JP2007140987A - ネットワークシステム、その通信方法及びプログラム - Google Patents

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Abstract

【課題】ネットワーク上のエンディアン形式が相互に異なる複数のノード上に分散して配置されたコンポーネント間でデータの送受信を行う場合に、コンポーネント間でのデータ交換を高速に行えるようにする。
【解決手段】エンディアン形式が相互に異なるプロセッサを搭載した複数のノード101,111を備えたネットワークシステムにおいて、第1のノード101から第2のノード111に送信用データを送信する際に、ノード状態管理手段108において、自身のノード(第1のノード101)の状態と、送信先のノード(第2のノード111)の状態とを比較して、エンディアン変換を実行するノードを決定する。
【選択図】図1

Description

本発明は、エンディアン形式が相互に異なるプロセッサを搭載した複数のノードを備えたネットワークシステム、その通信方法及び当該通信方法をコンピュータに実行させるためのプログラムに関する。
コンピュータシステムの分散化は、処理の並列化によるシステムの高速化、システムの負荷分散やリスク分散などの要求に応える為、コンピュータの発展とともに古くからその研究がされている。近年では、分散環境下でのシステム構築を支えるSunRPCやCORBAなどの多くの通信ミドルウェアが開発されている。
一般に、ネットワーク上の異なるノード間で通信を行う場合には、ノード毎のプロセッサの違いによって発生するソフトウェアコンポーネント間のエンディアン(バイトオーダ)表現形式の違いを考慮し、違いがある場合には、これを吸収する必要がある。通信ミドルウェアは、このエンディアン表現形式の違いを吸収し、目的のノードとのデータ送受信を行う。
エンディアンは、2バイト以上のデータをメモリ上に配置する際のデータの並べ方である。通常、コンピュータのメモリには、1バイト毎にアドレスが振られており、2バイト以上のサイズがあるデータは、1バイトずつに分割して扱う。
2バイト以上のデータを扱う場合において、CPUが、分割したデータの最下位のバイトから順番にデータを扱うために、データをメモリ上の上位アドレスから順に格納しておく方式をリトル・エンディアン(Intel等)という。逆に、CPUが、分割したデータの最上位のバイトから順番にデータを扱うために、データをメモリ上の下位アドレスから順に格納しておく方式をビッグ・エンディアン(Motorola等)という。
このように、エンディアンは、CPUに依存するため、異なるノードに配置されたソフトウェアコンポーネント間で通信を行う場合に考慮が必要となる。エンディアンの異なるマシン間では、メモリ上の並びが全く反対であるため、コピーする場合にはデータの並び順を反対に入れ替える必要がある。
SunRPCやCORBAなどの通信ミドルウェアでは、通信時には統一して通信用のバイトオーダを利用する。この時利用されるバイトオーダをネットワークバイトオーダという。このため、これらの通信ミドルウェアでは、送信時に、送信側ノードのエンディアン形式とネットワークバイトオーダとが異なる場合には、統一されたネットワークバイトオーダに変換する。また、受信時に、受信側ノードのエンディアン形式とネットワークバイトオーダとが異なる場合には、データを受信側のエンディアン形式に変換する。
しかし、ネットワークバイトオーダを利用する方法では、例えば、通信時にビッグ・エンディアンをネットワークバイトオーダとして採用する通信ミドルウェアの場合、送信側ノードと受信側ノードとのエンディアン形式が共にリトル・エンディアンの際は、2度のエンディアン変換を行う必要がある。
このように、ネットワークバイトオーダを統一する方法では、通信を行うノードのエンディアン形式とネットワークバイトオーダとが異なる場合にもエンディアン変換を行う必要があり、通信におけるスループットの低下が考えられる。
そのため、従来のネットワークシステムでは、下記の特許文献1のように、システム内にある他のノードのエンディアン形式を取得し、送信時に送信元のエンディアン形式と送信先のエンディアン形式とを比較し、形式が異なっている場合には、データを送信先のエンディアン形式に変換するという方式であった。ここで、エンディアンは、ビッグ・エンディアンとリトル・エンディアンとの2種類しか存在しない為、予めエンディアン情報を取得することにより、ノード間でのエンディアン変換の回数を最高でも1回に抑えることが可能であり、どちらのノードで変換処理を行うかを選択することが可能となっている。
