Add support for 'offline' nodes
[ganeti-local] / hbal.1
1 .TH HBAL 1 2009-03-23 htools "Ganeti H-tools"
2 .SH NAME
3 hbal \- Cluster balancer for Ganeti
4
5 .SH SYNOPSIS
6 .B hbal
7 .B "[-C]"
8 .B "[-p]"
9 .B "[-o]"
10 .B "[-v... | -q]"
11 .BI "[-l" limit "]"
12 .BI "[-O" name... "]"
13 .BI "[-e" score "]"
14 .BI "[-m " cluster "]"
15 .BI "[-n " nodes-file " ]"
16 .BI "[-i " instances-file "]"
17
18 .B hbal
19 .B --version
20
21 .SH DESCRIPTION
22 hbal is a cluster balancer that looks at the current state of the
23 cluster (nodes with their total and free disk, memory, etc.) and
24 instance placement and computes a series of steps designed to bring
25 the cluster into a better state.
26
27 The algorithm to do so is designed to be stable (i.e. it will give you
28 the same results when restarting it from the middle of the solution)
29 and reasonably fast. It is not, however, designed to be a perfect
30 algorithm - it is possible to make it go into a corner from which it
31 can find no improvement, because it only look one "step" ahead.
32
33 By default, the program will show the solution incrementally as it is
34 computed, in a somewhat cryptic format; for getting the actual Ganeti
35 command list, use the \fB-C\fR option.
36
37 .SS ALGORITHM
38
39 The program works in independent steps; at each step, we compute the
40 best instance move that lowers the cluster score.
41
42 The possible move type for an instance are combinations of
43 failover/migrate and replace-disks such that we change one of the
44 instance nodes, and the other one remains (but possibly with changed
45 role, e.g. from primary it becomes secondary). The list is:
46 .RS 4
47 .TP 3
48 \(em
49 failover (f)
50 .TP
51 \(em
52 replace secondary (r)
53 .TP
54 \(em
55 replace primary, a composite move (f, r, f)
56 .TP
57 \(em
58 failover and replace secondary, also composite (f, r)
59 .TP
60 \(em
61 replace secondary and failover, also composite (r, f)
62 .RE
63
64 We don't do the only remaining possibility of replacing both nodes
65 (r,f,r,f or the equivalent f,r,f,r) since these move needs an
66 exhaustive search over both candidate primary and secondary nodes, and
67 is O(n*n) in the number of nodes. Furthermore, it doesn't seems to
68 give better scores but will result in more disk replacements.
69
70 .SS CLUSTER SCORING
71
72 As said before, the algorithm tries to minimise the cluster score at
73 each step. Currently this score is computed as a sum of the following
74 components:
75 .RS 4
76 .TP 3
77 \(em
78 coefficient of variance of the percent of free memory
79 .TP
80 \(em
81 coefficient of variance of the percent of reserved memory
82 .TP
83 \(em
84 coefficient of variance of the percent of free disk
85 .TP
86 \(em
87 percentage of nodes failing N+1 check
88 .TP
89 \(em
90 percentage of instances living (either as primary or secondary) on
91 offline nodes
92 .RE
93
94 The free memory and free disk values help ensure that all nodes are
95 somewhat balanced in their resource usage. The reserved memory helps
96 to ensure that nodes are somewhat balanced in holding secondary
97 instances, and that no node keeps too much memory reserved for
98 N+1. And finally, the N+1 percentage helps guide the algorithm towards
99 eliminating N+1 failures, if possible.
100
101 Except for the N+1 failures and offline instances percentage, we use
102 the coefficient of variance since this brings the values into the same
103 unit so to speak, and with a restrict domain of values (between zero
104 and one). The percentage of N+1 failures, while also in this numeric
105 range, doesn't actually has the same meaning, but it has shown to work
106 well.
107
108 The other alternative, using for N+1 checks the coefficient of
109 variance of (N+1 fail=1, N+1 pass=0) across nodes could hint the
110 algorithm to make more N+1 failures if most nodes are N+1 fail
111 already. Since this (making N+1 failures) is not allowed by other
112 rules of the algorithm, so the N+1 checks would simply not work
113 anymore in this case.
