JP3675802B2 - 計算の状態を再構成する方法ならびにシステム - Google Patents
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Description
(1)並列処理システム上でアプリケーションを起動する。
(2)複数のコマンドおよび応答の記録を含むアプリケーションの処理を制御する。
(3)コミット規約を制御する。
(4)アプリケーションの障害を検出する。
(5)記録されたコマンドおよび応答を「再生した」後で最近にコミットされたトランザクションからアプリケーションの実行を継続する。
(1)並列処理システム上でアプリケーションを起動する。
(2)アプリケーションを制御するドライバプログラムのメモリイメージの再帰記録を含むアプリケーションの処理を制御する。
(3)コミット規約を制御する。
(4)アプリケーションの障害を検出する。
(5)ドライバアプリケーションの記録メモリイメージを「再生した」後で最近コミットされたトランザクションからアプリケーションの実行を続ける。
(1)中央制御:複数のアプリケーションを制御の中心点から実行する。好ましい実施例では、単一の制御スレッドを備えた単一「ドライバ」プログラムが、アプリケーションを形成するすべてのプログラムとデータ収集をインスタンス生成し監視する。
本発明は、1つまたは複数の従来の非チェックポインティングプログラムの実行をセットアップし制御する監視機能を備えたドライバプログラム14を使用する。望まれれば追加機能も加えられる。好ましい実施例では、ドライバプログラム14は少なくとも以下に定義した機能を実行する。
(1)遠隔手続呼出し:この呼出しによりコマンドがリモートエージェント24により実行される。遠隔手続呼出し(RPC)コマンドは、コマンドが実行されるノードを指定する。そのノードで現在実行中のエージェントがない場合、ホストプログラム12はそのノードでリモートエージェント24を起動する。
(2)開始プロセス:このコマンドによりプロセスがエージェント24により起動される。再び、このコマンドはプロセスが実行されるノードを指定する。そのノードに現在実行中のエージェントがない場合、ホストプログラム12はそのノードでリモートエージェント24を起動する。
(3)待機:このコマンドは、すべてのプロセスが実行を終えるまでドライバプログラム14の機能実行を中止させる。
(4)準備:コミット:ロールバック:これら3つのコマンドは、従来の2相コミットトランザクション処理プロトコルに関して通常の従来技術の意味である。
(1)遠隔手順呼出し応答:このメッセージの内容は、RPCコマンドにより引き起こされた処理手順にのみ対応する。
(2)プロセスID:プロセスがシステム(ホスト10またはリモート20)で実行されると、システムはそのプロセス用の識別子で応答する。
(3)待機状況:様々なプロセスが首尾よく終了したかどうかについての指示。
(4)準備/コミット/ロールバック状況:成功または失敗状況指標。
(1)ドライバプログラム14は一連のRPC(たとえば、データファイルなどのセットアップ)を発行する。これら一連のRPCは1つまたは複数のアプリケーションプログラムにより必要とされる。
(2)オプションとして、ドライバプログラム14は一連の起動プロセスコマンドを発行する。
(3)任意のプロセスが起動した場合、望ましい数のプロセスが起動した後で、ドライバプログラム14は待機コマンドを発行して、待機が完了するまで動作を中止して、プロセスが完了する時間を確保する。一般に、他のプロセスと相互交信する必要のあるすべてのプロセスは同時に開始されるべきである。
(5)ドライバプログラム14は準備およびコミットコマンドを発行して、現トランザクションがコミットされ、現トランザクション中に成された変更を永続的なものにする。
(6)更なる実行段階が続く。
ホストシステム10はそれ自体のために状態データベース(「ホストSDB」)を作成する。各エージェント24はそれ自体の状態データベース(「エージェントSDB」)も作成する。ホストSDBは、本発明の反復実施例を使用するときにコマンドチャンネル通信量を記録し、どの段階が実行中かを記録し、コミット処理のために必要な情報を記録するのに使用される。エージェントSDBは、回復処理およびコミット処理のための情報を記録するのに使用される。好ましい実施例では、SDBは、SDBにアクセスするプログラムの寿命の間だけメモリにある。しかし、SDBへの変更すべてが、データ記憶システム16など不揮発性記憶機構の順序づけられたジャーナルファイル(「ログ」)に連続して記録される。任意の時点で、SDBは対応するログからメモリに再構成可能である。好ましい実施例では、ログはSDBに関連する唯一の一貫した記録機構である。SDBの再構成は空のデータベースから始まりログからデータベースへの一連の変更を読み取り、メモリ内データベース内容の変更を反映させることにより実行される。
