JP6380110B2 - リソース制御システム、制御パターン生成装置、制御装置、リソース制御方法及びプログラム - Google Patents

リソース制御システム、制御パターン生成装置、制御装置、リソース制御方法及びプログラム Download PDF

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Description

[関連出願についての記載]
本発明は、日本国特許出願:特願2013−018202号(2013年2月1日出願)に基づくものであり、同出願の全記載内容は引用をもって本書に組み込み記載されているものとする。
本発明は、リソース制御システム、制御パターン生成装置、制御装置、リソース制御方法及びプログラムに関し、特に、仮想データセンタ上で動作する仮想システムに割り当てるリソースの制御を行うリソース制御システム、制御パターン生成装置、制御装置、リソース制御方法及びプログラムに関する。
IaaS(Infrastructure as a Service)等のクラウドプラットフォーム上では、複数の利用者の仮想データセンタ(virtual DataCenter:以下、「vDC」とも記す。)が同居(仮想データセンタがクラウドプラットフォームの物理資源を共有して動作している状態)し、そのvDC上でWebサーバや動画配信といった多様な仮想システムが稼働している。
これらの仮想システムの利用状況は逐次変化しているため、その利用状況に合わせてリアルタイムに、仮想CPU(Central Processing Unit)やメモリなどのサーバリソースの割当量を変更するサーバリソースやネットワークの自律制御技術が知られている。
特許文献1に、各資源ノードに割り当てられた各サービスに応じた優先度を当該各資源ノードに対応付けて設定し、前記各資源ノードによる前記各サービスの処理時間の経過に応じて、当該各資源ノードについて設定された優先度を、より優先度の高いものに更新し、新たなサービスを割り当てる空きの資源ノードが存在しない場合に、サービスが既に割り当てられた第1の資源ノードと第2の資源ノードのうち、更新された優先度がより低い資源ノードに割り当てられているサービスを当該新たなサービスに切り替えるという資源ブローカリングシステムが開示されている。
特許文献2に、転送優先度と呼損率とを組み合わせてサービスレベルを差別化することによって、通信サービスの品質レベルのマルチクラス化を実現する通信サービス制御システムが開示されている。同文献によると、この通信サービス制御システムは、上記ネットワークでの情報転送を転送優先度に基づき制御する転送制御手段と、予め複数定められた上記通信サービスの利用要求の受付優先度に対応付けて、当該受付優先度が高いほど多くなる上記リソース量の閾値を記憶装置に記憶するリソース管理手段と、上記通信サービスの利用要求があれば、要求されたリソース使用量と当該通信サービスに利用するリンクの現在のリソース使用量とを加算すると共に、上記記憶装置から当該利用要求の受付優先度に対応する上記リソース量の閾値を読み出し、該読み出した閾値と上記加算したリソース使用量とを比較して、該リソース使用量が上記閾値を超えなければ当該利用要求を受け付け、超えれば当該利用要求の受付を拒否する受付制御手段とを有する。そして、この通信サービス制御システムは、同じ転送優先度の通信サービスに対し、受付優先度に応じて受付を許可できる残りリソース量の基準を変えて、同じ転送優先度の通信サービスの通信品質レベルを差別化することで、上記転送優先度に基づく転送制御と上記受付優先度に基づく受付制御とを組み合わせた複数の通信品質レベルでの通信サービスを提供する、と記載されている。
特許文献3に、業務処理の流れを複数のワークフロー実行装置にて行う分散ワークフローシステムにおけるリソース共有の影響を考慮したシミュレーションを実現できる分散ワークフローシミュレーションシステムが開示されている。
非特許文献1、2には、ネットワークリソースの動的制御が可能なオープンフローという技術が紹介されている。
特許第4557949号公報 特許第4627461号公報 特許第4872702号公報
Nick McKeownほか7名、"OpenFlow: Enabling Innovation in Campus Networks"、[online]、[平成25(2013)年1月9日検索]、インターネット〈URL:http://www.openflow.org/documents/openflow-wp-latest.pdf〉 "OpenFlow Switch Specification" Version 1.3.1 (Wire Protocol 0x04)、[online]、[平成25(2013)年1月9日検索]、インターネット〈URL: https://www.opennetworking.org/images/stories/downloads/specification/openflow-spec-v1.3.1.pdf〉
以下の分析は、本発明によって与えられたものである。冒頭に述べた仮想データセンタ上で動作する仮想システムにおいては、パフォーマンスのサービスレベルを維持しつつリソース消費量をなるべく少なくするといった制御が求められている。そのためには、サーバリソースとネットワークリソースを何時・どれだけ割り当てればよいかを判断し、その判断結果を反映することが求められている。
この点、上記した特許文献1、2は、vDC上の仮想システムのリソース割り当てに適用しても、所望の結果が得られる保証がないという問題点がある。例えば、特許文献1の資源ブローカリングシステムでは、資源ノードの配分を行うことが可能となっているが、ネットワークリソースが考慮されていない。同様に、特許文献2のこの通信サービス制御システムでは、ネットワークリソースの最適化は可能だが、サーバリソースが考慮されていない。
本発明は、仮想データセンタ上で動作する仮想システムへのリソースの効率配分に貢献できるリソース制御システム、制御パターン生成装置、制御装置、リソース制御方法及びプログラムを提供することを目的とする。