114
115 The offline instances percentage (meaning the percentage of instances
116 living on offline nodes) will cause the algorithm to actively move
117 instances away from offline nodes. This, coupled with the restriction
118 on placement given by offline nodes, will cause evacuation of such
119 nodes.
120
121 On a perfectly balanced cluster (all nodes the same size, all
122 instances the same size and spread across the nodes equally), all
123 values would be zero. This doesn't happen too often in practice :)
124
125 .SS OFFLINE INSTANCES
126
127 Since current Ganeti versions do not report the memory used by offline
128 (down) instances, ignoring the run status of instances will cause
129 wrong calculations. For this reason, the algorithm subtracts the
130 memory size of down instances from the free node memory of their
131 primary node, in effect simulating the startup of such instances.
132
133 .SS OTHER POSSIBLE METRICS
134
135 It would be desirable to add more metrics to the algorithm, especially
136 dynamically-computed metrics, such as:
137 .RS 4
138 .TP 3
139 \(em
140 CPU usage of instances, combined with VCPU versus PCPU count
141 .TP
142 \(em
143 Disk IO usage
144 .TP
145 \(em
146 Network IO
147 .RE
148
149 .SH OPTIONS
150 The options that can be passed to the program are as follows:
151 .TP
152 .B -C, --print-commands
153 Print the command list at the end of the run. Without this, the
154 program will only show a shorter, but cryptic output.
155 .TP
156 .B -p, --print-nodes
157 Prints the before and after node status, in a format designed to allow
158 the user to understand the node's most important parameters.
159
160 The node list will contain these informations:
161 .RS
162 .TP
163 .B F
164 a character denoting the status of the node, with '-' meaning an
165 offline node, '*' meaning N+1 failure and blank meaning a good node
166 .TP
167 .B Name
168 the node name
169 .TP
170 .B t_mem
171 the total node memory
172 .TP
173 .B n_mem
174 the memory used by the node itself
175 .TP
176 .B i_mem
177 the memory used by instances
178 .TP
179 .B x_mem
180 amount memory which seems to be in use but cannot be determined why or
181 by which instance; usually this means that the hypervisor has some
182 overhead or that there are other reporting errors
183 .TP
184 .B f_mem
185 the free node memory
186 .TP
187 .B r_mem
188 the reserved node memory, which is the amount of free memory needed
189 for N+1 compliance
190 .TP
191 .B t_dsk
192 total disk
193 .TP
194 .B f_dsk
195 free disk
196 .TP
197 .B pri
198 number of primary instances
199 .TP
200 .B sec
201 number of secondary instances
202 .TP
203 .B p_fmem
204 percent of free memory
205 .TP
206 .B p_fdsk
207 percent of free disk
208 .RE
209
210 .TP
211 .B -o, --oneline
212 Only shows a one-line output from the program, designed for the case
213 when one wants to look at multiple clusters at once and check their
214 status.
215
216 The line will contain four fields:
217 .RS
218 .RS 4
219 .TP 3
220 \(em
221 initial cluster score
222 .TP
223 \(em
224 number of steps in the solution
225 .TP
226 \(em
227 final cluster score
228 .TP
229 \(em
230 improvement in the cluster score
231 .RE
232 .RE
233
234 .TP
235 .BI "-O " name
236 This option (which can be given multiple times) will mark nodes as
237 being \fIoffline\fR. This means a couple of things:
238 .RS
239 .RS 4
240 .TP 3
241 \(em
242 instances won't be placed on these nodes, not even temporarily;
243 e.g. the \fIreplace primary\fR move is not available if the secondary
244 node is offline, since this move requires a failover.
245 .TP
246 \(em
247 these nodes will not be included in the score calculation (except for
248 the percentage of instances on offline nodes)
249 .RE
250 Note that hbal will also mark as offline any nodes which are reported
251 by RAPI as such, or that have "?" in file-based input in any numeric
252 fields.
253 .RE
254
255 .TP
256 .BI "-e" score ", --min-score=" score
257 This parameter denotes the minimum score we are happy with and alters
258 the computation in two ways:
259 .RS
260 .RS 4
261 .TP 3
262 \(em
263 if the cluster has the initial score lower than this value, then we
264 don't enter the algorithm at all, and exit with success
265 .TP
266 \(em
267 during the iterative process, if we reach a score lower than this
268 value, we exit the algorithm
269 .RE
270 The default value of the parameter is currently \fI1e-9\fR (chosen
271 empirically).
