Load-balancing

Mit Lastverteilung (auch Lastverbund, engl. load balancing) werden Verfahren beschrieben, um bei der Speicherung, dem Transport und der Verarbeitung von Objekten vorgegebene Kapazitätsgrenzen einzuhalten.

Lastverteilung in der Computertechnik

In der Computertechnik werden umfangreiche Berechnungen oder große Mengen von Anfragen mittels Lastverteilung auf mehrere parallel arbeitende Systeme verteilt. Dies kann sehr unterschiedliche Ausprägungen haben. Eine einfache Lastverteilung findet zum Beispiel auf Rechnern mit mehreren Prozessoren statt. Jeder Prozess kann auf einem eigenen Prozessor ausgeführt werden. Die Art der Verteilung der Prozesse auf Prozessoren kann dabei einen großen Einfluss auf die Gesamtperformance des Systems haben, da z. B. der Cache-Inhalt lokal für jeden Prozessor ist.

Ein anderes Verfahren findet man in Computerclustern. Hierbei bilden mehrere Rechner einen Verbund, der sich nach außen meistens wie ein einzelnes System verhält. Dies wird mit Server Load Balancing-Verfahren realisiert. Einige mögliche Verfahren sind das Vorschalten eines Computers, der die Anfragen aufteilt oder die Verwendung von DNS mit dem Round-Robin-Verfahren.

Lastverteilung wird ebenfalls bei Daten- / Sprachleitungen verwendet um den Verkehrsfluss auf parallel geführte Leitungen zu verteilen. In der Praxis treten jedoch häufig Probleme dabei auf, den Daten- / Sprachverkehr gleichmäßig auf beide Leitungen zu verteilen. Es wird daher meist die Lösung implementiert, dass eine Leitung als Hin- und die zweite Leitung als Rückkanal Verwendung findet.

Lastverteilung findet auch bei großen Server-Farmen statt, die z. B. der Beantwortung von HTTP-Anfragen dienen. Dort sind Systeme vorgeschaltet (Frontend Server), die nach festgelegten Kriterien die einzelnen Anfragen auf die Backend Server verteilen. Dabei können zusätzliche Informationen aus dem HTTP-Request verwendet werden, um alle zu einer Session mit einem Benutzer gehörenden Pakete an den gleichen Server zu schicken. Dies ist auch bei der Nutzung von SSL zur Verschlüsselung der Kommunikation wichtig, damit nicht für jede Anfrage ein neuer SSL-Handshake durchgeführt werden muss.

Eine gute Umsetzung einer Lastverteilung erfordert immer Informationen darüber, wie die Auslastung der Zielsysteme aussieht.

Unter dem Begriff load balancing wird im weitesten Sinne auch ein Mechanismus zur Ausfallsicherheit verstanden: durch den Aufbau eines Clusters (siehe: Computercluster) und der Verteilung der Anfragen auf einzelne Systeme, erreicht man eine Erhöhung der Ausfallsicherheit, sofern der Ausfall eines Systems erkannt und die Anfragen automatisch an ein anderes System abgegeben werden (siehe auch: Hochverfügbarkeit bzw. High-Availability, "HA").

Lastverteilung in der Informationsverarbeitung

In der Informationsverarbeitung kann die Last der zu speichernden Entitäten durch Server Load Balancing-Software auf unterschiedliche Speichercluster verteilt werden. Kriterien für die Lastverteilung sind hier Zugriffsgeschwindigkeit und Übersichtlichkeit.

Lastverteilung in der Energietechnik

In der Energietechnik kann durch Lastmanagement-Maßnahmen der Bezug von elektrischer Energie vergleichmäßigt werden. Dabei steht die Minimierung von Verbrauchsspitzen im Vordergrund.

Wird beispielsweise eine Maschinenhalle mit vielen Maschinen angefahren, erfordert dies (im Gegensatz zum Regelbetrieb) eine sehr hohe Spitzenlast. Üblicherweise müssen Stromlieferanten darum Reservekapazitäten (z. B. in Form von Energiespeichern oder kurzfristig zuschaltbaren Generatoren) bereithalten. Auch kann es dadurch zur temporären Überlastung der beteiligten Infrastruktur wie z. B. Transformatoren und Stromleitungen kommen. Stehen die Maschinen jedoch mit einem Lastverbund-Leitrechner in Verbindung, kann dieser die Maschinen auf deren Anforderung hin minimal zeitversetzt anfahren oder lastabwurffähige Geräte (z. B. Kühlaggregate oder elektrische Öfen) kurzfristig abstellen.

Lastverbünde werden somit präventiv gesteuert. Im optimalen Fall werden so Leistungsspitzen vermieden bzw. erheblich abgemildert. Dies wiederum führt dazu, dass durch die gleichmäßige Ausnutzung der Kapazitäten im Erzeugungs- und Übertragungsbereich geringer dimensionierte Anlagen benötigt werden. Industrielle Verbraucher können bei intelligenter Vermeidung von Spitzenlasten ihre Energiekostenrechnung reduzieren, indem ein geringerer Betrag für den Leistungspreisanteil anfällt.

Auch im Gasnetz gibt es die Möglichkeit eines Lastabwurfes im Netzmanagement. Dieser ist vertraglich mit Großverbrauchern (z. B. GuD-Kraftwerk, Heizzentrale) geregelt, die für kurze Zeit auf Ersatzbrennstoffe (z. B. Heizöl) ausweichen können, und resultiert in günstigeren Bezugspreisen. Dadurch lassen sich Verbrauchsspitzen im Winter oder Störungen besser ausregeln.

Siehe auch: Demand Side Management

Lastverteilung in der Logistik

Die MV Ivory Tirupati in Schieflage

In der Logistik kommt die Lastverteilung im traditionellen Sinne bei der Beladung von Fahrzeugen zur Anwendung (Lastverteilungsplan). Lastverteilung erfolgt auch in der Lagerhaltung, wo die Grenzen der Flächenbelastung pro Quadratmeter eingehalten werden müssen. Plan, nachdem ein Fahrzeug, Flugzeug oder Schiff beladen werden muss, sodass Stabilität und alle Vorgaben (Gesamtlast, Achslast, Schwerpunkt,...)gegeben sind.

Lastverteilung in der Statik

in der Baustatik und Technischen Mechanik werden für Balken und Bauteile idealisiert die Lastfälle Streckenlast und/oder Einzellast angenommen. Mit diesen Lastannahmen und mit Hilfe der weiteren statischen Berechnungen können Längs-, Querkraft- und Momentenflächen bestimmt werden, die grundlegend für eine nachfolgende Festigkeitsberechnung der Bauteile sind.

Siehe auch

• Computercluster
• Symmetrisches Multiprozessorsystem (SMP)
• Content-Switch
• Akamai