負(fù)載均衡技術(shù)在廣電云計算平臺的應(yīng)用策略與探討

于敏 于濤

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2112-5042-6405

摘要：傳統(tǒng)媒體制作與生產(chǎn)過程中的生產(chǎn)島模式產(chǎn)生了業(yè)務(wù)的隔離和資源的獨立，近幾年，眾多的廣播電視臺、新媒體公司等行業(yè)紛紛開展以云計算為基礎(chǔ)的平臺建設(shè)，通過融合資源帶來媒體的融合，為此該文介紹了云計算的中樞模塊負(fù)載均衡技術(shù)、負(fù)載均衡調(diào)度算法以及在不同的應(yīng)用場景下，負(fù)載均衡技術(shù)不同的應(yīng)用策略，以為廣電技術(shù)人員和從業(yè)者提供技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞：云計算 負(fù)載均衡技術(shù) 動態(tài)算法 虛擬服務(wù)器

中圖分類號：TP393???文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ??文章編號：1672-3791（2022）04（b）-0000-00

Application Strategy and Discussion of Load Balancing Technology in Radio and Television Cloud Computing Platform

YU Min YU Tao

（Weihai Radio and Television Station， Weihai， Shandong Province， 264200 China）

Abstract： The production island mode in the process of traditional media production and production has produced business isolation and resource independence.?In?recent years， many radio and television stations， new media companies and other industries have carried out platform construction based on cloud computing，?bring media integration through integrated resources. Therefore， this paper will introduce the central module load balancing technology， load balancing scheduling algorithm and different application strategies of load balancing technology under different application scenarios， so as to provide technical reference for radio and television technicians and practitioners.

Key Words： Cloud computing; Load balancing technology; Dnamic algorithm; Virtual server

云計算是由龐大的基礎(chǔ)架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)組成，它能夠有效地整合IT硬件、軟件和相應(yīng)的服務(wù)，從而更高效地利用計算資源，提高生產(chǎn)效率。在最近幾年，眾多的廣播電視臺，新媒體公司等行業(yè)積極開展以云計算為基礎(chǔ)的新媒體平臺建設(shè)，并創(chuàng)造出很多新業(yè)務(wù)模式、應(yīng)用方向和媒體產(chǎn)品。

傳統(tǒng)媒體制作與生產(chǎn)過程中的生產(chǎn)島模式產(chǎn)生了業(yè)務(wù)的隔離和資源的獨立，而廣電云計算平臺通過融合資源帶來了媒體的融合，包括計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)、設(shè)備、信息、素材等資源。這種媒體的融合能提高媒體的生產(chǎn)效率，服務(wù)的質(zhì)量也隨著云計算平臺的內(nèi)在可靠性得到進(jìn)一步提升。云計算平臺通過可虛擬化、可擴(kuò)展化、可依賴化提供了不中斷服務(wù)運行的技術(shù)保證，使得業(yè)務(wù)運行的可用性和可靠性得到保證。

其中，計算云的負(fù)載均衡技術(shù)（Loadbalancing） 作為一種云計算的中樞模塊為性能和可用性的提升提供了基礎(chǔ)性的支撐。概括地說，負(fù)載均衡是一種服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的集群技術(shù)，它將特定的業(yè)務(wù)（服務(wù)請求、計算任務(wù)、和網(wǎng)絡(luò)流量等）分擔(dān)給不同的服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，從而提高了業(yè)?務(wù)處理能力，保證了業(yè)務(wù)的高可用性。

1.負(fù)載均衡的調(diào)度算法和原理

構(gòu)成云計算的基礎(chǔ)之一就是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。在互聯(lián)網(wǎng)當(dāng)中，負(fù)載均衡是將大量作業(yè)合理地分?jǐn)偟蕉鄠€操作單元上進(jìn)行執(zhí)行，主要用于解決互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)中的高并發(fā)和高可用的問題。在云計算當(dāng)中，負(fù)載均衡包含了互聯(lián)網(wǎng)負(fù)載均衡相同的技術(shù)內(nèi)涵，不同的是云計算同時綜合了虛擬化的計算資源和網(wǎng)絡(luò)資源，負(fù)載均衡技術(shù)從中調(diào)度這些資源，從而合理地將大量并發(fā)的計算作業(yè)和網(wǎng)絡(luò)作業(yè)分配到虛擬化的計算和網(wǎng)絡(luò)資源中。