272 .RE
273
274 .TP
275 .BI "-n" nodefile ", --nodes=" nodefile
276 The name of the file holding node information (if not collecting via
277 RAPI), instead of the default \fInodes\fR file (but see below how to
278 customize the default value via the environment).
279
280 .TP
281 .BI "-i" instancefile ", --instances=" instancefile
282 The name of the file holding instance information (if not collecting
283 via RAPI), instead of the default \fIinstances\fR file (but see below
284 how to customize the default value via the environment).
285
286 .TP
287 .BI "-m" cluster
288 Collect data not from files but directly from the
289 .I cluster
290 given as an argument via RAPI. This work for both Ganeti 1.2 and
291 Ganeti 2.0.
292
293 .TP
294 .BI "-l" N ", --max-length=" N
295 Restrict the solution to this length. This can be used for example to
296 automate the execution of the balancing.
297
298 .TP
299 .B -v, --verbose
300 Increase the output verbosity. Each usage of this option will increase
301 the verbosity (currently more than 2 doesn't make sense) from the
302 default of one.
303
304 .TP
305 .B -q, --quiet
306 Decrease the output verbosity. Each usage of this option will decrease
307 the verbosity (less than zero doesn't make sense) from the default of
308 one.
309
310 .TP
311 .B -V, --version
312 Just show the program version and exit.
313
314 .SH EXIT STATUS
315
316 The exist status of the command will be zero, unless for some reason
317 the algorithm fatally failed (e.g. wrong node or instance data).
318
319 .SH ENVIRONMENT
320
321 If the variables \fBHTOOLS_NODES\fR and \fBHTOOLS_INSTANCES\fR are
322 present in the environment, they will override the default names for
323 the nodes and instances files. These will have of course no effect
324 when RAPI is used.
325
326 .SH BUGS
327
328 The program does not check its input data for consistency, and aborts
329 with cryptic errors messages in this case.
330
331 The algorithm is not perfect.
332
333 The algorithm doesn't deal with non-\fBdrbd\fR instances, and chokes
334 on input data which has such instances.
335
336 The output format is not easily scriptable, and the program should
337 feed moves directly into Ganeti (either via RAPI or via a gnt-debug
338 input file).
339
340 .SH EXAMPLE
341
342 Note that this example are not for the latest version (they don't have
343 full node data).
344
345 .SS Default output
346
347 With the default options, the program shows each individual step and
348 the improvements it brings in cluster score:
349
350 .in +4n
351 .nf
352 .RB "$" " hbal"
353 Loaded 20 nodes, 80 instances
354 Cluster is not N+1 happy, continuing but no guarantee that the cluster will end N+1 happy.
355 Initial score: 0.52329131
356 Trying to minimize the CV...
357     1. instance14  node1:node10  => node16:node10 0.42109120 a=f r:node16 f
358     2. instance54  node4:node15  => node16:node15 0.31904594 a=f r:node16 f
359     3. instance4   node5:node2   => node2:node16  0.26611015 a=f r:node16
360     4. instance48  node18:node20 => node2:node18  0.21361717 a=r:node2 f
361     5. instance93  node19:node18 => node16:node19 0.16166425 a=r:node16 f
362     6. instance89  node3:node20  => node2:node3   0.11005629 a=r:node2 f
363     7. instance5   node6:node2   => node16:node6  0.05841589 a=r:node16 f
364     8. instance94  node7:node20  => node20:node16 0.00658759 a=f r:node16
365     9. instance44  node20:node2  => node2:node15  0.00438740 a=f r:node15
366    10. instance62  node14:node18 => node14:node16 0.00390087 a=r:node16
367    11. instance13  node11:node14 => node11:node16 0.00361787 a=r:node16
368    12. instance19  node10:node11 => node10:node7  0.00336636 a=r:node7
369    13. instance43  node12:node13 => node12:node1  0.00305681 a=r:node1
370    14. instance1   node1:node2   => node1:node4   0.00263124 a=r:node4
371    15. instance58  node19:node20 => node19:node17 0.00252594 a=r:node17
372 Cluster score improved from 0.52329131 to 0.00252594
373 .fi
374 .in
375
376 In the above output, we can see:
377   - the input data (here from files) shows a cluster with 20 nodes and
378     80 instances
379   - the cluster is not initially N+1 compliant
380   - the initial score is 0.52329131
381
382 The step list follows, showing the instance, its initial
383 primary/secondary nodes, the new primary secondary, the cluster list,
384 and the actions taken in this step (with 'f' denoting failover/migrate
385 and 'r' denoting replace secondary).
