JP2020115315A - 分散処理方法及び分散処理システム - Google Patents
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Abstract
Description
次に、分散処理で利用されるテーブルについて以下に説明する。なお、以下のテーブルは、アクセラレータ16内で保持している例を示すが、これに限定されるものではない。例えば、各テーブルはメモリ12等にロードされ、保持してもよい。アクセラレータ16内でテーブルを保持する場合、ソフトエラーのようなビザンチン障害が問題にならない装置を使ってもよい。アクセラレータ16にFPGAを採用した場合、上述の装置例としては、各テーブルの保持部を、FPGAの小面積な論理リソース、少量のレジスタ、ECC(Error Correction Code)等によってソフトエラーが自動訂正されるブロックRAM等で構成してもよい。
図17は、省プロセス1ステップ合意部210のクォーラムの一例を示す図である。省プロセス1ステップ合意アルゴリズムによるデータの一貫性(同一性)の判定と、一貫性が保証されない場合(以下、衝突とする)の解決手法は、次の通りである。
n1>2q+f1+2b1を満たせばよい。
Qe=n1−q
を満たせばよい。一方、推定クォーラムQfの大きさは、
を満たせばよい。
確定値の判定は、全ての値が一致した場合、一致した値を確定値とする
推定値の判定は、推定クォーラムQf内の過半数以上の一致数を持つ値を推定値とする
(条件2)全ての送受信部110(他のサーバ1)から受信する
(条件3)設定された時間が経過する
図18、図19は、2ステップ合意部220の一例を示すブロック図である。図18は、2ステップ合意部220の前段部220−Aと選択クォーラムの一例を示す図である。図19は、2ステップ合意部220の後段部220−Bと計数クォーラムの一例を示す図である。図18、図19では、図1のサーバ1−1、1−2の更新部130を図中更新部1、2とし、前段部220−Aを、それぞれ前段部1、2とし、後段部220−Bを、後段部1、2とする。また、2ステップ合意部220(サーバ1)の総数(プロセス数)をn2とする。
・選択クォーラムQ1内の一致値の判定は全ての値が一致した場合、当該値を一致値とする。
空の判定
・選択クォーラムQ1内で一致値が存在しない場合、値を空とする
を満たすプロセス数n22で、確定値および推定値の判定を実施することができる。また、計数クォーラムQ2の大きさは
Q2=n22−f22
を満たす。後段部220−Bでは、確定値および推定値の判定が以下のように行われる。
・計数クォーラムQ2内の確定値の判定は、全ての値が一致した場合、当該値を確定値とする
・計数クォーラムQ2内の推定値の判定は、確定値が存在しない場合に行い、v>b22を満たす一致数vを有する値を推定値とする。条件を満たす値が存在しない場合は、空と判定する。
・問題2:前段部220−Aでビザンチン障害が発生した場合、後段部220−Bの計数クォーラムQ2で本来得られた確定値および推定値を得られない場合がある。加えて、異常値が推定値となる場合がある。
(条件5)全てのアクセラレータ16(他のサーバ1)の前段部220−Aから受信する
(条件6)設定された時間が経過する
上記省プロセス1ステップ合意部210及び2ステップ合意部220のそれぞれにおいて、b1もしくはb2台のビザンチン障害が発生しても、正しく確定値および推定値を得ることが可能となる。
(2)2ステップ合意部220の推定値
(3)省プロセス1ステップ合意部210の推定値
(4)組み合わせ空を出力。但し、省プロセス1ステップ合意部210または2ステップ合意部220の入力から正常値テーブル330と一致する値が存在する場合には、当該値も出力する。
多数のリクエストが衝突し、リクエストの一致数が少ない場合には、組み合わせ部240は、確定値および推定値を得られず、任意値を出力する。この任意値として異常値が選択されるのを防止するため、正常値選択部250を機能させる。
