Round-Robin轮询调度法及其实现原理

轮询调度算法(Round-Robin Scheduling)

　　轮询调度算法的原理是每一次把来自用户的请求轮流分配给内部中的服务器，从1开始，直到N(内部服务器个数)，然后重新开始循环。
　　算法的优点是其简洁性，它无需记录当前所有连接的状态，所以它是一种无状态调度。
　　轮询调度算法流程
　　假设有一组服务器N台，S = {S1, S2, …, Sn}，一个指示变量i表示上一次选择的服务器ID。变量i被初始化为N-1。其算法如下：

j = i;
do
{ j = (j + 1) mod n; i = j; return Si; } while (j != i);
return NULL;

　　轮询调度算法假设所有服务器的处理性能都相同，不关心每台服务器的当前连接数和响应速度。当请求服务间隔时间变化比较大时，轮询调度算法容易导致服务器间的负载不平衡。
　　所以此种均衡算法适合于服务器组中的所有服务器都有相同的软硬件配置并且平均服务请求相对均衡的情况。

权重轮询调度算法(Weighted Round-Robin Scheduling)

上面所讲的轮询调度算法并没有考虑每台服务器的处理能力，在实际情况中，可能并不是这种情况。由于每台服务器的配置、安装的业务应用等不同，其处理能力会不一样。所以，我们根据服务器的不同处理能力，给每个服务器分配不同的权值，使其能够接受相应权值数的服务请求。
　　权重轮询调度算法流程
　　假设有一组服务器S = {S0, S1, …, Sn-1}，W(Si)表示服务器Si的权值，一个指示变量i表示上一次选择的服务器，指示变量cw表示当前调度的权值，max(S)表示集合S中所有服务器的最大权值，gcd(S)表示集合S中所有服务器权值的最大公约数。变量i初始化为-1，cw初始化为零。其算法如下：
　　

while (true) {
  i = (i + 1) mod n;
  if (i == 0) {
     cw = cw - gcd(S);
     if (cw <= 0) {
       cw = max(S);
       if (cw == 0)
         return NULL;
     }
  }
  if (W(Si) >= cw)
    return Si;
}

　　这种算法的逻辑实现如图2所示，图中我们假定四台服务器的处理能力为3:1:1:1。
　

　由于权重轮询调度算法考虑到了不同服务器的处理能力，所以这种均衡算法能确保高性能的服务器得到更多的使用率，避免低性能的服务器负载过重。所以，在实际应用中比较常见。

在分布式系统中，为了实现系统的高性能、高并发、高可用，在构架中都会进行负载均衡设计，它是分布式系统的核心和中枢，负载均衡的好坏直接影响着整个系统的性能。负载均衡分为软件均衡和硬件均衡两类，比如apache、nginx、dubbo 等属于软件负载均衡，F5属于硬件负载均衡，当然他们都会使用到负载均衡算法。

常见的负载均衡算法包含：
1、轮询法（Round Robin）
2、加权轮询法（Weight Round Robin）
3、随机法（Random）
4、加权随机法（Weight Random）
5、平滑加权轮询法（Smooth Weight Round Robin）
6、源地址哈希法（Hash）
7、最小连接数法（Least Connections）

接下来的博客中会一一介绍如上几种算法，本文介绍轮询法。

轮询法是将请求按顺序轮流地分配到服务器上，它均衡地对待后端的每一台服务器，而不关心服务器实际的连接数和当前的系统负载。

总结

　　轮询调度算法以及权重轮询调度算法的特点是实现起来比较简洁，并且实用。目前几乎所有的负载均衡设备均提供这种功能。