基于異構(gòu)服務(wù)器的動態(tài)負(fù)載均衡算法

摘要：文中提出了一種新穎的異構(gòu)服務(wù)器負(fù)載均衡方法，在傳統(tǒng)的均衡系統(tǒng)吞吐量的基礎(chǔ)上，考慮到各服務(wù)器的處理能力，通過加入服務(wù)器處理能力權(quán)重和概率選擇向量，對每一個到來的請求計算其概率向量進(jìn)行任務(wù)分配。這種方法從理論上分析應(yīng)能解決系統(tǒng)調(diào)度方面資源的耗費最小的問題，對不同性能的服務(wù)器最大可能的保持負(fù)載平衡，并且使客戶請求在最短時間內(nèi)得到回復(fù)。而實驗也表明，該方法是有效的。

關(guān)鍵詞：異構(gòu)服務(wù)器；負(fù)載均衡；服務(wù)器處理能力權(quán)重；概率選擇向量；系統(tǒng)調(diào)度

中圖分類號：TP301 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2013）10-2367-04

1 概述

在網(wǎng)絡(luò)迅速發(fā)展的過程中，每年網(wǎng)絡(luò)的用戶不斷遞增，造成一些網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的要求也隨之提高，數(shù)據(jù)庫日訪問量的不斷遞增，給服務(wù)器的處理能力要求也帶來了同步的增長需求。在這樣的情況下，如果按照傳統(tǒng)的硬件升級方法是不能滿足不斷增長的需求的，而且面對業(yè)務(wù)量的不斷提升，硬件的升級會造成資源的浪費和高額的成本投入。因此需要用軟件的方法來均衡網(wǎng)絡(luò)的信息流量，這就是目前比較流行的負(fù)載均衡方法。

負(fù)載均衡 [1]（Outbound Load Balancing）是通過人為的方法來簡單有效的擴大服務(wù)群體，增加服務(wù)器吞吐量和數(shù)據(jù)處理能力，或者通過擴展設(shè)備來達(dá)到滿足數(shù)據(jù)量不斷增長的需求，它的實現(xiàn)簡單，是建立在現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)之上，效果比較明顯。負(fù)載均衡的含義有兩個方面 [2]：首先是集群（clustering）技術(shù)，它是將到來的處理比較復(fù)雜耗時的負(fù)載分散到多臺處理器上進(jìn)行處理，然后匯總各處理器的處理結(jié)果，對外來說整個系統(tǒng)的處理能力都得到了一個質(zhì)的提升。第二層含義就是；為了加快服務(wù)器對用戶的響應(yīng)速度，減少用戶等待時間，把到來的訪問請求按照一定的算法分配到不同的節(jié)點上來處理，用以提高處理響應(yīng)速度的目的，這主要針對一些用戶響應(yīng)類的應(yīng)用服務(wù)器。

2 負(fù)載均衡算法

負(fù)載均衡算法是負(fù)載技術(shù)的調(diào)度算法，通過負(fù)載均衡算法將客戶端的請求分配給不同的服務(wù)器以達(dá)到網(wǎng)絡(luò)信息均衡的目的。

3 改進(jìn)后的算法及仿真環(huán)境搭建

常用的負(fù)載均衡算法適用于服務(wù)器同構(gòu)情況下的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡，對于異構(gòu)系統(tǒng)來說其使用性能在實際應(yīng)用中并不是很好，因此為了提高異構(gòu)系統(tǒng)服務(wù)器的性能，對常用的算法進(jìn)行改進(jìn)使之適應(yīng)在異構(gòu)情況下的應(yīng)用，提高服務(wù)器系統(tǒng)數(shù)據(jù)負(fù)載性能。

3.1 改進(jìn)后的負(fù)載均衡算法

對于改進(jìn)后的算法，從理論上分析應(yīng)能滿足在系統(tǒng)調(diào)度方面達(dá)到資源耗費最小，不同性能的異構(gòu)服務(wù)器最大可能的保持負(fù)載平衡，并且使客戶請求盡量在最短時間內(nèi)得到回復(fù)。對于改進(jìn)后的算法可以利用仿真軟件進(jìn)行算法之間的對比來確認(rèn)改進(jìn)后的算法的有效性。

3.2 OPNET負(fù)載均衡算法仿真環(huán)境搭建

優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)工程工具 [5]（optimized network engineering tool，OPNET）是目前最常用的商用網(wǎng)絡(luò)仿真軟件之一。該軟件對于進(jìn)行通信網(wǎng)絡(luò)和分發(fā)系統(tǒng)的模擬與仿真實驗有良好的效果，它可通過離散事件的仿真，分析模型或者算法來優(yōu)化系統(tǒng)行為和性能，幫助客戶進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的設(shè)計，網(wǎng)絡(luò)性能的分析，網(wǎng)絡(luò)模型的構(gòu)建和網(wǎng)絡(luò)行為的管理。它涉及到網(wǎng)絡(luò)仿真的各個階段，如模型設(shè)計、仿真、數(shù)據(jù)搜集以及數(shù)據(jù)分析。

在仿真實驗程序的整個調(diào)度流程中，把數(shù)據(jù)包重新修改地址分配給后臺服務(wù)器有一定的策略算法，這些算法用來保證請求數(shù)據(jù)包均衡分配給后臺服務(wù)器，其中我們的仿真實驗中就加入了兩種分配算法，也就是常說的負(fù)載均衡算法，通過對比pick-kx算法和pick-kw算法，來顯示修改算法的實用效果。

4VqP1w5GXxBnd554hM8oVvnCP5xml3cmU8RgX5rn9lvo= 實驗與分析

針對以上搭建的仿真環(huán)境，本試驗選擇仿真中的三臺服務(wù)器的負(fù)荷作為仿真統(tǒng)計量，同時利用OPNET Modeler特有組件對仿真結(jié)果可以比較的特點，將三臺服務(wù)器的仿真數(shù)據(jù)的仿真結(jié)果進(jìn)行了統(tǒng)一比較。因在構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋾r配置的服務(wù)器處理能力不同，因此很方便看到算法比較的結(jié)果。

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