Allow overriding the RAPI port/scheme
[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. If the argument doesn't contain a colon
291 (:), then it is converted into a fully-built URL via prepending
292 https:// and appending the default RAPI port, otherwise it's
293 considered a fully-specified URL and is used unchanged.
294
295 .TP
296 .BI "-l" N ", --max-length=" N
297 Restrict the solution to this length. This can be used for example to
298 automate the execution of the balancing.
299
300 .TP
301 .B -v, --verbose
302 Increase the output verbosity. Each usage of this option will increase
303 the verbosity (currently more than 2 doesn't make sense) from the
304 default of one.
305
306 .TP
307 .B -q, --quiet
308 Decrease the output verbosity. Each usage of this option will decrease
309 the verbosity (less than zero doesn't make sense) from the default of
310 one.
311
312 .TP
313 .B -V, --version
314 Just show the program version and exit.
315
316 .SH EXIT STATUS
317
318 The exist status of the command will be zero, unless for some reason
319 the algorithm fatally failed (e.g. wrong node or instance data).
320
321 .SH ENVIRONMENT
322
323 If the variables \fBHTOOLS_NODES\fR and \fBHTOOLS_INSTANCES\fR are
324 present in the environment, they will override the default names for
325 the nodes and instances files. These will have of course no effect
326 when RAPI is used.
327
328 .SH BUGS
329
330 The program does not check its input data for consistency, and aborts
331 with cryptic errors messages in this case.
332
333 The algorithm is not perfect.
334
335 The algorithm doesn't deal with non-\fBdrbd\fR instances, and chokes
336 on input data which has such instances.
337
338 The output format is not easily scriptable, and the program should
339 feed moves directly into Ganeti (either via RAPI or via a gnt-debug
340 input file).
341
342 .SH EXAMPLE
343
344 Note that this example are not for the latest version (they don't have
345 full node data).
346
347 .SS Default output
348
349 With the default options, the program shows each individual step and
350 the improvements it brings in cluster score:
351
352 .in +4n
353 .nf
354 .RB "$" " hbal"
355 Loaded 20 nodes, 80 instances
356 Cluster is not N+1 happy, continuing but no guarantee that the cluster will end N+1 happy.
357 Initial score: 0.52329131
358 Trying to minimize the CV...
359     1. instance14  node1:node10  => node16:node10 0.42109120 a=f r:node16 f
360     2. instance54  node4:node15  => node16:node15 0.31904594 a=f r:node16 f
361     3. instance4   node5:node2   => node2:node16  0.26611015 a=f r:node16
362     4. instance48  node18:node20 => node2:node18  0.21361717 a=r:node2 f
363     5. instance93  node19:node18 => node16:node19 0.16166425 a=r:node16 f
364     6. instance89  node3:node20  => node2:node3   0.11005629 a=r:node2 f
365     7. instance5   node6:node2   => node16:node6  0.05841589 a=r:node16 f
366     8. instance94  node7:node20  => node20:node16 0.00658759 a=f r:node16
367     9. instance44  node20:node2  => node2:node15  0.00438740 a=f r:node15
368    10. instance62  node14:node18 => node14:node16 0.00390087 a=r:node16
369    11. instance13  node11:node14 => node11:node16 0.00361787 a=r:node16
370    12. instance19  node10:node11 => node10:node7  0.00336636 a=r:node7
371    13. instance43  node12:node13 => node12:node1  0.00305681 a=r:node1
372    14. instance1   node1:node2   => node1:node4   0.00263124 a=r:node4
373    15. instance58  node19:node20 => node19:node17 0.00252594 a=r:node17
374 Cluster score improved from 0.52329131 to 0.00252594
375 .fi
376 .in
377
378 In the above output, we can see:
379   - the input data (here from files) shows a cluster with 20 nodes and
380     80 instances
381   - the cluster is not initially N+1 compliant
382   - the initial score is 0.52329131
383
384 The step list follows, showing the instance, its initial
385 primary/secondary nodes, the new primary secondary, the cluster list,
386 and the actions taken in this step (with 'f' denoting failover/migrate
387 and 'r' denoting replace secondary).
