JP5137281B2 - スペアサーバを自動でアクティブにするサーバ - Google Patents

スペアサーバを自動でアクティブにするサーバ Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、コンピュータ・ネットワーク一般に関連し、より具体的にはコンピュータ・ネットワーク上での自動適合に関連する。
【0002】
【従来の技術】
図1は、クライアント110およびサーバ130を接続しているコンピュータ・ネットワーク105を示している。コンピュータ・ネットワーク105は、例えばインターネットなどの公衆ネットワーク(public network)であってもよいし、またはLAN、MAN、WANなどの私設ネットワークであってもよい。クライアント110は、例えばパーソナル・コンピュータ、携帯型インターネット端末、インターネット接続可能なテレビ端末、またはインターネット接続可能な携帯電話などのコンピュータである。サーバ130は、例えばインターネット上でウェブサイトのホストとして機能する。サーバ130は、いくつかのコンピュータ(この数をMとする)で冗長的に準備されたサーバ・アプリケーション115を含む。参照番号115−1から115−Mまでの各サーバ・アプリケーションは、ステートレスで(stateless;すなわち動作がサーバ・アプリケーション115−1から115−Mまでの履歴的な状態に依存しない)同一である。負荷バランサー120は、コンピュータ・ネットワーク105とサーバ・アプリケーション(115−1から115−M)との間を連結する。負荷バランサー120は、客観的なやり方でサーバ・アプリケーション115への接続を経路設定する。クライアント110が(参照番号115−1から115−Mまでのサーバ・アプリケーションの冗長インスタンス(redundant instance)のうちの特定の1つを差別することなしに、全体に)サーバ・アプリケーション115に接続を要求するとき、負荷バランサー120は、その要求を受信し、最低の負荷のサーバ・アプリケーション115にその要求を送信する。図示するように、サーバ・アプリケーションは、別個の集中データベース125に選択的に接続する。代替的に、各サーバ・アプリケーション115は、データベース125自身の複製を含む場合がある。負荷バランサー120およびデータベース125は、サーバ・アプリケーション115と共にコンピュータ・ネットワーク105上でクライアント110に対して1個のエンティティ(サーバ130)として見える。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
図1に示すサーバ130は、需要におけるサージ(surge;急増)に対処する設備が整っていない。このサージは、無数の理由によって生じる。例えば、コンピュータ・ネットワーク105が(インターネットのように)非常に動的である場合、ウェブサイト・サーバの利用パターンは、極めて変わりやすく、急激な変化を受ける。しばしばウェブサイトに対する需要は、その人気が急激に増加するにつれて急増する。サージの到来と期間は、予測するのが困難である。サージが発生するとき、全ユーザに対して提供されるサービスのレベルが大幅に低下し、ウェブサイトのユーザの間に回線の切断(disconnect)が生じる。このサージに起因するサービスの低下は、ユーザが遅い応答を許容するのを拒否するか、接続要求が否定されるので、ウェブサイトの最初の人気をうち消し、最初の人気を単なる一時的なものとする。サージが広告における投資またはその他の幸運に起因する場合、サービスの低下は、投資または幸運から生じる何らかの期待される利益を制限することがある。
【0004】
図1の機構では、サージを処理するために2つのアプローチが存在する。第1のアプローチは、サーバ・アプリケーション115の過剰供給(over-provision)である。すなわち、十分な数のサーバ・アプリケーション115が、ピーク需要を処理するために設けられる。このアプローチの欠点は、将来のサージを処理するのに必要なサーバ・アプリケーション115の数を正確に予測することが困難なことにある。このアプローチのもう1つの欠点は、サーバ・アプリケーション115のいくつかが大多数の時間にアイドル(空き)になっていることである。このため、過剰供給は効果的に計画することが困難であり、効果的に計画された場合ですら極端に非効率である。
【0005】
第2のアプローチは、サージに対する手動対応である。このアプローチによると、サーバ容量を超過する需要に対して人間のオペレータが注意をはらい、追加のサーバ・アプリケーション115を手動で購入する。このアプローチは、いくつかの観点で深刻な制約を受ける。第1に、需要のサージと新しいサーバ・アプリケーションとの間にかなりのタイムラグが存在する。第2に、一旦新しいサーバ・アプリケーションが購入されると、割当てを維持し、低い需要の期間にアイドルさせることになる。したがって、手動対応は、サージを処理するのに遅く、非効率である。