第1の視点によれば、仮想データセンタ上で動作する仮想システムのネットワーク要素とサーバとの振る舞いをモデル化して生成した仮想システムモデルと、前記仮想システムへのリソースの割り当ての変更ポリシーを定めたリソース割当変更ポリシーとから、前記仮想システムのネットワークリソースとサーバリソースとに対する制御指示の候補となる制御パターンを複数生成する制御パターン生成手段と、前記複数の制御パターンを用いてサービスレベルの予測を実行し、前記予測結果に基づいて、前記複数の制御パターンの中から、前記仮想システムのサービスレベルを満たし、かつ、所定の選択基準を満たす制御パターンを選定して適用する制御手段と、を備えたリソース制御システムが提供される。
第2の視点によれば、仮想データセンタ上で動作する仮想システムのネットワーク要素とサーバとの振る舞いをモデル化して生成した仮想システムモデルと、前記仮想システムへのリソースの割り当ての変更ポリシーを定めたリソース割当変更ポリシーとから、前記仮想システムのネットワークリソースとサーバリソースとに対する制御指示の候補となる制御パターンを複数生成する制御パターン生成装置が提供される。
第3の視点によれば、仮想システムのネットワークリソースとサーバリソースとに対する制御指示の候補となる複数の制御パターンを用いてサービスレベルの予測を実行し、前記予測結果に基づいて、前記複数の制御パターンの中から、前記仮想システムのサービスレベルを満たし、かつ、所定の選択基準を満たす制御パターンを選定して適用する制御装置が提供される。
第4の視点によれば、仮想データセンタ上で動作する仮想システムのネットワーク要素とサーバとの振る舞いをモデル化して生成した仮想システムモデルと、前記仮想システムへのリソースの割り当ての変更ポリシーを定めたリソース割当変更ポリシーとから、前記仮想システムのネットワークリソースとサーバリソースとに対する制御指示の候補となる制御パターンを複数生成するステップと、前記複数の制御パターンを用いてサービスレベルの予測を実行し、前記予測結果に基づいて、前記複数の制御パターンの中から、前記仮想システムのサービスレベルを満たし、かつ、所定の選択基準を満たす制御パターンを選定して適用するステップと、を含むリソース制御方法が提供される。本方法は、仮想データセンタ上で動作する仮想システムに割り当てるリソースを制御するリソース制御システムという、特定の機械に結びつけられている。
第5の視点によれば、リソース制御装置を構成するコンピュータに、仮想データセンタ上で動作する仮想システムのネットワーク要素とサーバとの振る舞いをモデル化して生成した仮想システムモデルと、前記仮想システムへのリソースの割り当ての変更ポリシーを定めたリソース割当変更ポリシーとから、前記仮想システムのネットワークリソースとサーバリソースとに対する制御指示の候補となる制御パターンを複数生成する処理と、前記複数の制御パターンを用いてサービスレベルの予測を実行し、前記予測結果に基づいて、前記複数の制御パターンの中から、前記仮想システムのサービスレベルを満たし、かつ、所定の選択基準を満たす制御パターンを選定して適用する処理と、を実行させるプログラムが提供される。なお、このプログラムは、コンピュータが読み取り可能な(非トランジエントな)記憶媒体に記録することができる。即ち、本発明は、コンピュータプログラム製品として具現することも可能である。
本発明によれば、仮想データセンタ上で動作する仮想システムに、リソースを効率よく配分することが可能となる。
本発明の一実施形態の構成を示す図である。 本発明の第1の実施形態のシステム構成を示す図である。 本発明の第1の実施形態の詳細構成を示す機能ブロック図である。 仮想データセンタ(vDC)上で稼働する仮想システムの例を示す図である。 本発明の第1の実施形態のリソース制御システムの動作(制御パターン生成処理)を示す流れ図である。 本発明の第1の実施形態のリソース制御システムの動作(自律制御)を示す流れ図である。 仮想データセンタ(vDC)上で稼働する仮想システムのモニタリング情報の例を示す図である。 図4の仮想システムをグラフで表した図である。 図8の仮想システムに対応する構成情報の例である。 本発明の第1の実施形態のリソース制御システムが生成する予測式の一例を示す図である。 本発明の第1の実施形態のリソース制御システムが生成する仮想システムモデルの一例を表した図である。 リソース割当変更ポリシーの例を示す図である。 図12のリソース割当変更ポリシーに対応するマッチング用のリソース割当変更ポリシーを示す図である。 図11の仮想システムモデルに、図12のリソース割当変更ポリシー(ロードバランサ切替)を適用して得られる制御パターンを示す図である。 図14の制御パターンをグラフで表した図である。 図11の仮想システムモデルに、図12のリソース割当変更ポリシー(DB用サーバリソース追加)を適用して得られる制御パターンを示す図である。 図16の続図である。 図16及び図17の制御パターンをグラフで表した図である。 リソース割当変更ポリシーの別の一例を示す図である。 リソース割当変更ポリシーの別の一例を示す図である。 図14、図16−図17の制御パターンを用いたシミュレーション結果の例を示す図である。 仮想データセンタ(vDC)上で稼働する仮想システムのサービスレベル指定の例を示す図である。 評価済み(選定済み)の制御パターンの例を示す図である。 制御パターンの選択を説明するための別の仮想システムの図である。 図24の仮想システムに適用可能なリソース割当変更ポリシーの候補を示す図である。 図25のリソース割当変更ポリシーを用いて生成した制御パターンによるシミュレーション結果と、選択される候補を説明するための図である。
はじめに本発明の一実施形態の概要について図面を参照して説明する。なお、この概要に付記した図面参照符号は、理解を助けるための一例として各要素に便宜上付記したものであり、本発明を図示の態様に限定することを意図するものではない。
本発明は、その一実施形態において、図1に示すように、仮想システムのネットワークリソースとサーバリソースとに対する制御指示の候補となる制御パターンを複数生成する制御パターン生成手段11と、制御パターンの中から選定した制御パターンを用いて仮想システムを制御する制御手段12と、を含む構成にて実現できる。
