JP3949688B2 - Nas負荷分散システム - Google Patents
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Description
NAS装置100は、記憶装置104と、複数のノード101、102及び103、及びディスパッチャ装置105から構成される。ディスパッチャ装置105は、各ノード101、102及び103の負荷分散をはかる方式として知られている。
この方式ではNAS装置100に対し一つの論理IPアドレス(LIP1)を定義し、そして、NASクライアント111、112及び113はこの論理IPアドレスに向けて、ファイル操作要求を発行する。上述のように、NAS装置100内には、上述のディスパッチャ装置105と呼ばれる専用の計算機である、IPアドレス変換をつかさどる特殊な装置が配置される。ディスパッチャ装置105は、NASクライアント111、112又は、113が発行した要求のあて先である論理IPアドレスを、NAS装置画有する各ノード毎に決まるユニークな物理IPアドレス(MAC1、MAC2又は、MAC3)に変換する。これにより、ディスパッチャ装置105は、そのあて先のノードに要求をルーティングする。
この従来方式では、NASクライアントに、NAS装置内のノードの構成を意識させないアクセスを提供できる反面、装置コストの増加を招き、更に、IPアドレス変換に伴うオーバヘッドのため、NAS装置の処理能力に、影響を与えるという性能上の不利な点が存在する。たとえば、NASクライアントからNAS装置に到着する要求の頻度が、ディスパッチャ装置105の処理能力を超えてしまうと、NAS装置にノードがいくつあっても、スケーラブルに処理能力を高めることはできないという問題点がある。
図2は、図1のディスパッチャ装置105を使用しない場合の、従来のNAS装置とNASクライアント群がネットワークで接続されたNASシステムを示す。図2において、図1と同一番号を付した構成要素は、同一の構成要素を示すものとする。
図2においては、NAS装置100は、複数のノード101、102と103、及び、記憶装置104から構成される。各ノード101、102及び103は、それぞれ固有のIPアドレス(IP1、IP2、及びIP3)を有する。NASクライアント群を構成する計算機111、112及び113は、NAS装置100をアクセスするときには、ノード101、102又は、103に割当てられたIPアドレス(IP1、IP2、及びIP3)のうちの何れかを固定的に使用して、常に同じ1つのノードを経由して、NAS装置100内の蓄積装置104にアクセスする。例えば、NASクライアント111は、常にノード101を経由して蓄積装置104にアクセスし、NASクライアント112は、常にノード102を経由して蓄積装置104にアクセスそして、NASクライアント113は、常にノード103を経由して蓄積装置104にアクセスする。
しかし、このように、各NASクライアントが常に、NAS装置100内の同じノードを経由してアクセスすると、各ノードの負荷の分散が図れないという問題もある。
この目的を達成するために、本発明は、NAS装置内に、記憶装置と、複数のノードを有する。各ノードは、それぞれ、NAS本体、統計データ収集機構、及びあて先切換機構を有し、そして、1つのノードは更に実IP決定機構も有する。
NAS本体は、NASクライアントから発行されたファイル操作要求を処理し、応答を返す。
統計データ収集機構は、NASクライアントから発行された要求の統計をそのあて先論理IPアドレス毎に集計する。非対称系NAS装置(ファイル単位に最適な処理ノード(プライマリノード)属性を持ち、プライマリノードで処理した場合より他のノードで処理した時に処理コストが増加するタイプの装置)の場合には、あて先論理IPアドレス毎かつプライマリノード毎にも集計する。
物理IP決定機構は、統計データ収集機構が集計したデータを一定時間毎に評価し、あて先切り替え機構を介してNASクライアントが保持するあて先を変更する。
あて先切り替え機構は、NASクライアントが保持するNAS装置の論理IPアドレスに対応する実MACアドレスを、NASクライアントに広報することにより、特殊なディスパッチハードウエアを使用せず、NASクライアントが発行する要求のあて先実IPアドレスをNASクライアント側で切りかえる。
