Fix/enhance makefile rules after the rename
[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 N+1 status of the node, with blank
110     meaning pass and an asterisk ('*') meaning fail
111   - the node name
112   - the total node memory
113   - the free node memory
114   - the reserved node memory, which is the amount of free memory
115     needed for N+1 compliance
116   - total disk
117   - free disk
118   - number of primary instances
119   - number of secondary instances
120   - percent of free memory
121   - percent of free disk
122
123 .TP
124 .B -o, --oneline
125 Only shows a one-line output from the program, designed for the case
126 when one wants to look at multiple clusters at once and check their
127 status.
128
129 The line will contain four fields:
130   - initial cluster score
131   - number of steps in the solution
132   - final cluster score
133   - improvement in the cluster score
134
135 .TP
136 .BI "-n" nodefile ", --nodes=" nodefile
137 The name of the file holding node information (if not collecting via
138 RAPI), instead of the default
139 .I nodes
140 file.
141
142 .TP
143 .BI "-i" instancefile ", --instances=" instancefile
144 The name of the file holding instance information (if not collecting
145 via RAPI), instead of the default
146 .I instances
147 file.
148
149 .TP
150 .BI "-m" cluster
151 Collect data not from files but directly from the
152 .I cluster
153 given as an argument via RAPI. This work for both Ganeti 1.2 and
154 Ganeti 2.0.
155
156 .TP
157 .BI "-l" N ", --max-length=" N
158 Restrict the solution to this length. This can be used for example to
159 automate the execution of the balancing.
160
161 .TP
162 .B -v, --verbose
163 Increase the output verbosity. Each usage of this option will increase
164 the verbosity (currently more than 2 doesn't make sense) from the
165 default of zero.
166
167 .TP
168 .B -V, --version
169 Just show the program version and exit.
170
171 .SH EXIT STATUS
172
173 The exist status of the command will be zero, unless for some reason
174 the algorithm fatally failed (e.g. wrong node or instance data).
175
176 .SH BUGS
177
178 The program does not check its input data for consistency, and aborts
179 with cryptic errors messages in this case.
180
181 The algorithm is not perfect.
182
183 The output format is not easily scriptable, and the program should
184 feed moves directly into Ganeti (either via RAPI or via a gnt-debug
185 input file).
186
187 .SH EXAMPLE
188
189 .SS Default output
190
191 With the default options, the program shows each individual step and
192 the improvements it brings in cluster score:
193
194 .in +4n
195 .nf
196 .RB "$" " hbal"
197 Loaded 20 nodes, 80 instances
198 Cluster is not N+1 happy, continuing but no guarantee that the cluster will end N+1 happy.
199 Initial score: 0.52329131
200 Trying to minimize the CV...
201     1. instance14  node1:node10  => node16:node10 0.42109120 a=f r:node16 f
202     2. instance54  node4:node15  => node16:node15 0.31904594 a=f r:node16 f
203     3. instance4   node5:node2   => node2:node16  0.26611015 a=f r:node16
204     4. instance48  node18:node20 => node2:node18  0.21361717 a=r:node2 f
205     5. instance93  node19:node18 => node16:node19 0.16166425 a=r:node16 f
206     6. instance89  node3:node20  => node2:node3   0.11005629 a=r:node2 f
207     7. instance5   node6:node2   => node16:node6  0.05841589 a=r:node16 f
208     8. instance94  node7:node20  => node20:node16 0.00658759 a=f r:node16
209     9. instance44  node20:node2  => node2:node15  0.00438740 a=f r:node15
210    10. instance62  node14:node18 => node14:node16 0.00390087 a=r:node16
211    11. instance13  node11:node14 => node11:node16 0.00361787 a=r:node16
212    12. instance19  node10:node11 => node10:node7  0.00336636 a=r:node7
213    13. instance43  node12:node13 => node12:node1  0.00305681 a=r:node1
214    14. instance1   node1:node2   => node1:node4   0.00263124 a=r:node4
215    15. instance58  node19:node20 => node19:node17 0.00252594 a=r:node17
216 Cluster score improved from 0.52329131 to 0.00252594
217 .fi
218 .in
219
220 In the above output, we can see:
221   - the input data (here from files) shows a cluster with 20 nodes and
222     80 instances
223   - the cluster is not initially N+1 compliant
224   - the initial score is 0.52329131
225
226 The step list follows, showing the instance, its initial
227 primary/secondary nodes, the new primary secondary, the cluster list,
228 and the actions taken in this step (with 'f' denoting failover/migrate
229 and 'r' denoting replace secondary).
