JP2016035770A - コンピュータシステムにおけるオペレーティングシステムの通信ネットワーク経由でのロードおよびブートを最適化するための方法、コンピュータプログラム、および装置 - Google Patents
コンピュータシステムにおけるオペレーティングシステムの通信ネットワーク経由でのロードおよびブートを最適化するための方法、コンピュータプログラム、および装置 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】通信ネットワーク経由でのサーバからコンピュータシステムへの最小限のオペレーティングシステムを構成するカーネルとファイルシステムの場合、initrd(initial RAM disk)のロードを並行して行うことで、ロード時間及びブート時間を短縮する。ここで、initrdのロード325−340の間に、カーネルのロード330−335が行なわれる。
【選択図】図3
Description
システムにおけるオペレーティングシステムの通信ネットワーク経由でのロードおよびブ
ートを最適化するための方法、コンピュータプログラム、および装置に関する。
周辺機器を介してアクセスすることができ、後のソフトウェアアプリケーションのロード
および実行を可能にするオペレーティングシステムを取得することを目的としている。オ
ペレーティングシステムは、通常はコンピュータシステムのマザーボードの読み出し専用
メモリに収容されるBIOS(Basic Input Output Systemの
頭文字である)によって実行されるより単純なプログラム(ブートローダと呼ばれる)に
よって取得される。
てのソフトウェア構成要素が、ランダムアクセスメモリへとロードされる。
るために、BIOSのパラメータを設定することが可能である。したがって、ネットワー
ク内の遠方のストレージシステムにおいて入手することができるオペレーティングシステ
ムのイメージを取得することによって、コンピュータシステムをネットワーク経由で起動
させることが可能である。そのようなブートの手順は、特にPXE(Pre−boot
eXecution Environmentの略語)またはgPXE(InfiniB
and(商標)またはEthernet(登録商標)型のネットワークにおいて使用する
ことができるPXEのオープンソース版)という名称で知られている。
令が、種々のファイルをロードすることによって取得される。より詳しくは、ネットワー
クからロードされるLinux(登録商標)オペレーティングシステムの関連においては
、最小限のオペレーティングシステムが、典型的には、少なくともカーネルおよびini
trd(initial RAM diskの頭文字)と一般的には呼ばれるファイルシ
ステムで構成される。
プリケーションを直接ロードするために使用することができ、あるいはオペレーティング
システムによって使用されるより完全なファイルシステムへのアクセスをもたらすために
使用することができる。最小限のオペレーティングシステムをブートするために、これら
の構成要素(カーネルおよびinitrd)の両方を有することが必要である。
、カーネルイメージに含まれるプログラムを実行することによってブートすることができ
る。
ンピュータシステム上にLinuxオペレーティングシステムを用意するためのサーバと
クライアントとの間のgPXEプロトコルによるブート手順の図を示している。
バ105へと接続されている。第1のステップ(参照番号115)は、DHCP(Dyn
amic Host Configuration Protocolの略語)サーバ上
のIP(Internet Protocolの略語)設定の検索からなる。DHCPサ
ーバの応答120は、IP設定情報に加えて、gPXE指令のファイルの場所を知らせる
。この指令ファイルの場所は、使用すべき転送プロトコルの定義も可能にする。
は、その場所の指令ファイルの転送を実行するようにサーバに要求125を送信する。応
答(参照番号130)において、指令ファイルがサーバから受信される。典型的には、受
信される指令ファイルは、カーネルファイル(カーネルのイメージ)の場所、initr
dファイル(関連のファイルシステムのイメージ)の場所、およびカーネルへと宛てるべ
きパラメータを定めている。
の要求に応答して、カーネルファイルがサーバから受信される(参照番号140)。次に
、同様の方法で、クライアントがinitrdファイルを取得するための要求145を送
信し、この要求に応答して、initrdファイルがサーバから受信される(参照番号1
50)。
はTFTP(Trivial File Transfer Protocolの略語)
またはHTTP(Hyper Text Transfer Protocolの略語)
の各プロトコルが使用されることに、留意すべきである。PXEプロトコルが使用される
場合には、TFTP転送プロトコルだけが使用される。さらに、PXEプロトコルが使用
