網絡證券研究應用論文

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摘要針對證券網絡系統日益增加的海量存儲和訪問量，如何保障信息系統可靠運行，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載均衡技術，并結合某證券公司的測試實踐，介紹基于池化技術的負載均衡實現。

關鍵詞Web服務器；負載均衡；池化

1引言

隨著市場經濟的發展，越來越多的市民涉足證券股市，足不出戶進行網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站訪問量的激增，尤其是當大規模并發訪問所帶來業務量上升，訪問量和數據流量增長，導致相應處理強度也迅速增大，從而引起核心網絡設備過載，網絡瓶頸和網絡擁塞等問題。因此如何構建數據信息資源中心共享平臺，以確保信息平臺在運行過程中的穩定性和高可用性是需要得到解決的關鍵問題。

單純追求高性能硬件來解決問題，無疑造成成本高額投入，且無法應對當前和今后快速增長的業務量的需求。因此，研究負載均衡技術在證券交易網站中的實際應用，成為解決上述問題的重要途徑。

2傳統負載均衡技術特征分析

負載均衡是基于現有網絡結構，以擴展原有網絡設備和服務器的帶寬，增加網絡吞吐量，加強數據處理能力，提高網絡的靈活性和可用性為目的，解決網絡供應量和業務需求量之間矛盾的一種廉價、有效、透明的方法。傳統負載均衡技術主要可歸類為：

1）DNS負載均衡為多個不同IP地址配置同一域名，查詢域名的客戶機經DNS服務器解析后得到其中一個IP地址，使得不同客戶可訪問不同服務器，達到負載均衡目的。其優點是簡單而有效，缺點是不能區分服務器之間差異，不能反映服務器當前運行狀況。另外DNS刷新時間設置太小會造成太大額外網絡流量。

2）反向負載均衡將客戶端請求轉發給內部多臺服務器，反向服務器本身雖可達到很高效率，但針對每次，服務器就必須維護兩個連接，隨著并發連接數量不斷增加，服務器自身負載變得非常龐大，最后反向服務器本身將成為網絡瓶頸。

3）網絡地址轉換負載均衡可將一個外部IP地址映射為多個內部IP地址，對每次TCP連接請求動態使用其中一個內部地址，達到負載均衡目的。該技術使用硬件實現，因而缺乏靈活性，僅能處理幾種最標準的負載均衡協議，此外存在帶寬限制。

理想的負載均衡技術應具有以透明性為主的特征，實現動態自動優化調度和無網絡瓶頸目的。根據這一目標和上述三類負載均衡技術的分析，可以看出實現高效率穩定負載均衡難點在于優化的負載均衡策略的應用和網絡負載瓶頸的徹底消除。

3池化負載均衡技術原理與特征

3.1池化負載均衡原理

池化負載均衡技術是新提出的，效率非常高的均衡技術，池化系統中，某項服務由多臺服務器共同提供，所有冗余服務器組成一個虛擬服務器池。每個服務器池都有一個唯一池名，用戶通過池名訪問服務器池，池化器為用戶提供池名解析服務，并掌握所有服務器池的相關實時信息。池化結構示意圖如圖1所示。

多臺冗余服務器組成一個服務器池，池名（如zqServer.pool）是唯一標識，嵌入式硬件池化器對服務器池進行統一管理、監控和操作，并負責對多臺服務器資源的均衡、協調和調整，最大限度利用池中所有服務器資源，用戶以池名訪問服務器池，需要先在池化器處進行相應池名解析，后得到一個最佳服務器IP（最佳服務器由相應池負載均衡策略決定）。用戶與服務器之間建立直接連接，之間沒有任何中轉和瓶頸。值得注意的是，池名解析是完全實時和動態的多IP解析，而傳統的DNS則是靜態解析。

3.2池化負載均衡特征

1）無瓶頸限制，分布式的服務器池架構下，所有用戶均能選擇到一個當時狀況下最佳的服務器，與之建立直接連接，突破了傳統方案不能從根本上解決服務器處理能力的瓶頸。

2）更高的可用性，由多臺冗余服務器組成的服務器池，完全能保障無停止服務，只有在所有服務器同時發生故障時，服務才中斷，且系統具有高度容錯能力，能應對所有軟、硬件故障或網絡故障。

