JP5825359B2 - 負荷分散システム - Google Patents
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Description
図1のシステムは、ユーザからの処理要求を受け付けるアクセスサーバ10−1、10−2、負荷分散装置12を備える。また、アクセスサーバ10−1、10−2からのアクセス要求を処理するI/O処理サーバ14−1〜14−3、データの書き込み、読み出しを行なうストレージ装置16−1〜16−4を備える。そして、これらは、ネットワーク11、13、15によって接続される。I/O処理サーバ14−1〜14−3とストレージ装置16−1〜16−4との間の接続は、ネットワーク15を介して、I/O処理サーバ1つに複数のストレージ装置が接続されたり、1つのストレージ装置に複数のI/O処理サーバが接続されたりする。アクセスサーバは、ストレージ装置にI/O処理要求を転送する場合、I/O処理サーバを介して所望のストレージ装置にI/O処理要求を転送するか決定する。どのI/O処理サーバもいずれのストレージ装置にI/O処理要求を転送できるように設定される。
・負荷分散装置12の高負荷
アクセスサーバ10−1、10−2の数が増えた際に、負荷分散装置12の負荷が高くなり、負荷分散装置12の処理でボトルネックが発生する可能性がある。
・負荷分散装置12の異常
負荷分散装置12に異常が発生し、負荷分散装置12がダウンした場合には、全てのI/O処理要求に対する処理が止まることになる。
アクセスサーバ10では、I/O処理サーバ14−1とI/O処理サーバ14−2への複数のパス(アクセスパス(1)、(2))を予め定義しておく。I/O処理サーバ14−1、14−2でI/O処理要求に対する処理を行っているときに、I/O処理サーバ14−1で異常が発生したとする。そのときには、アクセスサーバ10は、アクセスパスをアクセスパス(1)から(2)に切り替えることで処理を継続する。
アクセスサーバが複数あり、同じI/O処理サーバを使用している場合、いずれかのI/O処理サーバに異常が発生した状況を考える。このとき、個々のアクセスサーバがパスの切り替え処理を行うため、パス切り替え後に特定のI/O処理サーバの負荷が高くなる場合がある。
概略すると、I/O処理サーバが過負荷となった場合には、I/O処理サーバはアクセスサーバからのI/O処理要求(リクエスト)に対し、過負荷となった旨のレスポンスを行う。これを受けたアクセスサーバは、別のI/O処理サーバに対してI/O処理要求の振り分けを行う。システム運用開始時に、どのI/O処理サーバがどのストレージ装置に接続されるかは、システムの立ち上げ時に決定する。これは、運用開始時に一部のI/O処理サーバへのアクセス集中を防止するためである。
全体システムは、複数のアクセスサーバ20−1〜20−n(クラウドサービスを提供するための物理サーバ。このアクセスサーバ上で多数の仮想マシンを動作させる)を備える。更に、複数のI/O処理サーバ21−1〜21−m(アクセスサーバが発行したI/O処理要求を処理するサーバ)、複数のストレージ装置22−1〜22−Nから構成される。そして、これらの装置は、ネットワーク23、24によって接続される。
アクセスサーバ及びI/O処理サーバは、同じブロック図で表すことが出来る。I/O受付部30は、送信されてきたI/O処理要求(リクエスト)を受け付ける。図4の装置がアクセスサーバの場合、I/O受付部30は、ユーザアプリケーションから発行されたI/O処理要求を受け付ける。図4の装置がI/O処理サーバの場合には、I/O受付部30は、アクセスサーバから発行されたI/O処理要求を受け付ける。
ユーザアプリケーションからI/O処理要求が発行され、アクセスサーバ、I/O処理サーバ(1)を介して、ストレージ装置にI/O処理要求が通知される。I/O処理サーバ(1)は、このI/O処理要求のレスポンスを受信し、I/O処理サーバがアクセスサーバからのI/O処理要求を受信してから、ストレージ装置からの応答をアクセスサーバに返すまでのレスポンス時間を計測する。このレスポンス時間が、現在自サーバに設定されている閾値を超えない場合は、I/O処理サーバから正常である旨のレスポンスがアクセスサーバ、ユーザアプリケーションに返送される。このレスポンス時間が、現在自サーバに設定されている閾値を超える場合には、過負荷が生じていると判断する。このレスポンス時間は、I/O処理要求が発行されてから処理が完了するまでの時間を含んでいるので、ストレージ装置の応答時間とI/O処理装置の処理時間が含まれる。したがって、このレスポンス時間が閾値を超えているという場合には、ストレージ装置、あるいは、I/O処理サーバのいずれか、あるいは、その両方において過負荷が生じていると考えられる。