される場合、指令ファイルは別の構文を使用し、クライアントとサーバとの間のさらなる
交換が、指令ファイルをロードする前に実行される。
カーネルのエントリポイントの実行へと進むことによって終了し、initrdファイル
によってもたらされるファイルシステムが使用される。このオペレーティングシステムの
ブートが、通常は、ネットワークを介してより完全なファイルシステムへとアクセスし、
そのファイルシステムを使用してinitrdファイルシステムを置き換えることによっ
て続けられる。
て不可欠な段階は、ネットワーク設定の取得後に、例えばpxelinuxファイルなど
のPXEコード拡張をロードし、次いで後続のロード指令をロードし、その後にカーネル
のイメージ(カーネルファイル)をロードし、次いでファイルシステムのイメージ(in
itrdファイル)をロードすることである。したがって、gPXEプロトコルは、PX
Eコード拡張をロードする工程が不要である点を除き、PXEプロトコルと同様である。
よるそのファイルへの経路)、initrdファイルの場所(プロトコルおよびそのプロ
トコルによるそのファイルへの経路)、ならびにカーネルによって使用されるパラメータ
(例えば、ユーザのインタラクションを処理するためのシリアルポートの使用のための特
性など)に関する。
コンピュータシステムに電力を供給してからオペレーティングシステムが利用できるよう
になるまでに要する時間が、無視できなくなり、きわめて不利となる可能性があり、これ
が、とりわけ、最適化がきわめて重要な柔軟な環境のコンピュータシステムに当てはまる
。
のロードおよびブートの方法に関し、前記通信ネットワークには、少なくとも1つのサー
バが接続され、前記少なくとも1つのサーバが、最小限のオペレーティングシステムのカ
ーネルの少なくとも1つのイメージおよび関連のファイルシステムのイメージを含んでい
る。本方法は、前記カーネルの前記イメージをロードするステップおよび前記ファイルシ
ステムの前記イメージをロードするステップを含んでおり、前記カーネルの前記イメージ
をロードする前記ステップおよび前記ファイルシステムの前記イメージをロードする前記
ステップのうちの一方が、前記カーネルの前記イメージをロードする前記ステップおよび
前記ファイルシステムの前記イメージをロードする前記ステップのうちの他方の実行の終
了よりも前に開始される。
ーネルのイメージおよびファイルシステムのイメージの転送に関係する遅延を減らすこと
を可能にする。
ルシステムの前記イメージをロードする前記ステップが、実質的に同時に開始される。し
たがって、カーネルのイメージおよびファイルシステムのイメージの転送のための時間が
、カーネルのイメージおよびファイルシステムのイメージのサイズにかかわらず最適化さ
れる。
記ファイルシステムの前記イメージをロードするためのロード指令の準備ステップをさら
に含む。ロード指令は、好ましくは、カーネルのイメージおよびファイルシステムのイメ
ージの場所についての情報、それらのイメージへのアクセスに使用される通信プロトコル
についての情報、および/またはカーネルによって使用されうるパラメータを含む。
をさらに含んでおり、前記ブートローダが、前記カーネルの前記イメージをロードする前
記ステップおよび/または前記ファイルシステムの前記イメージをロードする前記ステッ
プの実行のためのインストラクションを含んでいる。
が、PXEまたはgPXE方式の標準的なプロトコルである。
ージのロードのためのプロトコルが、好ましくはTFTP方式またはHTTP方式のプロ
トコルである。
に合わせて構成されている。
行するように構成されたインストラクションを含んでいるコンピュータプログラム、なら
びに上述の方法の各々のステップを実行するように構成された手段を備える装置に関する
。
述した利点と同様である。
定するものではない例として提示される以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
ラスタノードまたはクライアントステーション)のブートに使用されるデータの並列ロー
ドに関する。データの並列ロードは、特に、オペレーティングシステムのカーネルおよび
関連のファイルシステムに関係するデータに関する。
の例を示している。
ernetまたはInfinibandネットワークなどの通信ネットワーク220へと
接続された3つのサーバ205、210、および215を含んでおり、さらに通信ネット
ワーク220には、クラスタノードまたはクライアントステーション(参照番号225−
1〜225−i)も接続されている。ここでは、サーバ205が、例えばPXEまたはg
PXEプロトコルを使用してクライアントシステムのブートの継続を可能にする場所を供
給するように構成されたアドレスサーバ(例えば、DHCPサーバ)である。ここでは、
サーバ210が、特定のPXEファイル(特に、pxelinuxファイルならびにPX
EまたはgPXE指令ファイル)をロードできるサーバである。サーバ215が、カーネ
