幾種負(fù)載均衡算法

方　彪（南京理工大學(xué),南京　210000）

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幾種負(fù)載均衡算法

方彪
（南京理工大學(xué),南京210000）

摘 要：負(fù)載平衡，負(fù)載平衡即將到來之評(píng)估是多個(gè)操作單元上執(zhí)行，如Web服務(wù)器，F(xiàn)TP服務(wù)器，企業(yè)關(guān)鍵應(yīng)用服務(wù)器和其他關(guān)鍵任務(wù)服務(wù)器，從而共同完成工作任務(wù)。基于現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)之負(fù)載均衡，它提供了一種廉價(jià)且有效之方式來擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和服務(wù)器之帶寬，增加吞吐量，提高網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理能力，提高網(wǎng)絡(luò)之靈活性和可用性。基于此計(jì)算機(jī)算法之負(fù)載均衡算法，旨在提高計(jì)算機(jī)之工作精度和效率。

關(guān)鍵詞：負(fù)載平衡；負(fù)載均衡；算法

1　靜態(tài)負(fù)載之均衡算法

（1）輪詢：請(qǐng)求連接到每一個(gè)服務(wù)器之順序周期。當(dāng)其中一個(gè)服務(wù)器2到7層故障時(shí)，BIG-IP把它從順序循環(huán)之隊(duì)列提出，不參加下屆輪詢，直到它回復(fù)正常。

（2）比率：對(duì)每個(gè)服務(wù)器配置一個(gè)加權(quán)值比例，按比例配置給每個(gè)服務(wù)器之用戶請(qǐng)求。當(dāng)其中一個(gè)服務(wù)器2到7層故障時(shí)，從服務(wù)器BIG-IP把它從隊(duì)列中提出，用戶不參與下一個(gè)請(qǐng)求直到它回復(fù)正常。

（3）優(yōu)先權(quán)：全部之服務(wù)器進(jìn)行分組，為每個(gè)組都給予優(yōu)先級(jí)，按BIG-IP用戶之請(qǐng)求，為最高之服務(wù)器組給予優(yōu)先級(jí)（在同一組內(nèi)，采用比率或輪詢之算法，配置請(qǐng)求）；當(dāng)最高優(yōu)先級(jí)之所有服務(wù)器失敗，BIG-IP對(duì)服務(wù)器組之第2最高給予優(yōu)先級(jí)。以此方式，為用戶提供一個(gè)熱備份之實(shí)際方法。

2　動(dòng)態(tài)負(fù)載之均衡算法

（1）最少之連接方式：提供一個(gè)新之服務(wù)器連接到這些連接是最小之處理。當(dāng)其中一個(gè)服務(wù)器2到7層故障時(shí)，從服務(wù)器BIG-IP把它從隊(duì)列中提出，用戶不參與下一個(gè)請(qǐng)求直到它回復(fù)正常。

（2）最快模式：鏈接到那些通過響應(yīng)最快之服務(wù)器。當(dāng)其中一個(gè)服務(wù)器2到7層故障時(shí)，從服務(wù)器BIG-IP把它從隊(duì)列中提出，將用戶不參與下一個(gè)請(qǐng)求直到它回復(fù)正常。

（3）觀察模式：連接數(shù)和響應(yīng)時(shí)間選擇最佳之平衡，這2個(gè)服務(wù)器之新請(qǐng)求為基礎(chǔ)。當(dāng)其中一個(gè)服務(wù)器2到7層故障時(shí)，從服務(wù)器BIG-IP把它從隊(duì)列中提出，將用戶不參與下一個(gè)請(qǐng)求直到它回復(fù)正常。

（4）預(yù)測(cè)模式：BIG-IP服務(wù)器使用收集電流之性能指標(biāo)，通過對(duì)用戶請(qǐng)求的預(yù)測(cè)和分析，選取一個(gè)服務(wù)器下一時(shí)間片以及性能最好之服務(wù)器。

（5）動(dòng)態(tài)性能配置：BIG-IP應(yīng)用程序配合應(yīng)用程序服務(wù)器進(jìn)行性能參數(shù)的收集，動(dòng)態(tài)進(jìn)行流量配置的調(diào)整。

（6）動(dòng)態(tài)服務(wù)器補(bǔ)充：當(dāng)主服務(wù)器領(lǐng)域因?yàn)楣收蠈?dǎo)致數(shù)量減少的時(shí)候，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)化將備份服務(wù)器添加至于主服務(wù)器領(lǐng)域。

（7）服務(wù)質(zhì)量：根據(jù)不同之優(yōu)先級(jí)配置給數(shù)據(jù)流。

（8）種服務(wù)類型：根據(jù)不同之服務(wù)類型（在該領(lǐng)域中之類型）來配置數(shù)據(jù)流之負(fù)載平衡。

（9）規(guī)則模式：針對(duì)不同之?dāng)?shù)據(jù)流設(shè)置規(guī)則，用戶可以。

負(fù)載均衡之應(yīng)用程序?qū)?yīng)本地交換，我們可以通過負(fù)載均衡算法之理解，結(jié)合實(shí)際之需求來使用適當(dāng)之負(fù)載均衡算法，我們常用之是一般之連接數(shù)最少，最快之響應(yīng)，或輪詢，我們決定用該算法，主要是對(duì)實(shí)際之需求。