より具体的には、制御パターン生成手段11は、仮想データセンタ上で動作する仮想システムのネットワーク要素とサーバとの振る舞いをモデル化して生成した仮想システムモデルと、前記仮想システムへのリソースの割り当ての変更ポリシーを定めた資源割当変更ポリシーとから、前記仮想システムのネットワークリソースとサーバリソースとに対する制御指示の候補となる制御パターンを複数生成する。
制御手段12は、前記複数の制御パターンを用いてサービスレベルの予測を実行し、前記予測結果に基づいて、前記複数の制御パターンの中から、前記仮想システムのサービスレベルを満たし、かつ、所定の基準を満たす制御パターンを選定して適用する。
前記所定の基準として、例えば、ネットワークリソースとサーバリソースの消費量が最も少ない制御パターンを採用する基準を用いれば、当該仮想システムのリソースの使用量を最小化することができる。これにより、他の仮想データセンタ(vDC)や他の仮想システムに割当可能なリソースを増やすことが可能となる。
また、前記所定の基準としては、リソース消費量が最も少ないものを選択するものに限られない。例えば、全体的なリソースの逼迫状況を考慮して、サーバリソース又はネットワークリソースのいずれか優先度の高い方のリソース消費量を少なくする制御パターンを選択するようにしてもよい。また例えば、統計的に得られたサービス需要やネットワークトラヒックを考慮して、予測した将来時点の状況に適った制御パターンを選定するようにしてもよい。
以上のように、本実施形態によれば、ネットワークリソースとサーバリソースとを最適配分できるようになる。また、本実施形態によれば、仮想データセンタ(vDC)上の仮想システムの運用コストを低減することも可能となる。その理由は、自動でサーバリソース・ネットワークリソース割り当て量を制御できるため、運用オペレータの作業量を削減できるからである。
[第1の実施形態]
続いて、本発明の第1の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図2は、本発明の第1の実施形態のシステム構成を示す図である。図2を参照すると、クラウドプラットフォーム上に同居する複数の仮想データセンタ400と、仮想データセンタ400上の仮想システムにリソースを割り当てる仮想リソース管理装置300と、リソース制御システム100と、をネットワークを介して接続した構成が示されている。
図3は、本発明の第1の実施形態の詳細構成を示す機能ブロック図である。仮想データセンタ(vDC)400は、複数の仮想データセンタ利用者に対し、仮想アプライアンスや仮想サーバによって構成された仮想システムを提供している。
図4は、仮想データセンタ(vDC)400が、仮想データセンタ利用者に提供する仮想システムの一例である。図4の例では、インターネットと仮想システムとの通信を制御するファイアウォールと、インターネット側からのアクセスを複数のWebサーバに振り分けるロードバランサと、Webサーバからの要求に応じてそれぞれサービスを提供するアプリケーションサーバ及びDBサーバ(データベースサーバ)とを含む構成が示されている。なお、これらの機器は、物理的に独立した機器で構成されている必要はなく、仮想的なエンティティによって構成されている。例えば、Webサーバ、アプリケーションサーバ及びDBサーバ(データベースサーバ)としては、サーバ仮想化技術による仮想サーバを利用することができる。また、ファイアウォールやロードバランサは、非特許文献1、2を用いて、特定のスイッチを、ファイアウォールやロードバランサ同様に振舞わせることで実現できる。
仮想リソース管理装置300は、仮想データセンタ400上の仮想システムに割り当てるリソース量を管理し、また仮想システムの利用状況をモニタリングする機能を提供する機器である。具体的には、仮想リソース管理装置300は、上記Webサーバ、アプリケーションサーバ及びDBサーバ等の仮想サーバのリソースを管理する仮想サーバリソース管理手段301と、ネットワークリソースを管理する仮想ネットワークリソース管理手段302と、所定の時間間隔でvDCモニタリング情報記憶装置304に仮想システムの利用状況を出力し、仮想システムのモニタリング機能を提供する仮想データセンタ(vDC)モニタリング手段303とを備える。
リソース制御システム100は、制御パターン生成手段110と、自律制御手段120とを備え、制御指示の候補となる制御パターンの生成と、仮想システムの稼働状況に合わせた制御パターンを選定して仮想リソース管理装置を通じてリソース割り当てを変更する機能を提供する。
vDC構成記憶装置201は、リソース制御システム100の制御対象となる仮想データセンタ(vDC)上で稼動する仮想システムの構成情報(例えば、図7、図8参照)を記憶する。
リソース割当変更ポリシー記憶装置203は、仮想システムの構成コンポーネントについて適用可能なリソース割当変更ポリシー(例えば、図13、図15、図16参照)を記憶する。なお、リソース割当変更ポリシーには、それぞれ制御に必要となる追加リソース量を定量化したリソース消費量の値が設定されているものとする(例えば、図14のリソース消費量フィールド参照。)。
制御パターン生成手段110は、予測式生成手段111と、モデル生成手段112と、制御パターン派生手段113とを備える。
予測式生成手段111は、vDC構成記憶装置201に格納された仮想システムの構成情報から仮想システムの仮想アプライアンスや仮想サーバ等の予測対象のコンポーネント情報を取り出し、各コンポーネントへの割当リソース量を変更したときの処理時間を求める予測式を生成する。このような予測式は、例えば、各仮想アプライアンスや仮想サーバの実際の単位リクエストあたりの処理時間と、割当済みリソース量のモニタリング情報等を元にして多変量解析を用いて生成することができる。そして、この予測式に、予測時点に見込まれる同時処理リクエスト数と割当リソース量とを入力することで、予測結果として処理時間を得ることができる。
モデル生成手段112は、vDC構成記憶装置201に格納された仮想システムの構成情報に、予測式を合成することにより、仮想データセンタ(vDC)内で稼働する仮想システムの振る舞いを抽象化した仮想システムモデルを生成する。
