一种面向流媒体云服务平台的自适应负载均衡方法

摘要: 设计了一种基于云计算技术的流媒体服务平台体系结构，针对此服务平台提出了一种面向云计算资源的自适应负载均衡方法，以提高平台的资源利用率以及减少服务拒绝率． 测试结果表明: 此方法适用于流媒体云服务平台的负载均衡调度．

摘要：设计了一种基于云计算技术的流媒体服务平台体系结构，针对此服务平台提出了一种面向云计算资源的自适应负载均衡方法，以提高平台的资源利用率以及减少服务拒绝率． 测试结果表明: 此方法适用于流媒体云服务平台的负载均衡调度．
关键词 云计算; 流媒体服务; 负载均衡
随着信息技术日益进步，特别是随着智能手机、平板电脑等可随时随地访问网络的产品日益普及，并发访问流媒体应用的用户数越来越多，需要面对十万规模抑或是百万规模的大并发流媒体服务的挑战，传统的服务技术在服务器 I/O 能力、带宽、海量存储、部署成本等方面都受到了前所未有的考验． 云计算技术是分布式计算、集群技术和虚拟化等技术的综合发展，采用云计算技术实现流媒体服务将会受到越来越多的关注．
本文结合流媒体服务原理和云计算的资源虚拟化、弹性可扩展等技术特征，首先提出了一种基于云计算技术的流媒体服务平台体系结构，为了提高计算资源利用率以及减少服务拒绝率，提出了一种针对流媒体云服务平台的自适应负载均衡调整方法．
1 流媒体云服务平台的体系架构
本文设计的体系架构示意图． 服务体系分为三层: 服务控制层，流媒体内容输出层，流媒体内容存储层． 整个服务平台共享一个 IP 地址，集群中只有控制服务器对客户方可见，平台从用户角度来看就像是一台高性能的服务器． 所有的服务请求首先到达控制服务器，由控制服务器将请求根据负载均衡的策略分发给云平台内的以虚拟机形式存在的流输出服务器，本文提出的自适应负载均衡算法在控制层服务器中实现． 采用云计算的分布式存储技术实现流媒体内容共享式存储服务，存放所有用户需求的流媒体文件．
2 负载均衡算法相关研究
常用的负载调度算法有 8种，它们分别是轮询算法( ＲＲ) 、加 权 轮 询 算 法( WＲＲ) 、最小连接算法( LC) 、加权最小连接算法( WLC) 、目的哈希算法( DH) 、源哈希算法( SH) 、基于位置的最小连接算法( LBLC) 、带复制的基于局部性最小连接算法( LBLCＲ) ．上述算法中，后4 种算法属于动态调度算法，一般用于 Cache 集群，不是本文研究的重点．
本文主要针对流媒体服务的网络请求，进行面向云计算平台下的负载均衡算法研究，对前 4 种算法进行分析比较，静态分配算法简单，复杂度较低，但是在实际应用中，由于后端服务器节点资源在任务运行时是动态变化的，不适合云资源平台下的大规模并发访问．所以，有必要采取一种机制，使得负载均衡器能够了解集群系统中各个服务器节点的负载状况，并能够根据负载的变化作出调整．
3 自适应的负载均衡方法
在云计算平台中，高可变的负载导致集群对资源需求不断发生变化，固定资源模式下的集群管理难以满足需求，基于资源自适应的调整方法，更适合于云计算平台下的资源调度． 同时，本文根据服务器资源的综合负载和服务请求连接数作为该服务器的负载指标，提出了 Least Comprehensive Load Valueand Connection Scheduling( LCVC) 算法．
首先，负载调度器上运行的 Monitor Daemon 每隔一个时间周期收集服务器的负载信息( CPU、内存、网络带宽的资源利用率) 计算出一个综合负载值对于空闲和阻塞状态，传统基于经验的判定方法可很好的工作，比如通过对服务器实例的指定度量( CPU、内存、网络带宽的资源利用率) 设置经验阈值． 在一个时间周期内，V ＜ 1． 6 即资源利用率均为15%时，该实例处于空闲状态; V ＞ 200 即资源利用率均为 85%，该实例处于阻塞状态; 1． 6 ＜ V ＜ 200时，该实例处于理想状态．由于集群各节点实例都可能处于不同状态，故将实例根据状态划分到各个负载均衡调度域，每个调度域使用特定的负载均衡算法． LVS 是以连接为98 中南民族大学学报( 自然科学版) 第32 卷粒度基于 IP 的负载均衡集群架构，内核管理软件IPVS 通过调度 IP 来管理服务器实例． 当服务器实例处于空闲状态时，实例的 IP 被写入 ＲＲ 算法脚本的调度队列，实例进入空闲调度域，IPVS 对空闲调度域中的服务器实例采用 ＲＲ 调度算法; 同样的，当处于阻塞状态时，阻塞实例的 IP 被剔除出调度队列，同时云控制端启动新的服务器实例，新实例的IP 随启动直接写入 LCVC 算法脚本调度队列，新实例进入理想调度域，IPVS 对理想调度域中的服务器实例采用 LCVC 调度算法．
4 系统测试与性能分析
测试环境使用了 4 台联想 PC 机( 配置: 双核CPU，内存2GB) 和一台惠普服务器( 配置: 4 个双核CPU，内存16GB) ，100MB 的校园内网带宽组成． 实验环境选用 CentOS 6． 3 操作系统，Eucalyptus开源云计算平台，Xen虚拟机以及 VLC 流媒体服务器，构建了云服务流媒体平台，同时服务器的集成采用 LVS 负载均衡集群架构，集群采取 Hadoop 分布式结构共享服务器资源，测试软件为 LoadＲunner．测试中，客户机端利用 LoadＲunner 向负载均衡器分别发送并发连接数为100、200、300、400 的并发请求，测试系统的相关特性
5 结束语
本文设计了一个云计算分布式共享存储的流媒体服务平台． 为了适应云资源系统弹性可扩展特性和满足系统集群的负载均衡要求，本文提出了最低综合负载最小连接算法． 新的算法克服了传统负载算法由于任务规模不对称和服务器资源不对称这两个方面的局限性，有效地实现了集群在大规模部署和弹性伸缩过程中的负载均衡。

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