I/O処理サーバでエラーが発生した場合には、アクセスサーバが発行したI/O処理要求がエラーとなる。このとき、アクセスサーバはI/O処理サーバが異常となったことを検知できるものとする。アクセスサーバは、I/O処理サーバの異常を検知すると、再選択処理を実行して、別のI/O処理サーバに対してI/O処理要求を再実行する。このことで、I/O処理サーバで異常が発生した場合でもサービスの継続が可能になる。
ステップS40における、I/O処理要求発行先のI/O処理サーバの再選択の処理では、I/O処理サーバの管理テーブルを参照し、I/Oサイズ、I/O頻度が閾値内となる条件を満たした後述する閾値レベルのもっとも小さなI/O処理サーバをI/O処理要求の再発行先サーバとして選択する。このことで負荷がより低いと判断できるI/O処理サーバに対してI/O処理要求を発行できる。
アクセスサーバは、I/O処理サーバ毎に発行できるI/O処理要求のサイズの閾値とI/O頻度の閾値を管理している。I/O処理要求発行時には、この閾値よりサイズが大きなI/O処理要求(または閾値を超えた頻度のI/O処理要求)は、そのI/O処理をこれまで依頼していたI/O処理サーバとは別のI/O処理サーバに対してI/O処理要求を行う。I/O処理サーバから過負荷状態の応答があった場合は徐々に閾値を小さくする(過負荷状態の応答が無かった場合には閾値サイズを徐々に大きくする)。このことにより、I/O処理サーバの処理負荷を軽減する。
図8は、管理テーブルである。管理テーブルは、複数の閾値定義テーブルがリストとして配列されたテーブルの集まりである。管理テーブルの閾値定義テーブルは、I/O処理サーバごとに設けられる。そして、各閾値定義テーブルは、閾値レベルとI/O処理要求のサイズの閾値、I/O処理要求頻度の閾値、閾値カウンタ定義値とを対応付けて保持する。また、I/O処理サーバごとの閾値定義テーブルは、それぞれ、カウンタの値保持部とレベル値設定部を有する。レベル値設定部とは、I/O処理サーバが現在、閾値定義テーブルにある閾値レベルのうちのどの閾値レベルにあるかを指定するものである。閾値カウンタ定義値は、カウンタの値保持部がその値になったとき、レベル値設定部に設定される閾値レベルを変更するものである。図4のカウンタ35は、過負荷応答が無かった場合にカウント値を1つ増加するものである。カウンタはI/O処理サーバの数だけ設けられる。カウントする値は、カウンタの値保持部が保持しており、カウンタがカウントアップするごとに、カウンタの値保持部の値が変更される。カウンタの値保持部は、過負荷状態が存在しない場合にカウンタがカウントアップする値を保持する。カウンタの値保持部の値が閾値カウンタ定義値になると、レベル値設定部の閾値レベルを変更し、カウンタ35をリセットすると共にカウンタの値保持部のカウンタの値を0に初期化する。
図10の処理は、新たにI/O処理要求が発生するごとに実行するものである。
図10に従うと、ステップS10において、アクセスサーバは、例えば運用開始時には、アクセスすべきストレージ装置に対して接続されているI/O処理サーバの管理テーブル(後述)を参照し、当該I/O処理サーバの閾値レベルを確認する。管理テーブルに含まれる各閾値定義テーブルには、当該I/O処理サーバの現在の閾値レベルを保持するレベル値設定部が存在し、この値を確認する。ステップS11において、I/O処理要求のサイズが該閾値レベルに対応する閾値未満であるか否かを判断する。ステップS11の判断がNoの場合には、ステップS13に進む。ステップS11の判断がYesの場合には、ステップS12に進む。ステップS12では、I/O処理要求の頻度が該閾値レベルに対応する閾値未満であるか否かを判断する。頻度は、例えば、1秒間に発行するI/O処理要求の数である。アクセスサーバは、自分が1秒間に当該I/O処理サーバに発行するI/O処理要求の数を計数することによって頻度を取得する。ステップS12の判断がNoの場合には、ステップS13に進む。ステップS12の判断がYesの場合には、ステップS14に進む。
