负载均衡技术在广电云计算平台的应用策略与探讨

于敏 于涛

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2112-5042-6405

摘要：传统媒体制作与生产过程中的生产岛模式产生了业务的隔离和资源的独立，近几年，众多的广播电视台、新媒体公司等行业纷纷开展以云计算为基础的平台建设，通过融合资源带来媒体的融合，为此该文介绍了云计算的中枢模块负载均衡技术、负载均衡调度算法以及在不同的应用场景下，负载均衡技术不同的应用策略，以为广电技术人员和从业者提供技术参考。

关键词：云计算 负载均衡技术 动态算法 虚拟服务器

中图分类号：TP393   文献标识码：A   文章编号：1672-3791（2022）04（b）-0000-00

Application Strategy and Discussion of Load Balancing Technology in Radio and Television Cloud Computing Platform

YU Min YU Tao

（Weihai Radio and Television Station， Weihai， Shandong Province， 264200 China）

Abstract： The production island mode in the process of traditional media production and production has produced business isolation and resource independence. In recent years， many radio and television stations， new media companies and other industries have carried out platform construction based on cloud computing， bring media integration through integrated resources. Therefore， this paper will introduce the central module load balancing technology， load balancing scheduling algorithm and different application strategies of load balancing technology under different application scenarios， so as to provide technical reference for radio and television technicians and practitioners.

Key Words： Cloud computing; Load balancing technology; Dnamic algorithm; Virtual server

云計算是由庞大的基础架构网络组成，它能够有效地整合IT硬件、软件和相应的服务，从而更高效地利用计算资源，提高生产效率。在最近几年，众多的广播电视台，新媒体公司等行业积极开展以云计算为基础的新媒体平台建设，并创造出很多新业务模式、应用方向和媒体产品。

传统媒体制作与生产过程中的生产岛模式产生了业务的隔离和资源的独立，而广电云计算平台通过融合资源带来了媒体的融合，包括计算、存储、网络、系统、设备、信息、素材等资源。这种媒体的融合能提高媒体的生产效率，服务的质量也随着云计算平台的内在可靠性得到进一步提升。云计算平台通过可虚拟化、可扩展化、可依赖化提供了不中断服务运行的技术保证，使得业务运行的可用性和可靠性得到保证。

其中，计算云的负载均衡技术（Loadbalancing） 作为一种云计算的中枢模块为性能和可用性的提升提供了基础性的支撑。概括地说，负载均衡是一种服务器和网络设备的集群技术，它将特定的业务（服务请求、计算任务、和网络流量等）分担给不同的服务器和网络设备，从而提高了业 务处理能力，保证了业务的高可用性。

1.负载均衡的调度算法和原理

构成云计算的基础之一就是互联网技术。在互联网当中，负载均衡是将大量作业合理地分摊到多个操作单元上进行执行，主要用于解决互联网架构中的高并发和高可用的问题。在云计算当中，负载均衡包含了互联网负载均衡相同的技术内涵，不同的是云计算同时综合了虚拟化的计算资源和网络资源，负载均衡技术从中调度这些资源，从而合理地将大量并发的计算作业和网络作业分配到虚拟化的计算和网络资源中。

本质上说，负载均衡的调度算法有静态和动态之分。静态算法分配作业依照静态的规律，不考虑操作单元的状态和性能的不同。动态算法则根据不同操作单元的实时或者动态的信息，包括负载状态和处理能力等，动态地分配作业。也就是说，静态算法没有要求调度模块和操作单元之间的信息交换，而动态算法则考虑由操作单元传递过来的信息。

经典的静态算法有轮询法（Round Robin）、 哈希法（Hashing）、键值区间法 （key scope）、随机法（Opportunistic）、加权轮询法 （weighted Round Robin）、加权随机法（weighted Opportunistic）。

经典的动态算法有最小连接数法 （minimum number of jobs）、加权最小连接（作业）数法（weighted minimum number of jobs）、最小执行时间法 （minimum execution time）， 最小完成时间法 （minimum completion time），双最小法（min-min），最大接最小完成时间法（max-min），资源感知调度法（resource-aware scheduling），节能调度法（energy efficient scheduling）等。

2.负载均衡在广电云中的应用策略

负载均衡原本用于互联网高可用性服务器集群技术。在云计算的环境中，负载均衡技术集成于云内部虚拟化资源的分配。负载均衡在IaaS、PaaS、SaaS中有不同的应用。在IaaS中，负载均衡负责和基础架构有关的资源分配，直接或间接地和物理硬件或者虚拟硬件相关联;在PaaS中，负载均衡负责和运行的操作平台和虚拟服务器有关联的资源进行分配;在SaaS中，负载均衡通常运行在应用程序层面，负责在不同的服务提供者之间分配作业。在广电云当中，负载均衡经常用在SaaS或者PaaS层面。虚拟服务器和服务程序的分层使得负载均衡的应用实例具有多样性，但是大致有以下的应用场景。