制御パターン派生手段113は、仮想システムモデルに適用可能なリソース割当変更ポリシーを選定し、そのリソース割当変更ポリシーを組み合わせることにより制御指示内容の候補となる複数の制御パターンを生成する。制御パターン派生手段113は、生成した制御パターンを制御パターン記憶手段101に格納する。
自律制御手段120は、シミュレーション実行手段121と、制御パターン評価手段122と、制御パターン適用手段123を備え、制御パターンと仮想データセンタ(vDC)上の仮想システムのモニタリング情報及び仮想システムのサービスレベル情報から、最適なサーバリソースとネットワークリソースの制御パターンを選定して適用する。この制御パターンには、必要となるリソース消費量の情報を付随させてもよい。
シミュレーション実行手段121は、制御パターン記憶手段101からシミュレーション対象の仮想システムの制御パターンを取り出し、vDCモニタリング情報の内容を入力して、各制御パターンの振る舞いをシミュレートし、平均の処理時間を予測する。シミュレートした結果は、シミュレーション結果記憶手段124に保存される。
制御パターン評価手段122は、所定の制御パターン選択規則を用いて、シミュレーション実行手段121にて予測された各制御パターンの中から、適用する制御パターンを選定する。本実施形態では、平均処理時間がサービスレベル記憶手段202に記憶されたサービスレベルを満たし、かつ、リソース消費量が最小となる制御パターンを選択するとの制御パターン選択規則が設定されているものとする。制御パターン評価手段122による評価の結果は、評価済み制御パターン記憶手段125に保存される。
制御パターン適用手段123は、制御パターン評価手段122にて選定された制御パターンをサーバリソース制御指示とネットワークリソース制御指示に分解し、仮想リソース管理装置300に通知することで、リソース割り当てを変更する。
なお、図1に示したリソース制御装置の各部(処理手段)は、リソース制御装置を構成するコンピュータに、そのハードウェアを用いて、上記した各処理を実行させるコンピュータプログラムにより実現することもできる。また、上記した構成中、「手段」と表示した構成要素は、「部」ないし「ユニット」とも表示することができ、いずれもハードウェア又はコンピュータプログラムによる構成要素の単位ないしシステムの構成単位を表すものである。
続いて、本実施形態の動作について図面を参照して詳細に説明する。はじめに、図5の流れ図を参照して、第1の実施形態のリソース制御システムによる制御パターン生成処理について説明する。
[制御パターン生成手順]
図5は、本発明の第1の実施形態のリソース制御システムの動作(制御パターン生成処理)を示す流れ図である。図5を参照すると、まず、制御パターン生成手段110の予測式生成手段111は、vDC構成記憶装置201より、仮想データセンタ(vDC)上で稼働する仮想システムを構成する仮想サーバ及び仮想アプライアンス情報を取り出し、仮想サーバ及び仮想アプライアンスそれぞれについて、処理時間を求めるための予測式を生成する(ステップA1〜A4のループ)。
具体的には、予測式生成手段111は、vDCモニタリング情報記憶装置304より対象仮想システムのモニタリング情報を取り出し、予測式の作成対象の仮想サーバ又は仮想アプライアンスへのリクエスト毎の処理時間と、その時間内の平均リクエスト数を得る。また、予測式生成手段111は、vDC構成記憶装置201より、予測式の作成対象の仮想サーバ又は仮想アプライアンスに割り当てられたCPUコア数、メモリリソース量等を取得する(ステップA2)。
そして、予測式生成手段111は、リクエスト毎の処理時間と、その時間内の平均同時リクエスト数及びリソース量の関係を定式化し、予測式として予測式記憶手段114に格納する(ステップA3)。
この予測式の生成方法としては、例えば、特許文献3の方法を用いることができる。Tを予測式の作成対象の仮想サーバ又は仮想アプライアンスの処理時間、Mを平均同時リクエスト数、γ、δを定式化による係数及び定数とすると、次式のような予測式が生成される。
T=γM+δ
次に、モデル生成手段112は、vDC構成記憶装置201より取り出した仮想システムの構成情報と、前述の予測式とを用いて、仮想システムモデルの生成対象となる仮想システムそれぞれについて、仮想システムモデルを生成する(ステップA5〜A7のループ)。
具体的には、モデル生成手段112は、予測式記憶手段114から予測式を取り出して、仮想システムモデルの生成対象となる仮想システムの構成情報に追加することにより仮想システムモデルを生成し、モデル記憶手段115に格納する(ステップA6)。
次に、制御パターン派生手段113は、モデル記憶手段115より取り出した仮想システムモデルと、リソース割当変更ポリシー記憶装置203より取り出したリソース割り当ての変更方法を記載したリソース割当変更ポリシーとを照合し、各仮想システムに適用可能なリソース割当変更ポリシーを選定する(ステップA8〜A10のループ)。
具体的には、制御パターン派生手段113は、モデル記憶手段115より取り出した仮想システムモデルに、リソース割当変更ポリシーをパターンマッチングし、適合するリソース割当変更ポリシーを選定する(ステップA9)。
次に、制御パターン派生手段113は、モデル記憶手段115より取り出した仮想システムモデルについて、適用可能なリソース割当変更ポリシー同士を組み合わせて、該当システムに対する制御指示内容の候補となる制御パターンを生成し、制御パターン記憶手段101に格納する(ステップA11〜A13のループ)。前記制御パターン記憶手段101に格納される制御パターンには、各制御パターンのリソース消費量も対応付けて格納される。本実施形態では、制御パターンのリソース消費量として、組み合わせられたリソース割当変更ポリシーのリソース消費量の和を用いるものとする。
続いて、図6の流れ図を参照して、第1の実施形態のリソース制御システムによる自律制御動作について説明する。
[制御パターン生成手順]
図6は、本発明の第1の実施形態のリソース制御システムの動作(自律制御)を示す流れ図である。図6を参照すると、まず、自律制御手段120のシミュレーション実行手段121は、制御パターン記憶手段101から、ある仮想データセンタ(vDC)上で稼働する仮想システムに関する制御パターンの集合を読み出し、さらに、vDCモニタリング情報記憶装置304より、当該仮想システムの直近のモニタリング情報を取り出し、すべての制御パターンをシミュレートして制御パターン毎の平均処理時間を予測し、シミュレーション結果記憶手段124に格納する(ステップB1)。
