JP2016006638A - 負荷分散装置、負荷分散方法及びプログラム - Google Patents
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Abstract
Description
負荷分散方式としては、例えば、各サーバに順番にリクエストを振り分けるラウンドロビン方式などが知られている。
このため、クライアントからのリクエストを処理するのに、全サーバのリソースを使用する必要がない場合であっても、全サーバを平均的に使用することから消費電力が高くなる傾向があった。
このようなことから、負荷分散装置に接続される複数のサーバの省電力化を図ることが望まれている。
クライアントと複数のサーバとにネットワークを介して接続される負荷分散装置であって、
前記複数のサーバにかかる負荷の指標となる測定値を取得する測定値取得手段と、
前記複数のサーバのうち、前記クライアントからの単位時間当たりの処理要求を応答処理するのに必要な最小サーバ台数を求める最小サーバ台数取得手段と、
前記最小サーバ台数取得手段で求めた最小サーバ台数と、前記測定値取得手段で取得した測定値と、に基づいて、前記複数のサーバが単位時間当たりに処理要求を応答処理可能な処理性能値を求める処理性能値取得手段と、
前記処理性能値取得手段で求めた処理性能値と前記測定値の変動とに基づいて、前記複数のサーバのうち前記クライアントからの処理要求を応答処理するサーバを選択する選択手段と、
前記選択手段で選択したサーバに、前記クライアントからの処理要求を振り分ける振分手段と、
を備えたことを特徴とする。
また、前記測定値取得手段は、前記負荷の指標となる測定値として、前記クライアントからの単位時間当たりの処理要求に対して応答処理した処理数を取得するとよい。
前記単位時間当たりの処理要求を前記複数のサーバに転送してから、該複数のサーバより応答処理を受信するまでにかかった平均往復時間を基準往復時間として求める基準往復時間取得手段と、
前記平均往復時間を前記複数のサーバの台数を減らして求める平均往復時間取得手段と、を備え、
前記平均往復時間が前記基準往復時間から算出される所定の許容往復時間を越えるサーバ台数を特定し、該特定したサーバ台数に1台サーバ台数を加算した台数を前記最小サーバ台数とするとよい。
前記単位時間当たりの処理要求を応答処理する各サーバのCPU使用率から平均CPU使用率を求める平均CPU使用率取得手段を備え、
前記平均CPU使用率が所定の上限率を超えるサーバ台数を特定し、該特定したサーバ台数に1台サーバ台数を加算した台数を前記最小サーバ台数とするとよい。
複数のサーバ全体での処理性能値を、自装置の外部から取得する処理性能値取得手段と、
前記処理性能値取得手段で取得した処理性能値と、前記複数のサーバにかかる負荷の指標となる測定値の変動と、に基づいて、前記複数のサーバのうちクライアントからの処理要求を応答処理するサーバを選択する選択手段と、
前記選択手段で選択したサーバに、前記クライアントからの処理要求を振り分ける振分手段と、
を備えたことを特徴とする。
前記複数のサーバにかかる負荷の指標となる測定値を取得する測定値取得ステップと、
前記複数のサーバのうち、クライアントからの単位時間当たりの処理要求を応答処理するのに必要な最小サーバ台数を求める最小サーバ台数取得ステップと、
前記最小サーバ台数取得ステップにおいて求めた最小サーバ台数と、前記測定値取得ステップにおいて取得した測定値と、に基づいて、前記複数のサーバが単位時間当たりに処理要求を応答処理可能な処理性能値を求める処理性能値取得ステップと、
前記処理性能値取得ステップにおいて求めた処理性能値と前記測定値の変動とに基づいて、前記複数のサーバのうち前記クライアントからの処理要求を応答処理するサーバを選択する選択ステップと、
前記選択ステップにおいて選択したサーバに、前記クライアントからの処理要求を振り分ける振分ステップと、
を備えたことを特徴とする。
クライアントと複数のサーバとにネットワークを介して接続されるコンピュータを、
前記複数のサーバにかかる負荷の指標となる測定値を取得する測定値取得手段、
前記複数のサーバのうち、前記クライアントからの単位時間当たりの処理要求を応答処理するのに必要な最小サーバ台数を求める最小サーバ台数取得手段、
前記最小サーバ台数取得手段で求めた最小サーバ台数と、前記測定値取得手段で取得した測定値と、に基づいて、前記複数のサーバが単位時間当たりに処理要求を応答処理可能な処理性能値を求める処理性能値取得手段、
前記処理性能値取得手段で求めた処理性能値と前記測定値の変動とに基づいて、前記複数のサーバのうち前記クライアントからの処理要求を応答処理するサーバを選択する選択手段、
