JP2012194907A

JP2012194907A - 仮想計算機割り当てシステム、及び仮想計算機割り当て方法

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Publication number: JP2012194907A
Application number: JP2011059742A
Authority: JP
Inventors: Osamu Sugai; 修菅井
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2011-03-17
Filing date: 2011-03-17
Publication date: 2012-10-11
Anticipated expiration: 2031-03-17
Also published as: JP5664376B2

Abstract

【課題】物理計算機への仮想計算機集約台数の最大化を図り、１つの物理計算機に対して複数の仮想計算機の割り当てを効率よく実現する新しい仮想計算機割り当てシステム等を提供する。
【解決手段】複数の仮想計算機１０１を少なくとも１以上の物理計算機１に割り当てを行うシステムであって、各仮想計算機１０１の資源使用量を所定時間ごとに計測する資源使用料計測手段１１と、各物理計算機１の資源量の情報を記憶する記憶手段４と、各仮想計算機１０１の資源使用量の時刻ごとの和が前記記憶手段に記憶された前記物理計算機の資源量を超えず、且つ、前記物理計算機の数が最小になるように、前記複数の仮想計算機を前記物理計算機に割り当てる仮想計算機割り当て決定手段３１と、を備える仮想計算機割り当てシステム１００。
【選択図】図１

Description

本発明は、仮想計算機割り当てシステム及び仮想計算機割り当て方法に関し、特に、資源使用量の履歴に基づき、仮想計算機の物理計算機への効率的な割り当て方を決定するシステム及びその方法に関する。

データセンター等では、通常、複数の仮想計算機（仮想マシン）を、複数の物理計算機（物理マシン）に割り当てて運用することが行われている。各物理計算機には、複数の仮想計算機を割り当てて運用する方法がとられ、この方法により、仮想計算機の数よりも少ない物理計算機で運用することができ、物理計算機の設置のための場所やコストを抑えることができる。そのため、１台の物理計算機に対し、より多くの数の仮想計算機を割り当てた方が効率良く運用することができる。

ただし、物理計算機におけるＣＰＵ、主記憶、補助記憶装置等の資源は有限であるため、仮想計算機に必要な資源の合計が物理計算機の資源量を超えないように、１つの物理計算機に複数の仮想計算機を割り当てる必要がある。

そのため、従来では、従来、１つの物理計算機に複数の仮想計算機を割り当てる場合、負荷最大時におけるＣＰＵや主記憶等の資源使用量から、運用者の経験と勘に基づいて割り当てる方法が取られていたが、すべての組み合わせを調べるのは困難であり、最適な割り当て方を見つけるのは不可能である。

そこで、特許文献１では、想定ユーザ数等の負荷試験により、仮想計算機の必要リソース量を求めて、この必要リソース量に基づいて物理計算機への仮想計算機の割り当てを決定する方法が開示されている。

また、特許文献２では、時々刻々と変化する各仮想計算機の負荷に応じて、各仮想計算機に割り当てるリソースを変更していく方法が開示されている。

特開２０１０−２７１８６３号公報特開２００３−１５７１７７号公報

しかし、特許文献１に記載の技術では、例えば、仮想計算機Ａ，Ｂ，Ｃのぞれぞれの想定リソース量が、仮想計算機Ａ（０時〜１２時のリソース量５０、１２時〜２４時のリソース量０）、仮想計算機Ｂ（０時〜１２時のリソース量５０、１２時〜２４時のリソース量０）、及び仮想計算機Ｃ（０時〜１２時のリソース量０、１２時〜２４時のリソース量６０）であった場合、仮想計算機Ａ，Ｂ，Ｃの必要リソース量の合計は１６０％となり、これは物理計算機のリソース量の１００％を超えてしまうため、負荷が時間帯によって異なるにも関わらず、仮想計算機Ａ，Ｂ，Ｃを１つの物理計算機に割り当てることができないという問題があった。

また、特許文献２に記載の技術では、時々刻々と変化する各仮想計算機の負荷に応じて、各仮想計算機に割り当てるリソースを変更するものであるが、物理計算機への仮想計算機集約台数の最大化を実現できるものではない。