次に、制御パターン評価手段122は、シミュレーション結果記憶手段124よりシミュレーション結果を取り出し、さらにサービスレベル記憶装置202より、当該仮想システムのサービスレベル指定を取り出し、平均処理時間がサービスレベル以下かどうかを判定する(ステップB2)。
前記判定の結果、平均処理時間がサービスレベルを超えている場合(サービスレベルを満たしていない)、制御パターン評価手段122は、制御パターンを適用候補から除外する(ステップB3)。
制御パターン評価手段122は、平均処理時間がサービスレベル以下の制御パターンを相互比較し、例えば、リソース消費量が最小の制御パターンを選択して、評価済み制御パターン記憶手段125に格納する(ステップB4)。これにより、仮想システムの直近の稼働状況に適した制御パターンが選定される。
その後、制御パターン適用手段123は、評価済み制御パターン記憶装置125の情報に基づき、制御パターン記憶手段101より選定済みの制御パターンを取り出す。そして、制御パターン適用手段123は、当該制御パターンをサーバリソース制御指示とネットワークリソース制御指示に分解し、仮想リソース管理装置300の仮想サーバリソース管理手段301と、仮想ネットワークリソース管理手段302に制御指示を出す。これにより、仮想データセンタ(vDC)上の仮想システムのリソース割り当てが変更される。
以上のように、本実施形態によれば、自律制御手段120が仮想データセンタ(vDC)上の仮想システムの直近の稼働状況に合わせて、最適な制御パターンを選定して適用するというように構成されているため、仮想システムのリソース割当が最適化される。
続いて、具体的な例を用いて、本発明の第1の実施形態の動作を補足的に説明する。以下の説明では、図4に示すように、仮想データセンタ(vDC)上でファイアウォール、ロードバランサ、Webサーバ、アプリケーションサーバ、DBサーバといった仮想アプライアンス及び仮想サーバをコンポーネントとした仮想システムが稼働しているものとする。ここで、仮想アプライアンスとは、ファイアウォールやロードバランサといったネットワークアプライアンスとして動作する仮想マシンを指す。このシステムの稼働状況は、vDCモニタリング手段303がコンポーネント毎にモニタリングを行い、vDCモニタリング情報記憶装置304に格納する。
図7は、vDCモニタリング情報記憶装置304に格納されたモニタリング情報の例を示す図である。図7の例では、仮想データセンタID(vDCID)が1である仮想データセンタにおいて、Webサーバ(Web1)と、ファイアウォール(FW1)のモニタリング情報が格納されている。また、図7の例では、あるコンポーネントにおいて同時に処理しているリクエストがある場合は、その数が平均同時リクエスト数として記録されている。
また、この仮想システムは、Petri Netに代表されるモデル化手法を用いると、図8のような、コンポーネントをトランジションで表し、対応するメッセージをプレース(円形)で表した有向2部グラフで表現できる。vDC構成記憶装置201には、この有向2部グラフと等価の構成情報を格納すればよい。
図9は、vDC構成記憶装置201に格納される仮想システムの構成情報である。図9の例では、プレースの定義の後、仮想データセンタ(vDC)の仮想システムのコンポーネントがトランジションとして記述され、その次に、これらの連携(接続関係)を示す情報が格納されている。
[制御パターン生成処理]
以上の前提を元に、先の制御パターン生成処理について説明する。まず、制御パターン生成手段110の予測式生成手段111は、vDC構成記憶装置201より、図9に示す仮想システムの構成情報を取り出す。次に、予測式生成手段111は、その中でトランジションとして記述された仮想サーバ・仮想アプライアンス名(例:FW1、Web1)をキーとして、vDCモニタリング情報記憶装置304から該当するコンポーネントのモニタリング情報を取り出し、これらコンポーネントのリクエストの処理時間と、その時間内の平均リクエスト数を得る。さらに、予測式生成手段111は、vDC構成記憶装置201より、仮想サーバ・仮想アプライアンスに割り当てられたCPUコア数やメモリ量等の割当済みリソース量を取得する。そして、多変量解析を用いて、リクエスト毎の処理時間と、その時間内の平均同時リクエスト数及びリソース量の関係を予測式として定式化する。
図10は、予測式生成手段111により生成され、予測式記憶手段114に格納される予測式の例である。図10の例では、Webサーバ“Web1”について、次のような予測式が生成されている。
T_web1=α3*X_p04/(γ3*cpu3+δ3*ram3)+β3
ここで、X_p04はWeb1における同時リクエスト数、cpu3は割り当てられた仮想CPUコア数、ram3は、割り当てられたRAMメモリ量を示すパラメータである。また、α3、γ3、δ3、β3は、多変量解析により求められた係数と切片である。なお、Webサーバ“Web1”等のコンポーネントが、種類の異なるリクエストを受ける場合がある。この場合、これらのリクエストの処理時間を別々に計算して加重平均等を行う予測式を生成してもよいし、種類が異なるが処理時間に差異のないものは同種のリクエストとして取り扱ってもよい。
モデル生成手段112は、vDC構成記憶装置201より、図9に示したような仮想システムの構成情報に、予測式記憶手段114から取り出した予測式を追加することにより仮想システムモデルを生成し、モデル記憶手段115に格納する。
図11は、モデル生成手段112により生成され、モデル記憶手段115に格納される仮想システムモデルの例である。図11の例では、図9に示したような仮想システムの構成情報の各コンポーネントについて、それぞれ予測式が追加されている。
次に、制御パターン派生手段113は、図11に示す仮想システムモデルと、リソース割当変更ポリシーとを照合して、当該仮想システムモデルに適用可能なリソース割当変更ポリシーを抽出する。