本発明によれば、上述のような各機構を使用して、NASクライアントから発行される要求を、特定のノードに自動的にルーティングすることにより、ディスパッチャ装置等を使用することなしに、実ノード間の負荷分散を図ることができる。
図1は、従来のNAS装置とNASクライアント群がネットワークで接続されたNASシステムを示す図である。
図2は、NAS装置内にディスパッチャを有しない従来のNAS装置とNASクライアント群がネットワークで接続されたNASシステムを示す図である。
図3は、本発明の実施例のNAS装置とNASクライアント群がネットワークで接続されたNASシステムを示す図である。
図4は、本発明に従ったNAS装置のNAS本体の動作のフローチャートを示す図である。
図5は、本発明に従ったNAS装置の統計データ収集機構の動作のフローチャートを示す図である。
図6は、本発明に従ったNAS装置の実IP決定機構の動作のフローチャートを示す図である。
図7は、本発明に従ったNAS装置の宛先変更機構の動作のフローチャートを示す図である。
図3は、本発明の実施例のNAS装置100とNASクライアント群を構成するNASクライアント111、112及び113がネットワーク110で接続されたNASシステムを示す図である。NASクライアント郡を構成するNASクライアント111、112及び113は、NAS装置100を共用して使用する計算機である。
NAS装置100は、複数のノード101、102及び103及び、記憶装置104より構成される。各ノード101、102又は103は、それぞれ、NAS本体121、131及び141、統計データ収集機構122、132及び142、あて先変換機構123、133及び143を有し、各ノードの中の1つのノード103は、更に物理IPアドレス決定機構144を有する。
以下に、各構成要素の動作の概略を説明する。
先ず最初に、NASクライアント群を構成するNASクライアントについて説明する。
各NASクライアント111、112及び113は、一般に広く流通している計算機および、その計算機上で動作する既存のプログラムより構成される。各NASクライアント111、112及び113には、それぞれの計算機からみたNAS装置100の代表IPアドレスである論理IPアドレスLIP−x(xは各NASクライアント毎に決まる番号)が割り当てられる。
各NASクライアント111、112及び113が、NAS装置100をアクセスする場合には、各NASクライアント111、112及び113は、それぞれの論理IPアドレスに向けて要求を送信する。論理IPアドレスはNAS装置100が有する各ノード101、102又は103の、いずれかのMACアドレス又は、物理アドレス(MAC1、MAC2、MAC3)に対応している。そして、各NASクライアント111、112及び113からの要求は、それぞれの論理IPアドレスに対応付けられたMACアドレスを持つノードに送られる。この対応付けは、一般の実IPアドレスとMACアドレスの対応づけの機構と同様に行われる。
次に、NAS装置100内の各ノード101、102又は103が有する、NAS本体121、131及び141について説明する。
NAS本体121、131及び141は、NASクライアント111、112又は113から送られたファイル操作要求を処理するプログラムである。NAS装置100が有する各ノード101、102及び103が、対称型の構成の場合には、NAS装置100が有する各ノード101、102又は103の間に、全く差がないので、各NASクライアント111、112又は、113は、どのノード101、102及び103を経由しても、全てのファイルを同じコストで処理できる。
一方、NAS装置100が有する各ノード101、102及び103が、非対称型の場合には、処理対象のファイルに依存して、NAS装置100が有する各ノード101、102又は103の中のどのノードを経由してアクセスするかにより、適否があり、あらかじめ決まった一群のファイルは最小コストで処理できるが、その他のファイルは余分のコストがかかるように構成される。この場合には、ファイル毎に最小コストで処理可能なノード番号(プライマリノード番号)が、メタデータに記録されているものとする。本発明は、ファイルシステム本体が、上記のいずれの構成を有する場合でも、適用できるように調整される。
次に、NAS装置100内の各ノード101、102又は103が有する、統計データ収集機構122,132及び142について説明する。各統計データ収集機構122,132及び142は、各NAS本体121、131及び141よりそれぞれ通知される性能データを累積し、各論理IPアドレス毎に統計データを蓄積する。そして、一定時間毎に、その累積された統計データの結果を、ノード103に設けられた、実IP決定機構144に送る。
