JP6371715B2

JP6371715B2 - 処理システム、および、処理装置切り替え方法

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Publication number: JP6371715B2
Application number: JP2015025989A
Authority: JP
Inventors: 明将橋本
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2015-02-13
Filing date: 2015-02-13
Publication date: 2018-08-08
Anticipated expiration: 2035-02-13
Also published as: JP2016149664A

Description

本発明は、複数の処理装置（サーバ、転送装置など）を備える処理システムにおける処理装置の切り替え技術に関する。

従来から、複数の処理装置を備えるシステムにおいて、保守上の理由等により、処理装置を新しい別の処理装置に切り替える（置き換える）必要が生じることがある。以下、切り替える前の処理装置には名称の前に「旧」を付し（例えば、「旧処理装置」、「旧転送装置」など）、切り替えた後の処理装置には名称の前に「新」を付す（例えば、「新処理装置」、「新転送装置」など）場合がある。

場面としては、例えば、クライアント（クライアントコンピュータ）からの要求を処理するサーバシステムが考えられる。そのサーバシステムにおけるいずれかの処理装置（サーバ、転送装置など）を切り替える場合、例えば、仮想化環境でなければ、各処理装置に必要な性能は容易に特定できるので、旧処理装置から新処理装置に切り替える際に、新処理装置に必要な性能を事前に特定して容易に切り替えを行うことができる。

また、非特許文献１には、仮想化環境での機器の性能検証方法について記載されている。なお、仮想化環境で用いられる処理装置としては、例えば、いわゆるＩＡ（Intel（登録商標） Architecture）サーバが考えられる。ＩＡサーバとは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）にIntel社のマイクロプロセッサやその互換製品を搭載したサーバのことである。ＩＡサーバなどの処理装置を複数用いた処理システムでは、仮想化環境で、１つの処理装置に複数の仮想化機能（以下、単に「機能」と称する。）が搭載されることが多い。

宮原徹、"連載：失敗しない仮想化環境の設計・構築法仮想化で重要な事前検証と運用管理"、[online]、２０１１年２月２２日、[２０１５年２月３日検索]、Impress Corporation、インターネット＜ＵＲＬ：http://thinkit.co.jp/story/2011/02/22/2014/page/0/1＞

仮想化環境でも、仮想化によって搭載される機能が固定（機能の数、種類、組み合わせが固定。以下同様）の処理装置に関しては、事前の性能試験パターン数も限られるので、性能試験によって新処理装置に必要な性能を特定し、旧処理装置から新処理装置への切り替えを実現するのは容易である。

しかしながら、仮想化環境で、仮想化によって搭載される機能が固定ではない処理装置に関しては、事前の性能試験パターン数が膨大となり、性能試験によって新処理装置に必要な性能を特定し、旧処理装置から新処理装置への切り替えを実現するのは容易ではない。例えば、ＩＡサーバを複数用いる処理システムでは、異なる複数のメーカ製のＩＡサーバが数多く用いられ、各ＩＡサーバに仮想化によって搭載される機能が固定ではないので、切り替えのための新ＩＡサーバに必要な性能（スループット等）を事前に特定するのは非常に困難である。

そして、旧処理装置から新処理装置に切り替えた場合、新処理装置に対して性能を超えた負荷がかかると、新処理装置の処理遅延がボトルネックになって処理システム全体の動作が遅くなるなど、支障をきたしてしまう。

そこで、本発明は、仮想化環境の処理システムで、仮想化によって搭載される機能が固定ではない処理装置に関して、切り替え時の支障発生を抑止することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明は、仮想化環境で、仮想化によって搭載される機能が固定ではない処理装置を用いた処理システムであって、所定の処理を行う旧処理装置と、前記旧処理装置で行っている処理を新たに引き継ぐ新処理装置と、行うべき処理を前記旧処理装置と前記新処理装置のいずれかに振り分ける仮想スイッチと、前記旧処理装置を前記新処理装置に置き換える際に、前記仮想スイッチに対して、前記旧処理装置に対する前記新処理装置の処理比率が徐々に増加するように振り分けるよう制御するとともに、前記旧処理装置から前記新処理装置への処理の完全移行の前に、前記新処理装置のリソース使用率が所定の閾値を超えた場合は、前記処理比率の増加を停止させる制御装置と、を備えることを特徴とする。