(1)SDBコミット動作が実行されるまで。
(2)SDBロールバック動作が実行されるまで。この動作はSDB上の全トランザクションの効果を無効にする。
(3)SDBが閉鎖されるまで。この場合には判明している最後の良好な状態まで任意の活動中のトランザクションを暗示的に戻す。
ドライバプログラム14がジョブを始めると、ホストシステム10はコマンドチャンネル18を作成して、ドライバプログラム14とホストプログラム12の間でデータのやり取りを可能にする。ホストプログラム12は、コマンドチャンネル18のホストシステム10の端末でデータを処理する。各アプリケーション当たりのホストプログラム12が1つある。ホストプログラム12は以下のように動作する。
(1)ジョブID:ホストプログラム12は、ホストプログラム12が実行中のシステムのインターネットアドレスを用いて「ジョブID」と呼ばれる固有識別子と、タイムスタンプと、ホストプログラム12のプロセスIDを作成する。
(2)ホストSDB:ホストプログラム12は、ジョブIDを識別子として使用することでホストSDBを作成する。好ましい実施例では、ジョブIDはホストSDBに記憶される。
(3)回復ファイル:ホストプログラム12はその実行の開始時に「回復ファイル」と呼ばれるファイルをデータ記憶システム16にも書き込む。このファイルはジョブIDも含んでいる。このジョブIDはホストSDBを開くために使用される。
(1)準備:準備コマンドは以下の動作によりホストプログラム12により実行される。
1)現段階番号を含むキーにより、ホストSDBの現段階から記録されたコマンドチャンネルデータを記憶する。こうした情報がすでにある場合には(たとえば、コミット処理中に障害が発生した同じ段階の前の実行によるもの)、重ね書きされる。
2)現段階中に複数のコマンドを実行した各エージェント24にホストプログラム12から準備コマンドを送る。各エージェントは、従来の2相コミット規約に応じて、以後の任意の時点で、エージェント24の制御下ですべての資源の状態を回復するロールバックコマンドを実行するかまたは、エージェント24の制御下ですべての資源の変更を永続的なものにするコミットコマンドを実行するように、準備完了状態を入力する。この準備完了状態は持続可能でなければならない。すなわち、システム障害の後で準備完了状態を再構成し、ロールバックまたはコミット動作を実行することが可能でなければならない。準備完了状態に達すると、各エージェント24は、準備コマンドに応答することでこのことを知らせることになる。
3)すべてのエージェント24は準備コマンドが首尾よく完了したことを示すまで待機する。
4)ホストプログラム12の状態を準備完了状態に設定し、ホストSDBの変更を通知する。
1)ホストプログラム12の状態をコミット状態に設定し、ホストSDBの変更を通知する。
2)段階中に複数のコマンドを実行した各エージェント24にコミットコマンドを送る。次に、各エージェント24は、その制御下にあるすべての資源に加えられた変更が永続的になり、ロールバック時に必要とされたかもしれない情報を除去する。こうした処理が完了すると、各エージェント24は、コミットコマンドに応答することによりこのことを合図する。
3)すべてのエージェント24はコミットコマンドが首尾よく完了したことを示すまで待機する。
4)ホストプログラム12の状態を実行状態に設定し、段階番号を増分し、ホストSDBの変更を通知する。
(2)イグジット(退出):ドライバプログラム14が出ていくと、ホストプログラム12は、ドライバプログラム14に代わってロールバックコマンドを発行できる。
(3)ロールバック:ドライバプログラム14はロールバックコマンドを発行できる。このコマンドは、現段階の開始時の状態にシステムを戻し、上記のようにファイル/データベースに加えられた変更を元に戻す。
(1)初期状態:実行中
(2)コミット状態以外の任意の状態においては、エラー条件によりエラー状態に遷移する。ロールバックコマンドによりまたはドライバプログラム14が出た場合にはこの状態から脱出できる。このロールバックコマンドによりシステムは実行状態になる。