また、従来のネットワークシステムでは、下記の特許文献2のように、ノードのシステム内における重要度と処理性能に応じてノードに重み付けを設定し、システムの実行中に動的にシステムで利用するエンディアン形式の切替えを行うようにするものであった。
特開平10−327210号公報 特許第3488827号公報
特許文献1や従来の通信ミドルウェアによるエンディアン形式変換方法では、通信を行うノード上のCPUの負荷に応じて、エンディアン形式の変換処理における負荷分散を考慮するものではなかった。分散システムでは、ノード上のCPUの性能とCPUで実行中の処理とがそれぞれ異なる。そのため、通信を行うノード2者間では、高速にエンディアン変換を行えるノードが常に変化する。そして、ノード2者間において、処理が遅いノードでエンディアン変換を行った場合には、処理が速いノードでエンディアン変換を行った場合と比較して、通信におけるスループットが低下してしまう。
さらに、特許文献1や従来の通信ミドルウェアによるエンディアン形式変換方法では、通信を行うノード上で実行中の処理に応じて、エンディアン形式の変換処理の負荷分散を考慮するものでもなかった。送信先のノード上で大量のデータをリアルタイムで処理するような優先度が高い処理が実行されている場合などでは、データの取りこぼしを考慮して、送信元でエンディアン変換を処理し、送信先のCPUの負荷を軽減させるようにすることが望ましい。
また、特許文献2では、上述したように、ノードのシステム内における重要度と処理性能に応じてノードに重み付けを設定し、システムの実行中に動的にシステムで利用するエンディアン形式の切替えを行うものであるが、ノード内で実行中の処理については考慮するものではなかった。
本発明は上述の問題点にかんがみてなされたものであり、ネットワーク上のエンディアン形式が相互に異なる複数のノード上に分散して配置されたコンポーネント間でデータの送受信を行う場合に、コンポーネント間でのデータ交換を高速に行えるようにすることを目的とする。
本発明の通信方法は、エンディアン形式が相互に異なるプロセッサを搭載した複数のノードを備えたネットワークシステムにおける通信方法であって、前記各ノード上に配置されたコンポーネント間のデータの送受信を行うデータ通信工程と、送信側のコンポーネントから受け取った送信用データのパッキングを行う送信データ作成工程と、前記送信用データの送信時に、自身のノードの状態と、前記送信用データの送信先のノードの状態とを比較して、エンディアン変換を実行するノードを決定する状態比較工程と、前記データ通信工程により受信した前記送信用データのアンパッキングを行ってエンディアン変換の必要性を解析する解析工程と、前記解析工程による解析結果に基づいて、送受信時のエンディアン変換処理を行うエンディアン変換工程と、前記各ノードの状態を管理する状態管理工程とを有する。
本発明のプログラムは、前記通信方法をコンピュータに実行させるためのものである。
本発明のネットワークシステムは、エンディアン形式が相互に異なるプロセッサを搭載した複数のノードを備えたネットワークシステムであって、前記各ノード上に配置されたコンポーネント間のデータの送受信を行うデータ通信手段と、送信側のコンポーネントから受け取った送信用データのパッキングを行う送信データ作成手段と、前記送信用データの送信時に、自身のノードの状態と、前記送信用データの送信先のノードの状態とを比較して、エンディアン変換を実行するノードを決定する状態比較手段と、前記データ通信手段により受信した前記送信用データのアンパッキングを行ってエンディアン変換の必要性を解析する解析手段と、前記解析手段による解析結果に基づいて、送受信時のエンディアン変換処理を行うエンディアン変換手段と、前記各ノードの状態を管理する状態管理手段とを有する。
本発明によれば、ネットワーク上のエンディアン形式が相互に異なる複数のノード上に分散して配置されたコンポーネント間でデータの送受信を行う場合において、送信側のノードの状態と受信側のノードの状態とを比較して、エンディアン変換を実行するノードを決定するようにしたので、コンポーネント間でのデータ交換を高速に行うことが可能になる。
以下、添付の図面に従って本発明の実施形態を説明する。
図1は、本発明の実施形態に係わるネットワークシステムを示す全体構成図である。
本発明の実施形態に係わるネットワークシステムは、第1のノード(通信装置)101及び第2のノード(通信装置)と、第1のノード101と第2のノードとを接続するネットワーク110とを備えて構成されている。ここで、ネットワーク110は、例えば、LAN、WAN、通信ミドルウェア等で構成されている。