これによれば、新処理装置のリソース使用率が所定の閾値を超えた場合は、新処理装置の処理比率の増加を停止させるので、新処理装置に対して性能を超えた負荷がかかる事態を確実に回避し、切り替え時の支障発生を抑止することができる。

また、本発明は、前記旧処理装置と前記新処理装置が、データ送受信のために用いるＩＰ（Internet Protocol）アドレスおよび／またはＭＡＣ（Media Access Control）アドレスを共通で割り当てられており、前記仮想スイッチが、自身の複数の出力ポートのうち、１つを前記旧処理装置へのデータ送信に用い、他の１つを前記新処理装置へのデータ送信に用いることが好ましい。

これによれば、旧処理装置と新処理装置に対して、データ送受信のために用いるＩＰアドレスおよび／またはＭＡＣアドレスを共通で割り当てることができ、切り替えに付随する作業を低減することができる。

本発明によれば、仮想化環境の処理システムで、仮想化によって搭載される機能が固定ではない処理装置に関して、切り替え時の支障発生を抑止することができる。

本実施形態の処理システムの全体構成図である。（ａ）は処理システムの部分図である。（ｂ）はフローテーブルの例を示す図である。（ｃ）はグループテーブルの例を示す図である。処理システムの部分図である。制御装置の処理を示すフローチャートである。（ａ）は比較例としてＬＢとルータを用いた場合の説明図である。（ｂ）は比較例としてＬ２ＳＷとＶＲＲＰを用いた場合の説明図である。

以下、本発明に係る処理システムの実施形態について、図面を参照して説明する。なお、本実施形態では、前提としてOpenFlowの技術を用いる。OpenFlowとは、ネットワーク内の機器を一つの制御装置で集中管理し、転送制御を行う技術であり、業界団体のOpen Networking Foundationによって標準仕様が策定されている。

図１に示すように、処理システム１０００は、要求振分装置１、旧転送装置２、新転送装置３、応答振分装置４、サーバ５、性能判定装置６、および、制御装置７を備え、クライアント１００からの要求に応答する。ここで、少なくとも旧転送装置２と新転送装置３は、仮想化環境で、仮想化によって搭載される機能が固定（機能の数、種類、組み合わせが固定）ではない処理装置である。

以下では、元々稼働していた旧転送装置２から新転送装置３に切り替える場合について説明する。旧転送装置２と新転送装置３は、例えば、ファイアウォール、ロードバランサなどで、機能Ａなどの同じ機能を有する。なお、図１では機能として「機能Ａ」しか示していないが、実際には複数の機能が搭載されることが多い。
なお、要求振分装置１と応答振分装置４は、OpenFlowスイッチによって実現することができる。
また、制御装置７は、OpenFlowコントローラによって実現することができる。

次に、各装置が持つＩＰアドレス、ＭＡＣアドレスなどについて説明する。
クライアント１００について、ＩＰアドレス（グローバルＩＰアドレス）を「Ａ」とし、ＭＡＣアドレス（グローバルＭＡＣアドレス）を「Ａ」とする。なお、これらの２つの「Ａ」は、簡略記号であって、お互いにまったく同一のものであるという意味ではない。ＩＰアドレス「Ａ」とＩＰアドレス「Ａ」は同じで、ＩＰアドレス「Ａ」とＩＰアドレス「Ｂ」は異なる、という意味で用いる簡略記号である（以下同様）。

旧転送装置２と新転送装置３について、クライアント１００側のＩＰアドレス（グローバルＩＰアドレス）を「Ｂ」とし、ＭＡＣアドレス（グローバルＭＡＣアドレス）を「Ｂ」とする。また、サーバ５側のＩＰアドレス（ローカルＩＰアドレス）を「Ｃ」とし、ＭＡＣアドレス（ローカルＭＡＣアドレス）を「Ｃ」とする。そして、旧転送装置２と新転送装置３は、ＮＡＴ（Network Address Translation）やＮＡＰＴ（Network Address and Port Translation）を用いて、グローバルＩＰアドレスとローカルＩＰアドレスの変換や、グローバルＭＡＣアドレスとローカルＭＡＣアドレスの変換を行う。

応答振分装置４は、旧転送装置２または新転送装置３から受けたデータをサーバ５に転送し、それに対してサーバ５から受けた応答を旧転送装置２または新転送装置３（送信元と同じほう）に返す。