(3)実行状態では、準備動作により準備完了状態に遷移する。実行状態または準備完了状態中に、ロールバック動作により段階が元に戻され、その場合には段階番号は同じであり、システムは実行状態に戻る。
(4)準備完了状態では、コミット動作によりコミット状態に遷移される。この状態はコミット動作の持続中続き、段階番号を進め、現段階を終了し、実行状態の新しい段階を始める。一旦ホストSDBがコミット状態への遷移を記録すると、エラーの検出によりシステムは打ち切られる。システムが再起動すると、コミット動作が完了する。コミット状態中にはロールバックは不可能である。
(1)ドライバプログラム14が、最近のコミット動作までその状態を(反復により)回復されたこと。
(2)すべてのファイルとデータベースが、最近のコミット動作までそれらの状態を(2相コミットプロトコルにより)回復されたこと。
(1)コミット状態に入る前に障害が発生すると、ロールバックが実行され、最も古い(前準備状態)メモリイメージが使用される。コミット状態中に障害が発生すると、コミット動作は終了して、最新の(後準備状態)メモリイメージが使用される。コミット状態に入った後で障害が発生すると、ロールバックが実行され最新の(後準備状態)メモリイメージが使用される。
(2)ファイルとデータベースもすべて最新のコミット動作までそれらの状態に(たとえば、2相コミットプロトコルにより)回復される。
以下の説明はホストプログラム12に起動される各エージェント24に適用される。用語「ローカルノード」は、特定のエージェント24が実行中のシステムを示すのに使用される。
(1)RPCがファイル/データベースの状態を変える場合、そのファイル/データベースに加える変更をロールバックするのに必要な情報をそのRPCは保存し、CR_LISTの入力を作成しなければならない。この入力は実行中のRPCコマンドの識別を備えてなければならないので、適切なRPCハンドラはコミット/ロールバック処理中に配置できる。
(2)各RPCハンドラは、(RPCがデータベースまたはファイルへの変更を加えない場合には空白動作となる)準備、コミットおよびロールバック動作を実施する手段を備えてなければならない。
(3)各RPCハンドラはオプションで、各エージェント24のSDBを使用して、用件を充足するのに必要な情報を記憶することができる。
(4)ファイル/データベースの状態に変更を加えないRPCに特殊な動作は不必要である。
(1)プロセスがファイル/データベースを修正する場合、変更をロールバックし準備/コミット/ロールバック動作を実施する手段を備えてなければならない。エージェント24の制御下での複数のプロセスは、エージェントSDBにもアクセスする。たとえば、アプリケーションプログラムはCR_LISTに複数の入力を作成可能である。こうした入力は、適切なコミット/ロールバック動作を実施するRPCコマンド用の識別子を含んでなければならない。しかし、この場合には、RPCは実際には発生しないので、「ダミーRPC」の識別子が入力される。
(2)代りに、ドライバプログラム14は、同じ効果をもつプロセスのために複数のRPCを発行することができる。
(1)プログラム用の実行可能イメージファイル
(2)プログラムの引数リスト
(3)プログラムが必要とする任意のオペレーティングシステム環境情報
(4)標準入出力およびエラーチャンネルとして使用されるプロセスに対して開かれるファイルまたはパス名
(5)実行が成功したことを示す、プログラムを終了させる出口状況コード
(6)デバッグモード(デバッギングは以下に記載される)
(1)任意のプロセスがPS_DEBUG状態にある場合、集合状態はPS_DEBUGである。そうでない場合、
(2)任意のプロセスがPS_ERROR状態にある場合、集合状態がPS_ERRORである。そうでない場合、
(3)任意のプロセスがPS_RUNNING状態にある場合、集合状態はPS_RUNNINGである。そうでない場合、
(4)集合状態はPS_EXITEDである(すべてのプロセスは通常に終了した)。
時には、ドライバプログラム14によりユーザがシステムの特定のプロセスをデバッグできるようにすることが有益である。デバッギングは、特定のオペレーティングシステムの元で利用可能な標準デバッガの制御下でのプロセスの実行を必要とする。ユーザは実行の最初からプロセスのデバッグを希望できる。代りに、プロセスがエラー状態に遭遇する場合、すなわち、プロセスがPS_ERRORプロセス状態に遷移するときのみに、ユーザはそのプロセスのデバッグを希望できる。
