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摘要針對證券網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)日益增加的海量存儲和訪問量，如何保障信息系統(tǒng)可靠運(yùn)行，并維持合理的訪問速度，保證高可用性和高可靠性，是亟待解決的問題之一。本文提出一種新的高效率負(fù)載均衡技術(shù)，并結(jié)合某證券公司的測試實(shí)踐，介紹基于池化技術(shù)的負(fù)載均衡實(shí)現(xiàn)。

關(guān)鍵詞Web服務(wù)器；負(fù)載均衡；池化

1引言

隨著市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，越來越多的市民涉足證券股市，足不出戶進(jìn)行網(wǎng)上證券交易已成為炒股主要手段。但隨之而來的證券公司網(wǎng)站訪問量的激增，尤其是當(dāng)大規(guī)模并發(fā)訪問所帶來業(yè)務(wù)量上升，訪問量和數(shù)據(jù)流量增長，導(dǎo)致相應(yīng)處理強(qiáng)度也迅速增大，從而引起核心網(wǎng)絡(luò)設(shè)備過載，網(wǎng)絡(luò)瓶頸和網(wǎng)絡(luò)擁塞等問題。因此如何構(gòu)建數(shù)據(jù)信息資源中心共享平臺，以確保信息平臺在運(yùn)行過程中的穩(wěn)定性和高可用性是需要得到解決的關(guān)鍵問題。

單純追求高性能硬件來解決問題，無疑造成成本高額投入，且無法應(yīng)對當(dāng)前和今后快速增長的業(yè)務(wù)量的需求。因此，研究負(fù)載均衡技術(shù)在證券交易網(wǎng)站中的實(shí)際應(yīng)用，成為解決上述問題的重要途徑。

2傳統(tǒng)負(fù)載均衡技術(shù)特征分析

負(fù)載均衡是基于現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，以擴(kuò)展原有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和服務(wù)器的帶寬，增加網(wǎng)絡(luò)吞吐量，加強(qiáng)數(shù)據(jù)處理能力，提高網(wǎng)絡(luò)的靈活性和可用性為目的，解決網(wǎng)絡(luò)供應(yīng)量和業(yè)務(wù)需求量之間矛盾的一種廉價(jià)、有效、透明的方法。傳統(tǒng)負(fù)載均衡技術(shù)主要可歸類為：

1）DNS負(fù)載均衡為多個(gè)不同IP地址配置同一域名，查詢域名的客戶機(jī)經(jīng)DNS服務(wù)器解析后得到其中一個(gè)IP地址，使得不同客戶可訪問不同服務(wù)器，達(dá)到負(fù)載均衡目的。其優(yōu)點(diǎn)是簡單而有效，缺點(diǎn)是不能區(qū)分服務(wù)器之間差異，不能反映服務(wù)器當(dāng)前運(yùn)行狀況。另外DNS刷新時(shí)間設(shè)置太小會造成太大額外網(wǎng)絡(luò)流量。

2）反向負(fù)載均衡將客戶端請求轉(zhuǎn)發(fā)給內(nèi)部多臺服務(wù)器，反向服務(wù)器本身雖可達(dá)到很高效率，但針對每次，服務(wù)器就必須維護(hù)兩個(gè)連接，隨著并發(fā)連接數(shù)量不斷增加，服務(wù)器自身負(fù)載變得非常龐大，最后反向服務(wù)器本身將成為網(wǎng)絡(luò)瓶頸。

3）網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換負(fù)載均衡可將一個(gè)外部IP地址映射為多個(gè)內(nèi)部IP地址，對每次TCP連接請求動態(tài)使用其中一個(gè)內(nèi)部地址，達(dá)到負(fù)載均衡目的。該技術(shù)使用硬件實(shí)現(xiàn)，因而缺乏靈活性，僅能處理幾種最標(biāo)準(zhǔn)的負(fù)載均衡協(xié)議，此外存在帶寬限制。

理想的負(fù)載均衡技術(shù)應(yīng)具有以透明性為主的特征，實(shí)現(xiàn)動態(tài)自動優(yōu)化調(diào)度和無網(wǎng)絡(luò)瓶頸目的。根據(jù)這一目標(biāo)和上述三類負(fù)載均衡技術(shù)的分析，可以看出實(shí)現(xiàn)高效率穩(wěn)定負(fù)載均衡難點(diǎn)在于優(yōu)化的負(fù)載均衡策略的應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)負(fù)載瓶頸的徹底消除。