図1において、第1及び第2のノード101,111は、ネットワーク110上に分散配置されており、第1のノード101は、コンポーネント102,103を有しており、第2のノード111は、コンポーネント112,113を有している。各コンポーネントは、以下に説明する手段を用いてデータを送受信することが可能となっている。
各ノードは、ノードの状態を取得し、ノードの状態を保持するノード状態管理手段108,118をそれぞれ有している。
第1のノード101が第2のノード111の状態を取得する場合は、ノード状態管理手段108が第2のノード111のノード状態管理手段118に対して、状態取得要求メッセージを送信する。一方、第2のノード111のノード状態管理手段118は、この状態取得要求メッセージを受信して、当該装置の状態を第2のノード101のノード状態管理手段108に送信する。そして、第1のノード101のノード状態管理手段108は、第2のノード111の状態を受信して、当該状態を保持する。
また、各ノード状態管理手段108,118は、一定間隔毎に自身が通信を行うノードに対して自身のノードの状態を含んだデータを送信する。各ノードの各ノード状態管理手段108,118は、このデータを受信して、当該状態を保持する。
また、例えば、第1のノード101におけるコンポーネント102が第2のノード111におけるコンポーネント113へデータを送信する場合、コンポーネント102は、送信データ作成手段105に対して、当該データとコンポーネント113が配置されている第2のノード111を識別可能な情報を渡す。ここで、第2のノード111を識別可能な情報としては、IPアドレスやシステム内でノードに割り振られたノードIDが考えられる。
本実施形態における図面では、説明の都合上、ノードを識別する情報として図1に示し他ノード番号をノードIDとして利用している。送信データ作成手段105は、ノード状態比較手段106に送信するデータをエンディアン変換する必要があるか否かの問い合わせをノード状態比較手段106に行う。
ノード状態比較手段106は、第2のノード111を識別可能な情報を用いてノード状態管理手段108が保持する情報から第1のノード101と第2のノード111の状態を取得して比較し、エンディアン変換の必要性とエンディアン変換を行うノードを判断し、送信データ作成手段105へ通知する。
送信データ作成手段105は、問い合わせの結果、エンディアン変換の必要がある場合のみ、エンディアン変換手段107を用いてデータのエンディアンの変換を行う。
次に、送信データ作成手段105は、データのパッキングを行い、データ通信手段109を介してデータを第2のノード111に送信する。
データのパッキングの際、送信データ作成手段105は、コンポーネント102からのデータの他にヘッダ情報として、送信するデータが送信先のエンディアン形式で表現されているか否かを示す識別子と第1のノード101の状態とを含める。
第2のノード111では、データ通信手段119を介してこのデータを受信し、受信データ解析手段114へデータを渡す。受信データ解析手段114では、送信されたデータをアンパッキングしてヘッダ情報からデータにエンディアン変換を施す必要があるか否かを判断し、必要がある場合のみエンディアン変換手段117にデータのエンディアン変換を行わせて、データをコンポーネント113へ受け渡す。また、受信データ解析手段114は、第1のノード101の状態を示す情報を取り出し、ノード状態管理手段118に当該情報を保持する。
実施例1では、請求項1及び請求項2に対する詳細を説明する。
本実施例では、前記各手段が扱う各ノードの状態情報として、ノードのエンディアン形式情報とノードのCPU負荷状況情報を扱う。
本実施例においては、コンポーネント102がコンポーネント113へデータを送信する場合において、ノード状態管理手段108は、自身のノード(第1のノード101)における状態情報として、図2に示すエンディアン形式201とCPU負荷状況202の情報を保持する。また、第2のノード111における状態情報として、図3に示すノードID301、エンディアン形式302及びCPU負荷状況303の情報を保持する。
次に、図2、図3及び図4を用いて、ノード状態比較手段106がエンディアン変換処理を実行するノードを判定し、送信データ作成手段105がエンディアン変換手段107を用いて送信データを作成する流れを説明する。
図4は、本発明の実施例1におけるネットワークシステムでの処理を示すフローチャートである。