各エージェントは、そのエージェントSDBに記憶されているローカル段階番号と状態を維持する。段階番号は準備/コミットプロトコルを介してホストプログラム12のそれと同期する。段階状態は、プロセス状態から主に誘導され、アプリケーション用の現段階の状態を全体的に計算するためにドライバプログラム14により使用される。
(1)ホストSDBは、障害時に実行中の一連のエージェント24のプロセスを判定するのに使用される。
(2)新しいエージェント24は各ノードで作成される。
(3)新しいエージェント24には、ジョブIDをもつ「エージェント開始」コマンドが付与される。
(4)エージェントSDBは依然として存在しているから(その名前はジョブIDから誘導される)、エージェント24はこのジョブIDを従来のアプリケーションとして認識する。
(6)ホストプログラム12は、コミット中以外の状態にある場合、エージェント24にロールバックコマンドを送る。このコマンドによりエージェント24はその段階で実行された動作すべてを逆の順序で以前の状態に戻す。他方、ホストプログラム12は、コミット状態にある場合には、エージェント24にコミットコマンドを再発行する。コミット状態にあることが判明しているエージェント24は、コミット−ロールバックリストを準方向に横切り、すべての入力のコミット方法を実行することで明らかに割り込みコミット動作であるものを完了することになる。実行状態にあることが判明しているエージェント24は、コミットコマンドを空コマンドとして処理することになる(というのは、以前のコミット動作が他のノードではまだだがそのノードでは明らかに完了しているからである)。
(7)その時点では、エージェント24は実行状態にあるその段階の開始時にあると考えて、ドライバプログラム14からの複数のコマンドの取出しを開始する。
Claims (4)
- 並列処理システムにおいて事前プログラム式チェックポインティング機能を備えてないコンピュータアプリケーションを実行する方法であって、(a)並列処理システム内の複数のプロセッサであってそれぞれのプロセッサが前記アプリケーションの一部を実行する対応するエージェントプログラムの制御の下で、アプリケーションの個々の実行段階を実行する工程と、(b)ドライバプログラムの制御に基づく前記エージェントプログラムにより前記アプリケーションの各実行段階の処理を複数のプロセッサ上で実行されるアプリケーションの全ての部分が各実行段階間で停止するように制御する工程と、(c)首尾よく完了した実行段階それぞれの終了状態を保存する工程と、(d)首尾よく完了した前記実行段階それぞれの終了時において、少なくとも前記ドライバプログラム及びエージェントプログラムのいずれか一方のデータ構造であって、前記ドライバプログラムおよび各エージェントプログラムのための保存されたプログラム状態であって該プログラム状態に基づいて前記ドライバプログラム及びエージェントプログラムが再作成されるプログラム状態を定義するのに必要なデータ構造を保存する工程と、(e)こうした実行段階の任意の段階での前記アプリケーションの障害を検出する工程と、(f)障害が検出された実行段階の前の実行段階の最後に保存された終了状態を回復する工程と、(g)前記ドライバプログラム及びそれぞれのエージェントプログラムの対応する保存データ構造をメモリに再ロードすることで、障害が検出された実行段階の前の実行段階の終わりまで前記ドライバプログラム及びそれぞれのエージェントプログラムを回復する工程と、(h)障害が検出された実行段階の開始から前記アプリケーションを再開する工程と、を有する方法。
- 並列処理システムにおいて事前プログラム式チェックポインティング機能を備えてないコンピュータアプリケーションを実行するコンピュータ装置であって、(a)並列処理システム内の複数のプロセッサであって、それぞれのプロセッサが前記アプリケーションの一部を実行する対応するエージェントプログラムの制御の下でアプリケーションの個々の実行段階を実行する手段と、(b)ドライバプログラムの制御に基づく前記エージェントプログラムにより前記アプリケーションの各実行段階の処理を複数のプロセッサ上で実行されるアプリケーションの全ての部分が各実行段階間で停止するように制御する手段と、(c)首尾よく完了した実行段階それぞれの終了状態を保存する手段と、(d)首尾よく完了した前記実行段階それぞれの終了時において、少なくとも前記ドライバプログラム及びエージェントプログラムのいずれか一方のデータ構造であって、前記ドライバプログラムおよび各エージェントプログラムのための保存されたプログラム状