM y el servidor LAMP.
• La tercera máquina, que es la máquina balanceadora, va a disponer de: 1 procesador, 1024 MB de memoria RAM y como sistema balanceador, va a disponer del balanceador nginx.

Empezamos por instalar el balanceador nginx en la máquina balanceadora. Para ello, lo primero que tenemos que hacer es importar la clave del repositorio de software:

wget http://nginx.org/keys/nginx_signing.key
apt-key add nginx_signing.key
rm -f nginx_signing.key

A continuación, debemos añadir el repositorio, editando el fichero /etc/apt/sources.list y añadiendo al final las siguientes líneas:

echo "deb http://nginx.org/packages/ubuntu lucid nginx" >> /etc/apt/sources.list
echo "deb-src http://nginx.org/packages/ubuntu lucid nginx" >> /etc/apt/sources.list

Ahora ya podemos instalar nginx:

apt-get update
apt-get install nginx

Una vez que se instale, procedemos a su configuración como balanceador de carga de las máquinas balanceadoras. Para ello nos desplazamos al fichero de configuración de nginx que se encuentra en /etc/nginx/conf.d/default.conf y lo rellenamos tal y como se muestra a continuación:

Ahora al final le añadimos las direcciones IP de las máquinas que van a formar parte del balanceo de carga:

En dicha última configuración, hemos tenido en cuenta las características de cada una de las máquinas servidoras. Es decir, a la máquina más potente, que es la máquina que tiene 1024 MB de memoria RAM, le hemos puesto que realice el doble de peticiones que la otra máquina menos potente que tiene 512 MB de memoria RAM. Esto lo hacemos para evitar que la máquina menos potente se venga abajo con una sobrecarga de trabajo y así tener más consistencia en nuestro sistema web.

Una vez que hemos rellenado correctamente el fichero de configuración de nginx, reiniciamos el servicio para que obtenga estos últimos cambios que le hemos realizado en su fichero de configuración:

Para demostrar que hemos realizado bien la configuración del balanceador y que cada vez que lanzemos peticiones al balanceador, este nos reparte las peticiones entre las dos máquinas servidoras, vamos a hacer uso del comando cURL. Pero antes y para demostrar qué máquina es la que realiza la petición, vamos a modificar la página inicial que trae Apache por defecto de ambas máquinas.

Una vez que hemos realizado la modificación a los ficheros por defecto de Apache, nos vamos a la máquina anfitriona y con el comando cURL lanzamos peticiones a la máquina balanceadora:

y vemos como esta nos reparte la carga entre ambas máquinas servidoras, realizando la máquina más potente el doble de peticiones que la máquina menos potente.

Ahora con el trio de máquinas de CentOS debemos realizar los mismos pasos: instalar el servidor LAMP en las máquinas servidoras, instalar y configurar el balanceador nginx en la máquina balanceadora y probar que funcione.

Instalar el servidor LAMP en CentOS debe ser manualmente y no como en Ubuntu Server que mientras creabamos la máquina esta nos permitia la opción de instalar dicho servidor. Por tanto, para instalar LAMP en CentOS debemos instalar primero el servidor Apache con:

yum install httpd httpd-devel

y una vez que se instale lo lanzamos:

Ahora instalamos la base de datos MySQL con la orden:

yum install mysql mysql-server mysql-devel

y lo arrancamos:

Por último instalamos PHP con todas sus dependencias para que enlace correctamente con Apache y MySQL. Para ello utilizamos la siguiente orden:

yum install php php-mysql php-common php-gd php-mbstring php-mcrypt php-devel php-xml

y reiniciamos Apache para que recoja todos los cambios actuales:

El servidor LAMP lo instalamos en las dos máquinas servidoras y en la máquina balanceadora instalamos el balanceador nginx. Para ello primeramente instalamos los repositorios que son requeridos para que nginx pueda ser instalado:

e instalamos nginx con:

yum install nginx

Una vez que termine de instalarse lo iniciamos:

La aplicación que voy a meter en cada una de las máquinas servidoras, va a ser una aplicación que utiliza el servicio de Google Maps. Dicha aplicación nos pide que introduzcamos un lugar y a continuación nos muestra el mapa de dicho lugar. Ahora con ese lugar podemos hacer: aumentar para ver más detalles del lugar, igualmente disminuir, insertar marcadores en el mapa, utilizar Street View y ver las coordenadas geográficas del lugar exacto en donde nos encontramos.