次に、ノード103に設けられた実IP決定機構144について説明する。ノード103の実IP決定機構144は、NAS装置100が有する全ノード101、102及び103内の統計データ収集機構122,132及び142から送られた統計データをさらに集計し、そして、一定時間毎に、最適な論理IPアドレスと実IPアドレスの対応を示す、「論理IPアドレス−実IPアドレス変換表」を、例えば、後述するアルゴリズムに従って作成し、そして、NAS装置100内の各ノード101、102及び103が有する、あて先変更機構に送信する。
次に、NAS装置100内の各ノード101、102又は103が有する、あて先変更機構123、133及び143について説明する。あて先変更機構123、133及び143は、ノード103に設けられた実IP決定機構から送信された、最適な「論理IPアドレス−実IPアドレス変換表」に従って、論理IPアドレスのあて先変更の処理を実行する。
次に、図4から図7を参照して、上述のNAS装置100の各ノード101、102又は103が有する、NAS本体121、131及び141、統計データ収集機構122、132及び142、あて先変換機構123、133及び143及び、ノード103の有する物理IPアドレス決定機構144の動作のアルゴリズムについて、詳しく説明する。
先ず最初に、NAS本体121、131及び141の動作について説明する。図4は、NAS本体121、131及び141の動作のアルゴリズムを示す。
図4のアルゴリズムにおいて、ステップS401で、NAS本体121、131及び141の動作が開始する。
次にステップS402で、例えば、NAS本体121は、何れかのNASクライアント111、112又は、113から、ファイル操作の要求を、ネットワーク110を介して受信する。例えば、図3においては、NASクライアント112から、ファイル操作の要求を、ネットワーク110を介して受信する。
次にステップS403で、各NAS本体121、131又は141は、それぞれの受信要求毎に、その対象となるファイルを求める。
次にステップS403では、対象のファイルのプライマリーノード(node−P)が存在するか否かが判断される。プライマリーノードは、上述のように、非対称系NAS装置の場合に、処理コストが最も低い、ファイル単位に最適な処理ノードのことである。対象ファイルのプライマリーノード番号(node−P)が存在しない場合には、ステップS405に進み、対象ファイルのプライマリーノード番号(node−P)が存在する場合には、ステップS406に進む。
次に、ステップS405では、プライマリーノード番号(node−P)に自分のノード番号を代入する。
次に、ステップS406では、各統計データ収集機構122、132及び142へ、収集された統計データを送る。収集された統計データは、NASクライアントからのあて先の論理IPアドレス、要求を行ったNASクライアントのIPアドレス及び、プライマリノード番号(又は、対称型の場合には、要求を受けたノードのノード番号)より構成される。
次に、ステップS407で、NAS本体121、131及び141は、各々のノードに対してNASクライアントから要求されたファイル操作を実行する。
そして、最後に、ステップS408で、NAS本体は、NASクライアントから要求されたファイル操作についての応答を、要求元のNASクライアントへ送信する。この後に、NAS本体は、次のNASクライアントから要求を受けるために、ファイル操作要求の受信を待つ。
次に、統計データ収集機構122、132及び142の動作について説明する。図5は、統計データ収集機構122、132及び142の動作のアルゴリズムを示す。
図5のアルゴリズムにおいて、ステップS501で、統計データ収集機構122、132及び142の動作が開始する。
次に、ステップS502で、各統計データ収集機構122、132及び142は、それぞれの各NAS本体から送られる統計データを、各論理IPアドレス及び各プライマリーノード番号(node−P)毎に蓄積する。即ち、各論理IPアドレス毎に、且つ、各プライマリーノード番号(node−P)毎に、ファイル操作要求数を、統計データとして蓄積する。また、同時に、全ファイル操作要求数も、統計データとして蓄積する。
