JP2005182641A - 動的負荷分散システム及び動的負荷分散方法 - Google Patents

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Abstract


【課題】 負荷を効率よく分散することができる動的負荷分散システム及び動的負荷分散方法の提供。
【解決手段】 複数のWebサーバ15a〜15eが複数の業務A〜Cを分散して処理する際、インターネット3の外側においてレスポンスを監視し且つサーバ15a〜15e側のCPU使用率等のリソースを監視し、予め定めたスケジュールルール30に応じて各サーバ15a〜15eに対する業務の振り分けを行い、更に予め設定したレスポンスルール31の閾値を越えてレスポンスタイムが遅くなったサーバを検出したときや、予め設定したサーバリソースルール33の上限値を越えてCPU使用率が高いサーバを検出したとき、サーバ監視・制御エージェント20が各Webサーバに対する複数の業務A〜Cの割り振りを動的に変更する。
【選択図】 図1

Description

本発明は、ネットワークを介して複数のサーバが業務の分散処理を行うコンピュータシステムにおける動的負荷分散システム及び動的負荷分散方法に係り、特に各サーバにおける負荷を効率よく分散することができる動的負荷分散システム及び動的負荷分散方法に関する。
一般に近年のコンピュータシステムでは、インターネット等の通信回線網を介して複数の業務処理サービスを行うものが実現されており、この業務処理サービスを提供するサイト(Webサイト)では、ユーザにストレスのないアクセスレスポンスを提供するために、同一の業務処理サービスを有する複数のWebサーバを設置し、ユーザアクセスを複数のWebサーバに振り分けることにより個々のWebサーバにかかる負荷を分散させることが行われている。
このようなシステムは例えば下記特許文献に記載されている如く、ネットワークにおけるサービス負荷分散技術であって、同種のサービス提供サーバが複数登録されたサービス提供サイトがユーザ端末からの求めに応じてサービス情報を提供するネットワークにおいて、各サービス提供サーバの負荷状況を検出する負荷分散処理部と、サービス提供サーバの各IPアドレスをサービス提供サイトのドメイン名に対応させて記憶するデータベースをと備え、端末からのドメイン名を指定してサービス情報の提供要求が受信されると、前記負荷分散処理部によって検出された各サービス提供サーバの負荷状況に基づいて、負荷が軽い方のサービス提供サーバのIPアドレスを当該端末に通知するIPアドレス通知手段とを具備したサービス負荷分散技術が提案されている。
この従来技術は、負荷分散処理部とIPアドレス通知手段とを各サービス提供サーバが接続されるルータ上に設け、かつ、サービス提供サーバのルータへの接続を検出したとき、各サービス提供サーバに自動的にIPアドレスを割り当てた後、このIPアドレスをIPアドレス通知手段に通知するIPアドレス割当手段とを設け、前記IPアドレス通知手段が、前記IPアドレス割当手段から通知されたIPアドレスを前記データベースに登録することにより、サービス提供サーバへのIPアドレスの割当を予め行う必要が無く、従って手作業によるデータベースへのIPアドレスの登録作業を省略できるものである。
このように特許文献に記載の負荷分散装置は、ルータ上にその負荷分散処理の仕組みを設けているが、外部ネットワークからの要求を一元的に管理し、同等の機能を持つ複数のサーバに要求を分散して送信し、各サーバが快適な応答速度を保つことを目的としているロードバランサ(負荷分散装置)と呼ばれる専用装置が使用されている。
特開2000−293496号公報
前述した従来技術は、単純な業務サービスに適用する分には各サーバに要求を均等に配分する負荷分散装置があれば効果が期待できるものの、サーバの能力にばらつきがある場合は、各サーバの反応速度に応じて要求を転送するなど、高度な機能を持つ負荷分散装置が必要になる。特にコンピュータシステムは、当初の設計段階の仕様から増設することが多く、またコンピュータ自体の技術的進歩が早いために、サーバの能力にばらつきが生じる可能性が大きい。
