JP2014075143A - 高可用性データを提供するためのシステム及び方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】実施の一形態は、データセットを複数のデータセンタに記憶するためのコンピュータ実施データ処理システム及び方法に関する。データセンタ及びデータセンタ内のホストは、例えば、複数段リング構成に従って構成され得る。ハッシュ構成は、データセットの書込及び読出が発生するデータセンタ及びホストを選択するためのリング構成を実施するために使用され得る。バージョン履歴も、ホストで書込及び読出が行われることがあり、読出が発生した後にデータセット間の因果関係を評価するために使用され得る。
【選択図】図1
Description
この出願は、2006年3月31日に出願され、参照することによってここに組み込まれる「高可用性データを提供するためのシステム及び方法」という名称の米国特許出願第11/394,648号の一部継続出願である。
図1を参照すると、実施の一形態に係るデータ処理システム100が示されている。データ処理システム100は、ユーザコンピュータ102と、通信ネットワーク104と、ネットワークサービスシステム106とを含んでいる。ユーザコンピュータ102は、通信ネットワーク104を介してネットワークサービスシステム106にアクセスし得る。ネットワークサービスシステム106は、ネットワークインタフェース110と、データセットサービス112と、一つ又は複数の他のサービス114とを含んでいる。ネットワークインタフェース110は、通信ネットワーク104を介してユーザからデータを受信し、ユーザにデータを供給する。例えば、ネットワークインタフェース110は、データセットサービス112により保持されているデータセットへのアクセスに加えて、他のサービス114により生成され及び/又は保持されている他のデータへのアクセスを、ユーザコンピュータ102に提供し得る。
A.ホスト間のデータセットの区分化(Partitioning Data Sets over Hosts)
図7乃至図8を参照すると、実施の一形態において、データセットサービス112は、システム106内のホスト間にデータセットを区分化するための機構を含んでいる。実施の一形態において、以下に記載されるように、一貫性ハッシュ構成は、データがホスト130間に相対的に均等に分散されるように、データセットを記憶するために使用され得る。他の実施の形態においては、他のデータ区分化構成が使用され得る。
ここで図10乃至図11を参照すると、図7乃至図8のハッシュ構成は、データ複製の支援のために使用され得る。図10においては、リング184上における直近の後続ホスト130に対して単にデータセットが割り当てられるよりむしろ、データセットは、最初のNの後続ホスト130に割り当てられている。後述するように、データセットサービス112は、ホスト130間にデータのNの複製があり、各ホスト130がそれ自体とそのN番目の先行ホストとの間のリング184の範囲に対して責任を有するということを保証するために機能する。
図12を参照すると、ホスト130は、負荷平衡を促進するために、即ち、データ及び負荷の不均一な分散を回避するために、リング184上の複数の位置に割り当てられ得る。そうでなければ、リング184上における各ホスト130の無作為な位置割当によって、データ及び負荷の不均一な分散が発生し得る。従って、図12において、ホストA,B,C,D,Eは、リング184上の複数の位置に割り当てられている。この複数の位置決めは、各ホスト130に割り当てられたデータセットの数の分散を減少させる傾向がある。その理由は、リング184上における増加した多数の無作為の配置が、各ホスト130に割り当てられたデータセットの数に平均値への集中を引き起こす傾向があるからである。従って、より多くの位置をリング184上における各ホスト130に割り当てることは、負荷平衡を改善する。実施の一形態において、遭遇した各ホスト130の最初の実例だけが優先リスト190に配置される。キーk1の場合、対応するデータセットが割り当てられている、より大きい位置の最初のホストは、ホストAである。N=4の場合、キーk1に関連するデータセットにアクセスするプロセスは、ホストA,B,C,Dに対して読出又は書込を行う。キーk1のための優先リスト190は、リング184上における複数の位置を有するホストのために、及び、異なる順序で遭遇するホストのために、上記とは異なる。キーk2の場合、対応するデータセットが割り当てられている、より大きい位置の最初のホストは、ホストBである。キーk2に関連するデータセットにアクセスするクライアントプロセス134は、ホストB,C,D,Aに対してその順序で読出又は書込を行う。他の例示的な実施の形態においては、遭遇する各ホスト130の複数の実例は、例えば、以前は利用不可能であったホスト130を再試行するために、優先リスト190に配置され得る。
