JP2023526747A - 分散コンピューティングネットワークにおける通信の最適化 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2020年5月19日に出願した米国特許仮出願第63/027,008号の利益を主張するものであり、この仮出願の内容は、その全体が本明細書に組み込まれている。
図2を参照すると、実行環境104の一例の全体的な概要は、分散コンピューティングクラスタ112、コントローラ110、スロットル117、及びモニタ119を備える。非常に広く言えば、コントローラ110及び分散コンピューティングクラスタ112は、フィードバックループで動作して、クラスタ112に投入するための上流の構成要素(例えば、図示されていない「クラスタ呼び出し構成要素」又は「インターフェース構成要素」)によって提供される入力コンピューティング要求111のストリームを処理し、出力データ要素113のストリームを生成し、出力データ要素113は、分散コンピューティングクラスタ112に関連する任意のサービス品質保証契約又は要件に準拠しつつ分散コンピューティングクラスタ112の計算スループットを最大化するようにして、分散コンピューティングクラスタ112に投入されたコンピューティング要求111に応じて分散コンピューティングクラスタ112のノード105によって生成される応答であってよい。
分散コンピューティングクラスタ112は、相互接続ネットワーク107(又は単に「インターコネクト」)によって相互に接続された多数のコンピューティングノード105を備える。インターコネクト107は、分散してデータを処理するためのコンピューティングノード105間のデータの通信を容易にする。例えば、インターコネクト107は、インターネットプロトコル(IP,internet protocol)ベース及び/又はイーサネットベースのネットワークを含む。非常に広く言えば、処理要求は、1又は2以上の外部構成要素(図示せず)によって分散コンピューティングクラスタ112に投入される。分散コンピューティングクラスタ112は、コンピューティングノード105及び相互接続ネットワーク107を使用して要求を処理して、外部構成要素に返される結果データ(例えば、投入されたコンピューティング要求に対するノード105による応答)を生成する。
上述のように、コントローラ110は、要求に関連するサービス品質保証契約(SLA)又はその他の制約の遵守を保証しながら分散コンピューティングクラスタ112のスループットを最大化するためのフィードバック制御メカニズムを実装する。コントローラ110は、モニタ119を使用して、分散コンピューティングクラスタ112に関連する処理のLatency及び出力のレートRoutを監視する。コントローラ110は、Latency、出力のレートRout、及びサービス品質保証契約SLAを入力として受け取り、それらの入力を処理して、分散コンピューティングクラスタ112の入力のレートRin及び通信遅延dを決定する。
図3を参照すると、コントローラ110によって実行される制御アルゴリズムの一例が、whileループを開始することによって1行目で始まる。3行目において、whileループに実装された手順の最初の動作が、adjust(d)関数を呼び出す。13~16行目に定義されたadjust(d)関数は、dをさらに増加させることがRoutを増加させないdの最小値である値d*に到達することを目標として、出力のレートRoutを監視しながら通信遅延dの値を修正する。
図4~9を参照すると、実行モジュール104の第1の例示的な動作が、コントローラ110による分散コンピューティングクラスタ112の制御を示す。
図10~13を参照すると、第2の例において、分散コンピューティングクラスタ112の構成が変化し、コントローラ110が、構成の変化に適応するために図3のアルゴリズムを実行する。例えば、図10を参照すると、コンピューティングノード105のうちの2つが故障し、分散コンピューティングクラスタ112のコンピューティング能力の低下を引き起こす。
図6~13の説明において、コントローラ110は、要求111に関連するサービス品質保証契約(SLA)が破られないことを保証しながら、分散コンピューティングクラスタ112の新しい構成でスループットを最大化するようにシステムを適応させた。しかし、スループットの最大化の代わりに、スループットは、単に、(例えば、図5に示されたシナリオにおいて)サービスレベルの取り決めが破られていないと判定するとき、並びにRin及びRoutが等しく、分散コンピューティングクラスタ112が要求の投入のレートRinに追いつくのに十分なスループットを有することを示すと判定するとき、スループットのさらなる増加が実行されないように制御されてよい。
上述の手法は、例えば、好適なソフトウェア命令を実行するプログラミング可能なコンピューティングシステムを使用して実装されることが可能であり、又はフィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA,field-programmable gate array)などの好適なハードウェアで、若しくは何らかの混成の形態で実装されることが可能である。例えば、プログラミングされる手法において、ソフトウェアは、それぞれが少なくとも1つのプロセッサ、(揮発性及び/又は不揮発性メモリ及び/又はストレージ要素を含む)少なくとも1つのデータストレージシステム、(少なくとも1つの入力デバイス又はポートを使用して入力を受け取るため、及び少なくとも1つの出力デバイス又はポートを使用して出力を与えるための)少なくとも1つのユーザインターフェースを含む(分散、クライアント/サーバ、又はグリッドなどのさまざまなアーキテクチャである場合がある)1又は2以上のプログラミングされた又はプログラミング可能なコンピューティングシステム上で実行される1又は2以上のコンピュータプログラムのプロシージャを含む可能性がある。ソフトウェアは、例えば、データフローグラフの設計、構成、及び実行に関連するサービスを提供するより大きなプログラムの1又は2以上のモジュールを含む可能性がある。プログラムのモジュール(例えば、データフローグラフの要素)は、データリポジトリに記憶されたデータモデルに準拠するデータ構造又はその他の編成されたデータとして実装され得る。