本質(zhì)上說，負(fù)載均衡的調(diào)度算法有靜態(tài)和動態(tài)之分。靜態(tài)算法分配作業(yè)依照靜態(tài)的規(guī)律，不考慮操作單元的狀態(tài)和性能的不同。動態(tài)算法則根據(jù)不同操作單元的實時或者動態(tài)的信息，包括負(fù)載狀態(tài)和處理能力等，動態(tài)地分配作業(yè)。也就是說，靜態(tài)算法沒有要求調(diào)度模塊和操作單元之間的信息交換，而動態(tài)算法則考慮由操作單元傳遞過來的信息。

經(jīng)典的靜態(tài)算法有輪詢法（Round Robin）、 哈希法（Hashing）、鍵值區(qū)間法 （key scope）、隨機法（Opportunistic）、加權(quán)輪詢法 （weighted?Round?Robin）、加權(quán)隨機法（weighted?Opportunistic）。

經(jīng)典的動態(tài)算法有最小連接數(shù)法 （minimum?number of jobs）、加權(quán)最小連接（作業(yè)）數(shù)法（weighted?minimum?number?of?jobs）、最小執(zhí)行時間法 （minimum execution time）， 最小完成時間法 （minimum?completion?time），雙最小法（min-min），最大接最小完成時間法（max-min），資源感知調(diào)度法（resource-aware scheduling），節(jié)能調(diào)度法（energy efficient scheduling）等。

2.負(fù)載均衡在廣電云中的應(yīng)用策略

負(fù)載均衡原本用于互聯(lián)網(wǎng)高可用性服務(wù)器集群技術(shù)。在云計算的環(huán)境中，負(fù)載均衡技術(shù)集成于云內(nèi)部虛擬化資源的分配。負(fù)載均衡在IaaS、PaaS、SaaS中有不同的應(yīng)用。在IaaS中，負(fù)載均衡負(fù)責(zé)和基礎(chǔ)架構(gòu)有關(guān)的資源分配，直接或間接地和物理硬件或者虛擬硬件相關(guān)聯(lián);在PaaS中，負(fù)載均衡負(fù)責(zé)和運行的操作平臺和虛擬服務(wù)器有關(guān)聯(lián)的資源進(jìn)行分配;在SaaS中，負(fù)載均衡通常運行在應(yīng)用程序?qū)用妫?fù)責(zé)在不同的服務(wù)提供者之間分配作業(yè)。在廣電云當(dāng)中，負(fù)載均衡經(jīng)常用在SaaS或者PaaS層面。虛擬服務(wù)器和服務(wù)程序的分層使得負(fù)載均衡的應(yīng)用實例具有多樣性，但是大致有以下的應(yīng)用場景。

2.1高速大吞吐量的業(yè)務(wù)處理請求

負(fù)載均衡可以將大流量的業(yè)務(wù)分發(fā)到不同的虛擬服務(wù)器或者不同的服務(wù)提供者。針對這種傳統(tǒng)的應(yīng)用需求，負(fù)載均衡通常是云默認(rèn)的配置。然而，具體的負(fù)載均衡算法需要廣電技術(shù)人員或者云的操作者進(jìn)行配置。上文提到的算法，在很多的云系統(tǒng)中都有實現(xiàn)，例如：阿里云默認(rèn)采用了三種經(jīng)典的負(fù)載均衡算法的實現(xiàn)提供給用戶或者技術(shù)人員進(jìn)行配置，即輪詢法、加權(quán)輪詢法和加權(quán)最小連接數(shù)法。輪詢法和加權(quán)輪詢法是簡單健壯的算法，經(jīng)常用于常見的、簡單、服務(wù)單一的業(yè)務(wù)。最小連接數(shù)法常常用于較復(fù)雜的、較大的、擁有不同服務(wù)器類型的業(yè)務(wù)。這樣在配置云的過程中，結(jié)合實際的特點進(jìn)行云服務(wù)器的配置。

2.2橫向擴(kuò)展的系統(tǒng)和降低成本的需求

隨著廣電與互聯(lián)網(wǎng)的融合，傳統(tǒng)的廣電系統(tǒng)的容量和處理能力面臨著巨大技術(shù)挑戰(zhàn)。當(dāng)系統(tǒng)面臨大量用戶訪問，負(fù)載過高的時候，通常會使用增加虛擬服務(wù)器數(shù)量來進(jìn)行橫向擴(kuò)展，使用虛擬集群和負(fù)載均衡提高整個系統(tǒng)的處理能力。上文介紹的負(fù)載均衡技術(shù)都具有可擴(kuò)展性來橫向地擴(kuò)展（或者收縮）應(yīng)用系統(tǒng)的服務(wù)能力。通過添加（或者移除）虛擬服務(wù)器或者服務(wù)提供者，來適用于不同的業(yè)務(wù)需求。在業(yè)務(wù)需求不斷變化的時代，投資一種新的業(yè)務(wù)往往具有很大的風(fēng)險。云計算中的負(fù)載均衡能夠很好地適應(yīng)這種變化，這既得益于云虛擬化的特點，又得益于負(fù)載均衡算法的靈活性。