また、サーバ５について、ＩＰアドレス（ローカルＩＰアドレス）を「Ｄ」とし、ＭＡＣアドレス（ローカルＭＡＣアドレス）を「Ｄ」とし、初期設定（Default）のＧＷ（GateWay）のＩＰアドレス（ローカルＩＰアドレス）を「Ｃ」とする。

そして、クライアント１００から要求があると、要求振分装置１はその要求を旧転送装置２または新転送装置３に振り分ける。以下、振り分けられたのが旧転送装置２とすると、旧転送装置２は、その要求を、応答振分装置４を経由してサーバ５に転送する。サーバ５は所定の処理を行い、応答を応答振分装置４に返す。その応答は、旧転送装置２、要求振分装置１と転送され、クライアント１００に届く。

新転送装置３は、リソース（ＣＰＵ、記憶部など）使用率の情報を定期的に性能判定装置６に送る。
性能判定装置６は、新転送装置３のリソース使用率が所定の閾値（例えば９０％）を超えたか否かを判定し、超えていない場合は、制御装置７に対して、旧転送装置２に対する新転送装置３の処理比率の増加を指示し、超えていた場合は、制御装置７に対して、例えば、超えていた旨、または、旧転送装置２に対する新転送装置３の処理比率の減少を指示する。

制御装置７は、制御部７１と記憶部７２とを備える。
記憶部７２は、要求振分用情報７２１と応答振分用情報７２２を記憶し、例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＨＤＤなどによって実現することができる。
要求振分用情報７２１は、要求振分装置１がクライアント１００からの要求を旧転送装置２と新転送装置３のいずれかに振り分ける際に使用される（詳細は図２で後記）。
応答振分用情報７２２は、応答振分装置４がサーバ５からの応答を旧転送装置２と新転送装置３のいずれかに振り分ける際に使用される（詳細は図３で後記）。

制御部７１は、要求振分装置１に対して、OpenFlowプロトコルを用いて、性能判定装置６からの指示などに基づいて、旧転送装置２に対する新転送装置３の処理比率が徐々に増加するように振り分けの制御を行うとともに、旧転送装置２から新転送装置３への処理の完全移行の前に、新転送装置３のリソース使用率が所定の閾値を超えた場合は、その処理比率の増加を停止させる（詳細は図４で後記）。

次に、図２を参照して、旧転送装置２と新転送装置３が同じＩＰアドレスとＭＡＣアドレスを有していても、要求振分装置１がクライアント１００からの要求をそれらのいずれかに適切に振り分けることができる点について説明する。

図２に示すように、制御装置７は、要求振分用情報７２１として、（ｂ）のフローテーブル７２１ａと（ｃ）のグループテーブル７２１ｂを有しており、それらを要求振分装置１に設定（提供）しておく。そうすると、要求振分装置１は、ポート＃１でクライアント１００からの要求を受信したとき、まず、フローテーブル７２１ａを参照して、受信ポートが「＃１」なのでグループａの処理を行うことを認識し、次に、グループテーブル７２１ｂを参照して、要求の９５％をポート＃２経由で旧転送装置２に転送し、５％をポート＃３経由で新転送装置３に転送することを認識し、それに基づいて処理を行う。

このようにすることで、旧転送装置２と新転送装置３に共通のＩＰアドレスとＭＡＣアドレスが割り当てられていても、要求振分装置１は、クライアント１００からの要求をそれらのいずれかに適切に振り分けることができる。したがって、クライアント１００、旧転送装置２などの設定を変更する必要がなく、旧転送装置２から新転送装置３への切り替えに伴う作業を低減することができる。

次に、図３を参照して、旧転送装置２と新転送装置３が同じＩＰアドレスとＭＡＣアドレスを有していてもサーバ５からの応答をそれらのいずれかに適切に振り分けることができる点について説明する。

図３に示すように、制御装置７は、応答振分用情報７２２として、フローテーブル７２２ａを有しており、それを応答振分装置４に設定（提供）しておく。フローテーブル７２２ａは、ＩＰアドレスに関する変換テーブルである。ここでは、新規に使用可能なＩＰアドレス「Ｘ」、「Ｙ」を確保しておく。

