基于虛擬化技術(shù)的服務(wù)器負(fù)載均衡算法研究

【摘要】 本文將圍繞分組交換系統(tǒng)，對虛擬化技術(shù)作進(jìn)一步的梳理和細(xì)分，闡明其原理和優(yōu)缺點。在采用了虛擬化技術(shù)的情況下，所謂的服務(wù)器負(fù)載均衡，就是采用虛擬機(jī)遷移的技術(shù)，將各個服務(wù)器上創(chuàng)建的虛擬機(jī)，根據(jù)占用資源和使用情況的不同，進(jìn)行總體的分配，使得每臺服務(wù)器都能盡可能好地支持本機(jī)上所啟動的虛擬機(jī)。

【關(guān)鍵字】 虛擬化 虛擬機(jī) 負(fù)載均衡 彈性

一、引言

服務(wù)器負(fù)載均衡就是指按照一定的分配策略，將任務(wù)平均分給集群內(nèi)部的各個節(jié)點進(jìn)行處理，當(dāng)系統(tǒng)的負(fù)載出現(xiàn)不平衡時，還能將重載節(jié)點上的任務(wù)轉(zhuǎn)移到輕載節(jié)點上執(zhí)行，使得整個集群中所有節(jié)點的負(fù)載都趨向于平衡，從而縮短作業(yè)的平均響應(yīng)時間和提高系統(tǒng)的資源利用率。

虛擬化是在一臺服務(wù)器上通過計算資源的物理抽象運行多臺虛擬服務(wù)器的技術(shù)，添加一個管理層面來屏蔽物理設(shè)備的復(fù)雜性。

以下就針對上述技術(shù)，做一個詳細(xì)的論述。

二、三種虛擬化技術(shù)

虛擬機(jī)技術(shù)[1]最早由IBM于20世紀(jì)60年代提出，被定義為硬件設(shè)備的軟件模擬實現(xiàn)，而國內(nèi)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的是Linux Virtual server（LVS） [2]，它是章文篙博士等人開發(fā)的Linux服務(wù)器集群自由軟件項目。

2.1 全虛擬化

利用節(jié)點的全虛擬化是一種完全模擬所有硬件設(shè)備的虛擬化模式。在全虛擬化下，虛機(jī)監(jiān)視器（VMM） [3]可以模擬和真實硬件完全相同的硬件環(huán)境，為每個虛擬機(jī)提包括虛擬BI0S、虛擬設(shè)備和虛擬內(nèi)存管理等都需要完整硬件支持的服務(wù)。

這個程不需要硬件或操作系統(tǒng)的協(xié)助，因而不需要修改Guest 0S的內(nèi)核，Guest完全感知不到是否發(fā)生了虛擬化。VMM翻譯核心指令來替換不能虛擬化的指令，通過翻譯后的指令去直接訪問虛擬硬件，用軟件的方式消除X86架構(gòu)的缺陷，得大多數(shù)操作系統(tǒng)都可以以全虛擬化模式運行。

2.2 半虛擬化

半虛擬化又叫做操作系統(tǒng)協(xié)助虛擬化，在半虛擬化下，VMM需要在操作系的協(xié)助下才能完成對特權(quán)指令進(jìn)行虛擬化，因而需要對Guest 0S的內(nèi)核進(jìn)行改，以便操作系統(tǒng)能夠?qū)τ腥毕莸闹噶钸M(jìn)行替換。在這種情況下，Guest OS道自己運行在虛擬機(jī)中。

2.3 硬件虛擬化

硬件虛擬化又可稱為硬件輔助虛擬化，是指VMM需要硬件的協(xié)助才能完成資源的虛擬。硬件虛擬化開始于Intel和AMD提出的Inte-VT和AMD-V技術(shù)，其思想就是通過引入新指令和處理器運行模式，當(dāng)需要VMM監(jiān)控和模擬時則進(jìn)行模式切換，跟軟件的虛擬實現(xiàn)方式相比，硬件虛擬化可以很大程度上提高性能。

三、算法策略構(gòu)成

本文負(fù)載均衡算法四個策略構(gòu)成：

3.1負(fù)載衡量策略（Load measurement rule）

用于描述系統(tǒng)中各節(jié)點的負(fù)載狀況的策略，負(fù)載均衡決策是根據(jù)節(jié)點工作負(fù)荷以及可用資源等節(jié)點狀況信息而做出的。

3.2信息策略（Information rule）

決定何時、如何收集負(fù)載信息，何時、如何散布負(fù)載信息以及如何管理負(fù)載信息。

3.3觸發(fā)策略（Initiation rule）

用于決定何時觸發(fā)一次負(fù)載均衡操作。觸發(fā)策略可以采用基于閡值的方式也可以采用事件驅(qū)動等方式。

3.4負(fù)載均衡操作策略（Load balancing operation rule）

還可細(xì)分為定位策略（Location rule）：用于決定系統(tǒng)中參與負(fù)載均衡操作的節(jié)點；分配策略（Distribution rule）：明確去均衡系統(tǒng)中各節(jié)點的負(fù)載的策略；選擇策略（Selection rule）：在負(fù)載過重的節(jié)點上選擇一些任務(wù)或資源進(jìn)行重分配。

四、結(jié)束語

本文針對虛擬化技術(shù)作了進(jìn)一步的梳理和細(xì)分，提出了載均衡算法的四個策略，這些策略能有效地實現(xiàn)了服務(wù)器負(fù)載均衡。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] BINU A，KUMAR G S.Virtualization techniques：a methodical review of Xen and KVM[C]//Proc of the 1st International Conference on Advances in Computing and Communications.Berlin：Springer-Verlag，2011：399-410.

[2]章文高.Linux服務(wù)器集群系統(tǒng)（二）-LVS集群的體系結(jié)構(gòu).http：//www.linuxvirtualserver.org/zh/IvsZ.html.

[3] ZHANG Xiao-tao，DONG Yao-zu.Optimizing Xen VMM based on Intel virtualization technology[C]//Proc of International Conference on Internet Computing in Science and Engineering.Washington DC：IEEE Computer Society，2008：367-374.