そこで、本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、物理計算機への仮想計算機集約台数の最大化を図り、１つの物理計算機に対して複数の仮想計算機の割り当てを効率よく実現する新しい仮想計算機割り当てシステム等を提供することを目的とする。

本発明による仮想計算機割り当てシステムは、複数の仮想計算機を少なくとも１以上の物理計算機に割り当てを行う仮想計算機割り当てシステムであって、前記各仮想計算機の資源使用量を所定時間ごとに計測する資源使用料計測手段と、前記各物理計算機の資源量の情報を記憶する記憶手段と、前記各仮想計算機の資源使用量の時刻ごとの和が前記記憶手段に記憶された前記物理計算機の資源量を超えず、且つ、前記物理計算機の数が最小になるように、前記複数の仮想計算機を前記物理計算機に割り当てる仮想計算機割り当て決定手段と、を備える。

本発明による仮想計算機割り当て方法は、複数の仮想計算機を少なくとも１以上の物理計算機に割り当てを行う仮想計算機割り当て方法であって、前記各仮想計算機の資源使用量を所定時間ごとに計測する段階と、前記各物理計算機の資源量の情報を記憶する段階と、前記各仮想計算機の資源使用量の時刻ごとの和が前記記憶手段に記憶された前記物理計算機の資源量を超えず、且つ、前記物理計算機の数が最小になるように、前記複数の仮想計算機を前記物理計算機に割り当てを決定する段階と、を備える。

以上のように構成された本発明の仮想計算機割り当てシステム等によれば、負荷の高い仮想計算機と負荷の低い仮想計算機を、同じ物理計算機に割り当てできるため、各仮想計算機をより少ない数の物理計算機で効率的に実行することができる。また、経験者が勘と経験で推論し割り当てを行うよりも効率的に割り当てを行うことができるため、自動的、且つ、人手によらない運用が可能であり、人件費等のコストを抑えることができる。

本実施形態の仮想計算機割り当てシステムの概略構成を示す図である。本実施形態の仮想計算機割り当て方法の処理内容を示すフローチャートである。本実施形態において、補助記憶装置に記憶される情報の一例を示す図である。本実施形態において、物理計算機資源量一覧の一例を示す図である。本実施形態において、一時割り当て表の一例を示す図である。本実施形態の仮想計算機割り当て方法の処理内容を示すフローチャートである。本実施形態の仮想計算機割り当て方法の処理内容を示すフローチャートである。本実施形態の仮想計算機割り当て方法の処理内容を示すフローチャートである。本実施形態の仮想計算機割り当て方法の処理内容を示すフローチャートである。本実施形態の仮想計算機割り当て方法の処理内容を示すフローチャートである。本実施形態の仮想計算機割り当て方法の処理内容を示すフローチャートである。本実施形態において、割り当て後の物理計算機と仮想計算機の対応表の一例を示す図である。

以下、本発明を実施するための好適な実施形態を、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施形態の仮想計算機割り当てシステム（以下、単に「システム」と称する）１００の概略構成の一例を示す図である。

システム１００は、図１に示すとおり、複数の物理計算機１、補助記憶装置２、データ処理装置３、記憶装置４、及び出力装置５を含んで構成される。

物理計算機１は、該物理計算機１上で動作している１以上の仮想計算機１０１の資源使用量を計測する資源使用量計測プログラム１１の処理を実行可能な装置である。

資源使用量計測プログラム（資源使用量計測手段）１１は、仮想計算機１０１ごとの資源使用量を、日付、時刻ごとに補助記憶装置２に記録する処理を行う。なお、本実施形態における「資源使用量」とは、例えば、ＣＰＵの使用率、主記憶の使用量とする。

補助記憶装置２は、資源使用量計測プログラム１１により、上述の仮想計算機１０１ごとの資源使用量を、日付、時刻ごとに記録するデータベースである。

記憶装置４は、仮想計算機一覧データ４１及び物理計算機１の資源量一覧データ４２を記憶するデータベース（記憶手段）である。

データ処理装置３は、仮想計算機割り当て決定プログラム（仮想計算機割り当て決定手段）３１の処理を実行可能な装置である。

仮想計算機割り当て決定プログラム３１は、動作させる必要のある仮想計算機１０１を仮想計算機一覧４１から取得し、各物理計算機１に割り当てる処理を行うものであって、（１）補助記憶装置２に記録されている各仮想計算機１０１の資源使用量の時刻ごとの和が、物理計算機１の資源量を超えないこと、（２）使用する物理計算機１の数が最小になること、の２つの条件を満たすように処理を行うことができる。また、仮想計算機割り当て決定プログラム３１は、得られた仮想計算機の割り当て結果を、画面やファイルなどの出力装置５に出力する処理を実行するようにできる。

