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