次に、ステップS503で、前回集計した統計データを、ノード103に設けられた実IP決定機構144に送る前に、所定の時間を経過したか否かが判断される。所定の時間を経過していないと判断された場合には、S506に進み処理を終了する。所定の時間を経過したと判断された場合には、ステップS504に進む。
次に、ステップS504では、今回集計した統計データを、ノード103に設けられた実IP決定機構144に送信する。
次に、ステップS505では、今回集計した統計データを、ノード103に設けられた実IP決定機構144に送信した現在の時刻を、統計データの新たな集計時刻とする。
そして、ステップS506で、処理を終了する。
次に、実IP決定機構144の動作について説明する。図6は、実IP決定機構144の動作のアルゴリズムを示す。特に本実施例では、非対称型の場合について、このアルゴリズムを以下に説明する。このアルゴリズムでは、各ノードの統計データ収集機構から送られた統計データをさらに集計し、且つ、一定時間毎に、最適な「論理IPアドレス−実IPアドレス変換表」を作成し、各ノードのあて先変更機構に送り返す。
図6のアルゴリズムにおいて、ステップS601で、実IP決定機構144の動作が開始する。
次に、ステップS602で、実IP決定機構144は、NAS装置100内の各ノード101、102又は103が有する、各統計データ収集機構122,132及び142から、図5を用いて説明した、統計データを受信する。
次に、ステップS603で、各論理IPアドレス毎に、且つ、各プライマリーノード番号(node−P)毎に、あて先要求数の総数を求める。
次に、ステップS604で、前回の集計から予め定められた時間が経過しているか否かが判断される。前回の集計から予め定められた時間が経過していないと判断された場合には、ステップS602に戻り、統計データの受信を継続する。一方、前回の集計から予め定められた時間が経過していると判断された場合には、ステップS605に進む。
次に、ステップS605では、全ての論理IPアドレスについて、処理を完了したかどうか判断する。完了したと判断した場合には、ステップS602に戻り、統計データの受信を継続する。一方、まだ未処理の論理IPアドレスがあると判断した場合には、ステップS606に進み、その論理IPアドレスについての処理を行う。
ステップS606は、ステップS607、S608及びS609より構成される。
ステップS607では、論理IPアドレス(LIP−i)あての要求数の総数を求め、これをreq−totalとする。
次に、ステップS608とS609では、論理IPアドレス(LIP−i)あての要求のうち、最も多くの数の要求を受けたプライマリーノード番号(next−pr)とその最大の要求数(max−req−no)を求める。即ちS608では、(max−req−no>TOTAL[LIPi,p−node])の条件が成り立つか否かが判断される。(max−req−no>TOTAL[LIPi,p−node])の条件が成り立つ場合には、処理はステップS610へ進む。一方、その条件が成り立たない場合には、処理はステップS609へ進む。
次に、ステップS609では、論理IPアドレス(LIP−i)のあて先を、プライマリーノード番号(next−pr)に変更する。同時に、最大の要求数(max−req−no)を、このprimaryノード向け要求数の合計値ΣTOTAL[LIPi,p−node]とする。
次に、ステップS610では、cur−prを論理IPアドレスが現在割当てられているノード(LIP−i)とする。
次に、ステップS611では、2つのプライマリーノード番号cur−prとnext−prが等しくないかどうかが判断される。cur−prとnext−prが等しい場合には、処理はステップS605に進む。一方、cur−prとnext−prが等しくない場合には、処理は、ステップS612に進む。
次に、ステップS612では、(max−req−no>1/2*req−total)が成り立つか否かが判断される。この条件が成り立たない場合には、処理はステップS605に進む。一方、この条件が成り立つ場合には、処理は、ステップS613に進む。
次に、ステップS613では、ノード103の有する実IP決定機構144から、各ノード101、102又は103が有する、あて先変更機構に対して、論理IP(LIP−i)のあて先を、現在のプライマリーノード番号cur−prから上述のプライマリーノード番号next−prへ、変更する指示がなされる。
