JP3977298B2 - Grid computing system - Google Patents

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本発明は、ネットワーク上に散在する複数の計算資源を動的に結合しバーチャルマシンを構成するグリッド(Grid)コンピューティングシステム、及びグリッドコンピューティングシステムにおける計算資源収集方法に関する。 The present invention dynamically combine multiple computing resources scattered over the network grid constituting a virtual machine (Grid) computing system, and a computational resources gathering method in a grid computing system.

グリッドコンピューティングにおいては、どの計算資源に仕事(計算処理など)を依頼するかを決めるために、計算資源の状態(例えば、CPUの使用率など)の情報を管理し、その情報に応じて仕事の依頼をする。 In grid computing, in order to decide whether to request a work (computing etc.) to which computing resources, the state of computational resources (e.g., such as utilization of CPU) manages information, in accordance with the information work to the request. 従来は、特定の管理サーバに用意したディレクトリにより、全ての計算資源の状態情報を管理していた。 Conventionally, the directory prepared for specific management server, and maintains the status information of all the computing resources.

例えば、グリッドコンピューティングシステムを構成するミドルウエアとしてデファクトスタンダードとして認知されているGlobus Tool Kit(登録商標)等での計算資源収集機能(MDS:Monitoring and Discoverry Service;情報サービス)では、図3に示すようなディレクトリへの問い合わせ方式を用いている。 For example, computing resources Collection on middleware as de Globus Tool Kit, which is recognized as facto standard (registered trademark) or the like constituting the grid computing system:; In (MDS Monitoring and Discoverry Service Information Service), 3 We are using the inquiry method to such a directory.

図3において、各計算資源100〜103は、中央の管理サーバに用意されたディレクトリ110に、自己の計算資源の状態(例えば、CPUの使用率など)の情報を定期的に報告する。 3, each of computing resources 100 to 103, the directory 110 that is provided to the central management server, the state of its computing resources (e.g., such as utilization of CPU) periodically reports information. 計算資源101〜103を利用しようとするユーザ120は、ディレクトリ101を参照して、利用可能な計算資源を検索する(ディスカバリ)。 The user 120 who intends to use the computing resources 101 to 103, with reference to the directory 101, to search for the available computational resources (discovery). 利用可能な計算資源が見つかった場合は、個々の計算資源にアクセスする(ルックアップ)(例えば、非特許文献1参照。)。 If available computing resources are found, accessing individual computing resources (lookup) (e.g., see Non-Patent Document 1.).

以上説明した従来のディレクトリへの問い合わせ方式によって、ユーザ120が計算資源101〜103の情報を収集するに際しては、以下のような問題点が存在する。 Or by querying system to traditional directory, as described, when the user 120 collects information computing resources 101 to 103, the following problems are present.

第1に、ディレクトリの異常時にディレクトリで管理されるシステム全体に障害をきたす。 First, disruptions throughout the system managed by the directory when the directory of the abnormality. 第2に、ディレクトリに記述される計算資源の状態情報が、常に最新のものではない。 Second, the state information of the computational resources that are described in the directory, not always new. 第3に、ディレクトリを階層化した場合に、ディレクトリの全体的な管理が困難になるなどの問題がある。 Third, when hierarchical directories, overall management of the directory there are problems such as difficult.

以上説明したように、従来のディレクトリを用いたグリッドコンピューティングシステムでは、計算資源の状態情報を適宜更新する必要があるが、その更新のリアルタイム性を高めようとすると、その情報を伝えるための通信トラフィックが増えてしまうという問題がある。 As described above, in the grid computing system using a conventional directory, it is necessary to appropriately update the status information of the computing resources, when trying to increase the real-time the update, communication for communicating the information there is a problem that traffic would increase. また、一箇所のディレクトリにより各計算資源の状態情報を管理しているため、このディレクトリ部分の装置が故障した場合には、システム全体が機能しなくなってしまう。 Also, since that manages the state information of each computing resource by one place in the directory, when a device of this directory portion has failed, the whole system will not function.

本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、その目的は、最適な計算資源をリアルタイムに発見することができ、また、ディレクトリを不要として対障害性を高め、さらに、個々の計算資源の障害時においてもシステム全体には影響を与えずにサービスを継続することができる、グリッドコンピューティングシステム、及びグリッドコンピューティングシステムにおける計算資源収集方法を提供することにある。 The present invention has been made in order to solve such problems, and its object is able to discover the optimal computational resources in real time, also increase the fault tolerance of the directory as required, further, the individual can continue the service without affecting also the entire system at the time of failure of the computing resources, it is to provide a grid computing system, and the computational resources gathering method in a grid computing system.