現実に市販されているロードバランサと呼ばれる負荷分散装置は、クライアントからのサーバへのアクセス要求を受けるとロードバランサに接続された複数台のサーバの中から、設定された負荷分散アルゴリズムに従って最適なサーバを選択し、そのサーバに処理を割り振ることが行われている。この利用可能なサーバ群の中から最適なサーバを選択する負荷分散アルゴリズムにはさまざまなものが存在し、例えば、順番にサーバが選択されるラウンドロビン方式や、処理しているコネクション数が最少のサーバを選択する最少接続方式や、一番速く応答しているサーバを選択する最速方式などが一般的に使われている。
前述した従来技術は、負荷分散装置を用いて複数のWebサーバにユーザアクセスを振り分けることにより、各Webサーバの負荷の均一化を図り、特定のWebサーバにアクセスが偏ることを避けることができ、Webサーバを追加することによりWebサイト全体のパフォーマンスを向上することが比較的簡単に可能である。
しかしながら従来技術は、負荷分散装置がその時点において指定されているサーバ数を超えてユーザアクセスを割り振ることはできないと言う不具合があった。即ち、従来技術は、ユーザアクセスを割り振るサーバを自動的に追加することはできず、追加するためにはWebサイトの再構築および負荷分散装置の設定変更が必要となると言う不具合があった。
一方、ネットワークを介して複数のサーバが業務の分散処理を行うコンピュータシステムは、ユーザアクセス数が時と場合により大幅に増減する傾向にあり、特にWebサービス・システムの場合、不特性多数のユーザ数がアクセスするため、アクセス数の変動は顕著である。従って、このようなコンピュータシステムは、サービスのレベルであるストレスをユーザに与えないレスポンス・タイムを堅守するには、早め早めにサーバの追加を行い、レスポンス・タイムの低下を未然に防ぐ必要がある。しかしながら、レスポンス・タイムの悪化が一過性のものであった場合には、追加したサーバは余剰であるため、結果として過剰投資となってしまうと言う不具合があった。
また、Webサービスにおいても常に一貫して稼動率が高いことはそう多くなく、大抵の場合、処理が集中する時間帯、時期といったピーク・タイムが存在する。そのため、ピーク・タイムに合わせたWebサイト構築を行うと、大部分を占める平常時においては必要以上のサーバ・リソースが有り余っていることになり、必ずしも効率がよいとはいえないと言う不具合もあった。
以上のように、従来技術においては、Webサイトのサービスレベルを一定以上に保つには、十分なサーバ・リソースを用意することが効果的であるが、必ずしもユーザアクセス数は予測可能でないためリスクが大きく、このことがWebサイトのサービスレベルを最適化することが困難であると言う不具合があった。
本発明の目的は、前述の従来技術による不具合を除去することであり、Webサイトのサービスレベルを容易に最適化することができる動的負荷分散システム及び動的負荷分散方法を提供することである。換言すれば本願発明の目的は、複数のサーバにおける負荷を効率よく分散することができる動的負荷分散システム及び動的負荷分散方法を提供することである。
前記目的を達成するために本発明は、クライアントからの操作によってインターネットを介して複数業務を複数サーバを用いて処理するシステムの動的負荷分散システムにおいて、複数の業務処理を分散して処理する複数のサーバと、前記複数のサーバ毎の実行する業務を指示するサーバ監視・制御エージェントと、前記複数の業務に対するレスポンスを監視するレスポンス監視エージェントとを備え、前記サーバ監視・制御エージェントが、複数のサーバ毎のリソース及び複数の業務に対するレスポンス並びにルール情報に基づいて複数のサーバが個々に実行する業務を指示することを第1の特徴とする。
