In dynamic load balancing, we wish to distribute balls into bins in an environment where both balls and bins can be added and removed. We want to minimize the maximum load of any bin but we also want to minimize the number of balls and bins affected when adding or removing a ball or a bin. We want a hashing-style solution where we given the ID of a ball can find its bin efficiently. We are given a balancing parameter $c=1+\epsilon$, where $\epsilon\in (0,1)$. With $n$ and $m$ the current numbers of balls and bins, we want no bin with load above $C=\lceil c n/m\rceil$, referred to as the capacity of the bins. We present a scheme where we can locate a ball checking $1+O(\log 1/\epsilon)$ bins in expectation. When inserting or deleting a ball, we expect to move $O(1/\epsilon)$ balls, and when inserting or deleting a bin, we expect to move $O(C/\epsilon)$ balls. Previous bounds were off by a factor $1/\epsilon$. These bounds are best possible when $C=O(1)$ but for larger $C$, we can do much better: Let $f=\epsilon C$ if $C\leq \log 1/\epsilon$, $f=\epsilon\sqrt{C}\cdot \sqrt{\log(1/(\epsilon\sqrt{C}))}$ if $\log 1/\epsilon\leq C<\tfrac{1}{2\epsilon^2}$, and $C=1$ if $C\geq \tfrac{1}{2\epsilon^2}$. We show that we expect to move $O(1/f)$ balls when inserting or deleting a ball, and $O(C/f)$ balls when inserting or deleting a bin. For the bounds with larger $C$, we first have to resolve a much simpler probabilistic problem. Place $n$ balls in $m$ bins of capacity $C$, one ball at the time. Each ball picks a uniformly random non-full bin. We show that in expectation and with high probability, the fraction of non-full bins is $\Theta(f)$. Then the expected number of bins that a new ball would have to visit to find one that is not full is $\Theta(1/f)$. As it turns out, we obtain the same complexity in our more complicated scheme where both balls and bins can be added and removed.


翻译:在动态负荷平衡中, 我们希望在可以添加和移除球和球的环境下将球分解到球中。 我们想要将任何球的最大负载最小化, 但我们也想要在添加或删除球或宾时将受影响球和宾的数量最小化。 我们希望在给球的标识中找到它的垃圾桶, 给我们一个平衡参数 $=1\ efslon$, 其中美元= 百分数为 0, 1美元。 当目前球和宾的数量为美元时, 我们想要用大于 $\\ c\\\ c\\\ mrce$, 我们想要用更大的球来最小化。 我们提出一个方案, 我们用1+O( log 1/\ liqlon) 来定位球的标识。 当插入或删除一个球时, 我们期望用美元( 1/ comml) $ 美元( 美元) 和 美元 美元来移动, 当我们插入或删除一个 bin, 我们用 $ (c\\) 美元 美元 来显示这些 开始一个要素 。

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