ここで図13A乃至図13B、図14A乃至図14B及び図15A乃至図15Bを参照すると、読出及び書込動作が示されている。読出/書込動作は、クライアントプロセス134によりデータセットサービス112に対して行われるサービス要求によって引き起こされ得る。サービス要求を受信すると、データセットサービス112は、要求された動作を実行し、クライアントプロセス134に対して応答を供給する。
(書込(キー、値、コンテキスト)→結果コード)
read(Key) →ValueList, Context, ResultCode
(読出(キー)→値リスト、コンテキスト、結果コード)
ここで、キー(Key)は、バイトの非有界シーケンスであり、値(Value)は、データ(バイトの非有界シーケンス)及びメタデータ(値が書き込まれた最終時刻を含む、値についての情報、ダイアグノスティック(診断)及びデバッグ情報等を包含する、読出専用の、任意の、拡張可能なデータセット)を含むオブジェクトであり、値リスト(ValueList)は、値(Value)のリストであり、コンテキスト(Context)は、読出−変更−書込サイクルに対するベクトルクロック状態をトラック(追跡)するために記憶システムによって内部構造において使用されるオペーク(opaque)オブジェクト(不透明なオブジェクト)であり、結果コード(ResultCode)は、読出又は書込動作が成功したか否かについてのコード表示である。
A.ベクトルクロックの動作(Operation of Vector Clocks)
図16を参照して、データバージョニング構成について説明する。前述したように、高可用性を提供するために、データセットサービス112は、同一データの複数のバージョンが異なるホスト130上に同時に存在することを許容する。データセットの最も新しいバージョンのコピーをその優先リスト190における上位Nのホストに移動するために、進行中の試行が行われるが、このプロセスは瞬間的なものではない。移動が発生する前には、データセットのより古いバージョンのコピーが、その優先リスト190におけるいくつかのホストに、優先リスト190における最上位又は最上位に近いホストにさえ、存在し得る。従って、例えば、一つのホスト130が一時的に失われた古い変更を反映した一つのバージョンを有し、別のホスト130が古い変更が利用不可能になると同時になされた新しい変更を反映した別のバージョンを有することがある。
実施の一形態において、{ホストID、カウンタ}({host ID, counter})ペアのみを含むよりもむしろ、ベクトルクロックは、多数の追加的な値を含み、以下のような形態を有する。
={(<ホストID><ホスト情報><キー情報>),<カウンタ>,<タイムスタンプ>}
( VectorClock
={(<HostID><host-gen><key-gen>),<counter>,<time-stamp>})
ホストID(host ID)は、ホストに対する固有の識別子であり、カウンタパラメータは、データバージョンに対応する因果関係情報をコード化(符号化)し、上述した{ホストID、カウンタ}({host ID, counter})ペアに対応する。実施の一形態において、(<ホストID><ホスト情報><キー情報>)((<HostID><host-gen><key-gen>))パラメータの組合せは、ホストID単独に関して前述したような態様で機能する。即ち、三つのパラメータ(<ホストID><ホスト情報><キー情報>)のいずれか一つでも異なっていれば、ホストは、異なるホストであると考えられる(即ち、データセットの異なるバージョン間にいかなる因果関係も伴い得ない)。
A.複数データセンタ構成の構造(Architecture of Multiple Data Center Arrangement)
図17乃至図25を参照すると、データ処理システム100の他の実施の形態が示されている。図17乃至図25において、データセットは、複数段(multi-tiered)リング構成に従ってホスト130間に分割されている。複数段リング構成は、例えば、各ホストが異なる地理的ロケーションに(例えば、異なる都市、異なる国、異なる大陸に存在し得る異なるデータセンタに)配置されているデータセット記憶システムを実施するために使用され得る。例えば、ホスト間における相互関係障害の確率を低減するために、データは、そのような異なるデータセンタ間で複製され得る。単一のデータセンタの障害が全システムの可用性に重大な影響を与える可能性は非常に小さい。加えて、クライアント要求をより近いデータセンタに転送することにより(ネットワーク待ち時間(network latency)によって)、端末間(end-to-end)データ検索応答時間は短縮され得る。複数段リング構成は、他の理由のために、例えば、共有データセンタ内に位置するホスト等においても使用され得る。例えば、リングの異なる段は、データセンタ内の領域、データセンタ内のホストの特定のラック(rack)等を特定するために使用され得る。一つの実施例を提供する目的のために、図17においては、各ホストが異なるデータセンタに配置されているデータセット記憶システムを実施するために、複数段リング構成が使用されることが想定されている。