230
231 Finally, the program shows the improvement in cluster score.
232
233 A more detailed output is obtained via the \fB-C\fR and \fB-p\fR options:
234
235 .in +4n
236 .nf
237 .RB "$" " hbal"
238 Loaded 20 nodes, 80 instances
239 Cluster is not N+1 happy, continuing but no guarantee that the cluster will end N+1 happy.
240 Initial cluster status:
241 N1 Name   t_mem f_mem r_mem t_dsk f_dsk pri sec  p_fmem  p_fdsk
242  * node1  32762  1280  6000  1861  1026   5   3 0.03907 0.55179
243    node2  32762 31280 12000  1861  1026   0   8 0.95476 0.55179
244  * node3  32762  1280  6000  1861  1026   5   3 0.03907 0.55179
245  * node4  32762  1280  6000  1861  1026   5   3 0.03907 0.55179
246  * node5  32762  1280  6000  1861   978   5   5 0.03907 0.52573
247  * node6  32762  1280  6000  1861  1026   5   3 0.03907 0.55179
248  * node7  32762  1280  6000  1861  1026   5   3 0.03907 0.55179
249    node8  32762  7280  6000  1861  1026   4   4 0.22221 0.55179
250    node9  32762  7280  6000  1861  1026   4   4 0.22221 0.55179
251  * node10 32762  7280 12000  1861  1026   4   4 0.22221 0.55179
252    node11 32762  7280  6000  1861   922   4   5 0.22221 0.49577
253    node12 32762  7280  6000  1861  1026   4   4 0.22221 0.55179
254    node13 32762  7280  6000  1861   922   4   5 0.22221 0.49577
255    node14 32762  7280  6000  1861   922   4   5 0.22221 0.49577
256  * node15 32762  7280 12000  1861  1131   4   3 0.22221 0.60782
257    node16 32762 31280     0  1861  1860   0   0 0.95476 1.00000
258    node17 32762  7280  6000  1861  1106   5   3 0.22221 0.59479
259  * node18 32762  1280  6000  1396   561   5   3 0.03907 0.40239
260  * node19 32762  1280  6000  1861  1026   5   3 0.03907 0.55179
261    node20 32762 13280 12000  1861   689   3   9 0.40535 0.37068
262
263 Initial score: 0.52329131
264 Trying to minimize the CV...
265     1. instance14  node1:node10  => node16:node10 0.42109120 a=f r:node16 f
266     2. instance54  node4:node15  => node16:node15 0.31904594 a=f r:node16 f
267     3. instance4   node5:node2   => node2:node16  0.26611015 a=f r:node16
268     4. instance48  node18:node20 => node2:node18  0.21361717 a=r:node2 f
269     5. instance93  node19:node18 => node16:node19 0.16166425 a=r:node16 f
270     6. instance89  node3:node20  => node2:node3   0.11005629 a=r:node2 f
271     7. instance5   node6:node2   => node16:node6  0.05841589 a=r:node16 f
272     8. instance94  node7:node20  => node20:node16 0.00658759 a=f r:node16
273     9. instance44  node20:node2  => node2:node15  0.00438740 a=f r:node15
274    10. instance62  node14:node18 => node14:node16 0.00390087 a=r:node16
275    11. instance13  node11:node14 => node11:node16 0.00361787 a=r:node16
276    12. instance19  node10:node11 => node10:node7  0.00336636 a=r:node7
277    13. instance43  node12:node13 => node12:node1  0.00305681 a=r:node1
278    14. instance1   node1:node2   => node1:node4   0.00263124 a=r:node4
279    15. instance58  node19:node20 => node19:node17 0.00252594 a=r:node17
280 Cluster score improved from 0.52329131 to 0.00252594
281
282 Commands to run to reach the above solution:
283   echo step 1
284   echo gnt-instance migrate instance14
285   echo gnt-instance replace-disks -n node16 instance14
286   echo gnt-instance migrate instance14
287   echo step 2
288   echo gnt-instance migrate instance54
289   echo gnt-instance replace-disks -n node16 instance54
290   echo gnt-instance migrate instance54
