برنامه‌نویسی

لود بالانسینگ (Load balancing) چیست؟


۱۷ اردیبهشت ۱۴۰۱
لود بالانسینگ (load balancing) چیست؟

لود بالانسینگ فرایندی است که به‌کمک آن می‌توان کارهای محاسباتی را بین دو یا چند کامپیوتر توزیع کرد و در اینترنت اغلب از لود بالانسینگ برای تقسیم ترافیک شبکه بین چندین سرور استفاده می‌شود. به این شکل فشار روی هر سرور کاهش پیدا می‌کند و کارآمدی سرورها افزایش پیدا می‌کند، عملکرد سریع‌تر می‌شود و  latency کاهش پیدا می‌کند.

جالب است بدانید که این روزها در اکثر برنامه‌های کاربردی وب برای حفظ عملکرد از لود بالانسرها استفاده می‌شود و این امری ضروری است.

تصور کنید ۸ صندوق در یک فروشگاه وجود دارد اما تنها یکی از آن‌ها باز است. به این شکل تمامی مشتریان باید در یک صف قرار بگیرند و زمان زیادی طول می‌کشد تا یک مشتری هزینه‌ی لوازم خریداری شده را پرداخت کند. حال تصور کنید که این فروشگاه تمامی ۸ صندوق را باز کند. در این سناریو زمان انتظار مشتریان برای پرداخت هزینه‌ی لوازم خریداری شده حدود ۸ برابر کم‌تر می‌شود.

لود بالانسینگ دقیقا فرایندی اینچنینی است. با تقسیم درخواست‌های کاربران بین چندین سرور، زمان انتظار کاربران به‌شدت کاهش پیدا می‌کند و این منجر به تجربه‌ی کاربری (UX) بهتری می‌شود.

لود بالانسینگ (Load balancing) چگونه انجام می‌شود؟

لود بالانسینگ توسط ابزار یا برنامه‌ای با عنوان لود بالانسر انجام می‌شود. لود بالانسر می‌تواند مبتنی بر سخت‌افزار و یا نرم‌افزار باشد. لود بالانسر سخت‌افزاری نیاز به نصب یک دستگاه لود بالانسینگ اختصاصی دارد اما لود بالانسر‌های نرم‌افزاری را می‌توان روی سرور، ماشین مجازی و یا در میزبانی‌های ابری اجرا کرد. علاوه‌براین‌ها اکثر شبکه‌های توزیع محتوا (CDN) از ویژگی لود بالانسینگ پشتیبانی می‌کنند.

با لود بالانسینگ هنگامی که درخواست کاربر به سرورها می‌رسد، لود بالانسر درخواست‌های آن کاربر را به یک سرور معین اختصاص می‌دهد و این فرایند برای دیگر درخواست‌ها نیز تکرار می‌شود. لود بالانسر براساس برخی الگوریتم‌ها تعیین می‌کند که کدام سرور مسئول رسیدگی به درخواست کاربر است و این الگوریتم‌ها به دو دسته اصلی استاتیک و داینامیک تقسیم می‌شوند.

الگوریتم‌های لود بالانسینگ استاتیک

الگوریتم‌های لود بالانسینگ استاتیک، ترافیک را بدون درنظر گرفتن وضعیت فعلی سرورها توزیع می‌کنند. در نتیجه یک لود بالانسر استاتیک از عملکرد سرورها مطلع نخواهد بود. درعوض توزیع ترافیک را براساس یک استراتژی از پیش تعیین شده انجام می‌دهد. درنتیجه می‌توان گفت که راه‌اندازی لود بالانسینگ استاتیک به‌سرعت انجام می‌شود اما می‌تواند منجر به ناکارآمدی شود.

لود بالانسینگ استاتیک را می‌توان این‌گونه درنظر گرفت که در فروشگاهی با ۸ صندوق، یک کارمند مسئولیت هدایت مشتریان به داخل صف صندوق‌ها را برعهده گرفته باشد. این کارمند به‌ترتیب مشتریان را به صندوق‌ها هدایت می‌کند یعنی مشتری اول را به صندوق اول، مشتری دوم را به صندوق دوم هدایت می‌کند بدون اینکه وضعیت شلوغی صف هر صندوق را درنظر بگیرد.

در این سناریو درصورتی که هر ۸ صندوق‌دار به‌خوبی و به‌سرعت عمل کنند، این سناریو مناسب است اما اگر یک یا چند صندوق‌دار عقب بمانند، ممکن است برخی از صف‌ها به‌مراتب طولانی‌تر از بقیه شوند و در نتیجه تجربه‌ی بدی برای مشتریان ایجاد شود.

لود بالانسینگ استاتیک نیز می‌تواند تجربه‌ی مشابهی را به‌وجود بیاورد و برخی سرورها بیش از اندازه درگیر شوند.

الگوریتم‌های client-side random و Round robin DNS دو شکل متداول برای لود بالانسینگ استاتیک هستند.

الگوریتم‌های لود بالانسینگ داینامیک

الگوریتم‌های لود بالانسینگ داینامیک برای توزیع ترافیک برخی شاخصه‌ها مانند در دسترس بودن سرور، حجم کاری و سلامت هر سرور را درنظر می‌گیرند. آن‌ها می‌توانند ترافیک را از سرورهای پربار یا ضعیف به سرورهای کم استفاده منتقل کنند. به این شکل توزیع ترافیک به‌صورت یکنواخت و کارآمد انجام می‌شود. با این حال راه‌اندازی لود بالانسینگ داینامیک پیچیده‌تر می‌شود زیرا شاخصه‌های مختلفی باید بررسی شوند. برای مثال در دسترس بودن سرور به عوامل مختلفی مانند سلامت، ظرفیت کلی هر سرور، اندازه‌ی ترافیک در حال توزیع و … وابسته است.

در این سناریو می‌توانید فرض کنید که کارمند مسئول برای هدایت مشتریان در صف صندوق‌ها، از رویکرد داینامیک‌تری استفاده می‌کند. این کارمند صف‌ها را با دقت تماشا می‌کند، می‌بیند که کدام صف سریع‌تر حرکت می‌کند و همچنین تعداد کالای موجود در سبد خرید مشتریان را مورد بررسی قرار می‌دهد. درنهایت تصمیم می‌گیرد که کدام مشتری را به کدام صف هدایت کند. در این روش مشتری تجربه‌ی خرید بهتری خواهد داشت اما فشار کاری کارمند مسئول بیش‌تر می‌شود.

الگوریتم‌های least connection، weighted least connection، resource-based و geolocation-based load balancing برخی از متداول‌ترین روش‌ها برای لود بالانسینگ داینامیک هستند.

منبع: https://www.cloudflare.com/learning/performance/what-is-load-balancing