ルのイメージ(すなわち、典型的にはカーネルファイル)およびファイルシステムのイメ
ージ(すなわち、典型的にはinitrdファイル)をロードできるサーバである。サー
バ210および215は、例えばTFTPまたはHTTPファイルサーバである。
は、自身を特定するネットワークアドレス(好ましくは、IP方式のアドレス)をサーバ
205から取得するとともに、サーバ210上のPXE拡張(例えば、pxelinux
)またはgPXE指令の場所を取得する。次いで、クライアントステーションまたはノー
ドは、サーバ210からPXEまたはgPXEブートインストラクションをロードするこ
とができ、すなわち、特に、ロード指令をロードすることができ、該当するのであればP
XEコード拡張をロードすることができる。次に、受信されたロード指令に応じて、使用
すべきカーネルおよびファイルシステムのイメージ、すなわち例えばカーネルおよびin
itrdファイルが、サーバ215から転送される。
よび215がただ1つのサーバ230にまとめられている点で、すでに述べた環境200
から相違し、サーバ230が通信ネットワーク220へと接続され、さらにクライアント
ステーションまたはノード(参照番号225−1〜225−i)も通信ネットワーク22
0へと接続されている。したがって、サーバ230は、DHCPサーバなどのアドレスサ
ーバ機能を有するサーバならびに使用すべきカーネルおよびファイルシステムのイメージ
をロードすることができるPXEまたはgPXEのためのファイルサーバである。
ルの転送も可能にするDHCPサーバなどのアドレスサーバと、使用すべきカーネルおよ
びファイルシステムのイメージをロードすることができるサーバ)を使用することも可能
である。
階を示している。これらの段階が、タイムライン300上に表わされている。
ネットワーク設定を取得(ステップ305)する必要があり、さらに必要であれば、ロー
ド指令ならびに使用すべきカーネルおよびファイルシステムのイメージ(例えば、カーネ
ルおよびinitrdファイル)をロードできるサーバのネットワーク設定を取得する必
要がある。
すなわちネットワーク設定が既知となって直ぐ(gPXEプロトコルが使用される場合)
、あるいはPXE拡張がロード(PXEプロトコルが使用される場合)されたとき、ロー
ド指令のロードが開始される(ステップ315)。
ルシステムのイメージ(例えば、カーネルおよびinitrdファイル)のロードを、開
始することができる(それぞれステップ330および325)。カーネルのイメージのロ
ードは、ファイルシステムのイメージのロードと同時に開始され、あるいはファイルシス
テムのイメージのロードの開始後かつファイルシステムのイメージのロードの完了前に開
始される。一般に、ファイルシステムのイメージのロードが、カーネルのイメージのロー
ドの完了(ステップ335)後も続くことに、留意すべきである。
メージのロードの完了よりも前に始まる限りにおいて、ファイルシステムのイメージのロ
ードよりも先に開始されてもよい。
40)した後で、カーネル(すなわち、最小限のオペレーティングシステム)がブートさ
れる(ステップ345)。
ある一方で、initrdファイルなどのファイルシステムのイメージのサイズが、通常
は2〜20MBの間であり、100MBに達する可能性もあることに、留意すべきである
。したがって、カーネルのイメージおよびファイルシステムのイメージを同時にロードす
ることで、ロード時間を、サイズが小さい方の画像について節約することができる。
イアントステーションにおいて実行される典型的なアルゴリズムの図である。
アントステーションのためのネットワーク設定を取得し、さらに必要であればロード指令
ならびに使用すべきカーネルおよびファイルシステムのイメージをロードできる1つ以上
のサーバのネットワーク設定を取得するための要求で構成される。例として、ノードまた
はクライアントステーションのBIOSが、DHCPプロトコルに従って自身のIPアド
レスならびにPXEまたはgPXEサーバのIPアドレスを要求する。
に取得したアドレスのPXEまたはgPXEサーバからロード指令をロードする。やはり
、ノードまたはクライアントステーションのBIOSが、この要求を行なうことができる
。使用されるプロトコルがPXEプロトコルである場合、この段階は、PXEコード拡張
(例えば、pxelinux)をロードする準備段階を含む。ノードまたはクライアント
ステーションのブートプログラムまたはブートローダ(gPXEプロトコルが使用される
場合)、あるいはPXEサーバから受信されるブートプログラムまたはブートローダ(P
XEプロトコルが使用される場合)が、ロード指令との組み合わせにおいて、カーネルの
イメージおよびファイルシステムのイメージのロードの開始を可能にする。
サーバのアドレスが、通常はロード指令にて与えられることに、留意すべきであろう。あ
るいは、ノードまたはクライアントステーションからアドレスサーバへの別途の要求によ