3池化負(fù)載均衡技術(shù)原理與特征

3.1池化負(fù)載均衡原理

池化負(fù)載均衡技術(shù)是新提出的，效率非常高的均衡技術(shù)，池化系統(tǒng)中，某項(xiàng)服務(wù)由多臺服務(wù)器共同提供，所有冗余服務(wù)器組成一個(gè)虛擬服務(wù)器池。每個(gè)服務(wù)器池都有一個(gè)唯一池名，用戶通過池名訪問服務(wù)器池，池化器為用戶提供池名解析服務(wù)，并掌握所有服務(wù)器池的相關(guān)實(shí)時(shí)信息。池化結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

多臺冗余服務(wù)器組成一個(gè)服務(wù)器池，池名（如zqServer.pool）是唯一標(biāo)識，嵌入式硬件池化器對服務(wù)器池進(jìn)行統(tǒng)一管理、監(jiān)控和操作，并負(fù)責(zé)對多臺服務(wù)器資源的均衡、協(xié)調(diào)和調(diào)整，最大限度利用池中所有服務(wù)器資源，用戶以池名訪問服務(wù)器池，需要先在池化器處進(jìn)行相應(yīng)池名解析，后得到一個(gè)最佳服務(wù)器IP（最佳服務(wù)器由相應(yīng)池負(fù)載均衡策略決定）。用戶與服務(wù)器之間建立直接連接，之間沒有任何中轉(zhuǎn)和瓶頸。值得注意的是，池名解析是完全實(shí)時(shí)和動態(tài)的多IP解析，而傳統(tǒng)的DNS則是靜態(tài)解析。

3.2池化負(fù)載均衡特征

1）無瓶頸限制，分布式的服務(wù)器池架構(gòu)下，所有用戶均能選擇到一個(gè)當(dāng)時(shí)狀況下最佳的服務(wù)器，與之建立直接連接，突破了傳統(tǒng)方案不能從根本上解決服務(wù)器處理能力的瓶頸。

2）更高的可用性，由多臺冗余服務(wù)器組成的服務(wù)器池，完全能保障無停止服務(wù)，只有在所有服務(wù)器同時(shí)發(fā)生故障時(shí)，服務(wù)才中斷，且系統(tǒng)具有高度容錯(cuò)能力，能應(yīng)對所有軟、硬件故障或網(wǎng)絡(luò)故障。

3）更智能的可靠性保障，服務(wù)的故障處理和恢復(fù)過程實(shí)現(xiàn)完全透明化，自動化，用戶無需對其過程進(jìn)行干涉。

4）擴(kuò)展性好，系統(tǒng)具有靈活的擴(kuò)展性，對服務(wù)器的軟、硬件類型配置沒有任何限制，服務(wù)器可隨時(shí)加入服務(wù)器池，以滿足系統(tǒng)應(yīng)用的需求。池中的服務(wù)器沒有地理位置的限制，有各自IP地址。

本文以筆者為某證券交易網(wǎng)絡(luò)公司進(jìn)行的負(fù)載均衡部署測試為實(shí)例，介紹基于池化技術(shù)的負(fù)載均衡的實(shí)現(xiàn)。

4池化負(fù)載均衡的架構(gòu)與實(shí)現(xiàn)

4.1池化架構(gòu)下服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)連接的優(yōu)化

某證券交易網(wǎng)絡(luò)公司未實(shí)施負(fù)載均衡前，所有服務(wù)器同時(shí)運(yùn)行網(wǎng)站W(wǎng)eb應(yīng)用和證券行情咨詢應(yīng)用，各自有單獨(dú)公網(wǎng)IP地址，用戶使用交易平臺過程中，通過瀏覽器向Web服務(wù)器群發(fā)出服務(wù)請求，Web服務(wù)器群根據(jù)請求類型（不同區(qū)域站點(diǎn)）將業(yè)務(wù)分流到各不同服務(wù)器上，由各個(gè)服務(wù)器分別作出響應(yīng)，一臺服務(wù)器每秒最大承受大約15000個(gè)連接。

池化架構(gòu)下，按照區(qū)域分布，由多臺冗余服務(wù)器組成多個(gè)服務(wù)器池，所有服務(wù)器均以各自公共IP與互聯(lián)網(wǎng)相連。3臺X2池化器作用于不同區(qū)域中，同時(shí)為池化系統(tǒng)提供池化服務(wù)。各服務(wù)器池中的服務(wù)器將共同承擔(dān)用戶的訪問量，由池化器統(tǒng)一管理監(jiān)控，均衡使用。用戶以池名（如：zq.stock.bj.pool）訪問相應(yīng)區(qū)域服務(wù)，通過池化器的池名解析，用戶可得到當(dāng)時(shí)狀況下的最佳服務(wù)器IP，并與之建立連接，一旦該服務(wù)器發(fā)生故障，該連接也能透明地進(jìn)行故障遷移至池中另一臺最佳服務(wù)器上，并實(shí)現(xiàn)故障恢復(fù)與無縫連接。池化

