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基于负载预测和过载迁移的动态负载均衡研究

作　者: 柳旭日
导　师: 董玉民
学　校: 青岛理工大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 负载预测负载迁移遗传算法模拟退火优化组合
分类号: TP393.06
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

在当今信息大爆炸的时代,新的应用程序不断涌现,无论是企业网、校园网还是在Inernet上,数据流量、访问量和计算强度都大幅增加。传统的单服务器模式显然已经不能满足高可伸缩性、高可用性网络服务中的负载处理能力不断增长的需求。因此,由高性能的服务器组成的服务器集群系统成为实现高可扩展、高可用网络服务的有效结构。集群技术就是将多台独立的服务器相连,以集群整体的形式对外提供服务。达到并行程序高效运行必须将服务请求分摊到各个服务器上,缩短访问时间,优化整体性能。负载均衡机制便是集群技术中的核心问题。有效的负载均衡机制能够扩展服务器带宽、增加系统吞吐量,但是集群系统中节点服务器性能参数的影响以及负载的动态性、不稳定性,使得单采用一种简单的任务调度方案很难达到整个系统的负载均衡。于是本课题对基于负载预测和过载迁移的动态负载均衡进行探讨研究。本课题的研究主要包括两部分:负载预测和负载迁移。通过对集群节点服务器的性能参数数据的动态反馈收集,使用ARMA(p,q)模型对各节点服务器的负载状况进行预测,针对预测模型的适应性问题及预测结束后的负载均衡问题,在对节点服务器负载预测的基础上,我们引入了改进的遗传模拟退火优化组合的算法选择相应节点服务器进行负载迁移作为均衡负载的补充,通过较准确地预测各节点服务器的工作负载,尽量合理地将任务分配到服务器节点,同时对负载过重的节点服务器采用负载迁移策略调配负载,使各节点服务器比较均衡地承担任务负载,从而提高网络服务的灵活性及其数据处理能力,从而实现整个系统的负载均衡,提高系统的服务质量。

全文目录

摘要  8-9
Abstract  9-10
第1章绪论  10-15
  1.1 研究背景和意义  10-11
  1.2 国内外研究现状  11-12
  1.3 课题研究的内容  12-13
  1.4 论文结构  13-15
第2章集群与负载均衡技术  15-24
  2.1 集群技术的发展  15-17
  2.2 集群技术研究现状  17-18
  2.3 负载均衡技术  18-19
  2.4 常用负载均衡算法  19-22
    2.4.1 轮转法与加权轮转法  20-21
    2.4.2 最小连接数法与加权最小连接数法  21
    2.4.3 最快响应法  21-22
    2.4.4 动态加权算法  22
  2.5 传统负载均衡算法的瓶颈  22-23
  2.6 本章小结  23-24
第3章预测理论与算法  24-46
  3.1 预测理论  24
  3.2 预测分类  24-26
    3.2.1 定性预测  24-25
    3.2.2 定量预测  25
    3.2.3 定量预测的基本步骤  25-26
  3.3 负载信息参数  26-28
    3.3.1 负载的特性  26-27
    3.3.2 影响负载的主要参数  27-28
  3.4 基于时间序列的服务器负载预测  28-39
    3.4.1 时间序列模型  28-34
    3.4.2 数据选取与预处理  34-35
    3.4.3 ARMA(p，q)模型选取  35-38
    3.4.4 预测误差指标  38-39
  3.5 预测流程图  39-41
  3.6 预测结果分析  41-44
    3.6.1 预测曲线分析  41-43
    3.6.2 误差曲线分析  43-44
  3.7 本章小结  44-46
第4章基于遗传模拟退火算法优化组合的负载迁移  46-66
  4.1 遗传算法GA  46-50
    4.1.1 遗传算法原理  46-48
    4.1.2 遗传算法的问题处理  48-50
    4.1.3 遗传算法的特点  50
  4.2 模拟退火技术SA  50-54
    4.2.1 模拟退火算法原理  50-51
    4.2.2 模拟退火的过程  51-53
    4.2.3 模拟退火的问题处理  53-54
    4.2.4 模拟退火算法的特点  54
  4.3 GA与SA的优化组合  54-61
    4.3.1 组合优化方法的基本思想  54-56
    4.3.2 组合优化方法的主要内容  56-57
    4.3.3 GA与SA的改进优化组合  57-61
  4.4 负载迁移  61-65
    4.4.1 负载迁移策略  61-62
    4.4.2 负载迁移算法描述  62-64
    4.4.3 负载迁移算法理论评价  64-65
  4.5 本章小结  65-66
第5章基于负载预测和过载迁移的动态负载均衡应用  66-82
  5.1 负载预测与迁移的结合  66
  5.2 方法流程  66-69
  5.3 实验环境与应用  69-81
    5.3.1 实验环境  69-71
    5.3.2 数据集选取  71-72
    5.3.3 数据延迟算子差分处理  72-74
    5.3.4 预测效果分析  74-77
    5.3.5 负载迁移分析  77-79
    5.3.6 负载平衡评价  79-81
  5.4 本章小结  81-82
总结  82-83
参考文献  83-88
攻读硕士学位期间发表的学术论文及科研工作  88-89
致谢  89

基于负载预测和过载迁移的动态负载均衡研究

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