前記選択手段で選択したサーバに、前記クライアントからの処理要求を振り分ける振分手段、
として機能させるためのプログラムである。
以下、この発明の第1実施形態を図面に基づいて説明する。
図1に示すように、負荷分散装置100は、複数のクライアント200と複数のサーバ(1乃至5)とにネットワークを介して接続される。負荷分散装置100と複数のサーバとの間のネットワークとしては例えばLAN(Local Area Network)であり、負荷分散装置100と複数のクライアント200との間のネットワークとしては例えばインターネット、LANである。
なお、以下の説明において、個々のサーバを特段特定して説明する必要がない場合は、適宜、複数のサーバ、全サーバ、各サーバなどと称して説明する。また、この実施形態では、理解を容易にするために、サーバ台数は5台とし、各サーバの性能及び消費電力は同じであることを前提として説明する。
複数のクライアント200はそれぞれ、ユーザの入力操作を受け付けて処理要求を送信するPC(Personal Computer)である。また、複数のクライアント200はそれぞれ、各サーバから提供されるデータに基づいて、ディスプレイなどの表示手段にHTML文書や画像などを表示する。ここで、処理要求としては例えばhttp(HyperText Transfer Protocol)リクエストであり、応答処理としては例えばhttpレスポンスである。
複数のクライアント200は、便宜上3台(クライアント210、220及び230)のみ図示するが、実際には、数百数千がインターネットを介して負荷分散装置100と接続され、複数の処理要求が各サーバに振り分けられる。
このうち、CPU101は、負荷分散装置100全体を制御する中央演算装置である。
フラッシュROM102は、CPU101が実行する負荷分散に係るプログラムを格納している不揮発性メモリである。
ネットワークI/F104は、この負荷分散装置100が、複数のサーバ、複数のクライアント200とネットワークを介して通信を行うためのインタフェースである。
機能としては、図3に示すように、トランザクション数取得部10、最小サーバ台数取得部20、最大トランザクション数取得部30、サーバ選択部40及び振分部50を備える。
例えば、トランザクション数取得部10は、クライアント210から受信した1つの処理要求をサーバ1に転送し、そのサーバ1からの応答処理を受信すると1トランザクションとする。このようにして、トランザクション数取得部10は、複数のクライアント200からの処理要求を各サーバに転送し、その各サーバからの応答処理を受信するとトランザクションをカウントしていく。
なお、トランザクション数は、障害などにより応答処理ができなかったような例外を除き、原則処理要求の数と一致する。また、トランザクション数取得部10は、測定値取得手段に相当する。
具体的には、まず、基準往復時間取得部21は、毎秒当たりの処理要求を複数のサーバに転送してから、その複数のサーバより応答処理を受信するまでにかかった平均往復時間を基準往復時間として求める。
次に、平均往復時間取得部22は、平均往復時間を複数のサーバの台数を減らして求め、その求めた平均往復時間と、基準往復時間から算出される所定の許容往復時間と、を比較する。
なお、最小サーバ台数取得部20は最小サーバ台数取得手段に、基準往復時間取得部21は基準往復時間取得手段に、平均往復時間取得部22は平均往復時間取得手段に、それぞれ相当する。
具体的には、最大トランザクション数取得部30は、求めた最小サーバ台数と負荷分散先を選択する前に測定した全サーバが応答処理したトランザクション数との比から、全サーバ5台での最大トランザクション数を求める。この最大トランザクション数を求める際の具体例については後述する。
なお、この最大トランザクション数は、複数のサーバ全体での最大の処理性能値を示す。また、最大トランザクション数取得部30は、処理性能値取得手段に相当する。
換言すると、サーバ選択部40は、最大トランザクション数取得部30で求めた最大トランザクション数(最大TPS)に対するトランザクション数取得部10で取得したトランザクション数(TPS)の割合に応じて、複数のサーバのうち複数のクライアント200からの処理要求を応答処理するサーバを選択する。つまり、サーバ選択部40は、振り分けるサーバ台数を決定する。
具体的には、サーバ選択部40は、測定したトランザクション数の変動に従って、動的に応答処理させるサーバ台数を増減する。例えば、最大TPSに対するTPSの割合が小さい場合、すなわち測定したトランザクション数が少ない場合は、全サーバを稼動する必要がないので、サーバ選択部40は、例えばサーバ1とサーバ2の2台を選択する。なお、選択にあたっては、複数のサーバのうち任意のサーバが選択される。また、サーバ選択部40は、選択手段に相当する。
