基于JSESSION_ID算法的營業web服務器負載均衡方案

馬健　劉曉霞

摘 要：該文研究在運營商營業web服務器的特殊前提下，以負載均衡最優化為需求，以F5負載均攤服務器為研究平臺，分析常用的輪循、權重輪循、響應速度、連接數、處理能力五種負載均衡算法在這種特殊需求下的表現，找到實用性較強的處理能力均衡算法。最終打破負載均衡固有思維，在以IP地址為單位的均衡算法之外，提出了以JSESSION_ID為單位的新的負載均衡算法——JSESSION_ID算法。該算法在F5負載均衡服務器性能強大的情況下，表現遠遠優于任何算法。

關鍵詞：web服務器 負載均衡 處理能力均衡算法 JSESSION_ID算法

中圖分類號：TP368 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）12（a）-0011-02

目前各電信運營商營業網點的數量星羅棋布，提供的服務越來越多樣化。BS架構的web頁面登陸方式以其對終端要求低、無需安裝維護客戶端、操作界面友好，成為主流的營業服務系統基礎架構。合理利用web服務器，必須用到負載均衡算法。

1 負載均衡算法在電信運營商營業系統中的意義

負載均衡（LB Load Balance）建立在現有網絡結構之上。它提供了一種廉價有效透明的方法，擴展網絡設備和服務器的帶寬、增加吞吐量、加強網絡數據處理能力、提高網絡的靈活性和可用性。

營業web服務一般采用本地負載均衡（Local LB）。這種方案能有效地解決數據流量過大、網絡負荷過重的問題，并且即使是服務器擴充升級，也只是簡單地增加一個新的服務器到服務群中，而不需改變現有網絡結構、停止現有服務。

2 五種常用的LB算法在實際應用中的表現與選擇

在實際的應用過程中，選擇適合的LB算法有利于web服務器合理利用。

2.1 LB算法的基本原則

會話保持策略。即：訪問終端在一定時間（可在LB服務器上設定）內再次訪問的情況下，會優先于LB算法，將訪問終端直接指向上次訪問的web服務器。

2.2 營業web服務與網站web的差異

（1）服務器承載內容高度統一。營業web服務承載內容相對穩定，且內容高度一致，多服務器的目的僅是承載大量終端的訪問及數據交互。

（2）服務器面向人群相對固定。營業web服務僅允許營業人員通過固定終端進行訪問，持續登錄，對“會話保持”的要求較高。

（3）數據傳輸量大且集中。營業web提供的業務受理和查詢的功能。每臺訪問終端在短時間內瞬時產生大量的數據傳輸和鏈接請求。

2.3 各LB算法在營業web服務使用中的情況

（1）輪循均衡（Round Robin）：將來自網絡的請求，從1至N循環分配給服務器組的服務器（N為服務器數量）。RR算法為最基本的均衡算法。

（2）權重輪循均衡（Weighted RR）：在RR算法的基礎上，根據服務器的不同處理能力，給每個服務器分配不同的權值，使其能夠接受相應權值數的服務請求。WRR算法能確保高性能的服務器得到更高的使用率，避免低性能的服務器負載過重。

（3）響應速度均衡（Response Time）：LB設備對內部各營業web服務器發出一個探測請求（例如登陸頁面檢測），根據響應時間來決定服務器響應客戶端服務請求的順序。

（4）最少連接數均衡（Least Connection）：該算法根據當前該服務器正在處理的連接數量，把新請求分配給連接數最少的服務器。這種算法以一個瞬時值作為分配標準，顯然不是一個好的選擇。

（5）處理能力均衡（Predictive Observed）：此種均衡算法將把服務請求分配給內部處理負荷（根據服務器CPU型號、CPU數量、內存大小及當前連接數等換算而成）最輕的服務器。

由于考慮到了內部服務器的處理能力及當前網絡運行狀況，所以PO算法相對來說更加精確。這種算法是最常用的，也是最有效率的。

3 提出新的LB算法——JSESSION_ID算法。

在實際工作中，我們發現了僅依靠以上五種算法無法完美解決問題。如當web服務器不穩定，發生宕機，重新啟動后，根據“會話保持”原則，目前的LB算法較難將負載壓力分配到重啟后的服務器上來。

3.1 JSESSION_ID算法的提出

根據每個web服務器的終端頁面有一個單獨的JSESSION_ID，我們嘗試使用它作為訪問的唯一特征值，取代原來的IP地址，我們稱之為“JSESSION_ID算法”，期望可以解決以上問題。同一IP的營業終端發起的鏈接，每個頁面發起鏈接訪問的JSESSION_ID是不同的，因此每個鏈接可作為獨立的訪問被分配，也就是說：

（1）同一終端打開的多個頁面，有可能被分配到不同web服務器上。而不是集中到同一web服務器上，對一臺服務器施加壓力。

（2）由于每次新打開頁面的JSESSION_ID都是重新生成的，所以不會受到“會話保持”原則的影響，按照目前各web服務器鏈接數量平均分配鏈接訪問壓力，對上面提到的宕機重啟的web服務器會在最短時間內分配合適數量的鏈接，達到負載均衡的目的。

3.2 JSESSION_ID算法代碼

在F5負載均衡服務器上試編寫算法如下：

when HTTP_REQUEST {

if{[HTTP：：cookie exists "JSESSIONID"] }

{#log local0."[HTTP：：cookie "JSESSIONID"]"

persist uie [string tolower [HTTP：：cookie "JSESSIONID"]] 3600}

else { set jsess

[findstr [string tolower [HTTP：：path]] "JSESSIONID=" 11]

if { $jsess ！= "" } { persist uie $jsess } } }

when HTTP_RESPONSE {

if { [HTTP：：cookie exists "JSESSIONID"] }

{ persist add uie [string tolower [HTTP：：cookie "JSESSIONID"]] 3600}}

3.3 實驗結果及分析

給出三類算法在實際應用中的鏈接LB效果，見表1。從表1可以看出，JSESSION_ID算法的負載分攤結果非常均衡，達到了理想的效果。

4 結語

在常用的五種LB算法中，處理能力均衡表現是最穩定的。而我們所提出的JSESSION_ID算法在負載均衡服務器性能強大的情況下，其表現遠遠優于任何算法。

參考文獻

[1] 張靖.Web服務器負載均衡研究[J].電子科技大學學報，2004（14）：2-3.

[2] 趙成貴.互連網絡負載平衡理論與算法[M].北京：科學出版社，2011（5）.

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