3　服務(wù)器負(fù)載均衡算法

包括輪詢算法，最少連接算法，響應(yīng)時(shí)間算法，散列算法，最少連接算法之錯(cuò)誤，鏈路帶寬算法等。還可配置不同之權(quán)重值來調(diào)整實(shí)際服務(wù)器（真正之服務(wù)器）來調(diào)整流量配置。如高性能之大型服務(wù)器，可以配置為一個(gè)較大之權(quán)重值，同時(shí)設(shè)置較小之權(quán)重值較低之性能之小服務(wù)器。為了避免超載導(dǎo)致服務(wù)器崩潰，可以指定最大限度的實(shí)際服務(wù)器，以避免服務(wù)器過載。可以指定任何服務(wù)器到另一個(gè)服務(wù)器或備份服務(wù)器的溢出，從而進(jìn)一步確保應(yīng)用程序的可用性。

非持續(xù)性的算法：不同之請(qǐng)求可被配置給一個(gè)實(shí)際之服務(wù)組不同之真實(shí)服務(wù)器。有圓羅賓算法，最少連接算法，響應(yīng)速度算法。

輪循算法：依次將請(qǐng)求調(diào)度不同之服務(wù)器以輪詢之方式，就是每次的調(diào)度都執(zhí)行i = (i + 1) mod n次，并現(xiàn)狀出第i臺(tái)的服務(wù)器。算法之優(yōu)點(diǎn)就是它的簡(jiǎn)潔性，因?yàn)樗恍枰涗洭F(xiàn)態(tài)中的全部連接之狀態(tài)，故其歸類為一種無狀態(tài)的調(diào)度。

最少連接的算法： 每一次客戶端請(qǐng)求之服務(wù)可以在服務(wù)器之時(shí)間有較大之差異，具有較長(zhǎng)之工作時(shí)間，如果一個(gè)簡(jiǎn)單之圓羅賓或隨機(jī)平衡算法，將每個(gè)服務(wù)器上之過程可能會(huì)產(chǎn)生非常大之差異，這樣之結(jié)果將不能實(shí)現(xiàn)真正之負(fù)載平衡。最小數(shù)目之連接到內(nèi)部之平衡算法在負(fù)載每個(gè)服務(wù)器有一個(gè)數(shù)據(jù)記錄，記錄之內(nèi)容是連接之?dāng)?shù)量，目前正在處理之服務(wù)器，當(dāng)一個(gè)新之服務(wù)連接請(qǐng)求，請(qǐng)求將配置給當(dāng)前連接之服務(wù)器數(shù)量最少，使更現(xiàn)實(shí)之平衡，更平衡之負(fù)載。

響應(yīng)速度的算法：說明：負(fù)載均衡設(shè)備向每個(gè)內(nèi)部服務(wù)器發(fā)送一個(gè)探測(cè)請(qǐng)求（如ping），然后每個(gè)服務(wù)器響應(yīng)時(shí)間最快之響應(yīng)，以確定該服務(wù)器響應(yīng)服務(wù)客戶端請(qǐng)求之響應(yīng)時(shí)間。舉例：這樣之平衡算法能更好地反映服務(wù)器之當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)，但只有最快之響應(yīng)時(shí)間是指負(fù)載平衡設(shè)備和服務(wù)器響應(yīng)時(shí)間最快，而不是客戶之間之響應(yīng)時(shí)間最快之客戶端和服務(wù)器之間。

持續(xù)性算法：特定客戶端之請(qǐng)求被配置到一個(gè)真實(shí)之服務(wù)組中，與一個(gè)真實(shí)之服務(wù)器處理。主要包括：

（1）基于IP之算法：基于用戶IP地址來進(jìn)行服務(wù)器的選擇。－Hash IP (hi) ：基于用戶IP地址之HASH值，來進(jìn)行服務(wù)器的選擇：

（2）基于請(qǐng)求/報(bào)頭之算法－Hash Header：進(jìn)行服務(wù)器的選擇是通過用戶請(qǐng)求報(bào)中HTTP之報(bào)頭；Persistent Hostname ：服務(wù)器的選擇是根據(jù)用戶的請(qǐng)求中HTTP報(bào)頭之HASH值；Persistent URL：服務(wù)器的選擇是通過對(duì)URI Tag 與值之靜態(tài)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。SSL Session ID ：服務(wù)器的選擇是根據(jù)SSL會(huì)話ID。

（3）基于Cookie之算法－Persistent Cookie： 進(jìn)行服務(wù)器的選擇是通過用戶請(qǐng)求包用Cookie Name / Value 之靜態(tài)對(duì)應(yīng)關(guān)系來；－Hash Cookie ：進(jìn)行服務(wù)器的選擇是通過用戶請(qǐng)求包用Cookie Name / Value 之Hash 值對(duì)應(yīng)關(guān)系；－Insert Cookie ：進(jìn)行服務(wù)器的選擇是通過負(fù)載均衡器，向服務(wù)器響應(yīng)包中插入Cookie；－Rewrite Cookie ：進(jìn)行服務(wù)器的選擇是通過負(fù)載均衡器向服務(wù)器響應(yīng)包中重寫Cookie值。

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DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.03.165