388
389 Finally, the program shows the improvement in cluster score.
390
391 A more detailed output is obtained via the \fB-C\fR and \fB-p\fR options:
392
393 .in +4n
394 .nf
395 .RB "$" " hbal"
396 Loaded 20 nodes, 80 instances
397 Cluster is not N+1 happy, continuing but no guarantee that the cluster will end N+1 happy.
398 Initial cluster status:
399 N1 Name   t_mem f_mem r_mem t_dsk f_dsk pri sec  p_fmem  p_fdsk
400  * node1  32762  1280  6000  1861  1026   5   3 0.03907 0.55179
401    node2  32762 31280 12000  1861  1026   0   8 0.95476 0.55179
402  * node3  32762  1280  6000  1861  1026   5   3 0.03907 0.55179
403  * node4  32762  1280  6000  1861  1026   5   3 0.03907 0.55179
404  * node5  32762  1280  6000  1861   978   5   5 0.03907 0.52573
405  * node6  32762  1280  6000  1861  1026   5   3 0.03907 0.55179
406  * node7  32762  1280  6000  1861  1026   5   3 0.03907 0.55179
407    node8  32762  7280  6000  1861  1026   4   4 0.22221 0.55179
408    node9  32762  7280  6000  1861  1026   4   4 0.22221 0.55179
409  * node10 32762  7280 12000  1861  1026   4   4 0.22221 0.55179
410    node11 32762  7280  6000  1861   922   4   5 0.22221 0.49577
411    node12 32762  7280  6000  1861  1026   4   4 0.22221 0.55179
412    node13 32762  7280  6000  1861   922   4   5 0.22221 0.49577
413    node14 32762  7280  6000  1861   922   4   5 0.22221 0.49577
414  * node15 32762  7280 12000  1861  1131   4   3 0.22221 0.60782
415    node16 32762 31280     0  1861  1860   0   0 0.95476 1.00000
416    node17 32762  7280  6000  1861  1106   5   3 0.22221 0.59479
417  * node18 32762  1280  6000  1396   561   5   3 0.03907 0.40239
418  * node19 32762  1280  6000  1861  1026   5   3 0.03907 0.55179
419    node20 32762 13280 12000  1861   689   3   9 0.40535 0.37068
420
421 Initial score: 0.52329131
422 Trying to minimize the CV...
423     1. instance14  node1:node10  => node16:node10 0.42109120 a=f r:node16 f
424     2. instance54  node4:node15  => node16:node15 0.31904594 a=f r:node16 f
425     3. instance4   node5:node2   => node2:node16  0.26611015 a=f r:node16
426     4. instance48  node18:node20 => node2:node18  0.21361717 a=r:node2 f
427     5. instance93  node19:node18 => node16:node19 0.16166425 a=r:node16 f
428     6. instance89  node3:node20  => node2:node3   0.11005629 a=r:node2 f
429     7. instance5   node6:node2   => node16:node6  0.05841589 a=r:node16 f
430     8. instance94  node7:node20  => node20:node16 0.00658759 a=f r:node16
431     9. instance44  node20:node2  => node2:node15  0.00438740 a=f r:node15
432    10. instance62  node14:node18 => node14:node16 0.00390087 a=r:node16
433    11. instance13  node11:node14 => node11:node16 0.00361787 a=r:node16
434    12. instance19  node10:node11 => node10:node7  0.00336636 a=r:node7
435    13. instance43  node12:node13 => node12:node1  0.00305681 a=r:node1
436    14. instance1   node1:node2   => node1:node4   0.00263124 a=r:node4
437    15. instance58  node19:node20 => node19:node17 0.00252594 a=r:node17
438 Cluster score improved from 0.52329131 to 0.00252594
439
440 Commands to run to reach the above solution:
441   echo step 1
442   echo gnt-instance migrate instance14
443   echo gnt-instance replace-disks -n node16 instance14
444   echo gnt-instance migrate instance14
445   echo step 2
446   echo gnt-instance migrate instance54
447   echo gnt-instance replace-disks -n node16 instance54
448   echo gnt-instance migrate instance54
449   echo step 3