【0006】
【課題を解決するための手段】
第1の観点では、本発明は、コンピュータ・ネットワークに接続されるサーバである。このサーバは、1つまたは複数のアクティブなサーバ・アプリケーション、負荷検出器、イナクティブ(inactive;非アクティブ)である追加サーバ・アプリケーション、およびアロケータを含む。負荷検出器(負荷バランサーの一部であってよい)は、1つまたは複数のサーバ・アプリケーションおよびコンピュータ・ネットワークに接続される。アロケータは、負荷状態に応答して追加サーバ・アプリケーションをアクティブにする。
【0007】
別の観点では、本発明は、論理サーバ内部のサーバ・アプリケーションの数を適合させる方法である。この方法は、サーバ上の負荷を測定し、負荷がしきい値を超過したときを検出し、それに応答して、サーバ上の追加サーバ・アプリケーションをアクティブにする。選択的に、この方法は、負荷がデアクティブしきい値以下であるときを検出し、それに応答して追加サーバ・アプリケーションを作動しないようにする。
【0008】
さらに別の観点では、本発明は、複数のコンピュータ、1つまたは複数のサーバへの1つまたは複数のコネクション、およびモジュールを含む。コンピュータのそれぞれは、サーバ・アプリケーションをホストすることができる。モジュールは、コンピュータおよびコネクションに接続される。モジュールは、サーバの1つから追加サーバ・アプリケーションに対する要求を受け取る。その様な要求は、例えばサーバがサージを経験しているときに生成される。要求に応答して、モジュールは、要求しているサーバをサポートするよう1つまたは複数のコンピュータでサーバ・アプリケーションをアクティブにする。
【0009】
既知の先行技術と比較して、本発明の実施形態は、下記のいくつかまたは全てを含む利点を実現することができる。
【0010】
(1)人間の介在がほとんど無いかまたは全く無しに、サーバ需要におけるサージを自動的に受け入れる。
【0011】
(2)サージに起因するサービスの低下期間を最小化して、サーバ需要におけるサージをすばやく受け入れる。
【0012】
(3)サーバのリソースを割当て、有効に使用することができる。言い換えると、無駄な過剰容量が最小化されるか、または除かれる。
【0013】
本分野の当業者は、以下の図面を参照して以下の詳細な好ましい実施形態の記述を読むことにより、本発明の様々な利益および利点を理解するであろう。
【0014】
【発明の実施の形態】
図2は、本発明の1つの実施形態に従ってクライアント110およびサーバ230を接続するコンピュータ・ネットワーク105を示す。図1のサーバ130と同様のサーバ230は、負荷バランサー120および複数のサーバ・アプリケーション(115−1から115−M)を含む。しかしながら、サーバ130と異なり、サーバ230は、システム・アロケータ205および追加サーバ・アプリケーション115−Nを付加的に含む。初期状態では、サーバ・アプリケーション115は、図示するようにM個のシステムによって冗長的に提供される。追加サーバ・アプリケーション115−Nは、最初オフラインであり、この使用に利用されない。好ましくは追加サーバ・アプリケーション115−Nが走るコンピュータは、電源が入っているが、関連するソフトウェアをロードされていない。初期状態では、追加サーバ・アプリケーション115−Nが走るコンピュータは、ロードされなくてもよく、追加サーバ・アプリケーション115−Nがオンラインになるときに割り込まれる他のソフトウェアを実行してよい。追加サーバ・アプリケーション115−Nは、サーバ230(またはその他のサーバ230)の所有者ではなくて、好ましくはコンピュータ・ベンダによって所有される。初期状態中、追加サーバ・アプリケーション115−Nがオフラインであるとき、サーバ230の所有者は、追加サーバ・アプリケーション115−Nに対して課金されない。1つの課金技術によると、サーバ230の所有者は、下に示すように追加サーバ・アプリケーション115−Nがオンラインになってオンラインを維持するときだけ、追加サーバ・アプリケーション115−Nの使用料を支払う。別の課金技術によると、サービス需要の減少に起因してオフライン状態に戻ってサーバ230のための割り込み可能ソフトウェア・アプリケーションが走っていたとしても、サーバ230の所有者は、サーバ・アプリケーション115−Nがサーバ230の所有者のために使用中である全時間に対して支払いを行う。追加サーバ・アプリケーション115−Nは、その他のサーバ230から離れて配置され、専用コネクション(例えばデータ線、モデム電話回線)によってか、またはコンピュータ・ネットワーク105若しくは別のネットワークを通じて該その他のサーバ230に接続される。例えば、追加サーバ・アプリケーション115―Nは、コンピュータ・ベンダの構内に配置される場合がある。
【0015】