上記省プロセス1ステップ合意部210、2ステップ合意部220及び組み合わせ部240の判定処理によって、送受信部110等でビザンチン障害が生じても、確定値、推定値、任意値のいずれも正常な値を出力することができる。しかし、アクセラレータ16内の各判定部および組み合わせ部240にビザンチン障害が発生した場合、以下のような課題が生じる。
(2)確定値として、異常値を出力してデータ処理を実行する
(1−2)推定値を得るサーバ1と、任意値を得るサーバ1が混在するようなリクエストが入力され、かつ推定値を得たサーバ1の数が、許容ビザンチン故障数b4+1台未満である場合
(1−3)リクエストの衝突が激しく、各サーバ1の組み合わせ部240の出力(推定値、組み合わせ空及び正常値)が、許容ビザンチン故障数b4+1個以上の一致数を満たさない場合
この場合、自動リトライにより、合意値を得ることが期待できる。各アクセラレータ16内の送受信部110の受信値、もしくは正常値又は最頻値を選択し、各アクセラレータ16の送受信部110にマルチキャストすることで、もう一度分散合意を行う。
省プロセス1ステップ合意部210と、2ステップ合意部220での合意に必要なプロセス(サーバ)数、最小通信回数δ、最小通信回数δを維持可能な許容故障数eについて、以下に説明する。また、以下では、f3=f4=3、b3=b4=b5=1としている。
n1>2q+f1+2b1
となる。
なお、最小通信回数δを維持可能な許容故障数eについては、最小レイテンシを維持可能な許容故障数q(=1)に相当する。
n2>max(2f21+b21,2f22+2b22)
ただし、max(x,y)は、xとyのうち大きい値を出力する関数である。
f2=min(f21,f22)
ただし、min(x,y)は、xとyのうち小さい値を出力する関数である。
f21=f22=3の場合、f2=3であり、e=3となる。したがって、2ステップ合意は省プロセス1ステップ合意より、最小通信回数δが多くなるが、分散データ管理システムの可用性は高くなる。
n=max(2q+f1+2b1,2f21+b21,2f22+2b22)
ただし、max(x,y,z)は、xとyとzのうち大きい値を出力する関数である。
図3は、本発明のサーバ1で行われる分散データ管理の一例を示す図である。図示の例ではクライアント3−1がデータAの処理要求をサーバ1−1〜1−nへマルチキャストで送信する例を示す。なお、クライアント3−1から各サーバ1へのマルチキャストによる送信は、図示しない管理計算機などが行ってもよい。
図8は、各サーバ1で行われる処理の一例を示すフローチャートである。この処理は、クライアント3からデータの処理要求を受信した場合に実行される。
図9は、省プロセス1ステップ合意部210で行われる合意処理の一例を示す図である。この処理は、図8のステップS3で行われる。
図10は、2ステップ合意部220で行われる処理の一例を示す図でフローチャートである。この処理は、図8のステップS4で実行される。
図11は、組み合わせ部240で行われる処理の一例を示す図でフローチャートである。この処理は、図8のステップS5で実行される。
図13は、正常値選択部250で行われる処理の一例を示す図でフローチャートである。この処理は、図8のステップS9で実行される。なお、図8の例では、組み合わせ処理(S5)後に、正常値選択処理実行する例を示すが、正常値選択処理の実行順序はこれに限定されない。例えば、省プロセス1ステップ合意処理(S3)や、2ステップ合意処理(S4)と、並列して実行してもよい。
図12は、衝突解決値選択部260で行われる合意処理の一例を示す図である。この処理は、図8のステップS11で行われる。
図14は、正常値選択部250で行われる処理の一例を示す図でフローチャートである。この処理は、正常値に代わって最頻値を用いる場合に図8のステップS9で実行される。なお、正常値選択処理と同様に、最頻値選択処理の実行順序はこれに限定されない。
