Some small changes in preparation for hscan
[ganeti-local] / hbal.1
1 .TH HBAL 1 2009-03-14 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 "-l"
11 .BI "[ -m " cluster "]"
12 .BI "[-n " nodes-file " ]"
13 .BI "[ -i " instances-file "]"
14
15 .B hbal
16 .B --version
17
18 .SH DESCRIPTION
19 hbal is a cluster balancer that looks at the current state of the
20 cluster (nodes with their total and free disk, memory, etc.) and
21 instance placement and computes a series of steps designed to bring
22 the cluster into a better state.
23
24 The algorithm to do so is designed to be stable (i.e. it will give you
25 the same results when restarting it from the middle of the solution)
26 and reasonably fast. It is not, however, designed to be a perfect
27 algorithm - it is possible to make it go into a corner from which it
28 can find no improvement, because it only look one "step" ahead.
29
30 By default, the program will show the solution incrementally as it is
31 computed, in a somewhat cryptic format; for getting the actual Ganeti
32 command list, use the \fB-C\fR option.
33
34 .SS ALGORITHM
35
36 The program works in independent steps; at each step, we compute the
37 best instance move that lowers the cluster score.
38
39 The possible move type for an instance are combinations of
40 failover/migrate and replace-disks such that we change one of the
41 instance nodes, and the other one remains (but possibly with changed
42 role, e.g. from primary it becomes secondary). The list is:
43   - failover (f)
44   - replace secondary (r)
45   - replace primary, a composite move (f, r, f)
46   - failover and replace secondary, also composite (f, r)
47   - replace secondary and failover, also composite (r, f)
48
49 We don't do the only remaining possibility of replacing both nodes
50 (r,f,r,f or the equivalent f,r,f,r) since these move needs an
51 exhaustive search over both candidate primary and secondary nodes, and
52 is O(n*n) in the number of nodes. Furthermore, it doesn't seems to
53 give better scores but will result in more disk replacements.
54
55 .SS CLUSTER SCORING
56
57 As said before, the algorithm tries to minimise the cluster score at
58 each step. Currently this score is computed as a sum of the following
59 components:
60   - coefficient of variance of the percent of free memory
61   - coefficient of variance of the percent of reserved memory
62   - coefficient of variance of the percent of free disk
63   - percentage of nodes failing N+1 check
64
65 The free memory and free disk values help ensure that all nodes are
66 somewhat balanced in their resource usage. The reserved memory helps
67 to ensure that nodes are somewhat balanced in holding secondary
68 instances, and that no node keeps too much memory reserved for
69 N+1. And finally, the N+1 percentage helps guide the algorithm towards
70 eliminating N+1 failures, if possible.
71
72 Except for the N+1 failures, we use the coefficient of variance since
73 this brings the values into the same unit so to speak, and with a
74 restrict domain of values (between zero and one). The percentage of
75 N+1 failures, while also in this numeric range, doesn't actually has
76 the same meaning, but it has shown to work well.
77
78 The other alternative, using for N+1 checks the coefficient of
79 variance of (N+1 fail=1, N+1 pass=0) across nodes could hint the
80 algorithm to make more N+1 failures if most nodes are N+1 fail
81 already. Since this (making N+1 failures) is not allowed by other
82 rules of the algorithm, so the N+1 checks would simply not work
83 anymore in this case.
84
85 On a perfectly balanced cluster (all nodes the same size, all
86 instances the same size and spread across the nodes equally), all
87 values would be zero. This doesn't happen too often in practice :)
88
89 .SS OTHER POSSIBLE METRICS
90
91 It would be desirable to add more metrics to the algorithm, especially
92 dynamically-computed metrics, such as:
93   - CPU usage of instances, combined with VCPU versus PCPU count
94   - Disk IO usage
95   - Network IO
96
97 .SH OPTIONS
98 The options that can be passed to the program are as follows:
99 .TP
100 .B -C, --print-commands
101 Print the command list at the end of the run. Without this, the
102 program will only show a shorter, but cryptic output.
103 .TP
104 .B -p, --print-nodes
105 Prints the before and after node status, in a format designed to allow
106 the user to understand the node's most important parameters.