I/O処理サーバのソートにおいては、各閾値定義テーブルのレベル値設定部に保持される閾値レベルの大きさの順に閾値定義テーブルを配列し、I/O処理サーバに対しリストを生成し、複数の閾値定義テーブルがリストされたテーブルの集まりを管理テーブルとする。
図12(1)は、図10のステップS17に相当する処理で、過負荷応答発生後の状態を示す。複数のI/O処理サーバの閾値定義テーブルが配列されている。I/O処理サーバ(1)の閾値定義テーブルは、レベル値設定部の値が1となっている。次に、I/O処理サーバ(4)の閾値定義テーブルが来ており、レベル値設定部の値(変更後)は、3となっている。その次は、I/O処理サーバ(2)の閾値定義テーブルが来ており、レベル値設定部の値は、2となっている。最後に、I/O処理サーバ(3)の閾値定義テーブルが来ており、レベル値設定部の値は、4となっている。
I/O処理サーバは、I/O処理要求の受付からI/O処理の完了までの処理時間を管理している。処理時間が、I/O処理サーバが保持する管理テーブルの閾値を超えた場合には、I/O処理サーバはアクセスサーバへ過負荷応答を返す。すなわち、ストレージ装置の応答時間(自サーバでの処理時間を含む)が閾値を超えたときに、アクセスサーバに過負荷応答を返す。処理時間の閾値の初期値は、ストレージ装置の応答時間に合わせた応答時間を設定しておく。処理時間が閾値を超えた場合には、応答時間の閾値を徐々に長くする(閾値を超えない場合には徐々に短くする)。このことにより、頻繁に過負荷の応答を返すことを避ける。たとえば、I/O処理サーバ(1)が過負荷状態で、他のI/O処理サーバ(I/O処理サーバ(2))も過負荷状態である場合、I/O処理サーバ(2)に対するI/O処理要求が、I/O処理サーバ(1)に再び振り向けられる場合がある、このとき、I/O処理サーバ(1)が依然として過負荷であった場合は、2つしかない全てのI/O処理サーバが過負荷の応答をすることになる。このような状況が続いた場合には、I/O処理要求全てに過負荷の応答が行われることになり、アクセスサーバとI/O処理サーバのやりとりが多くなる。このような状況を避けるために閾値を徐々に変更する。
図13に示されるように、I/O処理サーバは、アクセスするストレージ装置ごとに閾値定義テーブルを保持する。管理テーブルは、複数の閾値定義テーブルをリストとして配列したテーブルの集まりである。各閾値定義テーブルは、閾値レベルと、応答時間の閾値と、閾値カウンタ定義値とを対応付けて保持する。また、各ストレージ装置についての閾値定義テーブルは、それぞれ、カウンタの値保持部とレベル値設定部を有する。レベル値設定部とは、ストレージ装置が現在、閾値定義テーブルにある閾値レベルのうちのどの閾値レベルにあるかを指定するものである。カウンタの値保持部は、過負荷状態が存在しない場合に、カウンタがカウントする値を保持する。カウンタの値保持部の値が閾値カウンタ定義値になると、レベル値設定部の閾値レベルを変更し、カウンタ35をリセットすると共に、カウンタの値保持部のカウンタの値を0に初期化する。
I/O処理サーバは、ステップS30で、アクセスサーバからI/O処理要求を受け付けると、ステップS31において、ストレージ装置にI/O処理要求を発行する。ステップS32において、ストレージ装置からI/O処理要求が完了した旨の応答を受け取り、アクセスサーバにレスポンスを返して基本的なI/O処理を完了し、ステップS33において、I/O処理要求の受付時間と完了時間から応答時間を算出する。ステップS34において、管理テーブル(図13、図14)を参照し、閾値定義テーブルのレベル値設定部に設定されている閾値レベルを取得する。そして、取得した閾値レベルに相当する応答時間の閾値を取得する。ステップS35において、応答時間が取得した応答時間の閾値を超えているか否かを判断する。ステップS35の判断がYesの場合には、ステップS40に進む。ステップS35の判断がNoの場合には、ステップS41に進む。
アクセスサーバは、I/O処理サーバを再選択する際には、管理テーブルにある閾値の値を参照し、その中で最も閾値の大きな(負荷が低いと考えられる)I/O処理サーバをI/O処理要求の発行先として再選択する。
図17は、図8及び図9の管理テーブルから、各I/O処理サーバについて設定された閾値レベルの値のみを見やすくするために抜き出したものである。