図20乃至図24を参照すると、データセンタ502に記憶されているデータセットへのアクセスに関連する動作が示されている。図20は、実施の一形態に係る図17のシステムにより実行されるアクセス動作のフローチャートである。図21乃至図24は、実施の一形態に係る図20のアクセス動作の態様を詳細に示す図である。
図25を参照すると、実施の一形態において、例えば、データセンタにデータを記憶するためのコストがネットワーク通信量(例えば、ピークネットワーク通信量、平均ネットワーク通信量等)のレベルによって影響を受ける場合、可用性の望ましいレベルになお適合させながら、データセンタ間の通信オーバヘッドを減少させることは望ましいことであり得る。例えば、他のデータセンタへのデータセットの即時の伝達を回避して、通信(トラフィック)バーストが平滑化されるようにすることは、望ましいことであり得る。
102 ユーザコンピュータ
104 通信ネットワーク
106 ネットワークサービスシステム
110 ネットワークインタフェース
112 データセットサービス
114 他のサービス
116 商業ウェブサイトシステム
118 データセット記憶システム
120 ネットワークショッピングインタフェース
122 ショッピングカートデータサービス
124 ショッピングカートサービス
128 ショッピングカート記憶システム
130 データセットサービスホスト
134 クライアントプロセス
136 データセットバージョン調整ロジック
182 ハッシュ関数
184 (下位レベル)リング
190 優先リスト
502 データセンタ
504 (上位レベル)リング
508 通信ネットワーク
510 メッセージフィルタ
532,534,536 ホスト
552 バースト
554 帯域幅波形
Claims (20)
- プロセッサと、
メモリと、
を備えているコンピュータ実施データ記憶システムにおいて、
前記メモリは、データ記憶装置を提供するように前記システムを構成する一つ又は複数のコンピュータ実行可能ロジックコンポーネントを備え、
前記コンピュータ実行可能ロジックコンポーネントは、
リング接続構成に対応する複数のデータセンタに及び前記複数のデータセンタ内の複数のホストに複数のデータセットを記憶するための分担をマッピングするように構成されたマッピングロジックと、
前記複数のデータセンタの第1のサブセット内の前記複数のホストの第1のサブセットに、データセットの第1の複数のコピーを書き込むように構成されたデータセット複製ロジックであって、前記複数のデータセンタの前記第1のサブセットは、前記リング接続構成上の開始データセンタからの前記リング接続構成の周回における第1の順序の配列のデータセンタに対応し、複数部分キーの関数として識別される前記第1の順序の配列は前記データセットに対応する、データセット複製ロジックと、
前記複数のデータセンタの第2のサブセット内の前記複数のホストの第2のサブセットで、前記データセットの第2の複数のコピーを読み出すように構成されたデータセット検索ロジックと、
前記データセットの一つのコピーを供給するために、前記データセットの前記第2の複数のコピーの構成要素間の因果関係を評価するように構成されたデータセット比較ロジックと、
を備え、
因果関係の前記評価は、前記データセットの前記第2の複数のコピーのうちの構成要素であって、前記データセットの前記第2の複数のコピーのうちの他の構成要素の先祖でない構成要素間の因果関係の評価を、少なくとも含む、
ことを特徴とするコンピュータ実施データ記憶システム。 - 前記リング接続構成の周回における前記第1の順序の配列のデータセンタは、前記複数のデータセンタの前記第1のサブセット内の各データセンタ間における前記リング接続構成上の所定の数のデータセンタに対応することを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- 前記リング接続構成の周回における前記第1の順序の配列のデータセンタは、前記複数のデータセンタの前記第1のサブセット内の各データセンタ間における前記リング接続構成上のデータセンタの数の増加又は減少に対応することを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- 少なくとも、前記複数のデータセンタの第3のサブセットは、前記順序の配列を適用する目的のためには、前記リング接続構成から除外されることを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- 前記複数のデータセンタの前記第2のサブセットは、前記リング接続構成上の開始データセンタからの前記リング接続構成の周回における前記第1の順序の配列のデータセンタに対応することを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- 前記複数のデータセンタの前記第1のサブセット及び前記複数のデータセンタの前記第2のサブセットの少なくとも一つの構成要素は異なることを特徴とする請求項5に記載のシステム。