107
108 The node list will contain these informations:
109   - a character denoting the status of the node, with '-' meaning an
110     offline node, '*' meaning N+1 failure and blank meaning a good
111     node
112   - the node name
113   - the total node memory
114   - the free node memory
115   - the reserved node memory, which is the amount of free memory
116     needed for N+1 compliance
117   - total disk
118   - free disk
119   - number of primary instances
120   - number of secondary instances
121   - percent of free memory
122   - percent of free disk
123
124 .TP
125 .B -o, --oneline
126 Only shows a one-line output from the program, designed for the case
127 when one wants to look at multiple clusters at once and check their
128 status.
129
130 The line will contain four fields:
131   - initial cluster score
132   - number of steps in the solution
133   - final cluster score
134   - improvement in the cluster score
135
136 .TP
137 .BI "-n" nodefile ", --nodes=" nodefile
138 The name of the file holding node information (if not collecting via
139 RAPI), instead of the default
140 .I nodes
141 file.
142
143 .TP
144 .BI "-i" instancefile ", --instances=" instancefile
145 The name of the file holding instance information (if not collecting
146 via RAPI), instead of the default
147 .I instances
148 file.
149
150 .TP
151 .BI "-m" cluster
152 Collect data not from files but directly from the
153 .I cluster
154 given as an argument via RAPI. This work for both Ganeti 1.2 and
155 Ganeti 2.0.
156
157 .TP
158 .BI "-l" N ", --max-length=" N
159 Restrict the solution to this length. This can be used for example to
160 automate the execution of the balancing.
161
162 .TP
163 .B -v, --verbose
164 Increase the output verbosity. Each usage of this option will increase
165 the verbosity (currently more than 2 doesn't make sense) from the
166 default of zero.
167
168 .TP
169 .B -V, --version
170 Just show the program version and exit.
171
172 .SH EXIT STATUS
173
174 The exist status of the command will be zero, unless for some reason
175 the algorithm fatally failed (e.g. wrong node or instance data).
176
177 .SH BUGS
178
179 The program does not check its input data for consistency, and aborts
180 with cryptic errors messages in this case.
181
182 The algorithm is not perfect.
183
184 The output format is not easily scriptable, and the program should
185 feed moves directly into Ganeti (either via RAPI or via a gnt-debug
186 input file).
187
188 .SH EXAMPLE
189
190 .SS Default output
191
192 With the default options, the program shows each individual step and
193 the improvements it brings in cluster score:
194
195 .in +4n
196 .nf
197 .RB "$" " hbal"
198 Loaded 20 nodes, 80 instances
199 Cluster is not N+1 happy, continuing but no guarantee that the cluster will end N+1 happy.
200 Initial score: 0.52329131
201 Trying to minimize the CV...
202     1. instance14  node1:node10  => node16:node10 0.42109120 a=f r:node16 f
203     2. instance54  node4:node15  => node16:node15 0.31904594 a=f r:node16 f
204     3. instance4   node5:node2   => node2:node16  0.26611015 a=f r:node16
205     4. instance48  node18:node20 => node2:node18  0.21361717 a=r:node2 f
206     5. instance93  node19:node18 => node16:node19 0.16166425 a=r:node16 f
207     6. instance89  node3:node20  => node2:node3   0.11005629 a=r:node2 f
208     7. instance5   node6:node2   => node16:node6  0.05841589 a=r:node16 f
209     8. instance94  node7:node20  => node20:node16 0.00658759 a=f r:node16
210     9. instance44  node20:node2  => node2:node15  0.00438740 a=f r:node15
211    10. instance62  node14:node18 => node14:node16 0.00390087 a=r:node16
212    11. instance13  node11:node14 => node11:node16 0.00361787 a=r:node16
213    12. instance19  node10:node11 => node10:node7  0.00336636 a=r:node7
214    13. instance43  node12:node13 => node12:node1  0.00305681 a=r:node1
215    14. instance1   node1:node2   => node1:node4   0.00263124 a=r:node4
216    15. instance58  node19:node20 => node19:node17 0.00252594 a=r:node17
217 Cluster score improved from 0.52329131 to 0.00252594
218 .fi
219 .in
220
221 In the above output, we can see:
222   - the input data (here from files) shows a cluster with 20 nodes and
223     80 instances
224   - the cluster is not initially N+1 compliant
225   - the initial score is 0.52329131
226
227 The step list follows, showing the instance, its initial
228 primary/secondary nodes, the new primary secondary, the cluster list,
229 and the actions taken in this step (with 'f' denoting failover/migrate
230 and 'r' denoting replace secondary).