図18は、図13及び図14の管理テーブルから、各ストレージ装置について設定された閾値レベルの値のみを見やすくするために抜き出したものである。
アクセスサーバにおいて図19のI/O処理要求の要求元はアプリケーションであり、I/O処理要求の発行先はI/O処理サーバである。I/O処理サーバにおいて、図19のI/O処理要求の要求元はアクセスサーバであり、I/O処理要求の発行先はストレージ装置である。
管理テーブル監視部は、一定時間I/O処理要求が発行されていないI/O発行先(アクセスサーバの場合はI/O処理サーバ、I/O処理サーバの場合はストレージ装置)に対し、試験I/O処理要求(ダミーI/O処理要求)を発行する。このI/O処理要求が正常に処理された場合(アクセスサーバの場合は、I/O処理要求に対して過負荷応答が無い場合、I/O処理サーバの場合は応答時間内にI/O処理要求に対する応答を受信した場合)には、管理テーブルの閾値を変更する。このときの閾値の変更は、アクセスサーバの場合は図10、I/O処理サーバの場合は図15に従った変更を行う。
図21のSCSIコマンドのレスポンスデータフォーマットは一般的なものであるが、過負荷状態を示すレスポンスとして、ユーザが自由に定義可能な値として定義されているコード番号のデータを設定するようにする。例えば、Sense Keyに「9」を、Additional sence codeには、「0x80」を設定する。このコード番号は、ベンダが自由に設定使用可能なものであるので、本実施形態の過負荷状態を示すレスポンスを示すものであると定義する。
負荷状態の確認においては、アクセスサーバ(A)がI/O処理サーバ(1)、(2)に対してInquiryコマンドを発行する。I/O処理サーバ(1)、(2)ではInquiryの応答としてコマンドのvender specificの領域に負荷情報を入れて応答を返す。
図23は、Inquiryコマンドに対する応答フォーマットの一般的なものであるが、このフォーマットの中に、vender specificと指定されているフィールドがある。I/O処理サーバは、vender specificと指定されている36〜55バイト目の領域に、Inquiryを受け付けた時に既に受付済みで、かつ、処理完了前であったI/O処理要求の数を設定し、アクセスサーバに返送する。
ステップS55のループでは、I/O処理サーバの数だけ処理を繰り返す。ステップS56において、Inquiryを発行し、ステップS57において、Inquiryの応答を受け付ける。ステップS58において、変数、例えば、nに、応答によって受信した、I/O処理サーバが受け付けている、単位時間当たりのI/O処理要求の数を設定する。ステップS59では、アクセスサーバが保持する管理テーブル内の、現在処理中のI/O処理サーバの閾値定義テーブルを参照し、ステップS60で、nがI/O頻度の閾値を超えているか否かを判断する。閾値定義テーブルは、図8、図9と同じものであって、レベル値設定部が保持する閾値レベルで示される、図9のようなI/O頻度の値を閾値として用いる。
アクセスサーバ及びI/O処理サーバは、CPU40を備えるコンピュータ39として実現される。
11、13、15、23、24 ネットワーク
12 負荷分散装置
14−1〜14−3、21−1〜21−m I/O処理サーバ
16−1〜16−4、22−1〜22−N ストレージ装置
30 I/O受付部
31 I/O発行部
32 I/O時間監視部
33 管理テーブル格納部
34 管理テーブル監視部
40 CPU
41 ROM
42 RAM
43 通信インタフェース
44 ネットワーク
45 情報提供者
46 記憶装置
47 媒体読み取り装置
48 可搬記録媒体
49 入出力装置
50 バス
Claims (10)
- 入力処理要求又は出力処理要求を受け付け、処理結果を返送する複数のストレージ装置と、
複数のアクセスサーバの1つから該入力処理要求又は出力処理要求を受信し、該複数のストレージ装置の1つに該入力処理要求又は出力処理要求を送信し、該処理結果を該複数のストレージ装置の1つから受信し、該処理結果を該複数のアクセスサーバの1つに送信し、該複数のアクセスサーバの1つからの該入力処理要求又は出力処理要求の受信から該処理結果を該複数のアクセスサーバの1つに送信するまでのレスポンス時間が閾値を超えた場合に、該入力処理要求又は出力処理要求に対する処理が過負荷状態にあることを示す過負荷応答を送出する複数のI/O処理サーバと、