Claims (22)
- 分散コンピューティングクラスタ(112)であって、
インターコネクトネットワーク(107)によって相互に接続された複数のコンピューティングノード(105)であって、前記インターコネクトネットワーク(107)を介して、複数のコンピューティングノードのうちのコンピューティングノードが、メッセージを受け渡すことによって相互に通信し、前記コンピューティングノードの少なくとも一部の各々が、前記インターコネクトネットワーク上での前記コンピューティングノードによるメッセージの送信を制御する第1のパラメータを用いて構成される、複数のコンピューティングノード(105)を有し、
前記少なくとも一部のコンピューティングノードが、前記第1のパラメータに従ってメッセージのグループとして送信するためのメッセージを蓄積するように構成される、前記分散コンピューティングクラスタ(112)を備え、
第2のパラメータに従って、前記分散コンピューティングクラスタへのコンピューティング要求の投入を制限するように構成され、
少なくとも1つの所定のサービスレベル要件を受信し、前記第2のパラメータの値及び前記第1のパラメータの値を制御して、前記少なくとも1つのサービスレベル要件に準拠しながら前記分散コンピューティングクラスタの計算スループットを制御するように構成されたコントローラ(110)をさらに備えるコンピューティングシステム(104)。 - 前記分散コンピューティングクラスタが、前記第2のパラメータに従って分散コンピューティングシステムへの前記コンピューティング要求の投入のレートを制限するように構成されたレートリミッタ(117)を備える請求項1に記載のコンピューティングシステム。
- 1又は2以上のサービスレベル要件の各サービスレベル要件が、前記分散コンピューティングクラスタにコンピューティング要求を投入してから、投入されたコンピューティング要求に対する応答を前記分散コンピューティングクラスタから受け取るまでの間の最大の許容可能な時間差を規定する請求項1又は2に記載のコンピューティングシステム。
- 前記分散コンピューティングクラスタの出力のレート及び分散コンピューティングシステムの処理レイテンシを監視するように構成されたモニタ(119)をさらに含む請求項1~3のいずれかに記載のコンピューティングシステム。
- 監視される処理レイテンシが、前記分散コンピューティングクラスタにコンピューティング要求を投入してから、投入されたコンピューティング要求に対する応答を前記分散コンピューティングクラスタから受信するまでの間の時間差を決定することによって測定される請求項4に記載のコンピューティングシステム。
- 前記分散コンピューティングクラスタに投入された要求及び前記分散コンピューティングクラスタによって出力された結果が、前記モニタを通過する請求項4に記載のコンピューティングシステム。
- 前記計算スループットが、前記クラスタによって出力されるデータ要素のレートを前記モニタによって測定することによって監視される請求項4に記載のコンピューティングシステム。
- 前記コントローラが、前記分散コンピューティングクラスタの監視された計算スループット及び監視された処理レイテンシを処理して、前記第2のパラメータの値及び前記第1のパラメータの値を調整するように構成される請求項4に記載のコンピューティングシステム。
- 前記コントローラが、前記分散コンピューティングクラスタが投入されたコンピューティング要求を処理している間に、前記分散コンピューティングクラスタの前記監視された計算スループット及び前記監視された処理レイテンシを繰り返し処理して、前記第2のパラメータの値及び前記第1のパラメータの値を調整する請求項8に記載のコンピューティングシステム。
- 前記コントローラが、前記分散コンピューティングクラスタの前記監視された計算スループット及び前記監視された処理レイテンシを処理して、前記第2のパラメータの値及び前記第1のパラメータの値を調整するために、前記分散コンピューティングクラスタとともにフィードバックループを実装する請求項8に記載のコンピューティングシステム。
- 前記コントローラが、最適化アルゴリズムを使用して、前記少なくとも1つのサービスレベル要件に準拠しながら前記分散コンピューティングクラスタの前記計算スループットを最大化するように前記第1のパラメータ及び/又は前記第2のパラメータの値を制御する請求項1~10のいずれかに記載のコンピューティングシステム。
- 前記第1のパラメータが、前記インターコネクトネットワーク上での前記コンピューティングノードによるメッセージの送信の間の最小時間間隔を制御する遅延パラメータを含む請求項1~11のいずれかに記載のコンピューティングシステム。
- 前記少なくとも一部のコンピューティングノードが、前記最小時間間隔にメッセージのグループとして送信するためのメッセージを蓄積するように構成される請求項12に記載のコンピューティングシステム。
- 前記第2のパラメータが、前記分散コンピューティングクラスタへのコンピューティング要求の前記投入のレートを制限するように構成された入力のレートパラメータを含む請求項1~13のいずれかに記載のコンピューティングシステム。
- 前記少なくとも1つのサービスレベル要件に準拠しながら前記分散コンピューティングクラスタの前記計算スループットを制御することが、前記少なくとも1つのサービスレベル要件のいずれにも違反せずに前記分散コンピューティングクラスタの計算スループットを最大化することを含む請求項1~14のいずれかに記載のコンピューティングシステム。
