负载均衡技术综述

©2004 Journal of Software 软件学报

负载均衡技术综述*

殷玮玮1+

1(南京大学软件学院,江苏南京210093)

Overview of Load Balancing Technology

YIN Wei-Wei1+

1(Department of Software Institute, Nanjing University, Nanjing 210093, China)

+ Corresponding author: Phn +86-**-****-****, Fax +86-**-****-****, E-mail: bingyu0046@, Received 2000-00-00; Accepted 2000-00-00

Yin WW. Overview of Load Balancing Technology. Journal of Software, 2004,15(1):0000~0000.

/1000-9825/15/0000.htm

Abstract: Load balance technology based on existing network structure, provides a cheap and efficient method for expanding bandwidth of the server and increase the server throughput, strengthens network data processing ability, increases network flexibility and availability. This paper introduces in detail the three aspects: the classification of load balancing, load balancing and load balancing algorithm, then compares the load balancing algorithm commonly used and their advantages and disadvantages, and describes the dynamic load balancing strat egy and three kinds of scheduling methods.

Key words: load balancing technology; the load conditions; the static load balancing algorithm; the dynamic load balancing algorithm

摘要: 负载均衡技术基于现有网络结构，提供了一种扩展服务器带宽和增加服务器吞吐量的廉价有效的方法，加强了网络数据处理能力，提高了网络的灵活性和可用性。本文从负载均衡技术的分类、负载均衡技术和负载均衡算法三个方面对负载均衡做了详细介绍，对常用负载均衡算法做了优缺点比较，并对动态负载均衡算法遵循的策略和三种调度方式做了阐述。

关键词: 负载均衡技术; 负载状况；静态负载均衡算法；动态负载均衡算法

中图法分类号: ****文献标识码: A

随着大规模并行分布处理系统，特别是网络工作站机群系统的广泛应用，如何采取有效的调度策略来平衡各结点(机)的负载，从而提高整个系统资源的利用率，已成为人们的研究热点。负载均衡技术基于现有网络结构，提供了一种扩展服务器带宽和增加服务器吞吐量的廉价有效的方法，加强了网络数据处理能力，提高了网络的灵活性和可用性。负载均衡的应用，能够有效地解决网络拥塞问题，能够就近提供服务，实现地理位置无关性(异地负载均衡)。同时，这项技术还能提高服务器的响应速度，提高服务器及其它资源的利用

*Supported by the **** Foundation of China under Grant No.****, **** (基金中文完整名称); the **** Foundation of China under Grant No.****, **** (基金中文完整名称)

作者简介: 殷玮玮(1992－),女,河南舞阳人,硕士,主要研究领域为分布式计算,负载均衡.

2 Journal of Software软件学报2004,15(1) 效率，避免网络关键部位出现单点失效，从而为用户提供更好的访问质量。

1 负载均衡技术的分类

1.1 软件和硬件负载均衡

从负载均衡采用的设备可将其分为软件负载均衡和硬件负载均衡。

软件负载均衡解决方案是指在一台或多台服务器相应的操作系统上安装一个或多个附加软件来实现负载均衡，如DNS(Domain Name Server) Load Balance等，它的优点是基于特定环境，配置简单，使用灵活，成本低廉，可以满足一般的负载均衡需求。软件解决方案缺点也较多，因为每台服务器上安装额外的软件运行会消耗系统不定量的资源，越是功能强大的模块，消耗得越多，所以当连接请求特别大的时候，软件本身会成为服务器工作成败的一个关键；软件可扩展性并不是很好，受到操作系统的限制；由于操作系统本身的Bug 往往会引起安全问题。

硬件负载均衡解决方案是直接在服务器和外部网络间安装负载均衡设备，这种设备我们通常称之为负载均衡器，由于专门的设备完成专门的任务，独立于操作系统，整体性能得到大幅提高，加上多样化的负载均衡策略，智能化的流量管理，可达到最佳的负载均衡需求[1]。

1.2 本地和全局负载均衡

负载均衡从其应用的地理结构上分为本地负载均衡(Local Load Balance)和全局负载均衡(Global Load Balance，也叫地域负载均衡)，本地负载均衡是指对本地的服务器群做负载均衡，全局负载均衡是指对分别放置在不同的地理位置、有不同网络结构的服务器群间做负载均衡。

本地负载均衡能有效地解决数据流量过大、网络负荷过重的问题，并且不需花费昂贵开支购置性能卓越的服务器，充分利用现有设备，避免服务器单点故障造成数据流量的损失。其有灵活多样的均衡策略把数据流量合理地分配给服务器群内的服务器共同负担。即使是再给现有服务器扩充升级，也只是简单地增加一个新的服务器到服务群中，而不需改变现有网络结构、停止现有的服务。

全局负载均衡主要用于在一个多区域拥有自己服务器的站点，为了使全球用户只以一个IP 地址或域名就能访问到离自己最近的服务器，从而获得最快的访问速度；也可用于子公司分散站点分布广的大公司通过Intranet(企业内部互联网)来达到资源统一合理分配的目的。

1.3 静态和动态负载均衡

负载均衡包括静态负载平衡和动态负载平衡。只是利用系统负载的平均信息，而忽视系统当前的负载状况的方法被称为静态负载均衡；根据系统当前的负载状况来调整任务划分的方法被称为动态负载均衡[2]。此内容将在第3小节详述。

1.4 网络层次上的负载均衡

针对网络上负载过重的不同瓶颈所在，从网络的不同层次入手，我们可以采用相应的负载均衡技术来解决现有问题。随着带宽增加，数据流量不断增大，网络核心部分的数据接口将面临瓶颈问题，原有的单一线路将很难满足需求，而且线路的升级又过于昂贵甚至难以实现，这时就可以考虑采用链路聚合(Trunking)技术。

链路聚合技术(第二层负载均衡)将多条物理链路当作一条单一的聚合逻辑链路使用，网络数据流量由聚合逻辑链路中所有物理链路共同承担，由此在逻辑上增大了链路的容量，使其能满足带宽增加的需求。

2 负载均衡技术

负载均衡有两方面的含义：首先，将大量的并发访问或数据流量分担到多台节点设备上分别处理，减少用户等待响应的时间；其次，单个重负载的运算分担到多台节点设备上做并行处理，每个节点设备处理结束后，将结果汇总，返回给用户，系统处理能力得到大幅度提高。负载均衡能够均衡所有的服务器和应用之间