Будь ласка, використовуйте цей ідентифікатор, щоб цитувати або посилатися на цей матеріал:
http://elartu.tntu.edu.ua/handle/lib/50540| Назва: | Методи та засоби балансування трафіку між сервісами в service mesh на платформі Istio |
| Інші назви: | Methods and tools for traffic balancing between services in a service mesh on the Istio platform |
| Автори: | Дерягін, Віктор Леонідович Deriahin, Viktor |
| Приналежність: | Тернопільський національний технічний університет імені Івана Пулюя Ternopil Ivan Puluj National Technical University |
| Бібліографічний опис: | Дерягін В.Л. Методи та засоби балансування трафіку між сервісами в service mesh на платформі Istio : кваліфікаційна робота на здобуття ступеня магістр: спец. 123 — комп’ютерна інженерія / наук.кер. Н.С. Луцик. — Тернопіль: ТНТУ, 2025. — 82 с. |
| Bibliographic description: | Deriahin V. Methods and tools for traffic balancing between services in a service mesh on the Istio platform : Master Thesis „123 — Computer Engineering“ / Viktor Deriahin - Ternopil, TNTU, 2025 – 82 p. |
| Дата публікації: | 15-гру-2025 |
| Дата подання: | 22-чер-2025 |
| Дата внесення: | 22-гру-2025 |
| Видавництво: | Тернопільський національний технічний університет імені Івана Пулюя |
| Країна (код): | UA |
| Місце видання, проведення: | Тернопільський національний технічний університет імені Івана Пулюя |
| Науковий керівник: | Луцик, Надія Степанівна Lutsyk, Nadiia |
| Члени комітету: | Литвиненко, Ярослав Володимирович Lytvynenko, Iaroslav |
| УДК: | 004.75 |
| Теми: | 123 комп’ютерна інженерія мікросервісна архітектура service mesh Istio балансування навантаження маршрутизація трафіку продуктивність латентність microservice architecture load balancing traffic routing performance latency |
| Кількість сторінок: | 82 |
| Короткий огляд (реферат): | Кваліфікаційна робота присвячена дослідженню ефективності взаємодії мікросервісів у розподілених програмних системах з використанням service mesh платформи Istio. У роботі виконано аналіз архітектури мікросервісних систем, розглянуто концепцію service mesh та проведено порівняльний огляд існуючих реалізацій. Основну увагу зосереджено на механізмах управління трафіком в Istio та алгоритмах балансування навантаження.
У межах роботи спроєктовано експериментальне середовище на базі Kubernetes кластера з Istio service mesh та розроблено методику навантажувального тестування з різними профілями навантаження. Проведено експериментальне дослідження алгоритмів round-robin, least connections та random з використанням метрик латентності, пропускної здатності, частоти помилок і рівномірності розподілу запитів. Отримані результати дозволили сформулювати практичні рекомендації щодо вибору алгоритму балансування навантаження залежно від характеристик мікросервісної системи та умов її експлуатації. This thesis investigates the efficiency of microservice interaction in distributed software systems using the Istio service mesh platform. The paper analyzes the architecture of microservice systems, examines the service mesh concept, and conducts a comparative review of existing implementations. Primary attention is focused on traffic management mechanisms in Istio and load balancing algorithms. As part of the study, an experimental environment was designed based on a Kubernetes cluster with the Istio service mesh, and a load testing methodology using various load profiles was developed. Experimental research was conducted on the round-robin, least connections, and random algorithms using metrics such as latency, throughput, error rate, and request distribution uniformity. The obtained results allowed for the formulation of practical recommendations regarding the selection of a load balancing algorithm depending on the characteristics of the microservice system and its operating conditions. |