更に本発明は、前記動的負荷分散システムにおいて、サーバ監視・制御エージェントが、前記複数サーバ毎のCPU利用率を含むリソースを取得するサーバリソース情報取得部と、前記レスポンス監視エージェントから業務毎のレスポンスタイムを取得するレスポンス情報受信部と、前記複数業務毎に予め定めたレスポンスタイムの閾値を格納したレスポンスルール及び複数サーバ毎に予め定めたCPU利用率の上限値及び下限値を含むリソースルールとを格納する判定情報テーブルと、前記取得したリソース及びレスポンスタイムと前記格納したリソースルール及びレスポンスルールとを基に、複数のサーバに対して実行する業務を判定する業務割当て判定部とを備えることを第2の特徴とし、該第2の特徴の動的負荷分散システムにおいて、前記判定情報テーブルが、業務を実行するサーバを時刻により割り当てるスケジュールルールを含むことを第3の特徴とする。
更に本発明は、クライアントからの操作によってインターネットを介して複数業務を複数サーバを用いて分散処理をするシステムの動的負荷分散方法であって、複数の業務に対するレスポンス及び複数のサーバ毎のリソースを取得し、該取得したリソース及びレスポンス並びにルール情報に基づいて複数のサーバに対して個々に実行する業務を指示することを第4の特徴とする。
また本発明は、前記動的負荷分散方法において、前記複数サーバ毎のCPU利用率を含むリソースを取得すると共に、前記複数サーバの業務毎のレスポンスタイムを取得し、該取得したリソース及びレスポンスタイムと、複数業務毎に予め定めたレスポンスタイムの閾値を格納したレスポンスルール及び複数サーバ毎に予め定めたCPU利用率の上限値及び下限値を含むリソースルールとを比較し、複数のサーバに対して実行する業務を判定することを第4の特徴とし、この動的負荷分散方法において、業務を実行するサーバを時刻により割り当てるスケジュールルールを含むことを第6の特徴とする。
本発明による動的負荷分散システム及び動的負荷分散方法は、複数の業務に対するレスポンス及び複数のサーバ毎のリソースを取得し、該取得したリソース及びレスポンス並びにルール情報に基づいて複数のサーバに対して個々に実行する業務を指示することにより、クライアント側からみたレスポンスタイム及びサーバ側の負荷を監視し、これらレスポンスタイム及びサーバ負荷に応じて動的に業務に対するサーバを切り替えることができ、これによりWebサイトのサービスレベルを容易に最適化することができる。
以下、本発明による動的負荷分散システム及び動的負荷分散方法の一実施形態を図面を参照して詳細に説明する。図1は本実施形態を適用した動的負荷分散システムのシステム構成を説明するための図、図2は本実施形態によるレスポンス監視エージェント及びサーバ監視・制御エージェントを説明するための図、図3はサーバ割当てを変更するためのルール情報の例を示す図、図4はロードバランサにおけるサーバ割当て状況の例を示す図、図5はメールマネージャの処理フローチャートである。
<システム構成の説明>
本実施形態による動的負荷分散システムは、複数の業務A〜Cを提供するWebサイトを構成する複数のWebサーバ15a〜15eと、該複数のWebサーバ15a〜15eの負荷状態を監視して制御するサーバ監視・制御エージェント20と、各業務が稼動している適切なWebサーバ15a〜15eに割り振りを行うロードバランサ(負荷分散装置)4と、該ロードバランサ4とインターネット3を介して接続されるクライアントである複数のエンドユーザ1と、該エンドユーザ1側のレスポンスをシミュレートするレスポンス監視エージェント10、とから構成される。
前記Webサーバ15a〜15eは、複数の業務A/業務B/業務Cが含まれ、ある業務を複数のWebサーバで分担して業務を実行する様に構成されている。尚、全てのWebサーバ15a〜15dで全ての業務A〜Cが稼動していることはまれで、大抵は一部の業務が動作しており、図1においては網掛け太字で表示した業務が稼動している状態を表し、分りやすくするため各サーバ毎に1つの業務のみを割り当てた状態を示しているが、複数業務を割り当てることも可能である。
前記レスポンス監視エージェント10は、基本的にはエンドユーザ1側の動作をシミュレートするものであって、ユーザが各業務にブラウジングするのと同等の処理を定期的に行って、レスポンス・タイムを測定することにより、サービスレベルが悪化していないかの判断を行う機能を備える。尚、このレスポンス監視エージェント10はインターネット3の内側(右側)にあっても差し支えないが、できるだけクライアントの実動作に近づけるため、インターネット3の外側にあることが望ましい。