システム・アロケータ205は、負荷検出器かまたは負荷バランサー120内の負荷測定ユニットに接続される。システム・アロケータ205は、負荷検出器によって測定される負荷を監視し、負荷が超過したときに追加サーバ・アプリケーション115−Nをアクティブにする信号を発する。システム・アロケータは、好ましくは負荷が低下したときに追加サーバ・アプリケーション115−Nを作動させないようにもする(デアクティブにする;deactivate)。
【0016】
図3は、システム・アロケータ205の詳細なブロック図である。システム・アロケータ205は、アクティブしきい値比較器310、デアクティブしきい値比較器320、選択リモート通信機330、および制御モジュール340を含む。負荷バランサー120における負荷検出器からの負荷データは、アクティブしきい値比較器310とデアクティブしきい値比較器320の両方に入力される。負荷がアクティブしきい値以上の場合、アクティブしきい値比較器310は、アクティブ信号をアサートする。負荷がデアクティブしきい値以下の場合、デアクティブしきい値比較器320は、デアクティブ信号をアサートする。アクティブ信号およびデアクティブ信号の両方は、ローカル追加サーバ・アプリケーション115−Nおよび/またはリモート追加サーバ・アプリケーション115−Nに接続される。リモート追加サーバ・アプリケーション115−Nへのコネクションは、リモート通信器330(これは、例えばモデム、シリアルバス・インターフェース、またはネットワーク・インターフェースであり、コンピュータ・ネットワーク105の可能性もある)を介する。制御モジュール340は、アクティブおよびデアクティブ信号並びに追加サーバ・アプリケーションからの通知を受信する。制御モジュール340(これは、好ましくはマイクロ・プロセッサかまたはマイクロ・コントローラである)は、一般にシステム・アロケータ205の機能を制御する。例えば、制御モジュール340は、下に示すように(図示しないコネクションによって)アクティブしきい値およびデアクティブしきい値を設定することができる。本分野の当業者は、まさに説明するようにシステム・アロケータ205のコンポーネントのいくつかまたは全てが負荷バランサー120に組み合わされて、結果として機能拡張された負荷バランサーとなっていることを理解するであろう。
【0017】
アクティブおよびデアクティブしきい値は、以下で説明する3つの技術を含む様々な態様で設定される。第1の技術によれば、各サーバ・アプリケーションは、受け入れ可能なサービスを提供する間に1秒あたりにいくつの数のコネクション(C)を処理することができるかを知られている。負荷検出器は、秒を単位とする期間(P)にわたって受信された1秒あたりの平均コネクション数(R)をアクティブおよびデアクティブしきい値比較器(310、320)に周期的に送信する。アクティブしきい値比較器310は、下記の表のいずれかの行の状態が真であるときにアクティブ信号をアサートする。ここで、Rは、負荷検出器からの現在の1秒あたりのコネクション数の測定値であり、Cは、各サーバ・アプリケーションが処理することができる1秒あたり最大コネクション数である。Mは、現在オンラインのサーバ・アプリケーションの数であり、rは、過去のある時間(例えば10分前)から測定された1秒あたりのコネクション数である。
【0018】
【表1】
Figure 0005137281
【0019】
第1の列は、正規化された現在の容量レベルを表している。第3の列は、サービスに対して需要が変化する率を表している。しきい値(例えば0.25、0.5、0.67、0.33)は、実施により変化してもよい。
【0020】
デアクティブしきい値比較器320は、好ましくは以前の10分間(これは、この文書全体において実例となる期間として述べられる)に対してR/(C*M)<0.80AND(R−r)/r≦0であるときに、現在アクティブなサーバ・アプリケーションの1%に対してデアクティブ信号をアサートする。
【0021】
第2の技術によると、システム・アロケータ205は、全オンライン・サーバ・アプリケーションが10分間に90%以上のCPU使用率のときにアクティブ信号をアサートし、全オンライン・サーバ・アプリケーションが10分間に80%未満のCPU使用率のときにデアクティブ信号をアサートする。ここで、使用したような80%および90%のパーセンテージは、説明のための値である。しきい値は、実施により変えることができる。
【0022】
第3の技術によれば、各サーバ・アプリケーションは、処理することができるユーザセッションまたはログインの数を知られている。システム・アロケータ205は、全オンライン・サーバ・アプリケーションが10分間にセッション容量の90%以上であるときにアクティブ信号をアサートし、全オンライン・サーバ・アプリケーションが10分間にセッション容量の80%未満であるときにデアクティブ信号をアサートする。
【0023】