2.3 消除故障、增加系統(tǒng)可用性的要求

當(dāng)其中一部分虛擬服務(wù)器或者服務(wù)提供者（作業(yè)操作單元）發(fā)生故障后，自動地跳過或者屏蔽故障的操作單元，將請求分發(fā)給還在正常運行的操作單元，從而保證應(yīng)用系統(tǒng)仍能正常工作。這是負(fù)載均衡技術(shù)在廣電云上的一個重要應(yīng)用。

2.4更高的容災(zāi)需求

當(dāng)出現(xiàn)數(shù)據(jù)中心故障或物理設(shè)備不可用時，負(fù)載均衡具有在很短的時間內(nèi)（毫秒級）切換到另外一個數(shù)據(jù)中心來恢復(fù)持續(xù)服務(wù)的能力;同時，當(dāng)數(shù)據(jù)中心或者物理設(shè)備恢復(fù)時，負(fù)載均衡會自動切換到原來的數(shù)據(jù)中心或者物理設(shè)備提供服務(wù)。這種高安全性的容災(zāi)需求是以系統(tǒng)的冗余為代價的，當(dāng)這種冗余放到云的環(huán)境中，比較之前的物理性冗余，虛擬性冗余具有更低的成本。這是由云的內(nèi)在特點決定的。同樣的負(fù)載均衡技術(shù)提供了這種冗余機制的管理，這也是負(fù)載均衡技術(shù)內(nèi)在的特點之一。

3 結(jié)語

廣電網(wǎng)絡(luò)從單機網(wǎng)站到多機分布式網(wǎng)站再到云網(wǎng)絡(luò)，很重要的區(qū)別是廣電業(yè)務(wù)應(yīng)用拆分和虛擬化分布式部署。業(yè)務(wù)應(yīng)用的拆分，指的是將以往大而全的業(yè)務(wù)應(yīng)用軟件盡可能地拆分成獨立的業(yè)務(wù)應(yīng)用實體。這種拆分是為了適應(yīng)目前的分布式的部署，因為從大的邏輯層面上看，這種拆分是為了促進(jìn)傳統(tǒng)業(yè)務(wù)和云計算平臺的融合。將業(yè)務(wù)應(yīng)用拆分后，按照不同的業(yè)務(wù)部署到不同的虛擬機器上，實現(xiàn)大規(guī)模分布式虛擬化系統(tǒng)。業(yè)務(wù)拆分、分布式部署和虛擬化作業(yè)解決了從集中到分布的問題，但是每個獨立部署的分布式業(yè)務(wù)還存在增加吞吐量、可伸縮性、單點故障問題、訪問入口問題等。

為解決并發(fā)壓力，可以添加或減少虛擬服務(wù)器的數(shù)量來橫向地提高應(yīng)用處理的性能。云計算可以提供橫向或者縱向的性能提升，這是云的可伸縮性。為解決單點故障，可以采取冗余的方式將相同的業(yè)務(wù)應(yīng)用部署到多臺虛擬服務(wù)器上，增加系統(tǒng)的容錯和容災(zāi)的能力。在虛擬化的集群前面增加負(fù)載均衡模塊（硬件或者軟件），既解決了分布式虛擬化云系統(tǒng)的訪問入口問題，又實現(xiàn)了云計算的高并發(fā)性、高伸縮性、高可用性、高容錯性和高容災(zāi)性。同時，由于負(fù)載均衡集合了所有的作業(yè)請求和連接信息，針對廣電云的高安全性要求，在負(fù)載均衡模塊或者設(shè)備上添加內(nèi)容安全過濾模塊是可行的。

不能狹義地理解負(fù)載均衡為分配給所有操作單元一樣多的工作量，因為不同的操作單元的承載能力可能會各不相同，具體體現(xiàn)在硬件配置、網(wǎng)絡(luò)帶寬的差異，或者不同的突發(fā)狀況。上文介紹的那些負(fù)載均衡算法，特別是動態(tài)算法，考慮了處理單元的性能差異，也考慮了作業(yè)類型的差異，從而達(dá)到分配作業(yè)的“公平”和系統(tǒng)性能的“最優(yōu)”。

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作者簡介：于敏（1974—），女，本科，工程師，研究方向為電視技術(shù)。

于濤（2020—），男，本科，工程師，研究方向為電視技術(shù)。