4.2池化負(fù)載均衡策略

池化負(fù)載均衡技術(shù)提供11種靈活均衡策略算法，將數(shù)據(jù)流有效地轉(zhuǎn)發(fā)到服務(wù)器池中的服務(wù)器中。用戶只需記住池名，通信數(shù)據(jù)流被池化器采用用戶設(shè)定的策略，靈活地均衡到池中所有服務(wù)器。這11種策略可歸納為兩種類型：靜態(tài)均衡策略和動態(tài)均衡策略，靜態(tài)負(fù)載均衡策略包括：輪循法、隨機(jī)法、加權(quán)輪循法、加權(quán)隨機(jī)法和加權(quán)優(yōu)先法。動態(tài)負(fù)載均衡策略包括：最少使用法、最少使用遞減法、隨機(jī)最少使用法、隨機(jī)最少使用遞減法、隨機(jī)優(yōu)先遞減法和隨機(jī)優(yōu)先最少使用遞減法。

針對該證券網(wǎng)絡(luò)交易現(xiàn)狀，分別采用不同策略來實(shí)現(xiàn)池化器分流均衡管理。該證券公司交易數(shù)據(jù)表明，93％的用戶連接進(jìn)行股票查詢與信息更新，僅7％的用戶連接進(jìn)行股票交易。因此我們可以根據(jù)用戶連接類型不同，在服務(wù)器端設(shè)置選擇不同策略，進(jìn)行查詢或更新時(shí)，可優(yōu)先采用最少使用法，而進(jìn)行股票交易時(shí)，可選擇輪循法。這樣既緩解了“峰值堵塞”的壓力，又降低了為調(diào)整系統(tǒng)性能而增加的投資。

4.3服務(wù)器池化負(fù)載均衡設(shè)置

在池化架構(gòu)下，我們對12臺物理服務(wù)器進(jìn)行了參數(shù)設(shè)置，建立了兩個(gè)服務(wù)器池（行情咨詢北京池和行情咨詢廣州池），每個(gè)池“池化”6臺服務(wù)器。各節(jié)點(diǎn)池目前測試均采用輪循法，池化的配置文件pe_zqserver.conf部分內(nèi)容如下：

destport=808080

destip=127.0.0.1

poolname=zq.stock.bj.pool

proto=http

servicename=zq-server

PoolPolicyType=ROUNDROBIN

pooling_port=6100

pooled_servicename=ZqHttpServer

Failure_Recovery=U

heartbeat=second

response_timeout=300

timeout=900

loglevel=1

logfile=debug.log

4.4證券交易采用池化負(fù)載均衡應(yīng)用效果

交易系統(tǒng)實(shí)施負(fù)載均衡后，系統(tǒng)持續(xù)運(yùn)行30分鐘，我們對相關(guān)性能做了對比（見表1）。測試結(jié)果表明，證券交易信息系統(tǒng)應(yīng)用池化負(fù)載均衡后性能明顯提高，保證了服務(wù)的高可靠性和高可用性，取得以下效果：1）系統(tǒng)無瓶頸限制，用戶均能連接到服務(wù)器。2）強(qiáng)行關(guān)閉池中某臺服務(wù)器時(shí)，該服務(wù)器的用戶連接迅速無縫切換至池中另一服務(wù)器中。3）針對系統(tǒng)每秒最大承受連接數(shù)取平均值，池化后系統(tǒng)承受量為池化前承受量5.57倍。

5結(jié)束語

本文在分析傳統(tǒng)負(fù)載均衡技術(shù)特征基礎(chǔ)上，指出網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡難點(diǎn)在于優(yōu)化的負(fù)載均衡策略的應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)負(fù)載瓶頸的徹底消除。本文從網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)角度出發(fā)，提出一種新的、高效率的池化負(fù)載均衡技術(shù)，并結(jié)合某證券交易系統(tǒng)測試實(shí)踐，介紹了基于池化技術(shù)的負(fù)載均衡的實(shí)現(xiàn)。測試結(jié)果表明在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)之上建立池化負(fù)載均衡，是一種廉價(jià)的、有效的擴(kuò)展服務(wù)器帶寬和增加吞吐量的方法，它不僅能增加網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理能力，能提高網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的靈活性和擴(kuò)展性，對構(gòu)建類似的大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用具有較大的參考意義。

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