図4は、本発明に従う方法400のフローチャートである。方法400は、サーバで負荷データを測定する(405)。方法400は、アクティブしきい値と負荷とを比較する(410)。負荷がアクティブしきい値未満であれば、方法400は、測定ステップ405に戻り、何のアクションも取らない。負荷がアクティブしきい値を超過していれば、そのとき、方法400は、負荷をサービスするのを助けるために追加サーバ・アプリケーションを要求する(415)。次に方法400は、必要なソフトウェアをインストールする(420)。インストール・ステップ420は、オペレーティング・システムおよび/または他の予め必要なソフトウェアをインストールし、サーバ・アプリケーションをインストールしてコンフィギュレートするサブステップも含む。サーバ・アプリケーションが準備され作動可能なときに、方法400は、サーバの準備ができたことを通知する。この時に、負荷が1つまたは複数のサーバ・アプリケーションによってサービスされ、それによりサーバ・アプリケーションあたりの負荷が低減される。方法400は、負荷データを測定し(430)、デアクティブしきい値と比較(435)し続ける。負荷がデアクティブしきい値未満のときにサーバ・アプリケーションが終了され(440)、取り除かれる(445)。予め必要なソフトウェアの全てまたはいくつかも同様に取り除かれる(445)。方法400は、それから可能な繰り返しのために測定ステップ405に戻る。
【0024】
図5は、本発明の実施形態に従うスタンバイ・ウェアハウス510を図示する。スタンバイ・ウェアハウス510は、コンピュータ520−1から520−Kまでの多くの(この数をKとする)コンピュータを含む。コンピュータ520のそれぞれは、多くのおそらく異なるサーバ530のうちのいずれかのためにサーバ・アプリケーションをホストする準備を整えている。通信および制御モジュール540は、サーバ530から追加サーバ・アプリケーションの要求を受信し、これらの要求を利用可能なコンピュータ520にマッチングする。通信および制御モジュール540は、好ましくはどのサーバ530がどのコンピュータ520を使用しているかをログし、かつ請求に基づく使用のために利用の長さをログする。使用例のように、コンピュータ520−1は、サーバ530−Xがサージを経験するときにサーバ・アプリケーションXと共にロードされることができる。サーバXのサージが収まったときに、追加サーバ・アプリケーションXは、コンピュータ520−1上でデアクティブにされる。その結果、コンピュータ520−1は、他のサーバ530上でのサージを処理するのを助けるために利用することができる。サーバ530Xがサージを経験する次の時に、通信および制御モジュール540は、異なるコンピュータ520(利用可能で有れば520−2とする)を提供することによって、追加サーバ・アプリケーションの要求に応えることができる。したがって、スタンバイ・ウェアハウス510は、多数の可能性のあるサーバのためにサージを効率的に処理することができ、それらが最も必要とされるときにいつでもコンピューティング・リソースを提供することができる。
【0025】
ここに記述し説明してきたものは、その変形と共に本発明の好ましい実施形態である。ここで使用された用語、記述、図は、説明を通じて述べられたが、それらに制限されることを意味してはいない。具体的には、単一の追加サーバ・アプリケーション115−Nしか述べなかったけれども、本発明の原理は、直列または並列のいずれでもオンラインで任意の数の追加サーバ・アプリケーションを持ってくることができる。本分野の当業者は、この発明の精神および範囲内で多くの他の変形が可能であることを理解するであろう。これらの変形は、請求の範囲およびそれらと同等のものによって定められることを意図されている。請求の範囲においての全ての用語は、特に示されない限り幅広い妥当な意味を表している。
【0026】
例として、本発明は以下の実施形態も含む。
【0027】
(1)コンピュータ・ネットワーク105に接続されたサーバ230であって、
1つまたは複数のアクティブなサーバ・アプリケーション115と、
前記1つまたは複数のサーバ・アプリケーション115および前記コンピュータ・ネットワーク105に接続された負荷検出器と、
イナクティブである追加サーバ・アプリケーション115と、
前記負荷検出器および前記追加サーバ・アプリケーションに接続されたアロケータ205と、を含み、該アロケータ205が負荷状態に応答して該追加サーバ・アプリケーションをアクティブにする前記サーバ230。
【0028】
(2)前記負荷検出器に接続された負荷バランサー120を含む(1)に記載のサーバ230。
【0029】
(3)各サーバ・アプリケーション115が別個のコンピュータ上で走る(1)に記載のサーバ230。
【0030】
(4)前記追加サーバ・アプリケーション115が電源ONの状態である(1)に記載のサーバ230。
【0031】
(5)前記アロケータ205が負荷しきい値コンパレータ310を含む(1)に記載のサーバ230。
