一种云环境下集群弹性负载均衡机制的研究

论文摘要

随着现代计算机硬件技术的发展,使得大规模计算成为可能,在此基础上,近些年来提出了许多新的计算模式,云计算便是其中之一。有了云计算后用户以廉价的成本换取需要的IT基础设施服务,例如计算资源、存储资源等。云计算以方便、快捷、廉价的租用方式对IT领域产生了重大的影响。弹性云计算利用虚拟化技术,将一组分布的硬件资源集中管理后对外提供服务,其中需要解决的一个重要问题是负载均衡问题,负载均衡机制的优劣与云计算平台所提供的服务质量有着密切的联系。在传统的集群环境下,任务处理单元是硬件物理主机,如果主机添置过多,不仅会导致运行维护成本过高,而且当负载过低时,计算资源利用率过低使得造成浪费；如果服务节点配置过少,负载超过总承载能力,会对QoS造成极大的影响,所以传统的负载均衡是一种刚性负载均衡。而云环境中的虚拟机资源是一种弹性计算资源,可以根据需求动态的按需调节,当需要添加一台虚拟机时,向云控制中心请求分配一台满足配置需求的虚拟机,当虚拟机使用完毕时,云控制中心将会回收。在以往的研究中忽略了这一特性。针对上述问题,本文提出了在云环境下,针对不同负载能力的需求,通过个性化的计算资源配置,结合负载预测的方法,创建具有一定数量的、不同类型配置虚拟机的资源池弹性负载均衡机制。在该机制下,当提供服务的虚拟集群负载过高时,向资源池管理器请求一台满足配置的虚拟机加入服务集群；当提供服务的虚拟集群负载过低时,就选择一台虚拟机离线以降低系统资源的消耗。同时本文借鉴“绿色计算”的思想,降低云计算中心的电能消耗,提高整个计算资源的利用率,进而就减少了向自然环境中排放的温室气体,达到了环保的绿色的目的。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究背景
• 1.2 研究的目的和意义
• 1.3 主要研究内容
• 1.4 论文组织结构
• 第二章 虚拟化与云计算
• 2.1 虚拟化
• 2.1.1 定义
• 2.1.2 VMM模型
• 2.1.3 全虚拟化
• 2.1.4 半虚拟化
• 2.1.5 混合虚拟化
• 2.2 虚拟化技术的发展历程
• 2.3 云计算的应用
• 2.3.1 Amazon云计算
• 2.3.2 Google云计算
• 2.3.3 IBM云计算
• 2.3.4 Microsoft Azure云计算
• 2.3.5 SalesForce云计算
• 2.4 主流开源云平台
• 2.4.1 EUCALYPTUS云
• 2.4.2 OpenNebula云
• 2.4.3 OpenStack云
• 2.5 本章小结
• 第三章 集群环境和云环境下的负载均衡机制
• 3.1 负载均衡的概念
• 3.2 集群环境下的负载均衡调度策略
• 3.2.1 轮循调度
• 3.2.2 加权轮循调度策略
• 3.2.3 最小连接调度策略
• 3.2.4 加权最小连接数调度策略
• 3.2.5 基于局部性的最少连接策略
• 3.2.6 源地址散列调度策略
• 3.3 集群环境下的负载均衡技术
• 3.3.1 DNS负载均衡
• 3.3.2 反向代理服务器负载均衡
• 3.3.3 地址转换网关负载均衡
• 3.3.4 协议内部支持负载均衡
• 3.3.5 NAT负载均衡
• 3.3.6 混合型负载均衡
• 3.4 云环境下的负载均衡机制
• 3.4.1 虚拟机迁移技术
• 3.4.2 在线迁移与离线迁移
• 3.4.3 虚拟机内存迁移的过程
• 3.4.4 虚拟机外设迁移的过程
• 3.4.5 云环境下资源调度负载均衡方式
• 3.5 现有机制的不足
• 3.6 本章小结
• 第四章 弹性负载均衡机制的研究
• 4.1 总体架构
• 4.2 弹性负载均衡部署过程
• 4.3 负载均衡器部署策略
• 4.4 虚拟机资源池调度策略
• 4.4.1 负载量化
• 4.4.2 负载采集频率
• 4.4.3 绿色计算
• 4.5 资源池容量与个性化虚拟机软件配置
• 4.6 资源回收
• 4.7 本章小结
• 第五章 实验设计与分析
• 5.1 算法性能分析
• 5.2 性能测试与结果分析
• 5.2.1 实验方案
• 5.2.2 实验环境配置
• 5.2.3 测试结果及分析
• 5.3 本章小结
• 第六章 总结及展望
• 6.1 成果总结
• 6.2 未来展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录