図12は、仮想システム上のロードバランサに適用可能なリソース割当変更ポリシーを上述のPetri Netと同様の方法で表した図である。図12のリソース割当変更ポリシーAは、あるロードバランサを、1つのフローコントローラ(FC1)と、2つのロードバランサに切り替えるリソース割当変更ポリシーを示す。図12のリソース割当変更ポリシーBは、あるロードバランサにリソース(CPUコア数及びメモリ)を追加するリソース割当変更ポリシーを示す。
図13は、図12に示したリソース割当変更ポリシーと等価のリソース割当変更ポリシーを示す図である。図13の例では、ポリシーIDと、ポリシー名に加えて、図12の各リソース割当変更ポリシーを採用した場合のリソース消費量と、仮想システムとのマッチングに用いる適用パターン情報と、リソース割当変更ポリシーの詳細内容とを対応付けた、エントリが示されている。
図13のようなリソース割当変更ポリシーの適用パターンと、図11に示す仮想システムモデルとをマッチングすることで、当該仮想システムモデルに適用可能なリソース割当変更ポリシーを抽出することができる。例えば、図12、図13に示すリソース割当変更ポリシーA(ロードバランサ切替)の場合、図11に示す仮想システムモデル中のロードバランサに関する構成情報がマッチングすることになる。同様に、図12、図13に示すリソース割当変更ポリシーB(DB用サーバリソース追加)も、図11に示す仮想システムモデル中のDBサーバに関する構成情報がマッチングすることになる。
制御パターン派生手段113は、上記のようにして得られたリソース割当変更ポリシーを組み合わせて、制御パターンを生成する。図14は、図11に示す仮想システムモデルに、図12、図13に示すリソース割当変更ポリシーA(ロードバランサ切替)のみを適用した例である。図15は、図14と等価のグラフである。
同様に、図16、図17は、図11に示す仮想システムモデルに、図12、図13に示すリソース割当変更ポリシーA(ロードバランサ切替)とリソース割当変更ポリシーB(DB用サーバリソース追加)との双方を適用した例である。図18は、図16及び図17と等価のグラフである。なお、図16の例では、リソース割当変更ポリシーA(ロードバランサ切替)とリソース割当変更ポリシーB(DB用サーバリソース追加)との双方が適用されているため、リソース消費量は、それぞれリソース割当変更ポリシーのリソース消費量の和になり、“6”となる。
このほか、制御パターン派生手段113は、図11に示す仮想システムモデルに、図12、図13のリソース割当変更ポリシーB(DB用サーバリソース追加)のみを適用した制御パターンを作成する。
なお、上記の例では、説明を簡単にするために、リソース割当変更ポリシーは2つであるものとして説明したが、リソース割当変更ポリシーは、図19、図20に示すように、さまざまなパターンに類型化することができる。例えば、図19は、図12と同様に、1つのコンポーネントに対し、クローンを追加し、スケールアウトを行うリソース割当変更ポリシーと、1つのコンポーネントにリソースを追加するリソース割当変更ポリシーを表している。また、図20の上段は、1つのコンポーネントに対し、クローンを追加するだけでなく、フローコントローラを追加して、経路制御も実行するリソース割当変更ポリシーを示している。また、図20の下段は、1つのコンポーネントの前段に、フローコントローラを追加して、流量制御も実行するリソース割当変更ポリシーを示している。制御パターン派生手段113は、このようなリソース割当変更ポリシーを組み合わせて制御パターンを生成することになる。
[自律制御手順]
続いて、先の自律制御処理について説明する。まず、自律制御手段120のシミュレーション実行手段121は、制御パターン記憶手段101より、図14、図16−図17に示すような、自律制御対象の仮想システムの制御パターンの集合を読み出す。さらに、シミュレーション実行手段121は、vDCモニタリング情報記憶装置304から、該当仮想システムのモニタリング情報のうち、直近(例えば、30分間)の仮想システムへの入力となるファイアウォール部分のモニタリング情報を取り出し、前記各制御パターンに入力して、各制御パターンの平均処理時間を予測する。図21は、シミュレーション実行手段121による図14、図16−図17の制御パターンのシミュレーション実行結果を示している。
制御パターン評価手段122は、シミュレーション結果記憶手段124よりシミュレーション結果を取り出し、さらにサービスレベル記憶手段202より、図22に示すような仮想システムのサービスレベル指定を取り出し、各制御パターンを採用したときに予測される平均処理時間がサービスレベル以下かどうかを判定する。
前記判定の結果、平均処理時間がサービスレベルを超えている場合、制御パターン評価手段122は、当該制御パターンを適用候補から除外する。そして、制御パターン評価手段122は、平均処理時間がサービスレベル以下の制御パターンを相互比較し、リソース消費量が最小の制御パターンを選択する。
例えば、図22に示すように、サービスレベルとして50(秒)が設定されている場合、図21の制御パターンは、いずれもサービスレベルを満たしているといえる。そこで、制御パターン評価手段122は、図21のシミュレーション実行結果を比較し、リソース消費量の少ない制御パターンIDがpattren1の制御パターンを選択する。
図23は、評価済み制御パターン記憶手段125に格納された評価済制御パターン情報の例である。制御パターン適用手段123は、評価済制御パターン情報に対応する制御パターンを制御パターン記憶手段101から取り出し、仮想リソース管理装置300の仮想サーバリソース管理手段301と、仮想ネットワークリソース管理手段302に制御指示を出す。この結果、図8に示すようにリソースが割り当てられていた仮想システムは、図15に示すようなリソース割当に切り替えられる。また、この変更後のリソース割当は、シミュレーション実行手段121にて予測された結果に基づいて選択されたものであるため、該当仮想システムに求められるサービスレベルを満たし、かつ、リソース消費量を最小にするものとなっている。