386
387 Finally, the program shows the improvement in cluster score.
388
389 A more detailed output is obtained via the \fB-C\fR and \fB-p\fR options:
390
391 .in +4n
392 .nf
393 .RB "$" " hbal"
394 Loaded 20 nodes, 80 instances
395 Cluster is not N+1 happy, continuing but no guarantee that the cluster will end N+1 happy.
396 Initial cluster status:
397 N1 Name   t_mem f_mem r_mem t_dsk f_dsk pri sec  p_fmem  p_fdsk
398  * node1  32762  1280  6000  1861  1026   5   3 0.03907 0.55179
399    node2  32762 31280 12000  1861  1026   0   8 0.95476 0.55179
400  * node3  32762  1280  6000  1861  1026   5   3 0.03907 0.55179
401  * node4  32762  1280  6000  1861  1026   5   3 0.03907 0.55179
402  * node5  32762  1280  6000  1861   978   5   5 0.03907 0.52573
403  * node6  32762  1280  6000  1861  1026   5   3 0.03907 0.55179
404  * node7  32762  1280  6000  1861  1026   5   3 0.03907 0.55179
405    node8  32762  7280  6000  1861  1026   4   4 0.22221 0.55179
406    node9  32762  7280  6000  1861  1026   4   4 0.22221 0.55179
407  * node10 32762  7280 12000  1861  1026   4   4 0.22221 0.55179
408    node11 32762  7280  6000  1861   922   4   5 0.22221 0.49577
409    node12 32762  7280  6000  1861  1026   4   4 0.22221 0.55179
410    node13 32762  7280  6000  1861   922   4   5 0.22221 0.49577
411    node14 32762  7280  6000  1861   922   4   5 0.22221 0.49577
412  * node15 32762  7280 12000  1861  1131   4   3 0.22221 0.60782
413    node16 32762 31280     0  1861  1860   0   0 0.95476 1.00000
414    node17 32762  7280  6000  1861  1106   5   3 0.22221 0.59479
415  * node18 32762  1280  6000  1396   561   5   3 0.03907 0.40239
416  * node19 32762  1280  6000  1861  1026   5   3 0.03907 0.55179
417    node20 32762 13280 12000  1861   689   3   9 0.40535 0.37068
418
419 Initial score: 0.52329131
420 Trying to minimize the CV...
421     1. instance14  node1:node10  => node16:node10 0.42109120 a=f r:node16 f
422     2. instance54  node4:node15  => node16:node15 0.31904594 a=f r:node16 f
423     3. instance4   node5:node2   => node2:node16  0.26611015 a=f r:node16
424     4. instance48  node18:node20 => node2:node18  0.21361717 a=r:node2 f
425     5. instance93  node19:node18 => node16:node19 0.16166425 a=r:node16 f
426     6. instance89  node3:node20  => node2:node3   0.11005629 a=r:node2 f
427     7. instance5   node6:node2   => node16:node6  0.05841589 a=r:node16 f
428     8. instance94  node7:node20  => node20:node16 0.00658759 a=f r:node16
429     9. instance44  node20:node2  => node2:node15  0.00438740 a=f r:node15
430    10. instance62  node14:node18 => node14:node16 0.00390087 a=r:node16
431    11. instance13  node11:node14 => node11:node16 0.00361787 a=r:node16
432    12. instance19  node10:node11 => node10:node7  0.00336636 a=r:node7
433    13. instance43  node12:node13 => node12:node1  0.00305681 a=r:node1
434    14. instance1   node1:node2   => node1:node4   0.00263124 a=r:node4
435    15. instance58  node19:node20 => node19:node17 0.00252594 a=r:node17
436 Cluster score improved from 0.52329131 to 0.00252594
437
438 Commands to run to reach the above solution:
439   echo step 1
440   echo gnt-instance migrate instance14
441   echo gnt-instance replace-disks -n node16 instance14
442   echo gnt-instance migrate instance14
443   echo step 2
444   echo gnt-instance migrate instance54
445   echo gnt-instance replace-disks -n node16 instance54
446   echo gnt-instance migrate instance54
447   echo step 3