出力装置５は、仮想計算機の割り当て結果をユーザに対して表示可能な出力手段であり、例えば、ディスプレイ等の表示装置や、印刷装置である。

以下、図２に示すフローチャートを参照して、本実施形態の仮想計算機割り当て方法（仮想計算機割り当て決定プログラム３１）の動作処理を説明する。なお、図２のフローチャートで示される各処理は、処理内容に矛盾を生じない範囲で任意に順番を変更して又は並列に実行することができる。

仮想計算機割り当てプログラム３１の動作処理の前処理として、資源使用量計測プログラム１１により、各仮想計算機１０１の資源使用量を計測し、補助記憶装置２に記録する処理が実行される。この記録は、仮想計算機ごと、日付、時刻ごとに行われる。例えば、動作させる仮想計算機の数をＭ（Ｍは自然数）とし、計測の間隔を１分とすると、図３に示すような情報が記録される。

仮想計算機割り当て決定プログラム３１は、次に記述するようなステップで、各物理計算機１の資源量を超えない範囲で、且つ、必要な物理計算機の数が最小となるような仮想計算機の割り当て方を決定する。物理計算機１の数をＮとすると、物理計算機資源量一覧４２には、図４に示すように、物理計算機１ごとにＣＰＵ資源量及び主記憶資源量が記録されている。

まず、仮想計算機一覧４１から仮想計算機の一覧を取得する（ステップＡ１）。具体的には、例えば、取得した仮想計算機の一覧をＶ（Ｍ）＜Ｖ（Ｍ）＝｛仮想計算機１０１−１、仮想計算機１０１−２、…、仮想計算機１０１−Ｍ｝＞と表すことができる。

次いで、物理計算機資源量一覧４２から物理計算機の一覧と各物理計算機の資源量を取得する（ステップＡ２）。

次いで、物理計算機と仮想計算機の割り当てを表す一時割り当て表を初期化する（ステップＡ３）。一時割り当て表は、例えば、図５に示すように、物理計算機と仮想計算機の対応関係（割り当て）を表しており、初期化直後は、各物理計算機に対して割り当てるべき仮想計算機の情報がリセットされる（図５に示す全ての列が空であることは、すべての物理計算機に、１つも仮想計算機が割り当てられていないことを表している）。

次いで、一時割り当て表と仮想計算機一覧Ｖ（Ｍ）を引数にして、割り当て探索サブルーチンを実行する（ステップＡ４）。ここで、割り当て探索サブルーチンとは、引数の一時割り当て表と、仮想計算機一覧４１と、物理計算機資源量一覧４２と、補助記憶装置２に記録されている過去の資源使用量とから、次の（１）（２）の条件を満たす仮想計算機の割り当て方を結果として返す（ステップＡ５）。

（１）補助記憶装置２に記録されている各仮想計算機１０１の資源使用量の時刻毎の和が、物理計算機の資源量を超えない。

（２）使用する物理計算機１の数が最小となる。

上記の条件を満たす割り当てができる場合には（ステップＡ５：Ｙｅｓ）、その割り当て方を出力する（ステップＡ６）。一方、上記割り当てができない場合には（ステップＡ５：Ｎｏ）、割り当て探索サブルーチンは、割り当て方が無いという結果（割り当て不可能であうことを出力）を返してくる（ステップＡ７）。

ここで、割り当て探索サブルーチンについて、図６−図１０を参照して説明する。割り当て探索サブルーチンは、再帰的アルゴリズムで仮想計算機の割り当て方を探索する。割り当て探索サブルーチンが呼び出されるとき、（１）仮想計算機一覧４１、（２）一時割り当て表、の引数を受け取る。なお、図６−図１０のフローチャートで示される各処理は、処理内容に矛盾を生じない範囲で任意に順番を変更して又は並列に実行することができる。