231
232 Finally, the program shows the improvement in cluster score.
233
234 A more detailed output is obtained via the \fB-C\fR and \fB-p\fR options:
235
236 .in +4n
237 .nf
238 .RB "$" " hbal"
239 Loaded 20 nodes, 80 instances
240 Cluster is not N+1 happy, continuing but no guarantee that the cluster will end N+1 happy.
241 Initial cluster status:
242 N1 Name   t_mem f_mem r_mem t_dsk f_dsk pri sec  p_fmem  p_fdsk
243  * node1  32762  1280  6000  1861  1026   5   3 0.03907 0.55179
244    node2  32762 31280 12000  1861  1026   0   8 0.95476 0.55179
245  * node3  32762  1280  6000  1861  1026   5   3 0.03907 0.55179
246  * node4  32762  1280  6000  1861  1026   5   3 0.03907 0.55179
247  * node5  32762  1280  6000  1861   978   5   5 0.03907 0.52573
248  * node6  32762  1280  6000  1861  1026   5   3 0.03907 0.55179
249  * node7  32762  1280  6000  1861  1026   5   3 0.03907 0.55179
250    node8  32762  7280  6000  1861  1026   4   4 0.22221 0.55179
251    node9  32762  7280  6000  1861  1026   4   4 0.22221 0.55179
252  * node10 32762  7280 12000  1861  1026   4   4 0.22221 0.55179
253    node11 32762  7280  6000  1861   922   4   5 0.22221 0.49577
254    node12 32762  7280  6000  1861  1026   4   4 0.22221 0.55179
255    node13 32762  7280  6000  1861   922   4   5 0.22221 0.49577
256    node14 32762  7280  6000  1861   922   4   5 0.22221 0.49577
257  * node15 32762  7280 12000  1861  1131   4   3 0.22221 0.60782
258    node16 32762 31280     0  1861  1860   0   0 0.95476 1.00000
259    node17 32762  7280  6000  1861  1106   5   3 0.22221 0.59479
260  * node18 32762  1280  6000  1396   561   5   3 0.03907 0.40239
261  * node19 32762  1280  6000  1861  1026   5   3 0.03907 0.55179
262    node20 32762 13280 12000  1861   689   3   9 0.40535 0.37068
263
264 Initial score: 0.52329131
265 Trying to minimize the CV...
266     1. instance14  node1:node10  => node16:node10 0.42109120 a=f r:node16 f
267     2. instance54  node4:node15  => node16:node15 0.31904594 a=f r:node16 f
268     3. instance4   node5:node2   => node2:node16  0.26611015 a=f r:node16
269     4. instance48  node18:node20 => node2:node18  0.21361717 a=r:node2 f
270     5. instance93  node19:node18 => node16:node19 0.16166425 a=r:node16 f
271     6. instance89  node3:node20  => node2:node3   0.11005629 a=r:node2 f
272     7. instance5   node6:node2   => node16:node6  0.05841589 a=r:node16 f
273     8. instance94  node7:node20  => node20:node16 0.00658759 a=f r:node16
274     9. instance44  node20:node2  => node2:node15  0.00438740 a=f r:node15
275    10. instance62  node14:node18 => node14:node16 0.00390087 a=r:node16
276    11. instance13  node11:node14 => node11:node16 0.00361787 a=r:node16
277    12. instance19  node10:node11 => node10:node7  0.00336636 a=r:node7
278    13. instance43  node12:node13 => node12:node1  0.00305681 a=r:node1
279    14. instance1   node1:node2   => node1:node4   0.00263124 a=r:node4
280    15. instance58  node19:node20 => node19:node17 0.00252594 a=r:node17
281 Cluster score improved from 0.52329131 to 0.00252594
282
283 Commands to run to reach the above solution:
284   echo step 1
285   echo gnt-instance migrate instance14
286   echo gnt-instance replace-disks -n node16 instance14
287   echo gnt-instance migrate instance14
288   echo step 2
289   echo gnt-instance migrate instance54
290   echo gnt-instance replace-disks -n node16 instance54
291   echo gnt-instance migrate instance54
