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一种动态网络负载平衡集群的实践方法

来源：RealSKy　作者：　责任编辑：　发表时间:2003-03-10 17:13　评论()

　　4.2 权值计算

　　当集群的结点初次投入系统中使用时，系统管理员根据结点的硬件配置情况对每个结点都设定一个初始权值DW（Ni）（通常根据结点的硬件配置来定义，硬件配置越高的结点默认值越高），在负载均衡器上也先使用这个权值。然后，随着结点负载的变化，均衡器对权值进行调整。

　　动态权值是由结点运行时各方面的参数计算出来的。我们在实验中选取了最重要几项，包括：CPU资源，内存资源，当前进程数，响应时间等信息作为计算公式的因子。结合每个结点当前的权值，可以计算出新的权值的大小。动态权值目的是要正确反映结点负载的状况，以预测结点将来可能的负载变化。对于不同类型的系统应用，各个参数的重要程度也有所不同。典型的Web应用环境下，可用内存资源和响应时间就非常重要；如果用户以长的数据库事务为主，则CPU使用率和可用内存就相对重要一些。为了方便在系统运行过程中针对不同的应用对各个参数的比例进行适当调整，我们为每一个参数设定一个常量系数 Ri ，用来来表示各个负载参数的重要程度，其中Σ Ri = 1。因此，任何一个结点Ni的权值公式就可以描述为：

　　LOAD(Ni)=R1*Lcpu(Ni)+R2*Lmemory(Ni)+R3*Lio(Ni)+R4*Lprocess(Ni)+R5*Lresponse(Ni)其中Lf(Ni) 表示结点Ni 当前某一项参数的负载值，上述公式中依次表示为：CPU使用率、内存使用率、磁盘I/O访问率、进程总数以及响应时间。

　　例如，在WEB服务器集群中，我们采用以系数{0.1, 0.4, 0.1, 0.1, 0.3}，这里认为服务器的内存和请求响应时间较其他参数重要一些。若当前的系数Ri不能很好地反映应用的负载，系统管理员可以对系数不断地修正，直到找到贴近当前应用的一组系数。

　　另外，关于采集权值的周期置，虽然很短的周期可以更确切地反映各个结点的负载，但是很频繁地采集（如1秒1次或者多次）会给均衡器和结点带来负担，也可能增加不必要的网络负荷。另外，由于采集器是在采集时刻进行负载计算的，经实验证明，均衡器反映出来各个结点的负载信息会出现剧烈的抖动，均衡器无法准确捕捉结点真实的负载变化趋势。因此解决这些问题，一方面要适当地调整采集负载信息的周期，一般在5～10秒；另一方面，可以使用移动平均线或者是滑动窗口来避免抖动，使得均衡器收集到的负载信息表现为平滑曲线，这样在负反馈机制的调整效果上就会比较好。

　　均衡器的动态权值采集程序周期性地运行，若缺省权值不为零，则查询该结点的各负载参数，并计算出动态权值LOAD(Ni) 。我们引入以下权值计算公式，结合结点的初始权值和采集的动态权值来计算最终的权值结果。

　　Wi = A*DW(Ni)+B*(LOAD(Ni)-DW(Ni))1/3

　　在公式中，如果动态权值恰好等于初始权值，最终权值不变，则说明系统的负载状况刚好达到理想状况，等于初始权值DW(Ni)。如果动态权值计算结果高于初始权值，最终权值变高，则说明系统负载很轻，均衡器将会增加分配给该结点的任务比率。如果动态权值低于初始权值，最终权值变低，说明系统开始处于重载状况，均衡器将会减少对该结点分配的任务。在实际使用中，若发现所有结点的权值都小于他们的DW(Ni)，则说明当前个集群处于超载状态，这时需要加入新的结点到集群中来处理部分负载；反之，若所有结点的权值大大高于DW(Ni)，则说明当前系统的负载都比较轻。

　　5、总结

　　网络负载平衡是集群作业调度系统的具体实现。由于其处理的作业单元是TCP/IP协议下的网络连接，因此可以采用面向网络连接的集中基本调度算法。考虑集群负载不平衡的可能，采取了动态获取服务节点的权值并使用负反馈机制调整平衡器对网络服务请求的分布，以适应服务节点在运行过程中资源的变化。笔者也在LVS集群系统的基础上，配合原有的轮询算法对其进行改进，增加了采集动态权值的程序并实时反馈到负载平衡器的调度系统上。实践证明，采用动态平衡在集群系统的整体吞吐量方面有所提高，特别是在集群各个节点性能不一，集群提供的网络服务程序所访问的资源多样化的情况下，负反馈机制的效果尤其明显。在其他类型的集群中，负反馈机制的动态负载平衡也能够得到很好的应用，只是平衡器所处理的作业单元不同于网络连接，而具体的负载算法上也将有所不同。

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