基于集群的动态反馈负载均衡系统的研究与应用

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1、第一章绪论请求通信的连接状态信息和节点资源的当前使用情况。本质上讲，负载均衡是分布式应用作业调度系统的一种实现【8】。负载均衡器作为网络请求分配的控制者，要根据分布式系统中各组件对象节点的当前处理能力，采用集中或分布策略对网络服务请求进行调配，并且在每个服务请求的生命周期里监控各个节点的有效状态。一般来说，负载均衡器对请求的调度具有以下的特征：网络服务请求必须是可管理的，请求的分配对用户是透明的，最好能够提供异构系统的支持，能够依据分布式系统各个节点的资源情况进行动态分配和调整。而如何获取、使用收集本地

2、节点的负载信息及任务调度就成为负载均衡系统的重要研究方向[91。目前负载均衡技术大多数是用于提高诸如在Web服务器、FTP服务器和其它关键任务服务器上的Intenlet服务器程序的可用性和可伸缩性。因此对负载均衡机制的研究就显得非常有意义了。综合以上因素，作者对服务器集群负载均衡体系结构进行深入研究后，设计并实现了将动态反馈算法与静态负载均衡算法相结合的新一代负载均衡系统，具有很强的理论意义和实际意义。1．2课题研究的国内外现状现阶段对网络负载均衡的研究比较多，国内外大型的企业、政府、科研机构都投入了大

3、量的人力和财力来研究网络负载均衡技术、开发网络负载均衡产品。负载均衡是一个经典的优化组合难题之一，其难度与HaIllilton问题相当，是一个NP难问题[1o】。人们通过对静态任务划分⋯1的研究，间接的实现了静态负载均衡。而对于动态负载均衡，Hui等人[12】在理论方面提出了一个水动力学模型来抽象的描述负载均衡。Chen【13】给出了一个通用的模型综合了发送者驱动和接收者驱动这两种方法的优点。Z撕等人[14】研究了分布、集中、全局和局部的负载均衡方法，并对这几种策略进行组合，通过实验总结了在不同的情况下

4、哪种策略的效果最好。但是尽管前人做了这么多的研究，但是真正让人满意的系统并不多。其原因是分布式环境中影响负载的因素太复杂，使得人们无法准确掌握负载的确切状态，从而不能设计出高效的负载均衡算法。目前，已经能从软件和硬件的形式实现负载均衡。如LVs(LinuXVirtualServer)是章文嵩博士发起的开源项目，主要分成基于IP层和基于内容分发请求两部分，这两部分相互独立。LVS在内核中实现了三种IP负载均衡机制和十种均衡调度策略，支持持久的虚拟服务，并提供详尽的统计数据，如连接的处理速率和报文的流量等。

5、Ope洲os故项目主要是提供集群节点间的进程调度，与LVs不同，它并不对客户请求予以改写，只是处理后端服务器的进程调度。Ope洲osix的特第一章绪论点在于进程级的迁移和调度，前端可以通过轮询方式调配，而将负载均衡的任务放在后端每个节点上执行。不足之处在于没有针对服务内容实现均衡配置，而且其面向的主要是内核中的进程，而不是对客户端提供的服务。Cisco公司的LocalDirector是在硬件中集成的负载均衡解决方案，采用的主要是D层的负载均衡机制，调度策略一般是基于最少连接的方法。该产品的优势在于与Ci

6、sco硬件的结合，直接购买硬件就可以获得此功能，而且基于硬件的实现一般效率会高于软件方案。但是对于那些基于现有硬件资源增加负载均衡功能的客户而言，成本太高。国内的主要服务器厂商也有一些实现负载均衡的方案，其中浪潮集团的基于Windows的集群方案是其中代表之一。基于中软Lilmx的虚拟服务器是一个具有高可用性特点的负载均衡集群系统。除了上述方案之外，在国内还有其他厂商的一些负载均衡方案，如方正的集群系统解决方案，TlHboLiIlux的集群产品等等，由于其与中软的方案类似，本质上只是对现有技术做了一些必

7、要的封装。从上面的介绍可以看出，目前国内大多数企业、研究机构都是对现有开源项目所进行的整体封装，并没有真正意义上的创新，对负载均衡的调度算法也没有实质性的改进，灵活性和效率都不高，而本文提出将动态反馈算法与LVS开源项目中的静态调度算法相结合的新思路，设计并实现了一套新的系统架构，能够显著提高负载均衡系统的性能。1．3本文研究的课题和主要工作1．3．1本文研究的课题本文研究的课题是基于集群的动态反馈负载均衡系统的研究与应用。针对已经成熟的开源负载均衡系统LVS，通过将动态反馈算法与现有的LVS静态负载均

8、衡调度算法相结合，提出并设计实现了一种新的动态反馈负载均衡系统。1．3．2主要研究工作作者读研究生期间在国家高性能计算机工程中心进行了大量的高性能集群负载均衡方面的研究，目的在于解决大规模高负载系统所面临的问题。作者结合当前最前沿的一些动态反馈理论，参与了DLB动态反馈负载均衡系统的研究工作。本文主要包括以下几个方面的内容：第一章绪论1．对现有的集群负载均衡技术和动态反馈理论进行深入研究，重点分析了LVS负载均衡系统的设计原理、实现机制及其