そうすると、例えば、応答振分装置４は、ポート＃１でデータＤ１（送信元（ＳＲＣ）ＩＰアドレス「Ｃ」、送信元ＭＡＣアドレス「Ｃ」、送信先（ＤＳＴ）ＩＰアドレス「Ｄ」、送信先ＭＡＣアドレス「Ｄ」）を受信すると、フローテーブル７２２ａを参照して、送信元ＩＰアドレスを「Ｃ」から「Ｘ」に書き換えて、データＤ２としてサーバ５に送る。

サーバ５は、データＤ２を受信すると、所定の処理を行って、ＩＰアドレスとＭＡＣアドレスそれぞれの送信元と送信先を逆にしたデータＤ３を応答振分装置４に送る。なお、応答振分装置４におけるサーバ５とのデータ送受信に使用するポートは「＃７」である。

応答振分装置４は、データＤ３を受信すると、フローテーブル７２２ａを参照して、送信先ＩＰアドレスを「Ｘ」から「Ｃ」に書き換えて、ポート＃１を経由して、データＤ４として旧転送装置２に送る。なお、ここでは、フローテーブル７２２ａのポート「＃１」の行は、送信先ＩＰアドレスを「Ｘ」から「Ｃ」に書き換えることを意味する。

このようにすることで、旧転送装置２と新転送装置３に共通のＩＰアドレスとＭＡＣアドレスが割り当てられていても、サーバ５からの応答をそれらのいずれか（要求を出したほう）に適切に振り分けることができる。したがって、サーバ５の設定を変更する必要がなく、旧転送装置２から新転送装置３への切り替えに伴う作業を低減することができる。また、これにより、旧転送装置２、新転送装置３と、サーバ５との間にコネクションを容易に張ることができる。なお、フローテーブル７２２ａは、ＩＰアドレスに関するものに限定されず、ＴＣＰ（Transmission Control Protocol）／ＵＤＰ（User Datagram Protocol）のポート番号に関するものなどであってもよい。
また、新転送装置３から応答振分装置４に送信されるデータについても、応答振分装置４のポート＃６を使用して、同様の処理が行われる。

次に、図４を参照して、制御装置７の処理について説明する。
旧転送装置２の代わりとして新転送装置３を導入してそれらを併用し始めた後、制御装置７の制御部７１は、旧転送装置２に対する新転送装置３の処理比率を徐々に増加させる（ステップＳ１）。

次に、ステップＳ２において、制御部７１は、新転送装置３の処理比率が１００％に達したか否かを判定し、Ｙｅｓの場合はステップＳ３に進み、Ｎｏの場合はステップＳ４に進む。
ステップＳ３において、制御部７１は、旧転送装置２から新転送装置３への移行（切り替え）が完了した旨を表示部（全図で不図示）に表示させ、処理を終了する。

ステップＳ４において、制御部７１は、性能判定装置６からの指示に基づき、新転送装置３のリソース使用率が所定の閾値（例えば９０％）を超えたか否かを判定し、Ｙｅｓの場合はステップＳ５に進み、Ｎｏの場合はステップＳ１に戻る。

ステップＳ５において、制御部７１は、新転送装置３のリソース使用率が所定の閾値を超えた旨の警告を表示部（全図で不図示）に表示させ、処理を終了する。つまり、新転送装置３のリソース使用率が所定の閾値を超えた場合（ステップＳ４でＹｅｓ）、ステップＳ１に戻らないので、新転送装置３の処理比率はそれ以上上がらない。なお、制御部７１は、性能判定装置６から、新転送装置３の処理比率の減少に関する指示を受けた場合は、それを実行する。

このように、本実施形態の処理システム１０００によれば、仮想化環境で、仮想化によって搭載される機能が固定ではない旧転送装置２、新転送装置３に関して、OpenFlowスイッチである要求振分装置１および応答振分装置４を用いて旧転送装置２に対する新転送装置３の処理比率が徐々に増加するように振り分けの制御を行うとともに、旧転送装置２から新転送装置３への処理の完全移行の前に、新転送装置３のリソース使用率が所定の閾値を超えた場合は、その処理比率の増加を停止させることで、切り替え時の支障発生を抑止することができる。

また、OpenFlowスイッチである要求振分装置１および応答振分装置４が、自身の複数の出力ポートのうち、１つを旧転送装置２へのデータ送信に用い、他の１つを新転送装置３へのデータ送信に用いることで、旧転送装置２と新転送装置３に対してデータ送受信のために用いるＩＰアドレスおよび／またはＭＡＣアドレスを共通で割り当てることができ、旧転送装置２から新転送装置３への切り替えに付随する作業を低減することができる。