まず、ノード状態比較手段106は、ノード状態管理手段108を用いて、図2で示される自身のノード(第1のノード101)の状態情報と図3に示される送信先のノード(第2のノード111)の状態情報を取得する。
まず、ノード状態比較手段106は、自身のノード(第1のノード101)と第2のノード111とのエンディアン形式を比較し、エンディアン形式が一致するか否かを判断する(ステップS401)。
ステップS401での判断の結果、エンディアン形式が一致している場合には、送信用のデータ作成を行う(ステップS404)。一方、エンディアン形式が不一致の場合には、続いて、自身のノード(第1のノード101)と第2のノード111のCPU負荷状況を比較する(ステップS402)。
ステップS402での比較の結果、自身のノード(第1のノード101)よりも第2のノード111のCPU負荷状況が低い場合、すなわちCPU負荷状況が送信元>送信先である場合には、自身のノード(第1のノード101)の負荷を軽減するため、自身のノード(第1のノード101)ではエンディアン変換を行わずに送信用のデータ作成を行う(ステップS404)。
一方、ステップS402での比較の結果、自身のノード(第1のノード101)よりも第2のノード111のCPU負荷状況が高いか或いは等しい場合、すなわちCPU負荷状況が送信元≦送信先である場合には、第2のノード111の負荷を軽減するため、自身のノード(第1のノード101)でエンディアン変換を行って(ステップS403)、その後、送信用のデータ作成を行う(ステップS404)。
ここで、CPU負荷状況として、例えば、CPUの使用率を挙げることができる。
その一例として、第1のノード101上のOSとしてLinuxが利用されている場合には、CPUの使用率は、topコマンドにより取得することが可能である。また、例えば、第2のノード111上のOSとしてWindows(登録商標)が利用されている場合には、CPUの使用率はGetSystemTimes APIを利用することで取得することが可能である。
実施例2では、請求項1及び請求項3に対する詳細を説明する。
本実施例では、前記各手段が扱う各ノードの状態情報として、ノードのエンディアン形式情報とノード上で実行中の処理の優先度情報を扱う。
本実施例においては、コンポーネント102がコンポーネント113へデータを送信する場合において、ノード状態管理手段108は、自身のノード(第1のノード101)における状態情報として、図5に示すエンディアン形式501とノード上で実行中の処理の処理ID502の情報を保持する。また、第2のノード111における状態情報として、図6に示すノードID601、エンディアン形式602及びノード上で実行中の処理の処理ID603の情報を保持する。また、ノード状態管理手段108は、図7に示すノード上で実行される処理の処理ID701と処理の優先度702の情報を保持する。
次に、図5、図6、図7、図8、図9及び図10を用いて、ノード状態比較手段106がエンディアン変換処理を実行するノードを判定し、送信データ作成手段105がエンディアン変換手段107を用いて送信データを作成する流れを説明する。
図10は、本発明の実施例2におけるネットワークシステムでの処理を示すフローチャートである。
まず、ノード状態比較手段106は、ノード状態管理手段108に対して送信元のノード(第1のノード101)と送信先のノード(第2のノード111)の状態取得要求を行い、優先度を計算する(ステップS1001)。この際、ノード状態比較手段106は、送信先のノードを特定するためにノードIDをノード状態管理手段108に渡す。
ノード状態管理手段108は、図5及び図7の情報を用いて、送信元のノードの状態情報として、図8に示すエンディアン形式801とノード優先度802を含んだデータを作成する。また、ノード状態管理手段108は、図6及び図7の情報を用いて、送信先のノードの状態情報として、図9に示すエンディアン形式901とノード優先度902を含んだデータを作成する。そして、ノード状態管理手段108は、作成したそれぞれのノードにおける状態情報をノード状態比較手段106へ送る。
本実施例では、ノード内で実行中の処理の最も高い優先度をノードの優先度としたため、図9に示す送信先のノード優先度902は、図7に示す処理IDが1の優先度10と処理IDが3の優先度1とを比較して高い優先度を採用してある。
続いて、ノード状態比較手段106は、自身のノード(第1のノード101)と第2のノード111のエンディアン形式を比較し、エンディアン形式が一致するか否かを判断する(ステップS1002)。