って取得されてもよい。
ムのカーネルのイメージのロード(ステップ410)およびそのファイルシステムのイメ
ージのロード(ステップ415)を開始させる。これらの目的のため、カーネルおよび対
応するファイルシステムのイメージの同時のロードを開始させるために、ブートストラッ
ププロトコル(pxelinuxまたはgPXE)が、ロード要求が順次に処理されるこ
とがないように変更される。
可能にする。
ーバから得ることも、別々のサーバから得ることも可能である。別々のサーバから得られ
る場合、ファイルへのアクセスおよびロードの要求の処理に関して、コンフリクトは存在
しない。そうでない場合、ロードの作業は、ファイルサーバによって並列に処理される。
ングシステムのブートを続ける前にメモリへと完全にロードされることを保証するために
、待機の機構が実装される。
イルシステムのイメージのロードの処理が終わり、オペレーティングシステムのブートが
始まる。
クライアントステーションのアーキテクチャの例が、図5に示されている。
ス502(入力/出力バス)と、メモリとのデータの交換に専用の通信バス504とを備
えている。
yの頭文字である)506と、上述のプログラムの実行時に生成および変更される変数お
よびパラメータならびにカーネルおよびファイルシステムを記録するように構成されたレ
ジスタを含んでいるRAM(Random Access Memoryの頭文字である
)508とが、バス504へと接続されている。
it)の略語である)またはマイクロプロセッサ510と、ネットワークを介してデータ
の送信および受信を行なうように構成された通信インターフェイス512とが、バス50
2および504へと接続されている。ここで、通信インターフェイス512は、ネットワ
ークを介して使用されるオペレーティングシステムのブートを可能にするプログラムを収
容する拡張ROM514を備えている。
と接続される種々の要素の間の通信および相互運用を可能にする。バスの表現は、本発明
を限定するものではなく、特に中央演算処理装置が、装置500の任意の要素へと直接ま
たは装置500の任意の要素によって、インストラクションを通信することができる。
ログラムの実行コードを、例えば拡張ROM514に保存することができる。gPXEプ
ロトコルも、それらのソフトウェア構成要素をRAM508へとロードできるようにする
。
うちの1つへとロードすることができる。
ストラクションまたは一部分の実行を制御および管理し、それらのインストラクションは
、拡張ROM514、RAM506、または任意の他の上述のストレージ要素に保存され
る。
加えることが可能であろう。
Claims (9)
- 最小限のオペレーティングシステムのカーネルの少なくとも1つのイメージと関連のファイルシステムのイメージとを含む少なくとも1つのサーバ(205、210、215、230)が接続された通信ネットワークへと接続されるコンピュータシステム(225−1、225−i)について、前記カーネルの前記イメージをロードするステップ(330、410)および前記ファイルシステムの前記イメージをロードするステップ(325、415)を含んでいるロードおよびブートの方法であって、
前記カーネルの前記イメージをロードする前記ステップは、前記ファイルシステムの前記イメージをロードする前記ステップの開始後かつ前記ファイルシステムの前記イメージをロードする前記ステップの完了前に開始されることを特徴とする、方法。 - 前記カーネルの前記イメージおよび/または前記ファイルシステムの前記イメージをロードするためのロード指令の準備ステップ(405)をさらに含む、請求項1に記載の方法。
- ブートローダをロードする準備ステップをさらに含んでおり、
前記ブートローダが、前記カーネルの前記イメージをロードする前記ステップおよび/または前記ファイルシステムの前記イメージをロードする前記ステップの実行のためのインストラクションを含んでいる、請求項1または2に記載の方法。 - 前記ブートローダへのアクセスのためのプロトコルが、PXE方式のプロトコルである、請求項3に記載の方法。
- 前記ブートローダへのアクセスのためのプロトコルが、gPXE方式のプロトコルである、請求項3に記載の方法。
- 前記カーネルの前記イメージのロードおよび/または前記ファイルシステムの前記イメージのロードのためのプロトコルが、TFTP方式またはHTTP方式のプロトコルである、請求項1から5のいずれか一項に記載の方法。
- クラスタのノードにおいて実行される、請求項1から6のいずれか一項に記載の方法。
- コンピュータ上で実行されたときに請求項1から7のいずれか一項に記載の方法の各々のステップを実行するように構成されたインストラクションを含んでいるコンピュータプログラム。
- 請求項1から7のいずれか一項に記載の方法の各々のステップを実行するように構成された手段を備える装置。
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