JP3977298B2 - Grid computing system - Google Patents
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Description
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 relates to a grid computing system that dynamically combines a plurality of computing resources scattered on a network to form a virtual machine, and a computing resource collection method in the 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。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。 In grid computing, in order to determine which computing resource to request a job (calculation processing, etc.), information on the state of the computing resource (eg, CPU usage rate) is managed, and the work is performed according to the information. Make a request. Conventionally, status information of all computing resources is managed by a directory prepared in a specific management server.
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, in the computing resource collection function (MDS: Monitoring and Discoverry Service (Information Service)) in Globus Tool Kit (registered trademark) recognized as a de facto standard as middleware constituting a grid computing system, it is shown in FIG. The directory inquiry method is used.
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。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)。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。)。
In FIG. 3, each of the
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。
When the
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。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。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。
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。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。 As described above, in the grid computing system using the conventional directory, it is necessary to update the state information of the computing resource as appropriate. However, if the real-time property of the update is to be improved, communication for transmitting the information is performed. There is a problem that traffic increases. In addition, since the status information of each computing resource is managed by a single directory, if the device in this directory part fails, the entire 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 to solve such a problem, and an object of the present invention is to be able to find an optimal computing resource in real time, to improve the fault tolerance by eliminating the need for a directory, An object of the present invention is to provide a grid computing system and a computing resource collection method in the grid computing system that can continue services without affecting the entire system even when a computing resource fails.
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。
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。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。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。
In the grid computing system according to the present invention, each of a plurality of computing resources retains its own state information, updates the state information, and a requesting computer that requests the computing resource to perform processing Means for transmitting requirement information related to the state of the resource to the plurality of computing resources, and the computing resource that has received the requirement information satisfies the requirements based on the requirement information and the state information. Comprises means for returning an affirmative response to the requesting computer, and means for requesting the computing resource for which the requesting computer has returned an affirmative response, wherein the computing resource comprises the status information. And the requirement information is a search condition based on a file name that satisfies a predetermined requirement.
As a result, state information (CPU usage rate, etc.) can be updated on demand for computational resources, and the computer that requests the processing can discover the optimal computational resources in real time. Performance can be improved. In addition, since the conventional directory is not required, dynamic information exchange and lookup procedures between the computing resource and the directory are reduced, and extra traffic is reduced. Furthermore, by eliminating the need for a directory, the failure point (point of failure) is reduced, fault tolerance is improved, and even when individual computing resources fail, the entire system is not affected. It becomes 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。 Further, this makes it possible to apply the file search function of the pure P2P system to search for requirement information (for example, CPU usage rate).
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。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。
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。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。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。
In the grid computing system and the calculation resource collection method of the present invention, each calculation resource retains its own state information (for example, CPU usage rate) and updates the state information as appropriate. The requesting computer that requests processing sends requirement information (for example, CPU usage rate) regarding the state of the computing resource to each computing resource, and each computing resource that has received the requirement information has its own requirements. A response is returned to the requesting computer, and the requesting computer requests the processing resource to respond.
As a result, state information (CPU usage rate, etc.) can be updated on demand for computational resources, and the computer that requests the processing can discover the optimal computational resources in real time. Performance can be improved. Further, since the conventional directory is not necessary, dynamic information exchange and lookup procedures between the computing resource and the directory are reduced, leading to a reduction in extra traffic. Furthermore, by eliminating the need for a directory, the failure point (point of failure) is reduced, fault tolerance is improved, and even when individual computing resources fail, the entire system is not affected. It becomes 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。
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。
Further, in the grid computing system of the present invention, the calculation resource of the calculation resource holds the contents of the state information (for example, CPU usage rate) as a file name, and the request source computer uses the request information as the requirement information (search condition). Use the file name.
Thereby, the file search function of the pure type P2P system can be applied to search for requirement information (for example, CPU usage rate).
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。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。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。 In the grid computing system according to the present invention, state information of computing resources is mutually exchanged by P2P (Peer to Peer) type communication. Each computing resource has a file with a predetermined file name corresponding to its own state (CPU usage rate, etc.). Further, by searching for a file name using software for exchanging files with P2P (for example, Gnutella (registered trademark)), the requesting computer searches for a computing resource in a predetermined state, and the corresponding state Request work (processing) for the computing resource.