まず、図６に示すように、引数の仮想計算機一覧４１に、仮想計算機が１つ以上あるか否かを確認する（ステップＢ１）。仮想計算機が１つも無い場合は（ステップＢ１：Ｎｏ）、図１０に示すように、ステップＢ９９の処理で条件を満たす割り当て方が見つかったことを示す値と、引数の一時割り当て表の値を返して、処理を終了する。

次いで、引数の仮想計算機一覧から１つ仮想計算機を選択する（ステップＢ２）。なお、選択した仮想計算機をＶｔとし、仮想計算機一覧からＶｔを取り除いたものをＶ（ｉ−１）とする。

次いで、条件を満たす仮想計算機の割り当てを発見したことを示す発見フラグ（フラグ）Ｆ１をオフにする（ステップＢ３）。

次いで、引数の一時割り当て表の先頭行から物理計算機を１つ選択する（ステップＢ４）。なお、選択した物理計算機をＰｔとする。

次いで、引数の一時割り当て表、仮想計算機Ｖｔ、物理計算機Ｐｔを引数にして、資源使用量検査サブルーチンを呼ぶ（ステップＢ５）。資源使用量検査サブルーチンは、一時割り当て表の物理計算機Ｐｔの行に登録されている各仮想計算機と仮想計算機Ｖｔの資源使用量を、補助記憶装置２から読み取り、時刻別にとった和が、物理計算機資源量一覧４２の物理資源量を超えていないことを検査する（ステップＢ６）。検査した結果、資源量を超えていなければＯＫを返し、資源量を超えていれば、ＮＧを返す。なお、資源使用量検査サブルーチンの具体的な動作処理は後述する。検査結果がＮＧであれば（ステップＢ６：ＮＧ）、ステップＢ１３に進む。

一方、検査結果がＯＫであれば（ステップＢ６：ＯＫ）、図７に示すように、局所変数一時割り当て表Ｗに、引数の一時割り当て表を複写する（ステップＢ７）。

次いで、局所変数一時割り当て表Ｗに仮想計算機Ｖｔを追加する（ステップＢ８）。ここで、追加する行は物理計算機Ｐｔであり、列は空のものである。

次いで、割り当て探索サブルーチンを実行する（ステップＢ９）。これは、再帰呼び出し実行させる。引数には、局所変数一時割り当て表Ｗと、仮想計算機の一覧Ｖ（ｉ−１）を指定して呼び出す。割り当て方が見つかった場合は、返ってきた割り当て表をＴとする。

次いで、割り当て方が見つかったか否かを判定し（ステップＢ１０）、見つかった場合は（ステップＢ１０：Ｙｅｓ）、ステップＢ１１に進み、見つからなかった場合は（ステップＢ１０：Ｎｏ）、ステップＢ１３に進み、次の物理計算機について処理を実行する。

次いで、フラグＦ１がＯＮか否かを検査する（ステップＢ１１）。フラグＦ１がＯＦＦの場合は（ステップＢ１１：Ｎｏ）、表Ｔから局所変数Ｘに複写する（ステップＢ１２）。局所変数Ｘは、このサブルーチンの戻り値候補である。また、割り当て表Ｘで、列に仮想計算機名が設定されている行数を局所変数Ｎｐに代入する。局所変数Ｎｐは、割り当て表Ｘの時に、使用している物理計算機の数である。

次いで、図８に示すように、すべての物理計算機について実行したか否かを検査する（ステップＢ１３）。すべての物理計算機について実行が終了している場合には（ステップＢ１３：Ｙｅｓ）、フラグＦ１がＯＮか否かを検査する（ステップＢ１４）。フラグＦ１がＯＮならば（ステップＢ１４：Ｙｅｓ）、局所変数Ｘの値が、目的とする仮想計算機の割り当て方なので、この値と割り当て方が見つかったことを戻り値として処理を終了する（ステップＢ１５）。一方、フラグＦ１がＯＦＦの場合は（ステップＢ１４：Ｎｏ）、割り当て方が見つからなかったことを戻り値とする（ステップＢ１７）。