【0032】
(6)サーバ230内部に多数のサーバ・アプリケーション115を適合させる方法400であって、
サーバ230上の負荷を測定するステップ405と、
負荷がアクティブしきい値を超過するときを検出するステップ410と、を含み、
前記検出ステップ410に応答して前記サーバ230上で追加サーバ・アプリケーション115をアクティブにする方法。
【0033】
(7)前記負荷測定ステップ405は、CPU利用率の測定、セッション利用率のパーセンテージの測定、および需要の変化率の測定から選択されるグループのうちの1つまたは複数を含む(6)に記載の方法。
【0034】
(8)前記アクティブにするステップ420は、前記追加サーバ・アプリケーション115上でオペレーティング・システムをロードするステップと、オペレーティング・システムをコンフィギュレートするステップと、を含む(6)に記載の方法。
【0035】
(9)前記点火するステップは、前記追加サーバ・アプリケーション115を要求するためにコンピュータ・ベンダに電気的にコンタクトするステップを含む(6)に記載の方法。
【0036】
(10)負荷がデアクティブしきい値未満であるときを検出するステップと、前記最小検出ステップ435に応答して、前記追加サーバ・アプリケーション115をデアクティブ440にするステップと、を含む(6)に記載の方法。
【図面の簡単な説明】
【図1】クライアントおよび従来技術のサーバを接続するコンピュータ・ネットワーク。
【図2】本発明の1つの実施形態に従うクライアントおよびサーバを接続するコンピュータ・ネットワーク。
【図3】図2のアロケータのブロック図。
【図4】本発明に従う方法のフローチャート。
【図5】本発明の実施形態に従うスタンバイ・サーバのウェアハウスのブロック図。
【符号の説明】
105 コンピュータ・ネットワーク
110 クライアント
115 サーバ・アプリケーション
120 負荷バランサー
205 システム・アロケータ

Claims (7)

  1. コンピュータ・ネットワークに接続されたサーバであって、
    前記サーバで実行される1つ以上のアクティブなサーバ・アプリケーションと、
    前記サーバ・アプリケーションの負荷を測定する測定手段と、
    前記サーバ・アプリケーションの現在測定された第1の負荷と、前記サーバ・アプリケーションの所定時間前に測定された第2の負荷とに基づいて、前記サーバで実行されるサーバ・アプリケーションを追加してアクティブにする追加手段と
    を含み、
    前記追加手段は、前記第2の負荷に対する前記第1の負荷と前記第2の負荷との差分の比が、現在の容量レベルに対する前記第1の負荷の比に応じて変動する閾値を超えたときに、前記サーバ・アプリケーションを追加してアクティブにする
    サーバ。
  2. 前記測定されたサーバ・アプリケーションの負荷に応じて、前記追加されたサーバ・アプリケーションをデアクティブまたはアクティブにする負荷バランス手段
    を含む請求項1に記載のサーバ。
  3. 前記測定されたサーバ・アプリケーションの負荷に応じて、前記サーバ・アプリケーションを終了させて取り除く取り除き手段
    を含む請求項1に記載のサーバ。
  4. サーバ内部に多数のサーバ・アプリケーションを適合させる方法であって、
    前記サーバにより、
    1つ以上のアクティブなサーバ・アプリケーションを実行するステップと、
    前記1つ以上のアクティブなサーバ・アプリケーションの負荷を測定するステップと、
    前記サーバ・アプリケーションの現在測定された第1の負荷と、前記サーバ・アプリケーションの所定時間前に測定された第2の負荷とに基づいて、前記サーバで実行されるサーバ・アプリケーションを追加してアクティブにするステップと
    を含み、
    前記追加するステップは、前記第2の負荷に対する前記第1の負荷と前記第2の負荷との差分の比が、現在の容量レベルに対する前記第1の負荷の比に応じて変動する閾値を超えたときに、前記サーバ・アプリケーションを追加する
    方法。
  5. 前記サーバ・アプリケーションの負荷を測定するステップは、CPU利用率の測定、セッション利用率のパーセンテージの測定、および需要の変化率の測定から選択されるグループのうちの1つ以上を測定する
    請求項に記載の方法。
  6. 前記アクティブにするステップは、
    前記サーバにより、前記サーバ・アプリケーションの追加のために、オペレーティング・システムをロードするステップと、オペレーティング・システムをコンフィギュレートするステップ
    を含む
    請求項に記載の方法。
  7. 前記サーバにより、前記測定されたサーバ・アプリケーションの負荷に応じて、前記サーバ・アプリケーションを終了させて取り除くステップ
    を含む請求項に記載の方法。
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