本発明のグリッドコンピューティングシステムは、複数の計算資源が、各々、自身の状態情報を保持しておき、その状態情報を更新する手段と、前記計算資源に処理を依頼する依頼元コンピュータが、計算資源の状態に関する要件情報を、前記複数の計算資源に対して送信する手段と、前記要件情報を受信した前記計算資源が、該要件情報と前記状態情報とに基づいて自身が要件を満たす場合には前記依頼元コンピュータに肯定的応答を返す手段と、前記依頼元コンピュータが、肯定的応答を返してきた前記計算資源に対して処理を依頼する手段とを備え、前記計算資源が、前記状態情報の内容をファイル名としたファイルを保持すると共に、前記要件情報が、所定の要件を満たすファイル名による検索条件であることを特徴とする。 Grid computing system of the present invention, a plurality of computing resources, each holds the own state information, and means for updating the state information, the requesting computer requests processing to the computing resources, computing the requirement information about the status of resources, and means for transmitting to the plurality of computational resources, the computing resource that has received the requirement information, if the own meet the requirements based on said state information and 該要 matter information and means for requesting and means for returning a positive response to the request-source computer, the requester computer, the processing for the computing resources has returned a positive response, the computing resources, the status information holds the files with the file name contents of said requirement information, characterized in that it is a search condition by the file name that meets a predetermined requirement.
これにより、計算資源では、 オンデマンドで状態情報(CPU使用率など)をアップデートができ、処理を依頼するコンピュータ側では、最適な計算資源をリアルタイムで発見することができるので、グリッドコンピューティングシステムの性能を向上させることができる。 Thus, in computing resources, state information on demand (such as CPU utilization) can be updated, the computer side that requests processing, it is possible to find the optimal computational resources in real time, the grid computing system it is possible to improve the performance. また、従来のような ディレクトリが不要となることにより、計算資源とディレクトリ間の動的な情報交換やルックアップ手続きが削減され、余分なトラフィックの削減につながる。 Further, by directory such as conventional is unnecessary, dynamic information exchange and lookup procedures between computing resources and directories been reduced, leading to reduction of the extra traffic. またさらに、ディレクトリが不要となることにより、障害の要因(Point of Failure)が削減され、耐障害性が向上し、また、個々の計算資源の障害時においてもシステム全体には影響を与えず、サービスを継続することが可能になる。 Furthermore, by directory is not required also reduces factor disorders (Point of Failure) is to improve fault tolerance, also without affecting the overall system at the time of failure of individual computing resources, it is possible to continue the service.

また、これにより、ピュア型P2Pシステムのファイル検索機能を、要件情報(例えば、CPU使用率など)の検索に応用することができる。 This also allows the file search feature Pure P2P system requirement information (for example, CPU usage) can be applied to the search.

本発明のグリッドコンピューティングシステム及び計算資源収集方法においては、各計算資源が、各々、自身の状態情報(例えば、CPU使用率)を保持しておき、適宜その状態情報を更新する。 In grid computing system and computing resources collection method of the present invention, each computing resources, each its own status information (eg, CPU usage rate) holds the appropriate updates its state information. 処理を依頼する依頼元コンピュータは、計算資源の状態に関する要件情報(例えば、CPU使用率)を、各計算資源に送信し、要件情報を受信した各計算資源は、自身が要件を満たす場合には依頼元コンピュータに応答を返し、依頼元コンピュータは、応答した計算資源に処理を依頼する。 Requesting computer to request processing, the requirement information on the state of computational resources (eg, CPU usage rate), and sends each compute resource, each compute resource that receives the certification information, if the own meet requirements It returns the response to the requesting computer, the requesting computer, requests processing to computing resources in response.
これにより、計算資源では、 オンデマンドで状態情報(CPU使用率など)をアップデートができ、処理を依頼するコンピュータ側では、最適な計算資源をリアルタイムで発見することができるので、グリッドコンピューティングシステムの性能を向上させることができる。 Thus, in computing resources, state information on demand (such as CPU utilization) can be updated, the computer side that requests processing, it is possible to find the optimal computational resources in real time, the grid computing system it is possible to improve the performance. また、従来のようなディレクトリが不要となることにより、計算資源とディレクトリ間の動的な情報交換やルックアップ手続きが削減され、余分なトラフィックの削減につながる。 Further, by directory such as conventional is unnecessary, dynamic information exchange and lookup procedures between computing resources and directories been reduced, leading to reduction of the extra traffic. またさらに、ディレクトリが不要となることにより、障害の要因(Point of Failure)が削減され、耐障害性が向上し、また、個々の計算資源の障害時においてもシステム全体には影響を与えず、サービスを継続することが可能になる。 Furthermore, by directory is not required also reduces factor disorders (Point of Failure) is to improve fault tolerance, also without affecting the overall system at the time of failure of individual computing resources, it is possible to continue the service.