292   echo step 3
293   echo gnt-instance migrate instance4
294   echo gnt-instance replace-disks -n node16 instance4
295   echo step 4
296   echo gnt-instance replace-disks -n node2 instance48
297   echo gnt-instance migrate instance48
298   echo step 5
299   echo gnt-instance replace-disks -n node16 instance93
300   echo gnt-instance migrate instance93
301   echo step 6
302   echo gnt-instance replace-disks -n node2 instance89
303   echo gnt-instance migrate instance89
304   echo step 7
305   echo gnt-instance replace-disks -n node16 instance5
306   echo gnt-instance migrate instance5
307   echo step 8
308   echo gnt-instance migrate instance94
309   echo gnt-instance replace-disks -n node16 instance94
310   echo step 9
311   echo gnt-instance migrate instance44
312   echo gnt-instance replace-disks -n node15 instance44
313   echo step 10
314   echo gnt-instance replace-disks -n node16 instance62
315   echo step 11
316   echo gnt-instance replace-disks -n node16 instance13
317   echo step 12
318   echo gnt-instance replace-disks -n node7 instance19
319   echo step 13
320   echo gnt-instance replace-disks -n node1 instance43
321   echo step 14
322   echo gnt-instance replace-disks -n node4 instance1
323   echo step 15
324   echo gnt-instance replace-disks -n node17 instance58
325
326 Final cluster status:
327 N1 Name   t_mem f_mem r_mem t_dsk f_dsk pri sec  p_fmem  p_fdsk
328    node1  32762  7280  6000  1861  1026   4   4 0.22221 0.55179
329    node2  32762  7280  6000  1861  1026   4   4 0.22221 0.55179
330    node3  32762  7280  6000  1861  1026   4   4 0.22221 0.55179
331    node4  32762  7280  6000  1861  1026   4   4 0.22221 0.55179
332    node5  32762  7280  6000  1861  1078   4   5 0.22221 0.57947
333    node6  32762  7280  6000  1861  1026   4   4 0.22221 0.55179
334    node7  32762  7280  6000  1861  1026   4   4 0.22221 0.55179
335    node8  32762  7280  6000  1861  1026   4   4 0.22221 0.55179
336    node9  32762  7280  6000  1861  1026   4   4 0.22221 0.55179
337    node10 32762  7280  6000  1861  1026   4   4 0.22221 0.55179
338    node11 32762  7280  6000  1861  1022   4   4 0.22221 0.54951
339    node12 32762  7280  6000  1861  1026   4   4 0.22221 0.55179
340    node13 32762  7280  6000  1861  1022   4   4 0.22221 0.54951
341    node14 32762  7280  6000  1861  1022   4   4 0.22221 0.54951
342    node15 32762  7280  6000  1861  1031   4   4 0.22221 0.55408
343    node16 32762  7280  6000  1861  1060   4   4 0.22221 0.57007
344    node17 32762  7280  6000  1861  1006   5   4 0.22221 0.54105
345    node18 32762  7280  6000  1396   761   4   2 0.22221 0.54570
346    node19 32762  7280  6000  1861  1026   4   4 0.22221 0.55179
347    node20 32762 13280  6000  1861  1089   3   5 0.40535 0.58565
348
349 .fi
350 .in
351
352 Here we see, beside the step list, the initial and final cluster
353 status, with the final one showing all nodes being N+1 compliant, and
354 the command list to reach the final solution. In the initial listing,
355 we see which nodes are not N+1 compliant.
356
357 The algorithm is stable as long as each step above is fully completed,
358 e.g. in step 8, both the migrate and the replace-disks are
359 done. Otherwise, if only the migrate is done, the input data is
360 changed in a way that the program will output a different solution
361 list (but hopefully will end in the same state).
362
363 .SH SEE ALSO
364 hn1(1), ganeti(7), gnt-instance(8), gnt-node(8)