El fichero con la aplicación se encuentra en nuestra máquina anfitriona y debemos pasar dicho fichero a cada una de las máquinas servidoras. Para CentOS es muy fácil ya que al disponer de entorno gráfico, podemos meter el fichero en un pen y directamente sustituir el fichero que trae Apache por defecto por este otro.

Abrimos un navegador, lanzamos una petición a la máquina balanceadora y podemos ver que nuestra aplicación aparece en el navegador:

En caso contrario, en Ubuntu Server al no tener entorno gráfico debemos de buscar otra alternativa. Dicha alternativa pasa por compartir una carpeta de nuestra máquina anfitriona con las máquinas servidoras. Para realizar esto nos vamos al apartado configuración de nuestra máquina virtual y en la pestaña "Options" elegimos la opción "Shared Folders" y añadimos la carpeta que queremos compartir con la máquina virtual.

A continuación iniciamos la máquina, instalamos los tools y realizamos los siguientes pasos:

mkdir -p /media/cdrom
mount /dev/cdrom /media/cdrom
cd /media/cdrom
cp VM*.tar.gz /tmp
apt-get -y install linux-headers-server build-essential
cd /tmp
umount /media/cdrom
tar xzvf VM*.tar.gz
cd vmware-tools-distrib
mkdir -p /usr/lib64
./vmware-install.pl -d
reboot
cd /mnt/hgfs

y en este último directorio nos aparece la carpeta que estamos compartiendo con el fichero de la aplicación dentro. Ya solo nos queda sustituir el fichero que trae Apache por defecto por este otro con la siguiente orden:

cp index.html /var/www/

Realizamos la operación con ambas máquinas, abrimos un navegador y lanzamos una petición a la máquina balanceadora:

En este apartado vamos a comprobar que trio de máquinas es el que funciona mejor con nuestra aplicación. Para ello vamos a medir las prestaciones de cada máquina balanceadora y ver entre Ubuntu Server y CentOS cuál proporciona mejores resultados. Para realizar estas mediciones voy a utilizar el Apache Benchmark ab, dicho benchmark lo vamos a lanzar desde el sistema anfitrión hacia las máquinas balanceadoras.

Al benchmark le voy a pedir que realice 10000 peticiones a mi aplicación y que estas peticiones las realice de 100 en 100. De todas las métricas que nos ofrece este benchmark, voy a centrar el estudio en tres métricas: el tiempo que tarda en ejecutar dicho test, las respuestas por segundo que ofrece y el tiempo que tarda en cada respuesta. Para poder obtener datos concretos y fiables, voy a lanzar 10 veces seguidas dicho benchmark y tomar medias y desviaciones estándar de las métricas anteriores.

Primero lo voy a lanzar sobre el balanceador de Ubuntu Server:

Recogemos los datos de las 10 ejecuciones y después lo lanzamos sobre el balanceador de CentOS:

Una vez echa toda la batería de pruebas la tabla con los resultados es la siguiente:

Observando los datos de desviación podemos ver que el dato que es más fiable para guiarnos a la hora de comparar ambos sistemas operativos es el tiempo de ejecución. Por lo tanto podemos ver que el mejor rendimiento lo obtenemos con el sistema operativo Ubuntu Server que tarda menos en atendernos a las peticiones.

En conclusión, si tuviera que montar mi servidor web y dispongo de las máquinas aquí citadas yo me quedaría con el conjunto de máquinas de Ubuntu Server que me van a dar mejores resultados que las máquinas de CentOS.