ステップS1002での判断の結果、エンディアン形式が一致している場合には、送信用のデータ作成を行う(ステップS1005)。一方、エンディアン形式が不一致の場合には、続いて、両ノードの処理の優先度を比較する(ステップS1003)。
ステップS402での比較の結果、自身のノード(第1のノード101)の優先度が第2のノード111の優先度よりも高い場合、すなわち処理の優先度が送信元>送信先である場合には、自身のノード(第1のノード101)の負荷を軽減するため、自身のノード(第1のノード101)ではエンディアン変換を行わずに送信用のデータ作成を行う(ステップS1005)。
一方、ステップS402での比較の結果、自身のノード(第1のノード101)の優先度が第2のノード111の優先度よりも低いか等しい場合、すなわち処理の優先度が送信元≦送信先である場合には、第2のノード111の負荷を軽減するため、自身のノード(第1のノード101)でエンディアン変換を行って(ステップS1004)、その後、送信用のデータ作成を行う(ステップS1005)。
ここで、ノード上で実行中の処理IDの検出は、ノード状態管理手段114が持つ処理登録用のインタフェースを利用する。コンポーネント112の処理が実行された場合の第2のノード111の処理IDは、次のようにして第1のノード101に通知される。
まず、コンポーネント112が、起動時にノード状態管理手段114が用意する処理登録用のインタフェースを利用して処理IDを設定する。そして、ノード状態管理手段114が、データ通信手段119を介して第1のノード101へ状態情報の通知を行う。
なお、実施例1では、ノード状態管理手段108において各ノードのエンディアン形式と各ノードのCPUの負荷状況とを管理し、ノード状態比較手段106において、送信側のノード及び受信側のノードにおける前記エンディアン形式と前記CPUの負荷状況とに基づいて、エンディアン変換を実行するノードを決定するようにし、実施例2では、ノード状態管理手段108において各ノードのエンディアン形式と各ノードで実行中の処理の優先度とを管理し、ノード状態比較手段106において、送信側のノード及び受信側のノードにおける前記エンディアン形式と前記優先度とに基づいて、エンディアン変換を実行するノードを決定するようにしているが、例えば、ノード状態管理手段108において各ノードのエンディアン形式と各ノードのCPUの負荷状況と各ノードで実行中の処理の優先度とを管理し、ノード状態比較手段106において、送信側のノード及び受信側のノードにおける前記エンディアン形式と前記CPUの負荷状況と前記優先度とに基づいて、エンディアン変換を実行するノードを決定するようにした形態も本発明に含まれる。
また、ノード上で実行中の処理の優先度は、リアルタイムOSによる優先度の問い合わせ機能を用いて定期的に取得するようにすることも可能である。
前述した本実施形態に係わるネットワークシステムを構成する図1の各手段、並びにネットワークシステムにおける処理(通信方法)を示した図4及び図10の各ステップは、コンピュータのRAMやROMなどに記憶されたプログラムが動作することによって実現できる。このプログラム及び当該プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体は本発明に含まれる。
具体的に、前記プログラムは、例えばCD−ROMのような記憶媒体に記録し、或いは各種伝送媒体を介し、コンピュータに提供される。前記プログラムを記録する記憶媒体としては、CD−ROM以外に、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気テープ、光磁気ディスク、不揮発性メモリカード等を用いることができる。他方、前記プログラムの伝送媒体としては、プログラム情報を搬送波として伝搬させて供給するためのコンピュータネットワーク(LAN、インターネットの等のWAN、無線通信ネットワーク等)システムにおける通信媒体(光ファイバ等の有線回線や無線回線等)を用いることができる。
また、コンピュータが供給されたプログラムを実行することにより本実施形態に係わるネットワークシステムの機能が実現されるだけでなく、そのプログラムがコンピュータにおいて稼働しているOS(オペレーティングシステム)或いは他のアプリケーションソフト等と共同して本実施形態に係わるネットワークシステムの機能が実現される場合や、供給されたプログラムの処理の全て、或いは一部がコンピュータの機能拡張ボードや機能拡張ユニットにより行われて本実施形態に係わるネットワークシステムの機能が実現される場合も、かかるプログラムは本発明に含まれる。