また、本発明のグリッドコンピューティングシステムにおいては、計算資源の計算資源が、状態情報(例えば、CPU使用率)の内容をファイル名として保持すると共に、依頼元コンピュータは、要件情報(検索条件)としてファイル名を使用する。 In the grid computing system of the present invention, computational resources of computing resources, status information (eg, CPU usage rate) holds the contents of a file name, the request-source computer, as requirement information (search conditions) to use the file name.
これにより、ピュア型P2Pシステムのファイル検索機能を、要件情報(例えば、CPU使用率)の検索に応用することができる。 Thus, the file search feature Pure P2P system requirement information (eg, CPU usage rate) can be applied to the search.

本発明のグリッドコンピューティングシステムでは、P2P(Peer to Peer)式の通信により、計算資源の状態情報を相互にやりとりする。 In grid computing system of the present invention, the communication of P2P (Peer to Peer) type exchanges state information of computational resources to each other. また、各計算資源が自分自身の状態(CPU使用率など)に対応して、所定のファイル名のファイルを持っておく。 In addition, each computing resources in response to its own state (such as CPU utilization), in advance with a predetermined file name of the file. また、P2Pでファイル交換するためのソフトウェア(例えば、Gnutella(登録商標)など)を用いてファイル名を検索することにより、依頼元コンピュータは、所定の状態にある計算資源を検索し、該当する状態の計算資源に対して仕事(処理)を依頼する。 State The software for file exchange with P2P (e.g., Gnutella (registered trademark)) by searching the file names with, the requesting computer, which searches the computing resources in a predetermined state, the corresponding to request work (processing) with respect to computational resources.

図1は、本発明によるグリッドコンピューティングシステムについて説明するための図であり、Gnutella(登録商標)などのピュア型P2Pシステムを用いて構成された例を示している。 Figure 1 is a diagram for explaining a grid computing system according to the present invention, an example which is configured using a Pure P2P system, such as Gnutella (registered trademark). Gnutella(登録商標)におけるファイル名検索は、ファイル名検索が連鎖しながら実施されるという仕組みになっており、本発明のグリッドコンピューティングシステムでは、この機能を、計算資源の状態情報(例えば、CPU使用率)をファイル名により連鎖して検索できるように拡張したものである。 The file name search in Gnutella (registered trademark), which is a mechanism that the file name search is carried out with a chain, a grid computing system of the present invention, this function, the state information of computational resources (eg, CPU utilization) is an extension to enable searching chained by a file name.

図1において、計算資源1〜13はGnutella Net(登録商標)にあらかじめ参加しており、CPU使用率をバックグランドで測定し、その値に対応するファイル名をピュア型P2Pのシステム(Gnutella(登録商標)など)の指定する所定のディレクトリに保存する。 In Figure 1, computing resources 1-13 are joined in advance to the Gnutella Net (R), measured CPU usage in the background, Pure P2P systems (Gnutella (register the file name corresponding to the value be stored in a predetermined directory specified by the trademark), and the like).

計算処理を依頼する依頼元コンピュータ20は、はじめにGnutella Net(登録商標)に参加し、その後に、プロセス(例えば、タスクなど)を割り当てるのに必要な空CPUを有する計算資源をGnutella Net(登録商標)へのブロードキャストにより検索する。 Requesting computer 20 to request the calculation process, initially joined the Gnutella Net (R), then the process (e.g., tasks, etc.) Gnutella Net (TM computing resources with empty CPU necessary to allocate Search by broadcast to). 要求を満足する計算資源1〜13は依頼元コンピュータ20へ応答し、依頼元コンピュータ20は最も相応しい計算資源へ計算処理プロセスの割り当てを実施する。 The computational resources 1-13 satisfying the request in response to the requesting computer 20, requesting the computer 20 to implement the allocation of computational processes to the most appropriate computing resources.

また、本発明のグリッドコンピューティングシステムでは、ピュア型P2Pシステムのファイル検索機能を、CPU使用率などの検索に応用するため、CPU使用率をファイル名にどのように反映するかがポイントとなる。 Further, in a grid computing system of the present invention, the file search feature Pure P2P systems, for application to the search, such as CPU usage, how to reflect the CPU utilization file name becomes the point.