前記ロードバランサ4の右側に位置するサーバ監視・制御エージェント20は、前記レスポンス監視エージェント10がいわばクライアントサイドの観測値であるレスポンス・タイムを測定するのに対し、サーバ側の観測値である各サーバのサーバリソース(CPU使用率、メモリ使用率、etc)の監視を行う機能と、自身とレスポンス監視エージェント10からのレスポンス情報を元に、Webサーバ15a〜15dにおける業務の割当てを変更する機能を有し、このためサーバ監視エージェントと制御エージェントに分割することもできる。
前記レスポンス監視エージェント10は、図2に示す如く、インターネット3を介したWebサーバ15a〜15dの業務に対するレスポンスタイムを測定するWebレスポンス測定部11と、該レスポンス測定部11により測定したレスポンス情報をインターネット3を介してサーバ監視・制御エージェント20に送信するWebレスポンス情報送信部12とにより構成される。
尚、前記レスポンス監視エージェント10の各業務に対するアクセスは、ロードバランサ4の負荷分散機能により対象の業務が稼動している適当なWebサーバ15a〜15dに割り振られ、前記レスポンス情報の送信は、一般にレスポンス監視エージェント10とサーバ監視・制御エージェント20がインターネット3をまたいでいる場合には通常ファイアフォールを通さなければならないため、一例としてはメールを利用して情報を伝えることが考えられる。
また前記サーバ監視・制御エージェント20は、前述したレスポンス監視エージェント10から送られたWebレスポンス情報を受信するWebレスポンス情報受信部21と、前記Webサーバ15a〜15d毎のCPU使用率/メモリ使用率といった、サーバのパフォーマンスに影響を及ぼすリソーズ情報及びプログラムの稼動状況(特定プロセスの存在の有無)といったサーバ側情報を取得するサーバリソース情報取得部22と、前記Webレスポンス情報及びサーバ側情報を入力とし、これら情報を基に業務を割り当るサーバを増やすかどうかの判定を行う業務割当て業務割当て判定部23と、該判定部23の基準となる判定条件であるルール情報を格納する判定条件テーブル24と、前記業務割当て判定部23による判定結果に基づき各Webサーバ15a〜15dに業務の割り当てを行う業務割当て実行部25とから構成される。
<ルール情報の説明>
前記判定条件テーブル24に格納するルール情報は、図3に示す如く、スケジュールルール30とWebレスポンスルール31とサーバリソースルール33とに大別され、前記スケジュールルール30は、例えばルールNo1が、時間帯01:00〜03:00の深夜時間帯は、通常業務A及びBの実行に加えて保守業務である業務Cを追加し、業務Aをサーバ15a及び15bに割り当て、業務Bをサーバ15cに割り当て、業務Cをサーバ15d及び15eに割り当てる内容であり、ルールNo2が、時間帯03:00〜01:00の時間帯は、業務Aをサーバ15a〜15cに割り当て、業務Bをサーバ15d及び15eに割り当て、前記ルールNo1の時間帯では動的変更を行わず、それ以外の時間帯では、動的変更を行うという設定である。つまり、保守業務である業務処理Cを行う際には、サーバごとの業務の変更を固定し、それ以外の時間帯は業務に対するアクセス頻度によるサーバに対する業務の割当てが変化可能に設定している。尚、前記ルールNo1の時間帯においては、保守業務Cを優先するため通常業務A及びBの割当ては縮退処理を行うことが望ましい。尚、各業務内容については、後述する。
次にレスポンスルール31は、各業務に対するレスポンスタイムの上限値(閾値)と現在値とを比較し、現在値が所定の閾値以下か否かを判定するものであって、例えば、業務Aのレスポンス閾値は3秒以下、業務Bのレスポンス閾値は5秒以下、業務Cのレスポンス閾値は未設定と設定されている。
更にリソースルール33は、各Webサーバの上限のCPU使用率を90%未満、下限の使用率を10%に設定している。尚、CPU使用率が、90%を超えた場合は業務を割り当てるサーバ自体を増加させる必要が生じる。