この処理は、負荷分散装置100を起動した直後や複数のサーバの運用を開始した後の所定時間毎(例えば、一週間に一回)などに実施される。また、トランザクション数取得部10が測定して取得したトランザクション数は1000TPSであるとする。
具体的には、平均往復時間取得部22は、サーバ台数が4台のときの平均往復時間1.1m秒を求める(図5参照)。
ここで、一般的に、サーバ台数が減少するとサーバ1台当たりが処理要求を応答処理する数が増加するため、平均往復時間が長くなる。
この場合、最小サーバ台数は2台で測定したトランザクション数(処理数)は1000TPSなので、最大TPSは、1000TPS×5台/2台=2500TPSとなる。このため、サーバ1台当たりが処理可能なトランザクション数は500TPSとなる。
この場合、最小サーバ台数は1台で測定したトランザクション数(処理数)は1000TPSなので、最大TPSは、1000TPS×5台/1台=5000TPSとなる。このため、サーバ1台当たりが処理可能なトランザクション数は1000TPSとなる。
このため、使用サーバ台数を決定するために必要となる最大の処理性能値を求めることができる。従って、最大の処理性能値をユーザが求める必要がない。また、選択しなかったサーバについては休止(アイドル)状態にできる。このため、ユーザの手間を省きつつ、負荷分散装置100に接続される複数のサーバの省電力化を図ることができる。
これにより、許容往復時間に代えて許容遅延時間を用いて、上記第1実施形態と同様の効果、すなわちユーザの手間を省きつつ、負荷分散装置100に接続される複数のサーバの省電力化を図ることができる。
次に、この発明の第2実施形態を図6乃至図8を参照しながら説明する。
第2実施形態では、負荷分散装置100′が、平均CPU使用率に基づいて最小サーバ台数を求める点が第1実施形態と異なる。そこで、この異なる点を中心に以下説明する。
なお、第2実施形態において、負荷分散装置100′のハードウェア構成は、第1実施形態の負荷分散装置100と同じである。また、負荷分散装置100′の機能については、図3に示した基準往復時間取得部21及び平均往復時間取得部22に代えて、図6に示すように平均CPU使用率取得部23を備える点が異なる。
なお、別の手法により、CPU使用率を取得しても構わない。また、平均CPU使用率取得部23は、平均CPU使用率取得手段に相当する。
この場合、最小サーバ台数が2台で測定したTPSが1000TPSなので、最大TPSは第1実施形態と同じ2500TPSとなる。
この場合、最小サーバ台数が1台で測定したTPSが1000TPSなので、最大TPSは第1実施形態と同じ5000TPSとなる。
このため、第1実施形態と同様に最大の処理性能値を自動で求めることができることに加えて、平均CPU使用率を用いるので許容往復時間を用いる場合と比較して、最小サーバ台数を求める際より高い確度で処理性能が限界に達したと判断することができる。
具体的には、負荷分散装置100がIP(Internet Protocol)パケットを発行し各サーバに送信してから返答を受信するまでの平均往復時間を用いるようにする。この際、第1実施形態と同様に、サーバ5台のときの平均往復時間を基準として、4台、3台、2台と順に1台ずつ台数を減らして平均往復時間を求めて最小サーバ台数を求めるようにする。これにより、負荷分散装置100によるPingを用いたサーバの死活監視を流用して、最小サーバ台数を求めることができる。
このような場合、負荷分散装置100に予めタイムアウトの時間を設定しておき、その時間以内に応答がなければ、最小サーバ台数取得処理を強制終了してもよい。あるいは、タイムアウトしなかった直前の台数(例えば、3台で応答があったものの2台で応答がないような場合は3台)を最小サーバ台数としてもよい。
このような場合において、最小サーバ台数を1台とすると、後でトランザクション数が増えた場合対処できない場合もあるので、最小サーバ台数を1台にすることに代えて(ステップS19、S29の処理に代えて)、トランザクション数が増えた段階で最小サーバ台数取得処理をリスタートさせてもよい。例えば、トランザクション数が所定数になったら、リスタートすることが考えられる。
また、サーバ台数が増減したタイミングに限らず、サーバの入れ替えによりサーバの性能に変更があった場合やサーバのコンテンツが変更になった場合などにも、同様に最小サーバ台数取得処理を実施してもよい。
また、性能対電力比が大きいサーバを優先的に選択してもよい。性能対電力比は、例えば、サーバの性能を消費電力で除した値を示す。この場合、予めサーバ1乃至5の性能対電力比を記憶しておき、負荷分散先のサーバを選択する場合には、性能対電力比が小さいサーバを優先的に選択するとよい。
