A Distributed Content-aware Load Balancing Architecture for Cluster-based Web Systems

隨著網際網路的快速普及，利用叢集式系統來建立一高可及性、高效能的網路應用伺服器已經成為近年來的趨勢。將平行運算的概念應用在網路應用服務上，將多台伺服器整合成單一系統可以有效的增加系統容量，提供使用者更穩定的服務品質。 本論文主要探討叢集伺服器技術中的負載平衡議題，由於內容感知式(content-aware)負載平衡技術其技術相當繁複，容易使負載平衡器成為系統效能瓶頸，本論文中研究利用分散式的負載平衡架構來解決此問題，叢集前端為一content-blind的負載平衡器，而後端每台伺服器都具備有content-aware負載平衡功能，我們藉由對兩套公開原始碼軟體作修正並且合併使用以建立此系統架構。根據壓力測試儀器可證明此分散式系統的系統容量可隨著後端伺服器的數量增加而有線性成長。另外我們並針對此架構設計一套基於檔案大小之分散式負載平衡演算法，藉由模擬結果可得知此演算法可縮短使用者要求的平均回應時間，並且達到均衡分散負載的效果。目錄 第一章 緒論..................................................................................................................1 1.1 前言.................................................................................................................1 1.2 研究目的.........................................................................................................2 1.3 研究方法.........................................................................................................3 1.4 論文章節............................ ............................................................................4 第二章 技術發展背景與相關研究..............................................................................5 2.1 網頁伺服器叢集架構的介紹與比較.............................................................5 2.1.1 客戶端負載平衡架構(client-based)....................................................6 2.1.2 網域名稱伺服主機架構(DNS-based).................................................7 2.1.3 工作分配伺服主機架構(dispatcher-based)........................................8 2.1.4 後端伺服主機架構(server-based).......................................................9 2.2 Content-aware負載平衡機制........................................................................10 2.2.1 Content-aware概念介紹.....................................................................10 2.2.2 Content-aware實作技術.....................................................................12 2.3 Content-aware負載平衡演算法....................................................................14 2.3.1 Locality-Aware Request Distribution (LARD)...................................14 2.3.2 Extensible Web Server Architecture (EWS).......................................15 2.3.3 EQUILOAD........................................................................................16 2.3.4 Content-Aware Policy (CAP)..............................................................18 2.4 Linux Virtual Server and TCPHA簡介........................................................19 2.4.1 Linux Virtual Server簡介..................................................................19 2.4.2 TCPHA簡介......................................................................................22 第三章 系統設計與模型............................................................................................25 3.1演算法設計考量............................................................................................25 3.2 D-EQUILOAD演算法..................................................................................27 3.3分散式content-aware負載平衡架構............................................................31 3.4系統模型與參數量測....................................................................................32 3.4.1系統模型.............................................................................................32 3.4.2量測工具介紹.....................................................................................35 3.4.3模型參數量測.....................................................................................36 第四章 實作與模擬數據分析....................................................................................41 4.1分散式content-aware架構效能測試...........................................................41 4.1.1實驗環境介紹.....................................................................................41 4.1.2系統效能測試.....................................................................................42 4.2演算法最佳化模擬........................................................................................47 4.2.1模擬參數介紹.....................................................................................47 4.2.2模擬結果.............................................................................................50 4.3分析比較........................................................................................................53 第五章 結論................................................................................................................56 附錄：伺服器刀鋒硬體規格.......................................................................................58 參考文獻......................................................................................................................5