さて、本実施形態においては、前記複数のルール情報を自在に組み合わせて指定しておき、監視情報を付き合わせることにより、業務割当てを変更する必要があると判断したとき、サーバ監視。制御エージェント20の業務割当て実行部25が、各Webサーバ15a〜15dへの業務割当ての変更(業務に対するWebページの有効/または無効)と、ロードバランサ4による各Webサーバ15a〜15dへのアクセスの割り振りの変更を行う。尚、前記ルール情報の優先順位は、各ルール間は任意に指定可能であり、各ルール内においては上から下である。
<業務/URL対応表。ロードバランス設定の説明>
本実施形態における複数の業務A〜Cに対する具体的URL及び処理内容は図4の業務−URL対応表40に示す如く設定されており、ロードバランサにおける業務割当て状況はサーバ割当て状況41の如く設定されており、例えば、業務Aのサービスを提供するURL(http://www.Read.com)は、Webサーバ15a1、15bに割り当てられ、同様に業務BのURLはWebサーバ15cに、業務CのURLはWebサーバの15d及び15eとに割り当てられている。
<動作説明>
本実施形態による動的負荷分散システム及び動的負荷分散方法を適用したコンピュータシステムは、前述の様に構成されるものであり、主に業務割当て判定部32及び割当て実行部25の処理動作を図5を参照して説明する。
本実施形態による動的負荷分散システムは、まず現在時刻を取得しスケジュール−ルを参照し(ステップ101)、このとき条件に合致したスケジュールルール30が前回のものとは異なるかどうかを判定し(ステップ102)、異なる場合には全サーバに関する業務割当ての変更を実施する(ステップ103)。即ち、本システムは、現在時刻の取得及び図3に示したスケジュールルール30を参照し、前回のルール30と異なる場合、例えば時間帯が変更した際には当該ルール30で定められたWebサーバの割り当てを実行する。
次に本システムは、前記ルール30を参照して動的変更の指定の有無を判定し(ステップ104)、該ステップ104において動的変更がない場合、即ち保守業務Cを優先すると設定されたことを判定した場合には処理を終了し、同ステップ104において動的変更の指定があると判定した場合には業務ごとのWebレスポンスの最新情報をWebレスポンスルール31を参照して得、レスポンス閾値を超えるものがあるかどうかを判定する(ステップ105)。
このステップ105において閾値を超えるものがある場合、本システムは、前記図3のサーバリソースルール33を参照して最も低負荷のサーバを捜し、該当業務の割り当てを実行する(ステップ108)。即ち、最もレスポンスタイムが規定値(閾値)を越えているサーバがある場合には、他のCPU使用率が低いWebサーバの当該業務を有効化して、業務の分散化を行う様に動作する。
前記ステップ105においてレスポンスの閾値を超えるものがない場合、本システムは、リソースルール33を参照してサーバリソースの上限閾値を超えるものがあるか否かを判定し(ステップ106)、該上限閾値を超えるものがあった場合、そのサーバに割当てられている業務を探し出した後(ステップ107)、同様に他のサーバにおける該当業務を有効化する。
更に本システムは、前記ステップ106においてサーバリソースの上限閾値を超えるものがないと判定した場合、サーバリソースの下限閾値を下回るものがあるか否かを判定し(ステップ109)、ある場合は、その業務が他のいずれのサーバでも動作していない場合を除き、割当てられている業務を無効化する(ステップ111)。尚、本処理は、予め定められた時間間隔のたびに実行されるものであるが、これに限定されるものではない。
この様に本実施形態による動的負荷分散システム及び動的負荷分散方法を適用したコンピュータシステムは、複数のWebサーバ15a〜15eが複数の業務A〜Cを分散して処理する際、インターネット3の外側においてシステムに対するレスポンスを監視すると共にインターネット3の内側においてサーバ15a〜15e側のCPU使用率等のリソースを監視し、予め定めたスケジュールルール30に応じて各サーバ15a〜15eに対する業務の振り分けを行い、更に予め設定したレスポンスルール31の閾値を越えてレスポンスタイムが遅くなったサーバを検出したときや、予め設定したサーバリソースルール33の上限値を越えてCPU使用率が高いサーバを検出したとき、サーバ監視・制御エージェント20が各Webサーバ15a〜15eに対する複数の業務A〜Cの割り振りを動的に変更することによって、Webサイトのサービスレベルを容易に最適化することができ、従って複数のサーバにおける負荷を効率よく分散することができる。