このため、計算資源1〜13は、定期的にバックグラウンドで自端末のCPU負荷(使用率)を測定する。 Thus, computing resources 1-13 measures regularly own terminal CPU load in the background (utilization). さらに、その得られた値から、図2(a)に示す表1に基づいたファイル名をもつファイルを作成し、ピュア型P2Pシステム(Gnutella(登録商標)など)の指定するディレクトリに保存する。 Further, from the obtained value, to create a file with a file name based on the Table 1 shown in FIG. 2 (a), stored in a directory specified by the Pure P2P system (Gnutella (registered trademark), etc.).

図2に示す例では、作成するファイルのファイル名と検索キーとは次のような関係にある。 In the example shown in FIG. 2, the following relationship is the file name and the search key of the file to be created. 例えば、CPU使用率が90%以上〜100%の場合、CPUがほとんど空いていないので、“ほとんど空きなし”以上の計算資源を検索する際に利用される検索キー“J”のみで検索可能になるように、作成するファイル名は、検索キー“J”を含み、他の検索キーを含まないファイル名“J”になる。 For example, if the CPU utilization of 100% over 90%, since the CPU is little vacant, "almost empty without" search key "J" only searchable by utilized when searching for more computational resources so that, the file name to be created, including the search key "J", made in the file name "J" that does not include the other search key. また、CPU使用率が80%以上〜90%未満の場合、CPUが最低10%空いているので、“ほとんど空きなし”以上の計算資源を検索する際に利用される検索キー“J”及び“10%以上空き”の計算資源を検索する際に利用される検索キー“I”のみで検索可能になるように、作成するファイル名は、検索キー“J”と“I”とを含み、他の検索キーを含まないファイル名“IJ”になる。 Also, if the CPU utilization is less than 80% to 90%, because the CPU is free at least 10%, "almost empty without" search key is used when searching for more computational resources "J" and " I "search key is used when searching for computational resources for" 10% or more free "only to allow search by file name to be created, the search key" and a J "and" I ", the other It will not include the key in the search for the file name "IJ". さらに、CPU使用率が70%以上〜80%未満の場合、CPUが最低20%空いているので、“ほとんど空きなし”以上の計算資源を検索する際に利用される検索キー“J”、“10%以上空き”の計算資源を検索する際に利用される検索キー“I”、及び“20%以上空き”の計算資源を検索する際に利用される検索キー“H”のみで検索可能になるように、作成するファイル名は、検索キー“J”と“I”と“H”とを含み、他の検索キーを含まないファイル名“HIJ”になる。 Further, if the CPU utilization is less than 70% to 80%, because the CPU is free at least 20%, "almost empty without" search key is used when searching for more computational resources "J", " 10% or more free "search key are utilized in the search for computational resources" I ", and" H "only searchable by" search key is used when searching for computational resources for "20% or more free so that, the file name to be created, and a search key "J" and "I" and "H", becomes the file name "HIJ" that no other search key.

以上説明した処理を行うスクリプトを作成し、各計算資源1〜13上で実施させる。 Create a script to perform the processing described above, it is performed on each computing resources 1-13. この機能により、定期的にCPU負荷の状態がファイル名として保存されるので、これをGnutella(登録商標)などのピュア型P2Pシステムを用いてファイル検索することにより、CPUの空き状態を考慮した計算資源の検索が可能になる。 This feature, since the state of the regular CPU load is stored as a file name, which by file search with Pure P2P system, such as Gnutella (registered trademark), calculated taking into account the idle state of the CPU Search of resources becomes possible.

また、依頼元コンピュータ20からの計算資源1〜13の検索に際しては、図2(b)に示す表2に基づく検索キーを利用する。 Also, when the search of the computing resources 1-13 from the requesting computer 20 utilizes a search key based on Table 2 shown in FIG. 2 (b). 例えば、CPUが最低80%は遊休状態にある計算資源では、作成されるファイル名には、必ず“B”が含まれるので、依頼元コンピュータ20からは、“B”を検索キーとして検索すれば、CPU状態が80%以上遊休状態にある計算資源が発見される。 For example, the computing resources CPU minimum 80% in the idle state, the file name to be created, since always includes a "B", the request from the source computer 20, if the search as a search key "B" , computational resources is discovered that CPU state is idle 80%. そして、依頼元コンピュータ20は発見された計算資源へ計算処理プロセスの割り当てを実施する。 Then, the request-source computer 20 to implement the allocation of computational processes to discover computational resources.