| Зміст: | ПЕРЕЛІК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ СИМВОЛІВ, ОДИНИЦЬ, СКОРОЧЕНЬ І ТЕРМІНІВ 8 ВСТУП РОЗДІЛ 1 АНАЛІЗ АРХІТЕКТУРИ МІКРОСЕРВІСІВ ТА ТЕХНОЛОГІЙ SERVICE MESH 12 1.1. Архітектура мікросервісів та проблеми міжсервісної взаємодії 12 1.2. Призначення та реалізації service mesh 14 1.3. Архітектура платформи Istio 16 1.4. Огляд алгоритмів балансування навантаження в Istio 19 1.5. Аналіз існуючих досліджень та підходів до оптимізації трафіку 22 1.6. Висновки до розділу 1 24 РОЗДІЛ 2 МЕТОДИКА ДОСЛІДЖЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ АЛГОРИТМІВ БАЛАНСУВАННЯ НАВАНТАЖЕННЯ 25 2.1. Формалізація критеріїв ефективності маршрутизації трафіку 25 2.2. Проєктування експериментального середовища 31 2.3. Методика проведення експериментів 35 2.4. Методи аналізу та обробки результатів 41 2.5. Висновки до розділу 2 43 РОЗДІЛ 3 ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ АЛГОРИТМІВ БАЛАНСУВАННЯ В ISTIO SERVICE MESH 44 3.1. Розгортання тестової інфраструктури 44 3.2. Проведення експериментів 46 3.3. Результати вимірювання латентності 48 3.4. Результати вимірювання частоти помилок 52 3.5. Результати аналізу розподілу навантаження 53 3.6. Аналіз дворівневого балансування 56 3.7. Порівняльний аналіз алгоритмів 58 3.8. Висновки до розділу 3 61 РОЗДІЛ 4 ОХОРОНА ПРАЦІ ТА БЕЗПЕКА В НАДЗВИЧАЙНИХ СИТУАЦІЯХ 62 4.1. Охорона праці 62 4.2. Безпека в надзвичайних ситуаціях 64 4.2.1. Джерела виникнення шуму і вібрацій. Заходи і засоби від шуму і вібрацій, гігієнічні та допустимі норми 64 4.2.2. Основи фізіології праці й комфортних умов життєдіяльності. Класифікація основних форм діяльності людини. Особливості фізичної та розумової праці. 66 ВИСНОВКИ 68 СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ 70 Додаток A Тези конференцій |
| URI (Уніфікований ідентифікатор ресурсу): | http://elartu.tntu.edu.ua/handle/lib/50540 |
| Власник авторського права: | © Дерягін Віктор Леонідович, 2025 © Deriahin Viktor, 2025 |
| Перелік літератури: | Луцик Н.С., Луцків А.М., Осухівська Г.М., Тиш Є.В. ПрЛуцик Н.С., Луцків А.М., Осухівська Г.М., Тиш Є.В. Методичні рекомендації до виконання кваліфікаційної роботи магістра для студентів спеціальності 123 «Комп’ютерна інженерія» другого (магістерського) рівня вищої освіти усіх форм навчання. Тернопіль. ТНТУ. 2024. 44 с.ограма та методичні рекомендації з проходження практики за тематикою кваліфікаційної роботи для студентів спеціальності 123 «Комп’ютерна інженерія» другого (магістерського) рівня вищої освіти усіх форм навчання. Тернопіль. ТНТУ. 2024. 45 с. Варавін А.В., Лещишин Ю.З., Чайковський А.В. Методичні вказівки до виконання курсового проєкту з дисципліни «Дослідження і проєктування комп’ютерних систем та мереж» для здобувачів другого (магістерського) рівня вищої освіти спеціальності 123 «Комп’ютерна інженерія» усіх форм навчання. Тернопіль. ТНТУ, 2024. 32 с. Микитишин А.Г., Митник М.М., Стухляк П. Д. Телекомунікаційні системи та мережі. Тернопіль: Тернопільський національний технічний університет імені Івана Пулюя, 2017. 384 с. Fowler M., Lewis J. Microservices: a definition of this new architectural term. 2014. URL: https://martinfowler.com/articles/microservices.html (дата звернення: 18.11.2025). Newman S. Building Microservices: Designing Fine-Grained Systems. 2nd ed. Sebastopol: O'Reilly Media, 2021. 616 p. ISBN: 978-1492034025. Velepucha V., Flores P. A Survey on Microservices Architecture: Principles, Patterns and Migration Challenges. IEEE Access. 2023. Vol. 11. P. 88339–88358. DOI: 10.1109/ACCESS.2023.3305687. Свергун С., Жаровський Р. Тестування програмного забезпечення побудованого на мікросервісній архітектурі. Матеріали X науково-технічної конференції Тернопільського національного технічного університету імені Івана Пулюя «Інформаційні моделі системи та технології» (7-8 грудня 2022 року). Тернопіль: ТНТУ. 2022. C. 92. Söylemez M., Tekinerdogan B. Challenges and Solution Directions of Microservice Architectures: A Systematic Literature Review. Applied Sciences. 