（比較例）
次に、比較例について説明する。図５（ａ）に示すように、要求振分装置としてOpenFlowスイッチではなくロードバランサ（ＬＢ）を用い、応答振分装置としてOpenFlowスイッチではなくルータを用いた場合、旧転送装置と新転送装置のＩＰアドレスとＭＡＣアドレスを別々（Ｂ１とＢ２，Ｃ１とＣ２）にしなければならず、旧転送装置から新転送装置への切り替えに付随する作業が増大してしまう。

また、図５（ｂ）に示すように、要求振分装置および応答振分装置としてOpenFlowスイッチではなくＬ２ＳＷを用いた場合、旧転送装置と新転送装置のＩＰアドレスとＭＡＣアドレスは共通にできるが、旧転送装置と新転送装置にＶＲＲＰ（Virtual Router Redundancy Protocol）の機能追加を行う必要が生じ、やはり、旧転送装置から新転送装置への切り替えに付随する作業が増大してしまう。

以上で本実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこれらに限定されるものではない。
例えば、切り替える対象は転送装置に限定されず、ＩＡサーバなどの他の処理装置であってもよい。

また、要求振分装置１と応答振分装置４は、OpenFlowスイッチに限定されず、同様の動作が可能な仮想スイッチ全般で実現可能である。
その他、具体的な構成や処理について、本発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。

１要求振分装置（仮想スイッチ）
２旧転送装置（処理装置）
３新転送装置（処理装置）
４応答振分装置（仮想スイッチ）
５サーバ
６性能判定装置
７制御装置
７１制御部
７２記憶部
１００クライアント
７２１要求振分用情報
７２１ａフローテーブル
７２１ｂグループテーブル
７２２応答振分用情報
７２２ａフローテーブル
１０００処理システム

Claims

仮想化環境で、仮想化によって搭載される機能が固定ではない処理装置を用いた処理システムであって、
所定の処理を行う旧処理装置と、
前記旧処理装置で行っている処理を新たに引き継ぐ新処理装置と、
行うべき処理を前記旧処理装置と前記新処理装置のいずれかに振り分ける仮想スイッチと、
前記旧処理装置を前記新処理装置に置き換える際に、前記仮想スイッチに対して、前記旧処理装置に対する前記新処理装置の処理比率が徐々に増加するように振り分けるよう制御するとともに、前記旧処理装置から前記新処理装置への処理の完全移行の前に、前記新処理装置のリソース使用率が所定の閾値を超えた場合は、前記処理比率の増加を停止させる制御装置と、
を備えることを特徴とする処理システム。
前記旧処理装置と前記新処理装置は、データ送受信のために用いるＩＰ（Internet Protocol）アドレスおよび／またはＭＡＣ（Media Access Control）アドレスを共通で割り当てられており、
前記仮想スイッチは、自身の複数の出力ポートのうち、１つを前記旧処理装置へのデータ送信に用い、他の１つを前記新処理装置へのデータ送信に用いる
ことを特徴とする請求項１に記載の処理システム。
仮想化環境で、仮想化によって搭載される機能が固定ではない処理装置を用いた処理システムによる処理装置切り替え方法であって、
前記処理システムは、
所定の処理を行う旧処理装置と、
前記旧処理装置で行っている処理を新たに引き継ぐ新処理装置と、
行うべき処理を前記旧処理装置と前記新処理装置のいずれかに振り分ける仮想スイッチと、
制御装置と、を備えており、
前記制御装置は、
前記旧処理装置を前記新処理装置に置き換える際に、前記仮想スイッチに対して、前記旧処理装置に対する前記新処理装置の処理比率が徐々に増加するように振り分けるよう制御するとともに、前記旧処理装置から前記新処理装置への処理の完全移行の前に、前記新処理装置のリソース使用率が所定の閾値を超えた場合は、前記処理比率の増加を停止させる
ことを特徴とする処理装置切り替え方法。
前記旧処理装置と前記新処理装置は、データ送受信のために用いるＩＰアドレスおよび／またはＭＡＣアドレスを共通で割り当てられており、
前記仮想スイッチは、自身の複数の出力ポートのうち、１つを前記旧処理装置へのデータ送信に用い、他の１つを前記新処理装置へのデータ送信に用いる
ことを特徴とする請求項３に記載の処理装置切り替え方法。