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雲端平台的秘密武器-負載平衡與自動擴充機制

102/04/24 11580

王蒞君｜國立交通大學電機工程系暨科技與社會中心智庫研究團隊

林家瑜｜國立交通大學電信工程研究所

亞馬遜網路服務系統(Amazon Web Services, AWS)於2013年3月推出了1個可以協助客戶管理工作負載的工具─Trusted Advisor，並提供30天免費試用。其主要功能是分析客戶虛擬機器的運行資料，並建議客戶是否需要租用更多的虛擬機器來降低運算的時間，或是建議關掉閒置的虛擬機器，此外，還會檢查客戶工作負載的安全風險，並建議要如何修補此類風險。

AWS除了新推出的Trusted Advisor可監控使用者工作負載的狀況並給予建議外，AWS原先就已有提供「負載平衡」和「自動擴充」的機制，此2種機制在所有的雲端機房中都是最基本用來維持服務品質的機制，因此以下將針對此2種機制進行說明。

雲端機房有如一個工廠，雲端機房中運行的虛擬機器就像工廠裡的工人，工作的內容由工廠的工頭進行分配，工頭要讓每位工人的工作負荷相同，如此才不會引起暴動。同樣地，公司企業在雲端服務上架設應用服務時，不會只租用1台虛擬機器，而會租用多台虛擬機來架設服務，因此「負載平衡」機制就是要找個工頭能夠將工作平均地分配在這些虛擬機器上，讓每個機器的工作負載相同；負載平衡器就是工廠的工頭，進行工作的分配，而提供服務的虛擬機器則直接與負載平衡器連線，由負載平衡器發工作給它們。外部的使用者需要服務時不再像傳統的方式直接與提供服務的機器連線，而是跟負載平衡器連線，並平均分配每台機器的工作量。

除了「負載平衡」外，還要搭配「自動擴充」機制才可維持良好的服務品質。使用者在租用虛擬機器時通常只會先租幾台，但當工作量已超過所有機器負載量時，即使有負載平衡機制，也會讓所有機器工作率都達100%，如此將會造成機器損壞，或是機器超過負載導致架設在這些機器上的應用服務中斷，此時就需搭配「自動擴充」機制才能避免此狀況發生。在雲端機房中有很多虛擬機器供使用者使用，這些虛擬機器都會放在資源池中，未使用時都是關機狀態，以節省電力消耗；這些在資源池中的虛擬機器就像是臨時工名單，雲端機房的管理者會監測使用者租用的虛擬機器狀況，若發現使用者的所有虛擬機的中央處理器或是記憶體使用量太高，代表此時可能會需要處理龐大運算或是很大的流量，有如工廠要處理一筆大訂單，自動擴充機制會自動從資源池中開啟1台或多台虛擬機器，並將這些虛擬機器的環境設置與目前正在運行的虛擬機相同；環境設定完成後，系統會將這些新增的虛擬機器加入目前正在運行的虛擬機器群中，使其開始分攤其他機器的工作量，新增的機器也會被負載平衡器控制，由其分配工作；透過負載平衡和自動擴充機制的配合，機器將不再過度負荷，而能維持一樣的服務品質。

「負載平衡」和「自動擴充」機制讓使用者在租用虛擬機器時更加彈性，且依然能維持一定的服務品質，例如：世界盃球賽網站，於非賽季時可能只需使用1台虛擬機器放置網站即可，但於賽季時，1個晚上可能會有眾多用戶要進入網站，此時若無自動擴充機制，則存放網站的機器會負荷過重而損壞，但透過自動擴充機制，將會依照目前連線數新增足夠數目的機器，再經由負載平衡器分配連線量，如此即可讓觀看網站的用戶享受良好的連線品質。（本文由國科會補助｢新媒體科普傳播實作計畫─電機科技新知與社會風險之溝通｣執行團隊撰稿）

責任編輯：黃承揚｜英商牛津儀器海外行銷有限公司

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