2.1高速大吞吐量的业务处理请求

负载均衡可以将大流量的业务分发到不同的虚拟服务器或者不同的服务提供者。针对这种传统的应用需求，负载均衡通常是云默认的配置。然而，具体的负载均衡算法需要广电技术人员或者云的操作者进行配置。上文提到的算法，在很多的云系统中都有实现，例如：阿里云默认采用了三种经典的负载均衡算法的实现提供给用户或者技术人员进行配置，即轮询法、加权轮询法和加权最小连接数法。轮询法和加权轮询法是简单健壮的算法，经常用于常见的、简单、服务单一的业务。最小连接数法常常用于较复杂的、较大的、拥有不同服务器类型的业务。这样在配置云的过程中，结合实际的特点进行云服务器的配置。

2.2横向扩展的系统和降低成本的需求

随着广电与互联网的融合，传统的广电系统的容量和处理能力面临着巨大技术挑战。当系统面临大量用户访问，负载过高的时候，通常会使用增加虚拟服务器数量来进行横向扩展，使用虚拟集群和负载均衡提高整个系统的处理能力。上文介绍的负载均衡技术都具有可扩展性来横向地扩展（或者收缩）应用系统的服务能力。通过添加（或者移除）虚拟服务器或者服务提供者，来适用于不同的业务需求。在业务需求不断变化的时代，投资一种新的业务往往具有很大的风险。云计算中的负载均衡能够很好地适应这种变化，这既得益于云虚拟化的特点，又得益于负载均衡算法的灵活性。

2.3 消除故障、增加系统可用性的要求

当其中一部分虚拟服务器或者服务提供者（作业操作单元）发生故障后，自动地跳过或者屏蔽故障的操作单元，将请求分发给还在正常运行的操作单元，从而保证应用系统仍能正常工作。这是负载均衡技术在广电云上的一个重要应用。

2.4更高的容灾需求

当出现数据中心故障或物理设备不可用时，负载均衡具有在很短的时间内（毫秒级）切换到另外一个数据中心来恢复持续服务的能力;同时，当数据中心或者物理设备恢复时，负载均衡会自动切换到原来的数据中心或者物理设备提供服务。这种高安全性的容灾需求是以系统的冗余为代价的，当这种冗余放到云的环境中，比较之前的物理性冗余，虚拟性冗余具有更低的成本。这是由云的内在特点决定的。同样的负载均衡技术提供了这种冗余机制的管理，這也是负载均衡技术内在的特点之一。

3 结语

广电网络从单机网站到多机分布式网站再到云网络，很重要的区别是广电业务应用拆分和虚拟化分布式部署。业务应用的拆分，指的是将以往大而全的业务应用软件尽可能地拆分成独立的业务应用实体。这种拆分是为了适应目前的分布式的部署，因为从大的逻辑层面上看，这种拆分是为了促进传统业务和云计算平台的融合。将业务应用拆分后，按照不同的业务部署到不同的虚拟机器上，实现大规模分布式虚拟化系统。业务拆分、分布式部署和虚拟化作业解决了从集中到分布的问题，但是每个独立部署的分布式业务还存在增加吞吐量、可伸缩性、单点故障问题、访问入口问题等。

为解决并发压力，可以添加或减少虚拟服务器的数量来横向地提高应用处理的性能。云计算可以提供横向或者纵向的性能提升，这是云的可伸缩性。为解决单点故障，可以采取冗余的方式将相同的业务应用部署到多台虚拟服务器上，增加系统的容错和容灾的能力。在虚拟化的集群前面增加负载均衡模块（硬件或者软件），既解决了分布式虚拟化云系统的访问入口问题，又实现了云计算的高并发性、高伸缩性、高可用性、高容错性和高容灾性。同时，由于负载均衡集合了所有的作业请求和连接信息，针对广电云的高安全性要求，在负载均衡模块或者设备上添加内容安全过滤模块是可行的。

不能狭义地理解负载均衡为分配给所有操作单元一样多的工作量，因为不同的操作单元的承载能力可能会各不相同，具体体现在硬件配置、网络带宽的差异，或者不同的突发状况。上文介绍的那些负载均衡算法，特别是动态算法，考虑了处理单元的性能差异，也考虑了作业类型的差异，从而达到分配作业的“公平”和系统性能的“最优”。

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作者简介：于敏（1974—），女，本科，工程师，研究方向为电视技术。

于涛（2020—），男，本科，工程师，研究方向为电视技术。