態であって該プログラム状態に基づいて前記ドライバプログラム及びエージェントプログラムが再作成されるプログラム状態を定義するのに必要なデータ構造を保存する手段と、(e)こうした実行段階の任意の段階での前記アプリケーションの障害を検出する手段と、(f)障害が検出された実行段階の前の実行段階の最後に保存された終了状態を回復する手段と、(g)前記ドライバプログラム及びそれぞれのエージェントプログラムの保存データ構造をメモリに再ロードすることで、障害が検出された実行段階の前の実行段階の終わりまで前記ドライバプログラム及びそれぞれのエージェントプログラムを回復する手段と、(h)障害が検出された実行段階の開始から前記アプリケーションを再開する手段とを有するコンピュータ装置。
- 並列処理システムにおいて事前プログラム式チェックポインティング機能を備えてないコンピュータアプリケーションを実行する方法であって、(a)アプリケーションを個々の実行段階であって、アプリケーションの全てのプロセスが前記実行段階において停止されることが要求される実行段階に分割する工程と、(b)並列処理システム内の複数のプロセッサであってそれぞれのプロセッサが前記アプリケーションの一部を実行する対応するエージェントプログラムの制御の下で、アプリケーションの個々の実行段階の実行を開始する工程と、(c)ドライバプログラムの制御に基づく前記エージェントプログラムにより前記アプリケーションの各実行段階の処理を制御する工程と、(d)首尾よく完了した実行段階それぞれの終了状態を保存する工程と、(e)首尾よく完了した前記実行段階それぞれの終了時において、少なくとも前記ドライバプログラム及びエージェントプログラムのいずれか一方のデータ構造であって、前記ドライバプログラムおよび各エージェントプログラムのための保存されたプログラム状態であって該プログラム状態に基づいて前記ドライバプログラム及びエージェントプログラムが再作成されるプログラム状態を定義するのに必要なデータ構造を保存する工程と、(f)こうした実行段階の任意の段階での前記アプリケーションの障害を検出する工程と、(g)障害が検出された実行段階の前の実行段階の最後に保存された終了状態を回復する工程と、(h)前記ドライバプログラム及びそれぞれのエージェントプログラムの対応する保存データ構造をメモリに再ロードすることで、障害が検出された実行段階の前の実行段階の終わりまで前記ドライバプログラム及びそれぞれのエージェントプログラムを回復する工程と、(i)障害が検出された実行段階の開始から前記アプリケーションを再開する工程と、を有する方法。
- 並列処理システムにおいて事前プログラム式チェックポインティング機能を備えてないコンピュータアプリケーションを実行するコンピュータ装置であって、(a)アプリケーションを個々の実行段階であって、アプリケーションの全てのプロセスが前記実行段階において停止されることが要求される実行段階に分割する手段と、(b)並列処理システム内の複数のプロセッサであって、それぞれのプロセッサが前記アプリケーションの一部を実行する対応するエージェントプログラムの制御の下でアプリケーションの個々の実行段階の実行を開始する手段と、(c)ドライバプログラムの制御に基づく前記エージェントプログラムにより前記アプリケーションの各実行段階の処理を制御する手段と、(d)首尾よく完了した実行段階それぞれの終了状態を保存する手段と、(e)首尾よく完了した前記実行段階それぞれの終了時において、少なくとも前記ドライバプログラム及びエージェントプログラムのいずれか一方のデータ構造であって、前記ドライバプログラムおよび各エージェントプログラムのための保存されたプログラム状態であって該プログラム状態に基づいて前記ドライバプログラム及びエージェントプログラムが再作成されるプログラム状態を定義するのに必要なデータ構造を保存する手段と、(f)こうした実行段階の任意の段階での前記アプリケーションの障害を検出する手段と、(g)障害が検出された実行段階の前の実行段階の最後に保存された終了状態を回復する手段と、(h)前記ドライバプログラム及びそれぞれのエージェントプログラムの保存データ構造をメモリに再ロードすることで、障害が検出された実行段階の前の実行段階の終わりまで前記ドライバプログラム及びそれぞれのエージェントプログラムを回復する手段と、(i)障害が検出された実行段階の開始から前記アプリケーションを再開する手段とを有するコンピュータ装置。
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