- 前記複数のデータセンタの前記第1のサブセット内の前記複数のホストの前記第1のサブセットは、前記複数のデータセンタの前記第1のサブセットの各データセンタ内の前記複数のホストの前記第1のサブセット内の一つ又は複数のホストのセットを含むことを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- 前記複数のデータセンタの前記第1のサブセットの各データセンタ内の前記複数のホストの前記第1のサブセット内の前記一つ又は複数のホストの各セットは、ホストリング接続構成に対応することを特徴とする請求項7に記載のシステム。
- 前記複数のデータセンタの前記第1のサブセット内の前記複数のホストの前記第1のサブセットにおける前記データセットの前記第1の複数のコピーの書込は、前記ホストリング接続構成上の開始ホストからの前記ホストリング接続構成の周回における第1の順序の配列のホストへのデータの書込を含むことを特徴とする請求項8に記載のシステム。
- 前記複数のデータセンタの前記第2のサブセット内の前記複数のホストの前記第2のサブセットにおける前記データセットの前記第2の複数のコピーの読出は、前記ホストリング接続構成上の開始ホストからの前記ホストリング接続構成の周回における第2の順序の配列のホストからのデータの読出を含むことを特徴とする請求項9に記載のシステム。
- データセットを得るステップと、
複数のデータセンタの第1のサブセット内の第1の複数のホストに、データセットの第1の複数のコピーを書き込むステップであって、前記複数のデータセンタはリング接続構成に対応し、前記複数のデータセンタの前記第1のサブセットは、前記リング接続構成上の開始データセンタからの前記リング接続構成の周回における第1の順序の配列のデータセンタに対応し、複数部分キーの関数として識別される前記第1の順序の配列は前記データセットに対応する、ステップと、
前記複数のデータセンタの第2のサブセット内の第2の複数のホストで、前記データセットの第2の複数のコピーを読み出すステップと、
前記データセットの前記第2の複数のコピーの構成要素間の因果関係を評価するステップであって、因果関係の評価は、前記データセットの前記第2の複数のコピーのうちの構成要素であって、前記データセットの前記第2の複数のコピーのうちの他の構成要素の先祖でない構成要素間の因果関係の評価を、少なくとも含む、ステップと、
前記データセットの前記第2の複数のコピーの構成要素間の因果関係の評価に基づいて、前記データセットの前記第2の複数のコピーから前記データセットの一つのコピーを特定するステップと、
を含む各ステップをプロセッサに実行させるためのコンピュータ実施データ処理方法。 - 前記リング接続構成の周回における前記第1の順序の配列のデータセンタは、前記複数のデータセンタの前記第1のサブセット内の各データセンタ間における前記リング接続構成上の所定の数のデータセンタに対応することを特徴とする請求項11に記載の方法。
- 前記リング接続構成の周回における前記第1の順序の配列のデータセンタは、前記複数のデータセンタの前記第1のサブセット内の各データセンタ間における前記リング接続構成上のデータセンタの変化し得る数に対応することを特徴とする請求項11に記載の方法。
- 前記第1の順序の配列を適用する目的のために、前記リング接続構成から一つ又は複数のデータセンタを除外するステップをさらに含むことを特徴とする請求項11に記載の方法。
- 前記複数のデータセンタの前記第2のサブセットは、前記リング接続構成上の開始データセンタからの前記リング接続構成の周回における前記第1の順序の配列のデータセンタに対応することを特徴とする請求項11に記載の方法。
- 前記複数のデータセンタの前記第1のサブセット及び前記複数のデータセンタの前記第2のサブセットの少なくとも一つの構成要素は異なることを特徴とする請求項15に記載の方法。
- 前記複数のデータセンタの前記第1のサブセット内の前記第1の複数のホストは、前記複数のデータセンタの前記第1のサブセットの各データセンタ内の前記第1の複数のホスト内の一つ又は複数のホストのセットを含むことを特徴とする請求項11に記載の方法。
- 前記複数のデータセンタの前記第1のサブセットの各データセンタ内の前記第1の複数のホスト内の前記一つ又は複数のホストの各セットは、ホストリング接続構成に対応することを特徴とする請求項17に記載の方法。
- 前記複数のデータセンタの前記第1のサブセット内の前記第1の複数のホストにおける前記データセットの前記第1の複数のコピーの書込は、前記ホストリング接続構成上の開始ホストからの前記ホストリング接続構成の周回における第1の順序の配列のホストへのデータの書込を含むことを特徴とする請求項18に記載の方法。
- 前記複数のデータセンタの前記第2のサブセット内の前記第2の複数のホストにおける前記データセットの前記第2の複数のコピーの読出は、前記ホストリング接続構成上の開始ホストからの前記ホストリング接続構成の周回における第2の順序の配列のホストからのデータの読出を含むことを特徴とする請求項19に記載の方法。
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