n=max(2q+f1+2b1,2f21+b21,2f22+2b22)
q=1、f1=f21=3、f22=2、b1=b21=1、b22=0の時、n=8となる。したがって、省プロセス1ステップ合意部210と2ステップ合意部220を組み合わせた場合でも、必要なサーバ1の数を低減することが可能である。
n2>max(2f21+b21,2f22+b22)
となる。
n=max(2q+f1+2b1,2f21+b21,2f22+b22)
q=1、f1=f21=f22=3、b1=b21=b22=1の時、n=8となる。したがって、省プロセス1ステップ合意部210と2ステップ合意部220を組み合わせた場合でも、必要なサーバ1の数を低減することが可能である。
上述したように、上記実施例1〜4の分散処理システムは、(1.)プロセッサ(11)とメモリ(12)を含むサーバ(1)を複数有し、データを前記複数のサーバ(1)で受信し、前記データを多重化して処理する分散処理方法であって、前記サーバ(1)が、前記多重化された前記データを受信して、第1の判定部(省プロセス1ステップ合意部210)で前記受信したデータの一貫性を判定する第1判定ステップ(210)と、前記サーバ(1)が、前記第1の判定部(210)から前記データの一貫性の判定結果を受け付けて、前記判定結果が前記一貫性を保証するデータ(確定値)を含む場合には、当該一貫性が保証されたデータを出力する出力ステップ(出力部450)と、を含み、前記第1判定ステップ(210)は、前記データを受信する第1のサーバ数(n1)が、故障が発生したサーバを許容する所定の許容故障数(q,f1)と、ビザンチン障害が発生したサーバを許容する許容ビザンチン故障数(b1)に基づいて予め設定される。
11 プロセッサ
12 メモリ
16 アクセラレータ
40 PAXOS合意部
110 送受信部
130 更新部
140 データ格納部
210 省プロセス1ステップ合意部
220 2ステップ合意部
250 正常値選択部
240 組み合わせ部
260 衝突解決値選択装置
Claims (20)
- プロセッサとメモリを含むサーバを複数有し、データを前記複数のサーバで受信し、前記データを多重化して処理する分散処理方法であって、
前記サーバが、前記多重化された前記データを受信して、第1の判定部で前記受信したデータの一貫性を判定する第1判定ステップと、
前記サーバが、前記第1の判定部から前記データの一貫性の判定結果を受け付けて、前記判定結果が前記一貫性を保証するデータを含む場合には、当該一貫性が保証されたデータを出力する出力ステップと、
を含み、
前記第1判定ステップは、
前記データを受信する第1のサーバ数が、故障が発生したサーバを許容する所定の許容故障数と、ビザンチン障害が発生したサーバを許容する許容ビザンチン故障数に基づいて予め設定されたことを特徴とする分散処理方法。 - 請求項1に記載の分散処理方法であって、
前記サーバが、前記データの一貫性を判定するために前記サーバ間の最小通信回数が前記第1の判定部よりも多い第2の判定部で、前記受信したデータの一貫性を判定する第2判定ステップと、
前記サーバが、前記第1の判定部または前記第2の判定部から前記データの一貫性の判定結果を受け付けて、前記第1の判定部の前記判定結果と前記第2の判定部の前記判定結果を組み合わせる組み合わせステップと、
をさらに含み、
前記第2判定ステップは、
前記データを受信する第2のサーバ数が、前記許容故障数と、前記許容ビザンチン故障数に基づいて予め設定され、
前記出力ステップは、
前記判定結果の組み合わせに前記一貫性を保証するデータが含まれる場合には、当該一貫性が保証されたデータを出力することを特徴とする分散処理方法。 - 請求項2に記載の分散処理方法であって、
前記サーバが、前記組み合わせステップの判定結果に前記一貫性を保証するデータが含まれない場合には、他のサーバと合意を得るための衝突解決値を選択する衝突解決値選択ステップと、