2022. Vol. 12, No. 11. Article 5507. DOI: 10.3390/app12115507. Дячук, О.А.; Жаровський, Р.О. Використання SDN для оптимізації передачі даних в комп’ютерних мережах. Матеріали XІ науково-технічна конференція Тернопільського національного технічного університету імені Івана Пулюя «Інформаційні моделі системи та технології» (13-14 грудня 2023 року). Тернопіль: ТНТУ. 2023. C. 149-150. Ковтун, Н.; Жаровський, Р. Аналіз засобів протидії вторгненням і атакам на комп’ютерні системи. Матеріали XІI Міжнародна науково-технічна конференція молодих учених та студентів «Актуальні задачі сучасних технологій» (6-7 грудня 2023 року). Тернопіль: ТНТУ. 2023. C. 453-454. Istio Documentation. URL: https://istio.io/latest/docs/ (дата звернення: 18.11.2025). Envoy Proxy Documentation. Load Balancing. URL: https://www.envoyproxy.io/docs/envoy/latest/intro/arch_overview/upstream/load_balancing/load_balancing (дата звернення: 18.11.2025). LiveWyer. Service Meshes Decoded: A Performance Comparison of Istio vs Linkerd vs Cilium. 2024. URL: https://livewyer.io/blog/2024/05/08/comparison-of-service-meshes/ (дата звернення: 18.11.2025). Bhattacharya R., Gao Y., Wood T. Dynamically Balancing Load with Overload Control for Microservices. ACM Transactions on Autonomous and Adaptive Systems. 2024. Vol. 19, No. 4. Article 22. P. 1–23. DOI: 10.1145/3676167. Дерягін В.Л., Дрогобицький М.В., Луцик Н.С. Засоби автоматичної оптимізації трафіку між мікросервісами в Istio service mesh: Праці XІV наук.-техн. конф. (Тернопіль, ТНТУ ім. І. Пулюя, 11 -12 грудня 2025 р.) с. 255-257. Дерягін В.Л., Дрогобицький М.В., Луцик Н.С. Методи моніторингу та оптимізації взаємодії мікросервісів в Istio service mesh: Праці XІІI наук.-техн. конф. (Тернопіль, ТНТУ ім. І. Пулюя, 17 -18 грудня 2025 р.) с. 111. Zhou J., Li X., Wang Q., Qin X., Miao W., Tian J. Balancing Load: An Adaptive Traffic Management Scheme for Microservices. 2022 IEEE 28th International Conference on Parallel and Distributed Systems (ICPADS). Hainan, China, 2023. P. 641–648. DOI: 10.1109/ICPADS56603.2022.00089. Saxena D., Bhowmik B. Ways of Balancing Load in Microservice Architecture. Recent Advances in Signals and Systems. Springer, 2024. P. 379–396. DOI: 10.1007/978-981-97-4657-6_28. Wan F., Wu X., Zhang Q. Chain-oriented Load Balancing in Microservice System. 2020 World Conference on Computing and Communication Technologies (WCCCT). Ho Chi Minh City, Vietnam, 2020. P. 10–14. DOI: 10.1109/WCCCT49815.2020.9036926. Waseem M., Liang P., Shahin M. A Systematic Mapping Study on Microservices Architecture in DevOps. Journal of Systems and Software. 2020. Vol. 170. Article 110798. DOI: 10.1016/j.jss.2020.110798. Bremler-Barr A., Harchol Y., Hay D., Lavi O., Mishali O. Technical Report: Performance Comparison of Service Mesh Frameworks: the MTLS Test Case. arXiv preprint. 2024. arXiv:2411.02267. 12 p. Zhou X., Peng X., Xie T., Sun J., Ji C., Li W., Ding D. Fault Analysis and Debugging of Microservice Systems: Industrial Survey, Benchmark System, and Empirical Study. IEEE Transactions on Software Engineering. 2021. Vol. 47, No. 2. P. 243–260. DOI: 10.1109/TSE.2018.2887384. Harchol-Balter M. Performance Modeling and Design of Computer Systems: Queueing Theory in Action. Cambridge: Cambridge University Press, 2013. 576 p. ISBN: 978-1107027503. DOI: 10.1017/CBO9781139226424. Cui J., Chen P., Yu G. A Learning-based Dynamic Load Balancing Approach for Microservice Systems in Multi-cloud Environment. 