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。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。 FIG. 1 is a diagram for explaining a grid computing system according to the present invention, and shows an example configured using a pure P2P system such as Gnutella (registered trademark). The file name search in Gnutella (registered trademark) has a mechanism in which file name searches are performed in a chained manner. In the grid computing system of the present invention, this function is used for status information (for example, CPU) of computing resources. (Use rate) is extended so that it can be searched by chaining by 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 FIG. 1, the computing resources 1 to 13 have participated in Gnutella Net (registered trademark) in advance, measured the CPU usage rate in the background, and named the file name corresponding to the value as a pure P2P system (Gnutella (registered trademark)). Trademark) etc.) is stored in a predetermined directory.
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。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 requesting
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 the grid computing system of the present invention, the file search function of the pure P2P system is applied to the search of the CPU usage rate, etc., so how to reflect the CPU usage rate in the file name is a 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。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。 For this reason, the computing resources 1 to 13 regularly measure the CPU load (usage rate) of the terminal itself in the background. Further, a file having a file name based on Table 1 shown in FIG. 2A is created from the obtained value, and stored in a directory designated by a pure P2P system (Gnutella (registered trademark) or the like).
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。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。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。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。 In the example shown in FIG. 2, the file name of the file to be created and the search key have the following relationship. For example, when the CPU usage rate is 90% to 100%, the CPU is almost free, so that it is possible to search only with the search key “J” used when searching for a calculation resource of “almost free” or more. Thus, the file name to be created includes a search key “J” and a file name “J” that does not include other search keys. Further, when the CPU usage rate is 80% or more and less than 90%, the CPU is at least 10% free. Therefore, the search keys “J” and “ The file name to be created includes the search keys “J” and “I” so that the search can be made only with the search key “I” used when searching for a calculation resource of “10% or more free”. The file name does not include the search key “IJ”. Further, when the CPU usage rate is 70% or more and less than 80%, the CPU is at least 20% free. Therefore, the search keys “J”, “ Search is possible only with the search key “I” used when searching for a calculation resource of “10% or more free” and the search key “H” used when searching for a calculation resource of “20% or more free”. Thus, the file name to be created is the file name “HIJ” that includes the search keys “J”, “I”, and “H” and does not include other search keys.
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。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。 A script for performing the processing described above is created and executed on each of the calculation resources 1 to 13. With this function, the CPU load state is periodically saved as a file name. By searching for the file using a pure P2P system such as Gnutella (registered trademark), the calculation considering the free state of the CPU is performed. Search for 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。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。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。
Further, when searching for the calculation resources 1 to 13 from the
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。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。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。 As described above, in the grid computing system of the present invention, the computing resource collection function in the grid computing system is realized by using a pure P2P system. Compared with the directory-type computing resource collection function that uses a management server that is generally used in conventional grid computing systems, an information retrieval method based on a brokerless concept in which there is no uniform information provider is used. In the present invention, it is possible to construct a grid computing system that can cope with dynamic fluctuations in computing resources and has excellent fault tolerance. In addition, since this method eliminates the need for a directory, there is a merit that management becomes easy.
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。 In the embodiment of the present invention, an example in which the CPU usage rate is used as the state information of the calculation resource is shown. However, the present invention is not limited to this, and various other types such as a memory capacity, a calculation speed, and a communication speed are used. State information can also be used, and state information combining these can also be used.
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。
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。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。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。
Although the embodiment of the present invention has been described above, the grid computing system of the present invention is not limited to the above illustrated example, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention. Of course.
The computing resource and the requesting computer in the present application are not limited in name and form as long as they are hardware having a computing function and a network connection function such as a personal computer, a PDA, and a mobile phone. The network includes both wired and wireless connection methods. The computing resource and the requesting computer can be replaced by a 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。 The grid computing system and the computing resource collection method in the grid computing system of the present invention have the effects of improving the performance of the grid computing system and increasing 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。 Therefore, the present invention can be applied to a grid computing system, a calculation resource collection method in the grid computing system, and the like.
1〜13 計算資源
20 依頼元コンピュータ
1-13
Claims (1)
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グリッドコンピューティングシステム。 A plurality of computing resources each holding its own state information and updating the state information;
A requesting computer for requesting processing to the computing resource, means for transmitting requirement information regarding the state of the computing resource to the plurality of computing resources;
Means for returning an affirmative response to the requesting computer when the computing resource that has received the requirement information satisfies the requirement based on the requirement information and the state information;
Means for requesting the computing resource to which the requesting computer has returned an affirmative response;
The grid computing system, wherein the calculation resource holds a file whose file name is the content of the state information, and the requirement information is a search condition based on a file name that satisfies a predetermined requirement.
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