上記制御パターンの選択について別の仮想システムの例を用いて説明する。図24は、ある仮想システムの有向2部グラフで表した図である。図25は、上記仮想システムに適用可能なリソース割当変更ポリシーの例である。候補1は、仮想システム中のWebサーバに対し、ロードバランサとクローンWebサーバを追加するリソース割当変更ポリシーの例である。候補2は、仮想システム中のWebサーバの性能を強化するリソース割当変更ポリシーの例である。候補3は、仮想システム中のWebサーバの前段にフローコントローラを配置し、接続数に制限を加えるリソース割当変更ポリシーの例である。
図26の上段は、各候補をそれぞれ1つ用いて生成した制御パターンを適用して、シミュレーション実行手段121にてサービスレベルを予測した結果を示している。例えば、サービスレベルとして5(秒)が設定されている場合、候補3は、サービスレベルを満たすことができない制御パターンであるため、採用対象から除外される。そして、制御パターン評価手段122は、候補1と候補2とを比較して、リソース消費量の少ない候補2を選択する。この結果、図24に示すようにリソースが割り当てられていた仮想システムは、図26の下段に示すようなリソース割当(Webサーバの性能強化)に切り替えられる。
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の基本的技術的思想を逸脱しない範囲で、更なる変形・置換・調整を加えることができる。例えば、上記した実施形態で用いたネットワーク構成や、要素の数に制約は無い。
また例えば、上記した実施形態では、サービスレベルを満たす制御パターンのうち、リソース消費量が最小の制御パターンを選択するものとして説明したが、その他の基準で制御パターンを選択してもよい。例えば、リソース消費量が最小の制御パターンであっても、予測されるサービスレベルが要求サービスレベルに極めて近い値である場合には、当該制御パターンを選択しないようにすることができる。このようにすることで、直近モニタリング値よりもリクエストが増大してしまった場合にもサービスレベルを満たすことができる制御パターンを選択することができる。
また、システム全体の余力に応じて、サーバリソースとネットワークリソースのいずれかを優先し、制御パターンを選択することもできる。例えば、リソース消費量を“2”増大させる制御パターンが2つあった場合、サーバリソースの方に余裕があるならば、サーバリソースを“2”増大させる制御パターンを選択するといった制御パターン選択基準も採用可能である。また例えば、同じくリソース消費量を“3”増大させる制御パターンと、リソース消費量を“2”増大させる制御パターンとがあった場合、リソース消費量が大きい方であっても、ネットワークリソースの消費量を増大させない方の制御パターンを選択するといった制御パターン選択基準も採用可能である。
また例えば、上記した実施形態では、直近のモニタリング情報を入力値として用いてシミュレーションを実行するものとして説明したが、例えば、統計情報や各種補正値を用いて、より精度の高いシミュレーションを実行することもできる。
また例えば、上記した実施形態では、リソースの割当を増やす方向で変更を加えるリソース割当変更ポリシーを用いる例を挙げて説明したが、リソースの割当を減らす方向で変更を加えるリソース割当変更ポリシーを用いることもできる。この場合、リソース割当変更ポリシーは、例えば、図12の右側に記載されているグラフが適用パターンとなり、図12の左側のグラフがリソース割当変更ポリシーとなる。また、この場合のリソース消費量は、負の値を持つことになる。
最後に、本発明の好ましい形態を要約する。
[第1の形態]
(上記第1の視点によるリソース制御システム参照)
[第2の形態]
第1の形態のリソース制御システムにおいて、
前記制御パターン生成手段は、クラウドプラットフォーム上に同居する複数の仮想データセンタの仮想システムについてそれぞれ制御パターンを複数作成し、
前記制御手段は、各仮想データセンタの仮想システムに対する制御パターンを選定して適用するリソース制御システム。
[第3の形態]
第1又は第2の形態のリソース制御システムにおいて、
前記所定の選択基準は、前記サービスレベルを満たす複数の制御パターンのうち、リソースの消費量の少ない制御パターンを選択する基準であるリソース制御システム。
[第4の形態]
第1から第3いずれか一の形態のリソース制御システムにおいて、
前記所定の選択基準は、前記サービスレベルを満たす複数の制御パターンのうち、サーバリソース又はネットワークリソースのいずれか優先度の高い方のリソース消費量が少ない方の制御パターンを選択する基準であるリソース制御システム。
[第5の形態]
第1から第4いずれか一の形態のリソース制御システムにおいて、
前記制御パターン生成手段は、
前記仮想データセンタ上で動作する仮想システムのネットワーク要素とサーバのそれぞれについて、割当済みリソース量と、前記割当済みリソース量による処理時間の測定結果とに基づいて、割り当てリソースを変更した場合の処理時間を予測する予測式を生成する予測式生成手段と、
前記仮想データセンタ上で動作する仮想システムの構成情報と、前記予測式生成手段にて生成された予測式とを用いて、前記仮想システムモデルを生成する仮想システムモデル生成手段と、
前記仮想システムモデル生成手段にて生成された仮想システムモデルに含まれる構成に適用可能なリソース割当変更ポリシーを組み合わせて、前記制御パターンを生成する制御パターン派生手段と、
を含むリソース制御システム。
[第6の形態]
第1から第5いずれか一の形態のリソース制御システムにおいて、
前記制御手段は、
前記複数の制御パターンを用いてサービスレベルを予測するシミュレーションを実行するシミュレーション実行手段と、
前記シミュレーション結果を元に、前記仮想システムのサービスレベルを満たし、かつ、リソースの消費量が前記所定の選択基準を満たす制御パターンを選定する制御パターン評価手段と、
前記選定した制御パターンに従い、ネットワークリソースとサーバリソースの割り当てを変更する制御パターン適用手段と、
を含むリソース制御システム。
[第7の形態]
第1から第6いずれか一の形態のリソース制御システムにおいて、
前記リソース割当変更ポリシーに、経路制御と流量制御を実行するリソース割当変更ポリシーが含まれているリソース制御システム。
[第8の形態]