具体的には、自装置の外部で最小サーバ台数を求め、求めた最小サーバ台数と測定した測定値(例えば、トランザクション数)とから予め処理性能値を求めておく。そして、負荷分散装置100(100′)は、予め自装置の外部で求めておいた処理性能値を、ネットワークなどを介して受信して記憶しておく。そして、負荷分散装置100(100′)は、外部から取得した処理性能値と測定値(例えば、トランザクション数)の変動とに基づいて、動的に負荷分散先のサーバを選択する。
これにより、負荷分散装置100(100′)は、自装置で処理性能値を求めるための機能(トランザクション数取得部10、最小サーバ台数取得部20、最大トランザクション数取得部30)を備える必要がないので、処理負荷を抑えつつ、複数のサーバの省電力化を図ることができる。
第1実施形態の説明では、急激なトランザクション(処理要求)の増加がないことを前提にして、サーバ選択部40が複数のサーバの内の何台かにトランザクションを振り分けるかを決める説明をした。しかし、その振り分けた状態が、各サーバの処理性能値に近い場合に(処理マージンが無い場合)、さらに急激なトランザクションの増加があった場合には、応答処理が出来ないトランザクションが発生する。配分先のサーバを追加するためには所定の処理時間がかかるため、その処理時間内に取得した処理性能値を超えるトランザクションを処理できないからである。第3実施形態では、サーバ選択部40が、急激なトランザクションの増加を考慮して振分先のサーバ台数を決定する技術について説明する。
X=(5N−S)/(N−1) ・・・式(1)
S:5段階のパラメータ
N:サーバ選択部40が選択したサーバ台数
例えば、N=2の場合、サーバ1とサーバ2の振分比は、トランザクション量によって、(9:1)(8:2)(7:3)(6:4)(5:5)と変化する。
具体的には、上記各実施形態では、負荷分散装置100のプログラムが、フラッシュROM102に予め記憶されているものとして説明した。しかし、フラッシュROM102のプログラムをコンピュータにインストールして、上述の各部機能を実行することができるコンピュータを構成してもよい。なお、プログラムは、フラッシュROM102に限らず、その他のコンピュータ読み取り可能な記録媒体(例えば、フレキシブルディスク、CD−ROM(Compact Disc-Read Only Memory)、DVD(Digital Versatile Disk)及びMOディスク(Magneto Optical Disc)等)に格納してコンピュータに配布してもよいことはもちろんである。
10 トランザクション数取得部
20 最小サーバ台数取得部
21 基準往復時間取得部
22 平均往復時間取得部
23 平均CPU使用率取得部
30 最大トランザクション数取得部
40 サーバ選択部
50 振分部
100(100′) 負荷分散装置
101 CPU
102 フラッシュROM
103 RAM
104 ネットワークI/F
210、220、230 クライアント
Claims (14)
- クライアントと複数のサーバとにネットワークを介して接続される負荷分散装置であって、
前記複数のサーバにかかる負荷の指標となる測定値を取得する測定値取得手段と、
前記複数のサーバのうち、前記クライアントからの単位時間当たりの処理要求を応答処理するのに必要な最小サーバ台数を求める最小サーバ台数取得手段と、
前記最小サーバ台数取得手段で求めた最小サーバ台数と、前記測定値取得手段で取得した測定値と、に基づいて、前記複数のサーバが単位時間当たりに処理要求を応答処理可能な処理性能値を求める処理性能値取得手段と、
前記処理性能値取得手段で求めた処理性能値と前記測定値の変動とに基づいて、前記複数のサーバのうち前記クライアントからの処理要求を応答処理するサーバを選択する選択手段と、
前記選択手段で選択したサーバに、前記クライアントからの処理要求を振り分ける振分手段と、
を備えたことを特徴とする負荷分散装置。 - 前記測定値取得手段は、前記負荷の指標となる測定値として、前記クライアントからの単位時間当たりの処理要求数を取得する、
ことを特徴とする請求項1に記載の負荷分散装置。 - 前記測定値取得手段は、前記負荷の指標となる測定値として、前記クライアントからの単位時間当たりの処理要求に対して応答処理した処理数を取得する、
ことを特徴とする請求項1に記載の負荷分散装置。 - 前記最小サーバ台数取得手段は、
前記単位時間当たりの処理要求を前記複数のサーバに転送してから、該複数のサーバより応答処理を受信するまでにかかった平均往復時間を基準往復時間として求める基準往復時間取得手段と、