以上説明したように、本発明のグリッドコンピューティングシステムにおいては、グリッドコンピューティングシステムにおける計算資源収集機能を、ピュア型のP2Pシステムを用いて実現している。 As described above, in the grid computing system of the present invention, the computational resources gathering mechanism for grid computing system is realized using a Pure P2P system. 従来のグリッドコンピューティングシステムで一般的に利用されている管理サーバを用いるディレクトリ型の計算資源収集機能と比較して、画一的な情報提供者が存在しないブローカレス思想による情報検索手法を用いた本発明では、計算資源の動的変動に対応可能であり、対障害性にも優れるグリッドコンピューティングシステムを構築できる。 Compared with the directory type computational resources gathering function using a management server that is commonly used in conventional grid computing system, using the information retrieval method according brokerless ideas uniform information provider does not exist in the present invention, it can correspond to dynamic variations of computational resources can be constructed grid computing system excellent in fault tolerance. また本手法によりディレクトリが不要となるため、管理が容易になるというメリットも生じる。 Since the directory by this technique is not required, also resulting advantage that management is facilitated.

また、本発明の実施の形態では、計算資源の状態情報として、CPU使用率を用いた例を示したが、これに限らず、メモリ容量や、計算速度や、通信速度などの各種の他の状態情報を使用することもでき、また、これらを組み合わせた状態情報を使用することもできる。 Further, in the embodiment of the present invention, as the state information of the computing resources, the example of using the CPU utilization is not limited thereto, and the memory capacity, calculation speed and, such as communication speed various other can also use the state information, it can also be used state information of a combination of these.

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明のグリッドコンピューティングシステムは、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。 Having described embodiments of the present invention, a grid computing system of the present invention is not limited to the illustrated examples described above, modified in many forms within the scope not departing from the gist of the present invention it is a matter of course.
本願における計算資源及び依頼元コンピュータは、パーソナルコンピュータ、PDA、携帯電話等の計算機能とネットワーク接続機能を有するハードウエアならば名称・形態は問わない。 Computational resources and requesting computer in this application may be a personal computer, PDA, if hardware having a calculation function and a network connection function of the cellular phone and the like names and form is not limited. また、ネットワークは有線、無線いずれの接続方法のものも含む。 The network also includes those wired, wireless any connection method. 計算資源と依頼元コンピュータはジョブにより入れ替え可能である。 Computational resources and requesting computer can be interchanged by the job.

本発明のグリッドコンピューティングシステム及びグリッドコンピューティングシステムにおける計算資源収集方法は、グリッドコンピューティングシステムの性能を向上させ、対障害性を高める効果を有する。 Computational resources gathering method in a grid computing system and grid computing system of the present invention has an effect of improving the performance of a grid computing system, improving the fault tolerance.

従って、本発明は、グリッドコンピューティングシステム、及びグリッドコンピューティングシステムにおける計算資源収集方法などに適用できる。 Accordingly, the present invention can be applied grid computing system, and the like computational resources gathering method in a grid computing system.

本発明によるグリッドコンピューティングシステムについて説明するための図。 Diagram for explaining a grid computing system according to the present invention. 計算資源が作成するファイル名と検索キーの例を示す図。 It shows an example of a file name and the search key computing resources to create. 従来のグリッドコンピューティングシステムの一般的な資源管理機構を示す図。 It shows a general resource management mechanism of a conventional grid computing system.

符号の説明 DESCRIPTION OF SYMBOLS

1〜13 計算資源 20 依頼元コンピュータ 1-13 computational resources 20 the requesting computer

Claims (1)

  1. 複数の計算資源が、各々、自身の状態情報を保持しておき、その状態情報を更新する手段と、 A plurality of computing resources, each holds the own state information, and means for updating the state information,
    前記計算資源に処理を依頼する依頼元コンピュータが、計算資源の状態に関する要件情報を、前記複数の計算資源に対して送信する手段と、 Requesting computer requests processing to the computing resources, the requirement information on the state of computational resources, and means for transmitting to the plurality of computing resources,
    前記要件情報を受信した前記計算資源が、該要件情報と前記状態情報とに基づいて自身が要件を満たす場合には前記依頼元コンピュータに肯定的応答を返す手段と、 It said computational resource that has received the requirement information, and means for returning a positive response to the requesting computer if it meets the own requirements based on the 該要 matter information and the state information;
    前記依頼元コンピュータが、肯定的応答を返してきた前記計算資源に対して処理を依頼する手段と を備え、 The requesting computer, and means for requesting the processing to the computing resource that has returned a positive response,
    前記計算資源が、前記状態情報の内容をファイル名としたファイルを保持すると共に、前記要件情報が、所定の要件を満たすファイル名による検索条件であることを特徴とするグリッドコンピューティングシステム。 The computational resources, holds the to the contents of the status information and the file name file, grid computing system, wherein the requirement information is a search condition by the file name that meets a predetermined requirement.
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