本発明の実施形態に係わるネットワークシステムを示す全体構成図である。 データの送信元のノード状態保持手段によって保持される情報の構成を示した図である。 データの送信先のノード状態保持手段によって保持される情報の構成を示した図である。 本発明の実施例1におけるネットワークシステムでの処理を示すフローチャートである。 ノード状態管理手段によって保持される情報の構成を示した図である。 ノード状態管理手段によって保持される情報の構成を示した図である。 ノード状態管理手段によって保持される情報の構成を示した図である。 ノード状態管理手段によって作成される情報の構成を示した図である。 ノード状態管理手段によって作成される情報の構成を示した図である。 本発明の実施例2におけるネットワークシステムでの処理を示すフローチャートである。
符号の説明
101、111:ノード(通信装置)
102、103、112、113:コンポーネント
104、114:受信データ解析手段
105、115:送信データ作成手段
106、116:ノード状態比較手段
107、117:エンディアン変換手段
108、118:ノード状態管理手段
109、119:データ通信手段
110:ネットワーク



Claims (6)

  1. エンディアン形式が相互に異なるプロセッサを搭載した複数のノードを備えたネットワークシステムにおける通信方法であって、
    前記各ノード上に配置されたコンポーネント間のデータの送受信を行うデータ通信工程と、
    送信側のコンポーネントから受け取った送信用データのパッキングを行う送信データ作成工程と、
    前記送信用データの送信時に、自身のノードの状態と、前記送信用データの送信先のノードの状態とを比較して、エンディアン変換を実行するノードを決定する状態比較工程と、
    前記データ通信工程により受信した前記送信用データのアンパッキングを行ってエンディアン変換の必要性を解析する解析工程と、
    前記解析工程による解析結果に基づいて、送受信時のエンディアン変換処理を行うエンディアン変換工程と、
    前記各ノードの状態を管理する状態管理工程と
    を有することを特徴とする通信方法。
  2. 前記状態管理工程では、前記各ノードの状態として、前記各ノードのエンディアン形式と、前記各ノードのCPUの負荷状況とを管理するものであり、
    前記状態比較工程では、送信側のノード及び受信側のノードにおける前記エンディアン形式と前記CPUの負荷状況とに基づいて、前記エンディアン変換を実行するノードを決定することを特徴とする請求項1に記載の通信方法。
  3. 前記状態管理工程では、前記各ノードの状態として、前記各ノードのエンディアン形式と、前記各ノードで実行中の処理の優先度とを管理するものであり、
    前記状態比較工程では、送信側のノード及び受信側のノードにおける前記エンディアン形式と前記優先度とに基づいて、前記エンディアン変換を実行するノードを決定することを特徴とする請求項1に記載の通信方法。
  4. 前記状態管理工程では、前記各ノードの状態として、前記各ノードのエンディアン形式と、前記各ノードのCPUの負荷状況と、前記各ノードで実行中の処理の優先度とを管理するものであり、
    前記状態比較工程では、送信側のノード及び受信側のノードにおける前記エンディアン形式と前記CPUの負荷状況と前記優先度とに基づいて、前記エンディアン変換を実行するノードを決定することを特徴とする請求項1に記載の通信方法。
  5. 請求項1〜4のいずれか1項に記載の通信方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。
  6. エンディアン形式が相互に異なるプロセッサを搭載した複数のノードを備えたネットワークシステムであって、
    前記各ノード上に配置されたコンポーネント間のデータの送受信を行うデータ通信手段と、
    送信側のコンポーネントから受け取った送信用データのパッキングを行う送信データ作成手段と、
    前記送信用データの送信時に、自身のノードの状態と、前記送信用データの送信先のノードの状態とを比較して、エンディアン変換を実行するノードを決定する状態比較手段と、
    前記データ通信手段により受信した前記送信用データのアンパッキングを行ってエンディアン変換の必要性を解析する解析手段と、
    前記解析手段による解析結果に基づいて、送受信時のエンディアン変換処理を行うエンディアン変換手段と、
    前記各ノードの状態を管理する状態管理手段と
    を有することを特徴とするネットワークシステム。
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