ここで、ステップＢ１３の処理で、未だ実行していない物理計算機がある場合は（ステップＢ１３：Ｎｏ）、次の行の物理計算機をＰｔとして（ステップＢ１６）、ステップＢ５に戻る。

また、ステップＢ１１の処理で、フラグＦ１がＯＮだった場合は（ステップＢ１１：Ｎｏ）、図９に示すように、戻り値の仮想計算機割り当て表Ｔで使用している物理計算機の数が、局所変数Ｎｐより小さいか否かを検査する（ステップＢ１８）。使用している物理計算機の数が局所変数Ｎｐより小さい場合（ステップＢ１８：Ｙｅｓ）、表Ｔから局所変数Ｘに複写し、また、割り当て表Ｘで、列に仮想計算機名が設定されている行数を局所変数Ｎｐに代入する（ステップＢ１９）。次いで、すべての物理計算機について処理をするためステップＢ１２に進む。

次に、資源使用量検査サブルーチンについて、図１１を参照して説明する。なお、図１１のフローチャートで示される各処理は、処理内容に矛盾を生じない範囲で任意に順番を変更して又は並列に実行することができる。

引数で渡された物理計算機Ｐｔと、引数で渡された一時割り当て表を参照し、引数で渡された物理計算機Ｐｔに割り当てられている仮想計算機を決定する。この０個以上の仮想計算機と引数で渡された仮想計算機Ｖｔの資源使用量を補助記憶装置２から取得する（ステップＣ１）。このとき、もっとも古い時刻の情報を取得するものとし、情報が無い仮想計算機の資源使用量は「０」とする。

次いで、ステップＣ１の処理で取得した資源使用量の和を求める（ステップＣ２）。

次いで、物理計算機資源量一覧４２から、引数で渡された物理計算機の資源量を取得する（ステップＣ３）。

次いで、ステップＣ１の処理で求めた過去の資源使用量の和が物理計算機の各資源量より大きいか否かを検査する（ステップＣ４）。１つでも、物理計算機の資源量以下でない場合は（ステップＣ４：Ｎｏ）、戻り値をＮＧとして（ステップＣ８）、本フローの処理を終了する。一方、物理計算機の資源量以下である場合は（ステップＣ４：Ｙｅｓ）、補助記憶装置２のすべての過去の資源使用量を検査したか否かを調べる（ステップＣ５）。すべての資源使用量が検査済みならば（ステップＣ５：Ｙｅｓ）、戻り値をＯＫとして終了する（ステップＣ７）。

一方、すべての資源使用量が検査済みでなければ（ステップＣ５：Ｎｏ）、次の時刻の資源使用量を補助記憶装置２から取得し（ステップＣ６）、ステップＣ２の処理に移る。なお、取得する資源使用量は、ステップＣ１の処理と同様、引数で渡された物理計算機Ｐｔと、引数で渡された物理計算機Ｐｔに割り当てられている仮想計算機と、引数で渡された仮想計算機Ｖｔの資源使用量である。引数で渡された物理計算機Ｐｔに割り当てられている仮想計算機は、引数で渡された一時割り当て表により決定できる。

以上のステップにより、図１２に示す、物理計算機と仮想計算機の対応表が得られる。この表から、必要な物理計算機の数と、各物理計算機への仮想計算機の割り当て方がわかる。運用担当者は、現在の仮想計算機の割り当て方と、出力された割り当て方を比較して、必要な物理計算機の数が少なくてすむ等の理由で新しく出力された割り当て方を選ぶかどうかを決定することができる。

また、以上のステップを１か月毎等、定期的に実行し、物理計算機への仮想計算機の割り当てを見直すことで、効率的な数の物理計算機で運用することが可能となる。

以上、本実施形態の仮想計算機割り当て方法によれば、以下の効果を奏する。

第１の効果は、負荷の高い仮想計算機と負荷の低い仮想計算機を、同じ物理計算機に割り当てできることである。これにより、各仮想計算機の最高負荷時の資源使用量だけを基に割り当て方を決める場合よりも、各仮想計算機をより少ない数の物理計算機で効率的に実行することができる。

第２の効果は、経験者が勘と経験で推論し割り当てを行うよりも効率的に割り当てを行うことができることである。その結果、自動的、且つ、人手によらない運用が可能であり、人件費等のコストを抑えることができる。

