[发明专利]一种基于虚拟节点的有限负载一致性哈希负载均衡策略

说明书

本发明属于网络集群与网络化控制技术领域，涉及一种基于虚拟节点的有限负载一致性哈希负载均衡策略，将缓存节点内存大小、CPU内核总数及磁盘大小作为独立信息数据波动赋权法的输入指标，计算各缓存节点性能量化值及性能量化值占比，根据设定的虚拟节点总数得到各缓存节点的虚拟节点数，将一致性哈希环均分为m段弧，利用Random函数为每个缓存节点生成对应数目的虚拟节点，按比例映射到每段弧上，负载均衡器更新集群缓存代理的负载量及各缓存节点的负载上限，在一致性哈希环上选择虚拟节点，利用拥有该虚拟节点的缓存节点进行服务。本发明解决了原策略负载分配不均和不支持异构集群缓存代理的问题，有效减少骨干网带宽占用率和集群缓存代理响应时间。

技术领域

本发明涉及网络集群与网络化控制技术领域，尤其涉及一种基于虚拟节点的有限负载一致性哈希负载均衡策略。

背景技术

伴随着互联网飞速发展的势头，网络应用已涉及人们日常生活的方方面面，网络流量呈指数级增长，传统的单体Web服务器架构难以应付当前多网络环境下的高并发请求，服务器负载压力持续增加。与此同时，随着JavaScript、CSS、JSON以及其他多媒体技术的发展，如今的互联网数据传输类型已不再是简单的文本数据，图片和视频数据正处于快速增长阶段，其所占网络总流量百分比逐年快速上升，导致了骨干网带宽紧张和用户访问时延增加。

集群缓存代理是指实现缓存机制的一组代理服务器，通过在骨干网边缘部署缓存节点，为用户提供服务，其目的是节约骨干网带宽资源并降低用户访问时延。目前，针对于集群缓存代理的研究主要停留在缓存预取策略和缓存替换策略上，其目的以节约内存空间、提高缓存命中率为主，而关于集群缓存代理负载均衡相关的研究较少。负载均衡就是指将负载(工作任务)进行平衡、分摊到多个操作单元上进行运行，面对日益膨胀的网络工作，负载均衡性决定了集群缓存代理性能的优劣。如果负载均衡性较差，可能导致缓存节点利用率低，影响用户体验。因此，目前亟需一种有状态性负载均衡策略，在保证集群缓存代理负载均衡性的同时，维持其较高的缓存命中率，以节约骨干网带宽并加快集群缓存代理响应速度。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于虚拟节点的有限负载一致性哈希负载均衡策略，其通过在有限负载一致性哈希策略中引入虚拟节点，解决其负载均衡性受节点映射分散性影响的不足，并使其同时支持同构和异构集群缓存代理。

本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：

一种基于虚拟节点的有限负载一致性哈希负载均衡策略，所述策略包括如下步骤：

S1.将缓存节点内存大小、处理器内核总数及磁盘大小作为独立信息数据波动赋权法的输入指标，计算各缓存节点性能量化值及性能量化值占比；

S2.设置虚拟节点总数为缓存节点个数的200-300倍，根据虚拟节点总数和步骤S1中缓存节点性能量化值占比，计算各缓存节点应分得的虚拟节点数；

S3.利用Random函数为每个缓存节点生成对应数目的虚拟节点；

S4.计算各缓存节点拥有虚拟节点数的最大公约数m，将一致性哈希环均分为m段弧。通过MD5函数，将各缓存节点拥有的虚拟节点均匀映射到一致性哈希环的各段弧上；

S5.请求到达负载均衡器时，负载均衡器更新集群缓存代理负载量和各缓存节点负载上限值；

S6.将请求的URL作为S4中MD5函数的输入，利用有限负载一致性哈希的请求分配策略在一致性哈希环上选择虚拟节点，并利用拥有该虚拟节点的缓存节点进行服务。

进一步，步骤S1中，利用独立信息数据波动赋权法计算各缓存节点性能量化值及性能量化值占比的具体过程为：

S11.计算指标j的离差系数V_j，计算公式如下：