应用负载均衡之LVS(五):lvs和nginx的wrr加权调度算法规律分析
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加权调度算法(wrr)是一种很常见的调度算法。它们按照权重比例进行调度,但实际调度选中的节点顺序可能和想象中并不一样。它们有各自的算法支持,但无论什么算法,对于a、b、c三个节点,如果它们的权重比例为a:b:c=x:y:z
,在节点都健康的情况下,每一轮轮询过程中a总是被选中x次,b总是被选中y次,c总是被选中z次,只不过被选中的顺序可能因算法不同而不同,
所以,本文主要介绍lvs和nginx的wrr算法是如何计算的。
lvs的wrr调度算法
1.加权调度算法公式
首先,给一个LVS官方手册给的加权调度算法公式:
假设有一组服务器S = {S0, S1, …, Sn-1},W(Si)表示服务器Si的权值,一个
指示变量i表示上一次选择的服务器,指示变量cw表示当前调度的权值,max(S)
表示集合S中所有服务器的最大权值,gcd(S)表示集合S中所有服务器权值的最大
公约数。变量i初始化为-1,cw初始化为零。
while (true) {
i = (i + 1) mod n;
if (i == 0) {
cw = cw - gcd(S);
if (cw <= 0) {
cw = max(S);
if (cw == 0)
return NULL;
}
}
if (W(Si) >= cw)
return Si;
}
比如,A、B、C三个后端的权重比是2:3:4
,那么一个调度循环内的调度顺序是CBCABCABC。
如果你不想从算法公式里找规律,那么看下面。
2.加权调度通俗规律
记住三个权重调度规则:
1.先约分
2.从最大权重开始调度
3.同权重的后端,从前向后调度
例如,三台后端A:B:C=2:3:4
。这里没法约分。
- 调度C
调度之后,比率变成A:B:C=2:3:3
,B和C权重相同,从B开始调度 - 调度B
调度之后,比率变成A:B:C=2:2:3
,所以下次调度C - 调度C
调度之后,比率变成A:B:C=2:2:2
,下次从A开始
当权重全部调整到相同值时,就按照先后顺序不断循环,直到调度完所有权重 - 调度A,调度之后,比率变成
A:B:C=1:2:2
- 调度B,调度之后,比率变成
A:B:C=1:1:2
- 调度C,调度之后,比率变成
A:B:C=1:1:1
- 调度A,调度之后,比率变成
A:B:C=0:1:1
- 调度B,调度之后,比率变成
A:B:C=0:0:1
- 调度C,调度之后,比率变成
A:B:C=0:0:0
- 进入下一个调度循环,顺序是:CBCABCABC
所以,每个调度循环的调度顺序为:CBCABCABC
调度过程如下图:
再给个示例,A:B:C:D=2:4:6:8
首先约分,得到A:B:C:D=1:2:3:4
- 调度D
- 调度C
- 调度D
- 调度B
- 调度C
- 调度D
- 调度A
- 调度B
- 调度C
- 调度D
所以,调度顺序是DCDBCDABCD。
nginx的wrr调度算法
以前nginx的wrr调度算法和lvs的算法类似,都是直接剃短高权重节点的权重值,最后趋于均衡。但这样的算法实际上对请求而言并不均衡,比如a:b:c = 5:1:1
,调用的顺序将是aaaaabc、aaaaabc,a将被连续多次调用。
后来nginx的wrr算法改进了,变得更复杂一些,但更趋于调度均衡。
假设a:b:c=A:B:C
,算法是这样的:
- 所有权重加总得到总权重(total):A+B+C=N
- 第一个请求进来,选择权重最大的。假设为a,于是选中A。选中之后,对选中的节点的权重减去总权重N,于是现在的比例是
a:b:c=A-N:B:C
- 第二个请求进入,将比如全部加上原始比例(eff_weight),得到
(A-N+A):(B+B):(C+C)
,然后选中最大的权重节点,假如选中B。选中之后,对选中的节点的权重减去总权重N,于是比例变为(2A-N):(2B-N):2C
- 之后每个请求进来,都首先加上原始比例,然后选择权重最大的,并对最大的权重值减去总权重N。
- 每一轮询的最后一次调度,都会使被选中的节点权重变为N,其它权重变为0,减去总权重之后全部变成0,使得下一轮轮询调度开始,重新回到原始比例。
例如,a:b:c=4:3:2
的调度过程为:总权重为4+3+2=9
- 第1个请求,a权重最大,选中a
- 选中之后,比例变为
a:b:c=-5:3:2
- 选中之后,比例变为
- 第2个请求,加上原始比例,得到
a:b:c=-1:6:4
,选中b- 选中之后,比例变为
a:b:c=-1:-3:4
- 选中之后,比例变为
- 第3个请求,加上原始比例,得到
a:b:c=3:0:6
,选中c- 选中之后,比例变为
a:b:c=3:0:-3
- 选中之后,比例变为
- 第4个请求,加上原始比例,得到
a:b:c=7:3:-1
,选中a- 选中之后,比例变为
a:b:c=-2:3:-1
- 选中之后,比例变为
- 第5个请求,加上原始比例,得到
a:b:c=2:6:1
,选中b- 选中之后,比例变为
a:b:c=2:-3:1
- 选中之后,比例变为
- 第6个请求,加上原始比例,得到
a:b:c=6:0:3
,选中a- 选中之后,比例变为
a:b:c=-3:0:3
- 选中之后,比例变为
- 第7个请求,加上原始比例,得到
a:b:c=1:3:5
,选中c- 选中之后,比例变为
a:b:c=1:3:-4
- 选中之后,比例变为
- 第8个请求,加上原始比例,得到
a:b:c=5:6:-2
,选中b- 选中之后,比例变为
a:b:c=5:-3:-2
- 选中之后,比例变为
- 第9个请求,加上原始比例,得到
a:b:c=9:0:0
,选中a- 选中之后,比例变为
a:b:c=0:0:0
- 选中之后,比例变为
一轮循环完成,调度的顺序是a b c a b a c b a
,这轮循环完成之后,它们的比例变为0:0:0
,下一个请求到来,加上原始权重后回到原比例4:3:2
。
如果是两后端节点,它们的比例为3:1,它们的调度顺序将是aaba aaba aaba...
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