一种动态网络负载平衡集群的实践方法

核心提示： 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

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。