291   echo step 3
292   echo gnt-instance migrate instance4
293   echo gnt-instance replace-disks -n node16 instance4
294   echo step 4
295   echo gnt-instance replace-disks -n node2 instance48
296   echo gnt-instance migrate instance48
297   echo step 5
298   echo gnt-instance replace-disks -n node16 instance93
299   echo gnt-instance migrate instance93
300   echo step 6
301   echo gnt-instance replace-disks -n node2 instance89
302   echo gnt-instance migrate instance89
303   echo step 7
304   echo gnt-instance replace-disks -n node16 instance5
305   echo gnt-instance migrate instance5
306   echo step 8
307   echo gnt-instance migrate instance94
308   echo gnt-instance replace-disks -n node16 instance94
309   echo step 9
310   echo gnt-instance migrate instance44
311   echo gnt-instance replace-disks -n node15 instance44
312   echo step 10
313   echo gnt-instance replace-disks -n node16 instance62
314   echo step 11
315   echo gnt-instance replace-disks -n node16 instance13
316   echo step 12
317   echo gnt-instance replace-disks -n node7 instance19
318   echo step 13
319   echo gnt-instance replace-disks -n node1 instance43
320   echo step 14
321   echo gnt-instance replace-disks -n node4 instance1
322   echo step 15
323   echo gnt-instance replace-disks -n node17 instance58
324
325 Final cluster status:
326 N1 Name   t_mem f_mem r_mem t_dsk f_dsk pri sec  p_fmem  p_fdsk
327    node1  32762  7280  6000  1861  1026   4   4 0.22221 0.55179
328    node2  32762  7280  6000  1861  1026   4   4 0.22221 0.55179
329    node3  32762  7280  6000  1861  1026   4   4 0.22221 0.55179
330    node4  32762  7280  6000  1861  1026   4   4 0.22221 0.55179
331    node5  32762  7280  6000  1861  1078   4   5 0.22221 0.57947
332    node6  32762  7280  6000  1861  1026   4   4 0.22221 0.55179
333    node7  32762  7280  6000  1861  1026   4   4 0.22221 0.55179
334    node8  32762  7280  6000  1861  1026   4   4 0.22221 0.55179
335    node9  32762  7280  6000  1861  1026   4   4 0.22221 0.55179
336    node10 32762  7280  6000  1861  1026   4   4 0.22221 0.55179
337    node11 32762  7280  6000  1861  1022   4   4 0.22221 0.54951
338    node12 32762  7280  6000  1861  1026   4   4 0.22221 0.55179
339    node13 32762  7280  6000  1861  1022   4   4 0.22221 0.54951
340    node14 32762  7280  6000  1861  1022   4   4 0.22221 0.54951
341    node15 32762  7280  6000  1861  1031   4   4 0.22221 0.55408
342    node16 32762  7280  6000  1861  1060   4   4 0.22221 0.57007
343    node17 32762  7280  6000  1861  1006   5   4 0.22221 0.54105
344    node18 32762  7280  6000  1396   761   4   2 0.22221 0.54570
345    node19 32762  7280  6000  1861  1026   4   4 0.22221 0.55179
346    node20 32762 13280  6000  1861  1089   3   5 0.40535 0.58565
347
348 .fi
349 .in
350
351 Here we see, beside the step list, the initial and final cluster
352 status, with the final one showing all nodes being N+1 compliant, and
353 the command list to reach the final solution. In the initial listing,
354 we see which nodes are not N+1 compliant.
355
356 The algorithm is stable as long as each step above is fully completed,
357 e.g. in step 8, both the migrate and the replace-disks are
358 done. Otherwise, if only the migrate is done, the input data is
359 changed in a way that the program will output a different solution
360 list (but hopefully will end in the same state).
361
362 .SH SEE ALSO
363 hn1(1), ganeti(7), gnt-instance(8), gnt-node(8)