前記平均往復時間を前記複数のサーバの台数を減らして求める平均往復時間取得手段と、を備え、
前記平均往復時間が前記基準往復時間から算出される所定の許容往復時間を越えるサーバ台数を特定し、該特定したサーバ台数に1台サーバ台数を加算した台数を前記最小サーバ台数とする、
ことを特徴とする請求項1乃至3の何れか一項に記載の負荷分散装置。 - 前記最小サーバ台数取得手段は、
前記単位時間当たりの処理要求を応答処理する各サーバのCPU使用率から平均CPU使用率を求める平均CPU使用率取得手段を備え、
前記平均CPU使用率が所定の上限率を超えるサーバ台数を特定し、該特定したサーバ台数に1台サーバ台数を加算した台数を前記最小サーバ台数とする、
ことを特徴とする請求項1乃至3の何れか一項に記載の負荷分散装置。 - 前記選択手段は、
前記処理性能値取得手段で求めた処理性能値と前記変動する測定値との間にマージンができるように、前記複数のサーバのうち前記クライアントからの処理要求を応答処理するサーバを選択する、
ことを特徴とする請求項1乃至5の何れか一項に記載の負荷分散装置。 - 前記振分手段は、前記選択手段が選択したサーバが2台以上の場合、該選択したサーバの性能比に応じて前記クライアントからの処理要求を振り分ける、
ことを特徴とする請求項1乃至6の何れか一項に記載の負荷分散装置。 - 前記振分手段は、
前記選択手段が前記マージンができるように選択したサーバが2台以上の場合、処理負荷が他のサーバに比べて軽いサーバを含むように、負荷分散比を示す重み付け係数を前記2台以上の各サーバに付与し、該付与した重み付け係数に基づいて前記クライアントからの処理要求を振り分ける、
ことを特徴とする請求項6に記載の負荷分散装置。 - 前記振分手段は、
前記各サーバに付与する重み付け係数の比を、前記測定値の変動に応じて動的に変化させ、該変化させた重み付け係数の比に基づいて前記クライアントからの処理要求を振り分ける、
ことを特徴とする請求項8に記載の負荷分散装置。 - 前記振分手段は、
前記測定値の上昇に伴って、前記各サーバに付与する重み付け係数の比を等しくする、
ことを特徴とする請求項9に記載の負荷分散装置。 - 前記処理性能値取得手段は、前記複数のサーバの台数に増減があった場合、前記処理性能値を求め直す、
ことを特徴とする請求項1乃至10の何れか一項に記載の負荷分散装置。 - 複数のサーバ全体での処理性能値を、自装置の外部から取得する処理性能値取得手段と、
前記処理性能値取得手段で取得した処理性能値と、前記複数のサーバにかかる負荷の指標となる測定値の変動と、に基づいて、前記複数のサーバのうちクライアントからの処理要求を応答処理するサーバを選択する選択手段と、
前記選択手段で選択したサーバに、前記クライアントからの処理要求を振り分ける振分手段と、
を備えたことを特徴とする負荷分散装置。 - 複数のサーバにかかる負荷の指標となる測定値を取得する測定値取得ステップと、
前記複数のサーバのうち、クライアントからの単位時間当たりの処理要求を応答処理するのに必要な最小サーバ台数を求める最小サーバ台数取得ステップと、
前記最小サーバ台数取得ステップにおいて求めた最小サーバ台数と、前記測定値取得ステップにおいて取得した測定値と、に基づいて、前記複数のサーバが単位時間当たりに処理要求を応答処理可能な処理性能値を求める処理性能値取得ステップと、
前記処理性能値取得ステップにおいて求めた処理性能値と前記測定値の変動とに基づいて、前記複数のサーバのうち前記クライアントからの処理要求を応答処理するサーバを選択する選択ステップと、
前記選択ステップにおいて選択したサーバに、前記クライアントからの処理要求を振り分ける振分ステップと、
を備えたことを特徴とする負荷分散方法。 - クライアントと複数のサーバとにネットワークを介して接続されるコンピュータを、
前記複数のサーバにかかる負荷の指標となる測定値を取得する測定値取得手段、
前記複数のサーバのうち、前記クライアントからの単位時間当たりの処理要求を応答処理するのに必要な最小サーバ台数を求める最小サーバ台数取得手段、
前記最小サーバ台数取得手段で求めた最小サーバ台数と、前記測定値取得手段で取得した測定値と、に基づいて、前記複数のサーバが単位時間当たりに処理要求を応答処理可能な処理性能値を求める処理性能値取得手段、
前記処理性能値取得手段で求めた処理性能値と前記測定値の変動とに基づいて、前記複数のサーバのうち前記クライアントからの処理要求を応答処理するサーバを選択する選択手段、
前記選択手段で選択したサーバに、前記クライアントからの処理要求を振り分ける振分手段、
として機能させるためのプログラム。
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