3）更智能的可靠性保障，服務的故障處理和恢復過程實現完全透明化，自動化，用戶無需對其過程進行干涉。

4）擴展性好，系統具有靈活的擴展性，對服務器的軟、硬件類型配置沒有任何限制，服務器可隨時加入服務器池，以滿足系統應用的需求。池中的服務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絡公司進行的負載均衡部署測試為實例，介紹基于池化技術的負載均衡的實現。

4池化負載均衡的架構與實現

4.1池化架構下服務器網絡連接的優化

某證券交易網絡公司未實施負載均衡前，所有服務器同時運行網站Web應用和證券行情咨詢應用，各自有單獨公網IP地址，用戶使用交易平臺過程中，通過瀏覽器向Web服務器群發出服務請求，Web服務器群根據請求類型（不同區域站點）將業務分流到各不同服務器上，由各個服務器分別作出響應，一臺服務器每秒最大承受大約15000個連接。

池化架構下，按照區域分布，由多臺冗余服務器組成多個服務器池，所有服務器均以各自公共IP與互聯網相連。3臺X2池化器作用于不同區域中，同時為池化系統提供池化服務。各服務器池中的服務器將共同承擔用戶的訪問量，由池化器統一管理監控，均衡使用。用戶以池名（如：zq.stock.bj.pool）訪問相應區域服務，通過池化器的池名解析，用戶可得到當時狀況下的最佳服務器IP，并與之建立連接，一旦該服務器發生故障，該連接也能透明地進行故障遷移至池中另一臺最佳服務器上，并實現故障恢復與無縫連接。池化

4.2池化負載均衡策略

池化負載均衡技術提供11種靈活均衡策略算法，將數據流有效地轉發到服務器池中的服務器中。用戶只需記住池名，通信數據流被池化器采用用戶設定的策略，靈活地均衡到池中所有服務器。這11種策略可歸納為兩種類型：靜態均衡策略和動態均衡策略，靜態負載均衡策略包括：輪循法、隨機法、加權輪循法、加權隨機法和加權優先法。動態負載均衡策略包括：最少使用法、最少使用遞減法、隨機最少使用法、隨機最少使用遞減法、隨機優先遞減法和隨機優先最少使用遞減法。

針對該證券網絡交易現狀，分別采用不同策略來實現池化器分流均衡管理。該證券公司交易數據表明，93％的用戶連接進行股票查詢與信息更新，僅7％的用戶連接進行股票交易。因此我們可以根據用戶連接類型不同，在服務器端設置選擇不同策略，進行查詢或更新時，可優先采用最少使用法，而進行股票交易時，可選擇輪循法。這樣既緩解了“峰值堵塞”的壓力，又降低了為調整系統性能而增加的投資。

4.3服務器池化負載均衡設置

在池化架構下，我們對12臺物理服務器進行了參數設置，建立了兩個服務器池（行情咨詢北京池和行情咨詢廣州池），每個池“池化”6臺服務器。各節點池目前測試均采用輪循法，池化的配置文件pe_zqserver.conf部分內容如下：

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載均衡應用效果

交易系統實施負載均衡后，系統持續運行30分鐘，我們對相關性能做了對比（見表1）。測試結果表明，證券交易信息系統應用池化負載均衡后性能明顯提高，保證了服務的高可靠性和高可用性，取得以下效果：1）系統無瓶頸限制，用戶均能連接到服務器。2）強行關閉池中某臺服務器時，該服務器的用戶連接迅速無縫切換至池中另一服務器中。3）針對系統每秒最大承受連接數取平均值，池化后系統承受量為池化前承受量5.57倍。

5結束語

本文在分析傳統負載均衡技術特征基礎上，指出網絡負載均衡難點在于優化的負載均衡策略的應用和網絡負載瓶頸的徹底消除。本文從網絡架構角度出發，提出一種新的、高效率的池化負載均衡技術，并結合某證券交易系統測試實踐，介紹了基于池化技術的負載均衡的實現。測試結果表明在現有網絡結構之上建立池化負載均衡，是一種廉價的、有效的擴展服務器帶寬和增加吞吐量的方法，它不僅能增加網絡數據處理能力，能提高網絡應用的靈活性和擴展性，對構建類似的大規模網絡應用具有較大的參考意義。

參考文獻

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