本発明は、IDC(インターネットデータセンタ)やISP(インターネットサービスプロバイダ)などサーバ数も提供するサービス数も多い環境にて最も効果を発揮するが、比較的小規模であっても、複数サーバ、複数業務を提供する場合には有効である。
本発明の一実施形態を適用した動的負荷分散システムのシステム構成を説明するための図。 本実施形態によるレスポンス監視エージェント及びサーバ監視・制御エージェントを説明するための図。 本実施形態によるサーバ割当てを変更するためのルール情報の例を示す図。 本実施形態によるロードバランサにおけるサーバ割当て状況の例を示す図。 本実施形態によるメールマネージャの処理フローチャート。
符号の説明
15a〜-15e:Webサーバ、1:エンドユーザ、3:インターネット、4:ロードバランサ、10:レスポンス監視エージェント、11:レスポンス測定部、12:レスポンス情報送信部、20:サーバ監視・制御エージェント、21:レスポンス情報受信部、22:サーバリソース情報取得部、23:判定部、24:判定条件テーブル、25:実行部、30:スケジュールルール、31:レスポンスルール、32:サーバリソースルール。

Claims (6)

  1. クライアントからの操作によってインターネットを介して複数業務を複数サーバを用いて処理するシステムの動的負荷分散システムであって、複数の業務処理を分散して処理する複数のサーバと、前記複数のサーバ毎の実行する業務を指示するサーバ監視・制御エージェントと、前記複数の業務に対するレスポンスを監視するレスポンス監視エージェントとを備え、前記サーバ監視・制御エージェントが、複数のサーバ毎のリソース及び複数の業務に対するレスポンス並びにルール情報に基づいて複数のサーバが個々に実行する業務を指示することを特徴とする動的負荷分散システム。
  2. サーバ監視・制御エージェントが、前記複数サーバ毎のCPU利用率を含むリソースを取得するサーバリソース情報取得部と、前記レスポンス監視エージェントから業務毎のレスポンスタイムを取得するレスポンス情報受信部と、前記複数業務毎に予め定めたレスポンスタイムの閾値を格納したレスポンスルール及び複数サーバ毎に予め定めたCPU利用率の上限値及び下限値を含むリソースルールとを格納する判定情報テーブルと、前記取得したリソース及びレスポンスタイムと前記格納したリソースルール及びレスポンスルールとを基に、複数のサーバに対して実行する業務を判定する業務割当て判定部とを備えることを特徴とする請求項1記載の動的負荷分散システム。
  3. 前記判定情報テーブルが、業務を実行するサーバを時刻により割り当てるスケジュールルールを含むことを特徴とする請求項2記載の動的負荷分散システム。
  4. クライアントからの操作によってインターネットを介して複数業務を複数サーバを用いて分散処理をするシステムの動的負荷分散方法であって、
    複数の業務に対するレスポンス及び複数のサーバ毎のリソースを取得し、該取得したリソース及びレスポンス並びにルール情報に基づいて複数のサーバに対して個々に実行する業務を指示することを特徴とする動的負荷分散方法。
  5. 前記複数サーバ毎のCPU利用率を含むリソースを取得すると共に、前記複数サーバの業務毎のレスポンスタイムを取得し、該取得したリソース及びレスポンスタイムと、複数業務毎に予め定めたレスポンスタイムの閾値を格納したレスポンスルール及び複数サーバ毎に予め定めたCPU利用率の上限値及び下限値を含むリソースルールとを比較し、複数のサーバに対して実行する業務を判定することを特徴とする請求項4記載の動的負荷分散方法。
  6. 業務を実行するサーバを時刻により割り当てるスケジュールルールを含むことを特徴とする請求項5記載の動的負荷分散方法。

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