前記サーバが、所定の合意アルゴリズムを用いて前記衝突解決値の一貫性の合意を行う合意ステップと、
をさらに含み、
前記出力ステップは、
前記合意の結果に前記一貫性を保証するデータが含まれる場合には、当該一貫性が保証されたデータを出力することを特徴とする分散処理方法。 - 請求項2に記載の分散処理方法であって、
前記第2のサーバ数は、第3のサーバ数と第4のサーバ数で決定され、
前記第2判定ステップは、
予め設定された第3のサーバ数の前記サーバからデータを受信して前記データの一致を判定する前段ステップと、
予め設定された第4のサーバ数の前記サーバから前記前段ステップの判定結果を受信して前記データのうち部分一致するデータを判定する後段ステップと、を含み、
前記前段ステップと後段ステップの少なくとも一方は、異なるハードウェアで機能することを特徴とする分散処理方法。 - 請求項2に記載の分散処理方法であって、
前記第2のサーバ数は、第3のサーバ数と第4のサーバ数で決定され、
前記第2判定ステップは、
予め設定された第3のサーバ数の前記サーバからデータを受信して前記データの一致を判定する前段ステップと、
予め設定された第4のサーバ数の前記サーバから前記前段ステップの判定結果を受信して前記データのうち所定の条件が成立するデータを判定する後段ステップと、を含み、
前記データは認証情報を含み、
前記後段ステップは、
前記認証情報による認証が成功したデータで前記判定を実施することを特徴とする分散処理方法。 - 請求項2に記載の分散処理方法であって、
前記第1のサーバ数は、
当該第1のサーバ数をnとし、前記許容故障数のうち第1の許容故障数をqとし、前記許容故障数のうち第2の許容故障数をfとし、前記許容ビザンチン故障数をbとした場合、前記第1のサーバ数nが2q+f+2bより大であることを特徴とする分散処理方法。 - 請求項6に記載の分散処理方法であって、
前記第1のサーバ数nが、分散処理を実行するサーバ数の最小値であることを特徴とする分散処理方法。 - 請求項3に記載の分散処理方法であって、
前記受信したデータの一致数とデータの値を正常値として正常値情報に格納する正常値情報格納ステップと、
前記組み合わせステップの前記判定結果に推定値が含まれない場合には、前記正常値情報から前記データに対応する正常値を取得して出力する正常値出力ステップと、
をさらに含み、
前記衝突解決値選択ステップは、前記正常値を用いて、前記衝突解決値の選択を実施すること、を特徴とする分散処理方法。 - 請求項8に記載の分散処理方法であって、
前記正常値情報格納ステップは、
前記正常値情報のうち、一致数が最も高いデータを最頻値として最頻値情報に格納し、
前記正常値出力ステップは、
前記判定結果に推定値が含まれない場合には、前記最頻値情報から前記データに対応する前記最頻値を取得して出力することを特徴とする分散処理方法。 - 請求項2に記載の分散処理方法であって、
前記第1の判定部または前記第2の判定部で、前記受信したデータの全数が一致し、通信回数の低減が見込める場合には、さらに他のサーバからデータの受信を行うことを特徴とする分散処理方法。 - プロセッサとメモリを含むサーバを複数有し、データを前記複数のサーバで受信し、前記データを多重化して処理する分散処理システムであって、
前記サーバは、
前記多重化された前記データの一貫性を判定する第1の判定部と、
前記第1の判定部から前記データの一貫性の判定結果を受け付けて、前記判定結果が前記一貫性を保証するデータを含む場合には、当該一貫性が保証されたデータを出力する出力部と、
を有し、
前記第1の判定部は、
前記データを受信する第1のサーバ数が、故障が発生したサーバを許容する所定の許容故障数と、ビザンチン障害が発生したサーバを許容する許容ビザンチン故障数に基づいて予め設定されたことを特徴とする分散処理システム。 - 請求項11に記載の分散処理システムであって、
前記サーバは、
前記多重化された前記データの一貫性を判定する際に前記サーバ間の最小通信回数が前記第1の判定部よりも多い第2の判定部と、