入力処理要求又は出力処理要求を、該I/O処理サーバからの該過負荷応答に基づいて、過負荷状態ではないI/O処理サーバへ送信する該複数のアクセスサーバと、
を備えることを特徴とする負荷分散システム。 - 前記アクセスサーバは、過負荷状態にある前記I/O処理サーバに対し、ダミーの入力処理要求又は出力処理要求を送信し、過負荷状態が解消したか否かを確認することを特徴とする請求項1に記載の負荷分散システム。
- 前記アクセスサーバは、前記I/O処理サーバごとに、負荷状態を判断する閾値に対応付けられた、レベルが増加するごとに該閾値が小さくなる閾値レベルを保持し、過負荷状態を示す場合には、対応する該I/O処理サーバの閾値レベルの値を増加することを特徴とする請求項1に記載の負荷分散システム。
- 前記閾値レベルは、過負荷状態が解消された場合には、値が減少されることを特徴とする請求項3に記載の負荷分散システム。
- 前記アクセスサーバは、前記閾値レベルに基づいて、負荷の軽い前記I/O処理サーバから順にリストにリストアップし、該リストの上に登録されている該I/O処理サーバから順に前記入力処理要求又は出力処理要求を割り振ることを特徴とする請求項4に記載の負荷分散システム。
- 前記I/O処理サーバは、前記ストレージ装置ごとに、負荷状態を判断する閾値に対応付けられた、レベルが増加するごとに該閾値が大きくなる閾値レベルを保持し、前記レスポンス時間が過負荷状態を示す場合には、対応する該ストレージ装置の閾値レベルの値を増加することを特徴とする請求項1に記載の負荷分散システム。
- 前記閾値レベルは、過負荷状態が解消された場合には、値が減少されることを特徴とする請求項6に記載の負荷分散システム。
- 前記I/O処理サーバは、前記レスポンス時間が前記閾値レベルに対応した、負荷状態を判断する閾値より大きい場合、過負荷状態であることを前記アクセスサーバに送信することを特徴とする請求項7に記載の負荷分散システム。
- 入力処理要求又は出力処理要求を受け付け、処理結果を返送する複数のストレージ装置と、複数のアクセスサーバの1つから該入力処理要求又は出力処理要求を受信し、該複数のストレージ装置の1つに該入力処理要求又は出力処理要求を送信し、該処理結果を該複数のストレージ装置の1つから受信し、該処理結果を該複数のアクセスサーバの1つに送信する複数のI/O処理サーバと、入力処理要求又は出力処理要求を、該I/O処理サーバに送信する該複数のアクセスサーバとを備える負荷分散システムの負荷分散方法であって、
該I/O処理サーバは、該複数のアクセスサーバの1つからの該入力処理要求又は出力処理要求の受信から該処理結果を該複数のアクセスサーバの1つに送信するまでのレスポンス時間が閾値を超えた場合に、該入力処理要求又は出力処理要求に対する処理が過負荷状態にあることを示す過負荷応答を送出し、
該アクセスサーバは、該I/O処理サーバからの該過負荷応答に基づいて、過負荷状態ではないI/O処理サーバへ該入力処理要求又は出力処理要求を送信する
ことを特徴とする負荷分散方法。 - 入力処理要求又は出力処理要求を受け付け、処理結果を返送する複数のストレージ装置と、複数のアクセスサーバの1つから該入力処理要求又は出力処理要求を受信し、該複数のストレージ装置の1つに該入力処理要求又は出力処理要求を送信し、該処理結果を該複数のストレージ装置の1つから受信し、該処理結果を該複数のアクセスサーバの1つに送信する複数のI/O処理サーバと、入力処理要求又は出力処理要求を、該I/O処理サーバからの過負荷応答に基づいて、過負荷状態ではないI/O処理サーバへ該入力処理要求又は出力処理要求を送信する該複数のアクセスサーバとを備える負荷分散システムのプログラムであって、
該I/O処理サーバに、
該複数のアクセスサーバの1つからの該入力処理要求又は出力処理要求の受信から該処理結果を該複数のアクセスサーバの1つに送信するまでのレスポンス時間が閾値を超えた場合に、該入力処理要求又は出力処理要求に対する処理が過負荷状態にあることを示す該過負荷応答を該アクセスサーバに送出させる、
ことを特徴とするプログラム。
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