2020 IEEE 26th International Conference on Parallel and Distributed Systems (ICPADS). Hong Kong, 2020. P. 334–341. DOI: 10.1109/ICPADS51040.2020.00053. Zhong Z., Xu M., Rodriguez M.A., Xu C., Buyya R. Machine Learning-based Orchestration of Containers: A Taxonomy and Future Directions. ACM Computing Surveys. 2022. Vol. 54, No. 10s. Article 217. P. 1–35. DOI: 10.1145/3510415. Carrión C. Kubernetes Scheduling: Taxonomy, Ongoing Issues and Challenges. ACM Computing Surveys. 2022. Vol. 55, No. 7. Article 138. P. 1–37. DOI: 10.1145/3539606. Toka L., Dobreff G., Fodor B., Sonkoly B. Machine Learning-Based Scaling Management for Kubernetes Edge Clusters. IEEE Transactions on Network and Service Management. 2021. Vol. 18, No. 1. P. 958–972. DOI: 10.1109/TNSM.2021.3052837. Liu J., Wang Q., Zhang S., Hu L., Da Silva D. Sora: A Latency Sensitive Approach for Microservice Soft Resource Adaptation. 24th International Middleware Conference (Middleware '23). Bologna, Italy, 2023. P. 1–14. DOI: 10.1145/3590140.3629109. Yarygina T., Bagge A.H. Overcoming Security Challenges in Microservice Architectures. 2018 IEEE Symposium on Service-Oriented System Engineering (SOSE). Bamberg, Germany, 2018. P. 11–20. DOI: 10.1109/SOSE.2018.00011. Bremler-Barr A., Harchol Y., Hay D., Lavi O., Mishali O. Technical Report: Performance Comparison of Service Mesh Frameworks: the MTLS Test Case. arXiv preprint. 2024. arXiv:2411.02267. 12 p. Fortio Documentation. Load Testing Tool. URL: https://fortio.org (дата звернення: 28.11.2025). Gan Y., Zhang Y., Cheng D., et al. An Open-Source Benchmark Suite for Microservices and Their Hardware-Software Implications for Cloud and Edge Systems. 24th International Conference on Architectural Support for Programming Languages and Operating Systems (ASPLOS). Providence, RI, 2019. P. 3–18. DOI: 10.1145/3297858.3304013. Kiali Documentation. URL: https://kiali.io/docs/ (дата звернення: 28.11.2025). Box G.E.P., Muller M.E. A Note on the Generation of Random Normal Deviates. The Annals of Mathematical Statistics. 1958. Vol. 29, No. 2. P. 610–611. DOI: 10.1214/aoms/1177706645. Закон України «Про охорону праці» №2694-XII. URL: https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/2694-12 (дата звернення: 05.12.2025). ДСН 3.3.6.037-99 Санітарні норми виробничого шуму, ультразвуку та інфразвуку. URL: https://zakon.rada.gov.ua/rada/show/va037282-99 (дата звернення: 05.12.2025). ДСН 3.3.6.039-99. Державні санітарні норми виробничої загальної та локальної вібрації. URL: https://zakon.rada.gov.ua/rada/show/va039282-99 (дата звернення: 05.12.2025). Наказ Міністерства охорони здоров’я України від 08.04.2014 № 248 «Про затвердження Державних санітарних норм та правил “Гігієнічна класифікація праці за показниками шкідливості та небезпечності факторів виробничого середовища, важкості та напруженості трудового процесу”». URL: https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/z0472-14 (дата звернення: 05.12.2025). ДСН 3.3.6.042-99. Санітарні норми мікроклімату виробничих приміщень. URL: https://zakon.rada.gov.ua/rada/show/va042282-99 (дата звернення: 05.12.2025). Стручок В.С. Методичний посібник для здобувачів освітнього ступеня «магістр» всіх спеціальностей денної та заочної (дистанційної) форм навчання «Безпека в надзвичайних ситуаціях». Тернопіль: ФОП Паляниця В. А. 2022. 155 с. Стручок В.С. Навчальний посібник « Техноекологія та цивільна безпека. Частина «Цивільна безпека» . Тернопіль: ФОП Паляниця В. А. 2022. 150 с. |
| Тип вмісту: | Master Thesis |
| Розташовується у зібраннях: | 123 — комп’ютерна інженерія |
Файли цього матеріалу:
| Файл | Опис | Розмір | Формат | |
|---|---|---|---|---|
| Viktor_Deriahin.pdf | 6,06 MB | Adobe PDF | Переглянути/відкрити |
Усі матеріали в архіві електронних ресурсів захищені авторським правом, всі права збережені.
Інструменти адміністратора