448   echo gnt-instance migrate instance4
449   echo gnt-instance replace-disks -n node16 instance4
450   echo step 4
451   echo gnt-instance replace-disks -n node2 instance48
452   echo gnt-instance migrate instance48
453   echo step 5
454   echo gnt-instance replace-disks -n node16 instance93
455   echo gnt-instance migrate instance93
456   echo step 6
457   echo gnt-instance replace-disks -n node2 instance89
458   echo gnt-instance migrate instance89
459   echo step 7
460   echo gnt-instance replace-disks -n node16 instance5
461   echo gnt-instance migrate instance5
462   echo step 8
463   echo gnt-instance migrate instance94
464   echo gnt-instance replace-disks -n node16 instance94
465   echo step 9
466   echo gnt-instance migrate instance44
467   echo gnt-instance replace-disks -n node15 instance44
468   echo step 10
469   echo gnt-instance replace-disks -n node16 instance62
470   echo step 11
471   echo gnt-instance replace-disks -n node16 instance13
472   echo step 12
473   echo gnt-instance replace-disks -n node7 instance19
474   echo step 13
475   echo gnt-instance replace-disks -n node1 instance43
476   echo step 14
477   echo gnt-instance replace-disks -n node4 instance1
478   echo step 15
479   echo gnt-instance replace-disks -n node17 instance58
480
481 Final cluster status:
482 N1 Name   t_mem f_mem r_mem t_dsk f_dsk pri sec  p_fmem  p_fdsk
483    node1  32762  7280  6000  1861  1026   4   4 0.22221 0.55179
484    node2  32762  7280  6000  1861  1026   4   4 0.22221 0.55179
485    node3  32762  7280  6000  1861  1026   4   4 0.22221 0.55179
486    node4  32762  7280  6000  1861  1026   4   4 0.22221 0.55179
487    node5  32762  7280  6000  1861  1078   4   5 0.22221 0.57947
488    node6  32762  7280  6000  1861  1026   4   4 0.22221 0.55179
489    node7  32762  7280  6000  1861  1026   4   4 0.22221 0.55179
490    node8  32762  7280  6000  1861  1026   4   4 0.22221 0.55179
491    node9  32762  7280  6000  1861  1026   4   4 0.22221 0.55179
492    node10 32762  7280  6000  1861  1026   4   4 0.22221 0.55179
493    node11 32762  7280  6000  1861  1022   4   4 0.22221 0.54951
494    node12 32762  7280  6000  1861  1026   4   4 0.22221 0.55179
495    node13 32762  7280  6000  1861  1022   4   4 0.22221 0.54951
496    node14 32762  7280  6000  1861  1022   4   4 0.22221 0.54951
497    node15 32762  7280  6000  1861  1031   4   4 0.22221 0.55408
498    node16 32762  7280  6000  1861  1060   4   4 0.22221 0.57007
499    node17 32762  7280  6000  1861  1006   5   4 0.22221 0.54105
500    node18 32762  7280  6000  1396   761   4   2 0.22221 0.54570
501    node19 32762  7280  6000  1861  1026   4   4 0.22221 0.55179
502    node20 32762 13280  6000  1861  1089   3   5 0.40535 0.58565
503
504 .fi
505 .in
506
507 Here we see, beside the step list, the initial and final cluster
508 status, with the final one showing all nodes being N+1 compliant, and
509 the command list to reach the final solution. In the initial listing,
510 we see which nodes are not N+1 compliant.
511
512 The algorithm is stable as long as each step above is fully completed,
513 e.g. in step 8, both the migrate and the replace-disks are
514 done. Otherwise, if only the migrate is done, the input data is
515 changed in a way that the program will output a different solution
516 list (but hopefully will end in the same state).
517
518 .SH SEE ALSO
519 .BR hn1 "(1), " hscan "(1), " ganeti "(7), " gnt-instance "(8), "
520 .BR gnt-node "(8)"