- 前記第1のパラメータが、前記インターコネクトネットワーク上での前記コンピューティングノードによるメッセージの送信の間に蓄積されるメッセージの数を制御する請求項1~15のいずれかに記載のコンピューティングシステム。
- 入力データを受信し、前記入力データを処理するためにコンピューティング要求を前記分散コンピューティングクラスタに投入し、前記分散コンピューティングクラスタから処理結果を受信し、前記処理結果から出力データを生成するようにそれぞれ構成された1又は2以上のインターフェース構成要素をさらに含み、前記インターフェース構成要素が、前記第2のパラメータに従って分散コンピューティングシステムへのコンピューティング要求の投入のレートを制限するように構成される請求項1~16のいずれかに記載のコンピューティングシステム。
- 前記1又は2以上のインターフェース構成要素の少なくとも一部が、前記分散コンピューティングクラスタが実行されるシステムとは別個のクライアントシステム(106)上で実行される請求項17に記載のコンピューティングシステム。
- 受信された入力データの少なくとも一部が、優先レベルに関連付けられ、前記1又は2以上のインターフェース構成要素が、前記優先レベルに従って、分散データクラスタへの前記入力データの投入を管理するように構成される請求項17に記載のコンピューティングシステム。
- 第2のパラメータに従って、分散コンピューティングクラスタへのコンピューティング要求の投入を制限するステップであって、分散コンピューティングシステムが、
インターコネクトネットワーク(107)によって相互に接続された複数のコンピューティングノード(105)であって、前記インターコネクトネットワーク(107)を介して、複数のコンピューティングノードのうちのコンピューティングノードが、メッセージを受け渡すことによって相互に通信し、前記コンピューティングノードの少なくとも一部の各々が、前記インターコネクトネットワーク上での前記コンピューティングノードによるメッセージの送信を制御する第1のパラメータを用いて構成される、複数のコンピューティングノード(105)を有する、ステップと、
前記少なくとも一部のコンピューティングノードにおいて、前記第1のパラメータに従ってメッセージのグループとして送信するためのメッセージを蓄積するステップと、
コントローラ(115)において、少なくとも1つの所定のサービスレベル要件を受信するステップと、
前記コントローラを使用して、前記第2のパラメータの値及び前記第1のパラメータの値を制御して、前記少なくとも1つのサービスレベル要件に準拠しながら前記分散コンピューティングクラスタの計算スループットを制御するステップと
を含む方法。 - 非一時的形態でソフトウェアを記憶するコンピュータ可読媒体であって、前記ソフトウェアが、コンピューティングシステムに、
第2のパラメータに従って、分散コンピューティングクラスタへのコンピューティング要求の投入のレートを制限することであって、分散コンピューティングシステムが、
インターコネクトネットワーク(107)によって相互に接続された複数のコンピューティングノード(105)であって、前記インターコネクトネットワーク(107)を介して、複数のコンピューティングノードのうちのコンピューティングノードが、メッセージを受け渡すことによって相互に通信し、前記コンピューティングノードの少なくとも一部の各々が、前記インターコネクトネットワーク上での前記コンピューティングノードによるメッセージの送信を制御する第1のパラメータを用いて構成される、複数のコンピューティングノード(105)を有する、制限すること、
前記少なくとも一部のコンピューティングノードにおいて、前記第1のパラメータに従ってメッセージのグループとして送信するためのメッセージを蓄積すること、
コントローラ(115)において、少なくとも1つの所定のサービスレベル要件を受信すること、及び
前記コントローラを使用して、前記第2のパラメータの値及び前記第1のパラメータの値を制御して、前記少なくとも1つのサービスレベル要件に準拠しながら前記分散コンピューティングクラスタの計算スループットを制御することを行わせるための命令を含む、コンピュータ可読媒体。 - 第2のパラメータに従って、分散コンピューティングクラスタへのコンピューティング要求の投入のレートを制限するための手段であって、分散コンピューティングシステムが、
インターコネクトネットワーク(107)によって相互に接続された複数のコンピューティングノード(105)であって、前記インターコネクトネットワーク(107)を介して、複数のコンピューティングノードのうちのコンピューティングノードが、メッセージを受け渡すことによって相互に通信し、前記コンピューティングノードの少なくとも一部の各々が、前記インターコネクトネットワーク上での前記コンピューティングノードによるメッセージの送信を制御する第1のパラメータを用いて構成される、複数のコンピューティングノード(105)を有する、手段と、
前記少なくとも一部のコンピューティングノードにおいて、前記第1のパラメータに従ってメッセージのグループとして送信するためのメッセージを蓄積するための手段と、
コントローラ(115)において、少なくとも1つの所定のサービス品質保証契約を受信するための手段と、
前記コントローラを使用して、前記第2のパラメータの値及び前記第1のパラメータの値を制御して、前記少なくとも1つのサービスレベル要件に準拠しながら前記分散コンピューティングクラスタの計算スループットを制御するための手段と
を備えるコンピューティングシステム。
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