Web服務器集群系統的自適應負載均衡調度策略研究

毛成宇

長春理工大學，吉林 長春 130000

Web服務器集群系統的自適應負載均衡調度策略研究

毛成宇

長春理工大學，吉林 長春 130000

基于LVS的Web服務器集群負載均衡的默認加權最小連接調度算法，提出了基于任務權重分配調度的后端服務器主動反饋負載策略、負載均衡器。Web服務器集群系統中的動態自適應負載均衡調度策略，可以加快Web服務器響應速度，提高集群系統性能，簡化調度過程，提高吞吐率。

服務器集群；負載均衡；自適應

引言

有效利用分布式系統的處理能力可以保證聯合工作多個服務器負載平衡。良好的負載平衡意味著最小化執行時間及計算機數據傳輸開銷，并根據服務器處理能力的不同分配完成相應的任務，可以最大限度利用每個服務器的處理能力。

1 負載均衡目標

應用程序的負載平衡直接影響加速和并行系統的性能[1]。負載平衡的主要目標是通過平衡任務來重新分配工作負載，優化任務的資源利用率和響應時間，以最小化進程之間的通信開銷。因此，以平衡每個處理器節點的工作負載為目標來提高并行計算的性能。

負載平衡算法的主要目標如下：

（1）性能改進：在合理的成本范圍內，在整個系統中實現更高的性能改進，例如在可接受的延遲條件下減少任務的響應時間；（2）任務平衡：系統中每個節點的任務平衡；（3）容錯能力：系統的某些部分有錯誤，系統應具有容錯性能；（4）可變性：根據分布式系統的參數配置進行自適應性能修改和擴展；（5）系統穩定性：系統應具備應對突發大量流量的能力。

負載平衡可以帶來以下優點：（1）負載均衡可以提高每個節點的性能，提高整個系統的性能；（2）負載平衡減少了任務的空閑時間；（3）避免對小任務的長期積壓；（4）最大限度利用系統資源；（5）縮短整個系統對用戶的響應時間；（6）提高系統的吞吐量；（7）提高系統的可靠性；（8）使系統實現低成本、高收入；（9）增加系統的可擴展性或流量的增量增長。鑒于上述優點，負載均衡策略已成為一個熱點研究領域。在過去幾年中，已經有了大量的負載平衡算法，但并不適用于所有的應用。選擇適當的負載平衡取決于應用參數（如平衡特性）、負載生成模式和硬件參數（如通信開銷）[2]。一般來說，負載均衡算法分為兩類：一是靜態負載均衡；二是動態負載均衡。

2 動態自適應反饋負載均衡策略

2.1 負載均衡最優化思想

負載平衡器從客戶端接收請求任務，并根據接收到的子節點的當前負載信息分配任務。在任何時間段t中，如果有多個任務調度請求到達負載均衡器，負載平衡器記錄的后端服務器的性能值p和負載值不會及時更新，負載平衡器將根據正在記錄的每個服務器的舊信息進行選擇，然后將請求任務分配給后端服務器，這可能會導致單個節點超載。因此，在時間段t中，負載均衡策略需要實時考慮后端服務器的性能和負載。此外還要考慮以下幾個方面：（1）在一定時間段t內，終端服務器節點只是服務器分布的一部分。因此，該節點負載可能會減少或空閑，每個子服務器節點的性能、負載狀態變化與當前負載信息相互關聯。對于后端實際服務器，由于機器的硬件存在配置、性能差異，因此服務器節點處理請求任務的能力不同[3]。（2）在時間段t中，發送到集群系統的客戶端請求任務發送到負載均衡器。此時，不更新每個服務器節點的負載信息，并且服務器分配的任務可能導致服務器過載。

2.2 負載均衡流程

（1）二叉樹排序算法主要是對負載的冗余值進行排序。如果每個服務器的負載冗余值通過負載均衡器收集和循環，則服務器插入樹中，當服務器的負載冗余值超過最小值時構建二進制排序樹。（2）遍歷二進制排序樹。遍歷二進制排序樹已形成升序，服務器性能指標（權重）將形成一個序列[4]。（3）任務分配。在服務器節點順序遍歷后，根據服務器的狀態和性能分配任務。分配任務后，每個服務器的負載值和冗余值將發生變化。

2.3 動態負載均衡算法

對于分布式系統，如何在分布式系統中分配和調度用戶之間的請求將直接影響分布式系統的性能[5]。因此，為了充分利用分布式系統中每個服務器節點的資源，我們引入動態負載均衡技術來優化分布式系統的整體性能。對于客戶端的用戶請求任務，考慮用戶請求任務的不同類型，以及用戶對資源類型和實時需求的需求程度，用戶請求分配給實時I/O消費任務和實時任務的任務，CPU類型任務的時間消耗，進一步優化最少的連接調度算法。本文提出了一種創新的動態負載平衡算法。該算法被稱為基于任務分區的動態負載均衡算法。用于分區任務的動態負載均衡算法的低吞吐量問題是基于系統的良好解決方案，可以解決節點資源不能充分利用的問題。最后，通過仿真驗證驗證了算法的可行性和有效性。與最小連接調度算法相比，基于改進的系統響應時間，使用節點資源的動態任務劃分算法比最小連接調度算法更加充分。

3 結束語

由于傳統的網絡集群負載均衡算法使用加權最小鏈路調度算法，可能存在負載不平衡現象。為此，在傳統的加權調度算法的基礎上，對原有的LVS算法進行了改進和優化。在本文中，傳統負載均衡算法的權重重新分配，負載均衡器收集每個服務器的CPU利用率和內存空閑率，確定新的權重值，并將其傳輸到均衡器，均衡器得到新的權重。最后，提出了動態自適應反饋策略。為了減輕均衡器的負擔，采用了向均衡器提供主動反饋負載信息的方法。

[1]雷迎春.可擴展、高性能Web服務器系統的研究[D].北京：中國科學院研究生院（計算技術研究所），2002.

[2]任俠.基于動態自適應負載均衡的服務器集群優化策略[J].工業控制計算機，2015，28（12）：38-39.

[3]何增輝.基于預測機制的負載均衡模型研究[D].鄭州：鄭州大學，2010.

[4]張維勇.基于遺傳算法的服務器端動態負載均衡系統的設計與實現[D].濟南：山東大學，2005.

[5]王媛媛.基于服務器集群的Web QoS控制研究[D].保定：華北電力大學（保定），2007.

Research on Adaptive Load Balancing Scheduling Strategy for Web Server Cluster System

Mao Chengyu
Changchun University of Science and Technology, Jilin Changchun 130000

Based on LVS Web server cluster load balanced default weighted minimum connection scheduling algorithm,an active feedback load strategy and load balancer for back-end server based on task weight allocation scheduling are proposed. The dynamic adaptive load task balancing scheduling strategy for Web server cluster system can effectively accelerate the response speed of Web server, improve the performance of cluster system, simplify the scheduling process and improve throughput.

server cluster; load balancing; self-adaptation

TP393.09

A

1009-6434（2017）7-0087-02