前記第1の判定部または前記第2の判定部から前記データの一貫性の判定結果を受け付けて、前記第1の判定部の前記判定結果と前記第2の判定部の前記判定結果を組み合わせる組み合わせ部と、
をさらに有し、
前記第2の判定部は、
前記データを受信する第2のサーバ数が、前記許容故障数と、前記許容ビザンチン故障数に基づいて予め設定され、
前記出力部は、
前記判定結果の組み合わせに前記一貫性を保証するデータが含まれる場合には、当該一貫性が保証されたデータを出力することを特徴とする分散処理システム。 - 請求項12に記載の分散処理システムであって、
前記サーバは、
前記判定結果に前記一貫性を保証するデータが含まれない場合には、他のサーバと合意を得るための衝突解決値を選択する衝突解決値選択部と、
所定の合意アルゴリズムを用いて前記衝突解決値の一貫性の合意を行う合意部と、
をさらに有し、
前記出力部は、
前記合意の結果に前記一貫性を保証するデータが含まれる場合には、当該一貫性が保証されたデータを出力することを特徴とする分散処理システム。 - 請求項12に記載の分散処理システムであって、
前記第2のサーバ数は、第3のサーバ数と第4のサーバ数で決定され、
前記第2の判定部は、
予め設定された第3のサーバ数の前記サーバからデータを受信して前記データの一致を判定する前段部と、
予め設定された第4のサーバ数の前記サーバから前記前段部の判定結果を受信して前記データのうち部分一致するデータを判定する後段部と、を有し、
前記前段部と後段部少なくとも一方は、異なるハードウェアで機能することを特徴とする分散処理システム。 - 請求項12に記載の分散処理システムであって、
前記第2のサーバ数は、第3のサーバ数と第4のサーバ数で決定され、
前記第2の判定部は、
予め設定された第3のサーバ数の前記サーバからデータを受信して前記データの一致を判定する前段部と、
予め設定された第4のサーバ数から前記前段部の判定結果を受信して前記データのうち所定の条件が成立するデータを判定する後段部と、を含み、
前記データは認証情報を含み、
前記後段部は、
前記認証情報による認証が成功したデータで前記判定を実施することを特徴とする分散処理システム。 - 請求項12に記載の分散処理システムであって、
前記第1のサーバ数は、
当該第1のサーバ数をnとし、前記許容故障数のうち第1の許容故障数をqとし、前記許容故障数のうち第2の許容故障数をfとし、前記許容ビザンチン故障数をbとした場合、前記第1のサーバ数nが2q+f+2bより大であることを特徴とする分散処理システム。 - 請求項16に記載の分散処理システムであって、
前記第1のサーバ数nが、分散処理を実行するサーバ数の最小値であることを特徴とする分散処理システム。 - 請求項13に記載の分散処理システムであって、
前記受信したデータの一致数とデータの値を正常値として正常値情報に格納する正常値情報格納部と、
前記組み合わせ部の前記判定結果に推定値が含まれない場合には、前記正常値情報から前記データに対応する正常値を取得して出力する正常値出力部と、
をさらに有し、
前記衝突解決値選択部は、前記正常値を用いて、前記衝突解決値の選択を実施することを特徴とする分散処理システム。 - 請求項18に記載の分散処理システムであって、
前記正常値情報格納部は、
前記正常値情報のうち、一致数が最も高いデータを最頻値として最頻値情報に格納しておき、
前記正常値出力部は、前記判定結果に推定値が含まれない場合には、前記最頻値情報から前記データに対応する前記最頻値を取得して出力することを特徴とする分散処理システム。 - 請求項12に記載の分散処理システムであって、
前記第1の判定部または前記第2の判定部は、前記受信したデータの全数が一致し、通信回数の低減が見込める場合には、さらに他のサーバからデータの受信を行うことを特徴とする分散処理システム。
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