そして、次に、処理は、ステップS605に進み、次の論理IPアドレスの処理を継続する。
以上は、先述べたように、非対称型の場合について、このアルゴリズムを以下に説明した。一方、対称型の場合には、プライマリーノード毎に要求数を集計し、その間に大きな隔たりがある場合に、「論理IPアドレス−実IPアドレスのペア」を各ノードの処理要求数が均一に近くなるように設定し、あて先変更機構に送る。
本アルゴリズム例では、説明を単純にするため、処理コスト最小のノードに、できるだけNASクライアントからの要求を集めようとしている。しかし、処理コストを考慮した上で、各ノードの処理負荷を平坦化するように、アルゴリズムを改良することは容易である。
次に、あて先変更機構123、133及び143の動作について説明する。図7は、あて先変更機構123、133及び143の動作のアルゴリズムを示す。
図7において、ステップS701で、あて先変更機構は、論理IPアドレスのあて先変更の処理を開始する。
次に、ステップS702で、cur−prを使用しているノードに、メッセージを送り、論理IPアドレス(LIP−i)を使用している全セッションを一時停止させる。ここで停止とは、論理IPアドレス(LIP−i)宛ての要求をスタックすることを意味する。
次に、ステップS703で、指定された論理IPアドレスLIP−iのあて先を、next−prに対応するMACアドレスに切りかえるため、(MACアドレス−LIP−iペア)を引数にもつIP切り替えメッセージをネットワークに送出する。そして、変更後の最適な「論理IPアドレス−実IPアドレス変換表」が、NASクライアントに送られ、NASクライアントは、論理IPアドレスに対応する実IPアドレスが変更されたことを知ることができる。そして、以後は、この実IPアドレスでNAS装置にアクセスすることができる。しかし、NASクライアントの上位層は、従前の論理IPアドレスのままでNAS装置にアクセスすることができる。
この論理IPアドレスの切り替えは、例えば、gratuitous ARP(address resolution protocol)を使用する方法など、よく知られた方法を使えばよい。gratuitous ARPは、ARP要求がない場合の、ARP応答である。即ち、ARP応答が、一斉通報ハードウェアアドレス対してアドレス指定されている場合には、ネットワーク上の全てのホストは、ARP応答を受信し且つARPキャッッシュをリフレッシュするような、ARP応答である。
次に、ステップS704で、全NASクライアントからのLIP−iに向け、全セッションを閉塞する。この結果、一時停止していた要求が捨てられ、NASクライアントにセッションが切れたことが通知される。この通知を受けると、NASクライアントがLIP−i向けセッションを再確立し、ファイル操作要求を再送するので、NASクライアントからは、新しいノードnext−prに対して、要求が向けられるようになる。
そして、最後に、ステップS705で、あて先変更機構は、は終了する。
Claims (5)
- NASクライアントから、ネットワークを介してアクセスされる、複数のノードから構成されるNAS装置のNAS負荷を分散するNAS負荷分散システムにおいて、当該NAS装置が複数の仮想的なIPアドレスを有することを特徴とするNAS負荷分散システム。
- 前記NASクライアント毎に、前記複数の仮想的なIPアドレスの中から一つを静的に割り当てる手段を有することを特徴とする、請求項1に記載のNAS負荷分散システム。
- 前記NAS装置は、複数の論理IPアドレスを有し、前記NASクライアントに、複数の論理IPアドレスのうちのいずれかの論理IPアドレスを選択させることにより、NASクライアントの、ファイルアクセスの局在性に基づいた負荷分散を行う手段を有することを特徴とする、請求項1記載のNAS負荷分散システム。
- 複数のノードから構成される前記NAS装置において、前記仮想的なIPアドレスに向けて、NASクライアントがファイル操作要求を送信する手段を有することを特徴とする、請求項2に記載のNAS負荷分散システム。
- 複数のノードから構成される前記NAS装置において、前記仮想的なIPアドレスを、前記各ノードに対応する実IPアドレスに動的に変換する手段を有することを特徴とする、請求項1に記載のNAS負荷分散システム。
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