＜変形例＞
以上のように本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、以上の実施形態に限定されるべきものではなく、特許請求の範囲に表現された思想および範囲を逸脱することなく、種々の変形、追加、および省略が当業者によって可能である。

例えば、上述した本実施形態では、資源としてＣＰＵ使用率と主記憶使用量を使用したが、本発明はこれに限られず、例えば、磁気ディスク装置、ネットワーク装置等の他の資源使用量を追加することで、よりシステムに適合した割り当てを実現することができる。

上記の実施形態の一部または全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。

（付記１）複数の仮想計算機を少なくとも１以上の物理計算機に割り当てを行う仮想計算機割り当てシステムであって、前記各仮想計算機の資源使用量を所定時間ごとに計測する資源使用料計測手段と、前記各物理計算機の資源量の情報を記憶する記憶手段と、前記各仮想計算機の資源使用量の時刻ごとの和が前記記憶手段に記憶された前記物理計算機の資源量を超えず、且つ、前記物理計算機の数が最小になるように、前記複数の仮想計算機を前記物理計算機に割り当てる仮想計算機割り当て決定手段と、を備える仮想計算機割り当てシステム。

（付記２）前記複数の仮想計算機を前記物理計算機に割り当てた結果を出力する出力手段を更に備える、付記１に記載の仮想計算機割り当てシステム。

（付記３）前記仮想計算機の資源使用量は、ＣＰＵの使用率、及び記憶装置の使用量を含む、付記１又は付記２に記載の仮想計算機割り当てシステム。

（付記４）複数の仮想計算機を少なくとも１以上の物理計算機に割り当てを行う仮想計算機割り当て方法であって、前記各仮想計算機の資源使用量を所定時間ごとに計測する段階と、前記各物理計算機の資源量の情報を記憶する段階と、前記各仮想計算機の資源使用量の時刻ごとの和が前記記憶手段に記憶された前記物理計算機の資源量を超えず、且つ、前記物理計算機の数が最小になるように、前記複数の仮想計算機を前記物理計算機に割り当てを決定する段階と、を備える仮想計算機割り当て方法。

本発明は、例えば、仮想計算機を提供するサービス等であって、パターンが定型的で業務量が増えていくようなシステムの実行環境を管理、運用する分野で利用することができる。

１…物理計算機、２…補助記憶装置、３…データ処理装置、４…記憶装置、５…出力装置５、１１…資源使用量計測プログラム、３１…仮想計算機割り当て決定プログラム、４１…仮想計算機一覧、４２…物理計算機資源量一覧、１００…仮想計算機割り当てシステム、１０１…仮想計算機。

Claims

複数の仮想計算機を少なくとも１以上の物理計算機に割り当てを行う仮想計算機割り当てシステムであって、
前記各仮想計算機の資源使用量を所定時間ごとに計測する資源使用料計測手段と、
前記各物理計算機の資源量の情報を記憶する記憶手段と、
前記各仮想計算機の資源使用量の時刻ごとの和が前記記憶手段に記憶された前記物理計算機の資源量を超えず、且つ、前記物理計算機の数が最小になるように、前記複数の仮想計算機を前記物理計算機に割り当てる仮想計算機割り当て決定手段と、
を備える仮想計算機割り当てシステム。
前記複数の仮想計算機を前記物理計算機に割り当てた結果を出力する出力手段を更に備える、請求項１に記載の仮想計算機割り当てシステム。
前記仮想計算機の資源使用量は、ＣＰＵの使用率、及び記憶装置の使用量を含む、請求項１又は請求項２に記載の仮想計算機割り当てシステム。
複数の仮想計算機を少なくとも１以上の物理計算機に割り当てを行う仮想計算機割り当て方法であって、
前記各仮想計算機の資源使用量を所定時間ごとに計測する段階と、
前記各物理計算機の資源量の情報を記憶する段階と、
前記各仮想計算機の資源使用量の時刻ごとの和が前記記憶手段に記憶された前記物理計算機の資源量を超えず、且つ、前記物理計算機の数が最小になるように、前記複数の仮想計算機を前記物理計算機に割り当てを決定する段階と、
を備える仮想計算機割り当て方法。