450   echo gnt-instance migrate instance4
451   echo gnt-instance replace-disks -n node16 instance4
452   echo step 4
453   echo gnt-instance replace-disks -n node2 instance48
454   echo gnt-instance migrate instance48
455   echo step 5
456   echo gnt-instance replace-disks -n node16 instance93
457   echo gnt-instance migrate instance93
458   echo step 6
459   echo gnt-instance replace-disks -n node2 instance89
460   echo gnt-instance migrate instance89
461   echo step 7
462   echo gnt-instance replace-disks -n node16 instance5
463   echo gnt-instance migrate instance5
464   echo step 8
465   echo gnt-instance migrate instance94
466   echo gnt-instance replace-disks -n node16 instance94
467   echo step 9
468   echo gnt-instance migrate instance44
469   echo gnt-instance replace-disks -n node15 instance44
470   echo step 10
471   echo gnt-instance replace-disks -n node16 instance62
472   echo step 11
473   echo gnt-instance replace-disks -n node16 instance13
474   echo step 12
475   echo gnt-instance replace-disks -n node7 instance19
476   echo step 13
477   echo gnt-instance replace-disks -n node1 instance43
478   echo step 14
479   echo gnt-instance replace-disks -n node4 instance1
480   echo step 15
481   echo gnt-instance replace-disks -n node17 instance58
482
483 Final cluster status:
484 N1 Name   t_mem f_mem r_mem t_dsk f_dsk pri sec  p_fmem  p_fdsk
485    node1  32762  7280  6000  1861  1026   4   4 0.22221 0.55179
486    node2  32762  7280  6000  1861  1026   4   4 0.22221 0.55179
487    node3  32762  7280  6000  1861  1026   4   4 0.22221 0.55179
488    node4  32762  7280  6000  1861  1026   4   4 0.22221 0.55179
489    node5  32762  7280  6000  1861  1078   4   5 0.22221 0.57947
490    node6  32762  7280  6000  1861  1026   4   4 0.22221 0.55179
491    node7  32762  7280  6000  1861  1026   4   4 0.22221 0.55179
492    node8  32762  7280  6000  1861  1026   4   4 0.22221 0.55179
493    node9  32762  7280  6000  1861  1026   4   4 0.22221 0.55179
494    node10 32762  7280  6000  1861  1026   4   4 0.22221 0.55179
495    node11 32762  7280  6000  1861  1022   4   4 0.22221 0.54951
496    node12 32762  7280  6000  1861  1026   4   4 0.22221 0.55179
497    node13 32762  7280  6000  1861  1022   4   4 0.22221 0.54951
498    node14 32762  7280  6000  1861  1022   4   4 0.22221 0.54951
499    node15 32762  7280  6000  1861  1031   4   4 0.22221 0.55408
500    node16 32762  7280  6000  1861  1060   4   4 0.22221 0.57007
501    node17 32762  7280  6000  1861  1006   5   4 0.22221 0.54105
502    node18 32762  7280  6000  1396   761   4   2 0.22221 0.54570
503    node19 32762  7280  6000  1861  1026   4   4 0.22221 0.55179
504    node20 32762 13280  6000  1861  1089   3   5 0.40535 0.58565
505
506 .fi
507 .in
508
509 Here we see, beside the step list, the initial and final cluster
510 status, with the final one showing all nodes being N+1 compliant, and
511 the command list to reach the final solution. In the initial listing,
512 we see which nodes are not N+1 compliant.
513
514 The algorithm is stable as long as each step above is fully completed,
515 e.g. in step 8, both the migrate and the replace-disks are
516 done. Otherwise, if only the migrate is done, the input data is
517 changed in a way that the program will output a different solution
518 list (but hopefully will end in the same state).
519
520 .SH SEE ALSO
521 .BR hn1 "(1), " hscan "(1), " ganeti "(7), " gnt-instance "(8), "
522 .BR gnt-node "(8)"