(上記第2の視点による制御パターン生成装置参照)
[第9の形態]
(上記第3の視点による制御装置参照)
[第10の形態]
(上記第4の視点によるリソース制御方法参照)
[第11の形態]
(上記第5の視点によるプログラム参照)
なお、上記第8〜第11の形態は、第1の形態と同様に、第2〜第7の形態に展開することが可能である。
なお、上記の特許文献および非特許文献の各開示を、本書に引用をもって繰り込むものとする。本発明の全開示(請求の範囲を含む)の枠内において、さらにその基本的技術思想に基づいて、実施形態ないし実施例の変更・調整が可能である。また、本発明の請求の範囲の枠内において種々の開示要素(各請求項の各要素、各実施形態ないし実施例の各要素、各図面の各要素等を含む)の多様な組み合わせ、ないし選択が可能である。すなわち、本発明は、請求の範囲を含む全開示、技術的思想にしたがって当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。特に、本書に記載した数値範囲については、当該範囲内に含まれる任意の数値ないし小範囲が、別段の記載のない場合でも具体的に記載されているものと解釈されるべきである。
11、110 制御パターン生成手段
12 制御手段
100 リソース制御システム
101 制御パターン記憶手段
111 予測式生成手段
112 モデル生成手段
113 制御パターン派生手段
114 予測式記憶手段
115 モデル記憶手段
120 自律制御手段
121 シミュレーション実行手段
122 制御パターン評価手段
123 制御パターン適用手段
124 シミュレーション結果記憶手段
125 評価済み制御パターン記憶手段
201 仮想データセンタ(vDC)構成記憶装置
202 サービスレベル記憶手段
203 リソース割当変更ポリシー記憶装置
300 仮想リソース管理装置
301 仮想サーバリソース管理手段
302 仮想ネットワークリソース管理手段
303 仮想データセンタ(vDC)モニタリング手段
304 仮想データセンタ(vDC)モニタリング情報記憶装置
400 仮想データセンタ(vDC)

Claims (10)

  1. 仮想データセンタ上で動作する仮想システムの振る舞いをモデル化して生成した仮想システムモデルと、前記仮想システムへのリソースの割り当ての変更ポリシーを定めたリソース割当変更ポリシーとから、前記仮想システムに割り当てるネットワークリソースとサーバリソースの量を管理する仮想リソース管理装置に対する、前記仮想システムのネットワークリソースとサーバリソースとに対する制御指示の候補となる制御パターンを複数生成する制御パターン生成手段と、
    前記複数の制御パターンを用いてサービスレベルの予測を実行し、前記予測結果に基づいて、前記複数の制御パターンの中から、前記仮想システムのサービスレベルを満たし、かつ、所定の選択基準を満たす制御パターンを選定して前記仮想リソース管理装置に通知する制御手段と、
    を備えたリソース制御システム。
  2. 前記制御パターン生成手段は、クラウドプラットフォーム上に同居する複数の仮想データセンタの仮想システムについてそれぞれ制御パターンを複数作成し、
    前記制御手段は、各仮想データセンタの仮想システムに対する制御パターンを選定して前記仮想リソース管理装置に通知する請求項1のリソース制御システム。
  3. 前記所定の選択基準は、前記サービスレベルを満たす複数の制御パターンのうち、リソースの消費量の少ない制御パターンを選択する基準である請求項1又は2のリソース制御システム。
  4. 前記所定の選択基準は、前記サービスレベルを満たす複数の制御パターンのうち、サーバリソース又はネットワークリソースのいずれか優先度の高い方のリソース消費量が少ない方の制御パターンを選択する基準である請求項1又は2のリソース制御システム。
  5. 前記制御パターン生成手段は、
    前記仮想データセンタ上で動作する仮想システムのネットワーク要素とサーバのそれぞれについて、割当済みリソース量と、前記割当済みリソース量による処理時間の測定結果とに基づいて、割り当てリソースを変更した場合の処理時間を予測する予測式を生成する予測式生成手段と、
    前記仮想データセンタ上で動作する仮想システムの構成情報と、前記予測式生成手段にて生成された予測式とを用いて、前記仮想システムモデルを生成する仮想システムモデル生成手段と、
    前記仮想システムモデル生成手段にて生成された仮想システムモデルに含まれる構成に適用可能なリソース割当変更ポリシーを組み合わせて、前記制御パターンを生成する制御パターン派生手段と、
    を含む請求項1から4いずれか一のリソース制御システム。
  6. 前記制御手段は、
    前記複数の制御パターンを用いてサービスレベルを予測するシミュレーションを実行するシミュレーション実行手段と、
    前記シミュレーション結果を元に、前記仮想システムのサービスレベルを満たし、かつ、前記所定の選択基準を満たす制御パターンを選定する制御パターン評価手段と、
    前記選定した制御パターンに従い、ネットワークリソースとサーバリソースの割り当てを変更する制御パターン適用手段と、
    を含む請求項1から5いずれか一のリソース制御システム。
  7. 前記リソース割当変更ポリシーに、経路制御と流量制御を実行するリソース割当変更ポリシーが含まれている請求項1から6いずれか一のリソース制御システム。
  8. 仮想データセンタ上で動作する仮想システムの振る舞いをモデル化して生成した仮想システムモデルと、前記仮想システムへのリソースの割り当ての変更ポリシーを定めたリソース割当変更ポリシーとから、前記仮想システムに割り当てるリソース量を管理する仮想リソース管理装置に通知する、前記仮想システムのネットワークリソースとサーバリソースとに対する制御指示の候補となる制御パターンを複数生成する制御パターン生成装置。
  9. 仮想データセンタ上で動作する仮想システムの振る舞いをモデル化して生成した仮想システムモデルと、前記仮想システムへのリソースの割り当ての変更ポリシーを定めたリソース割当変更ポリシーとから、前記仮想システムに割り当てるネットワークリソースとサーバリソースの量を管理する仮想リソース管理装置に対する、前記仮想システムのネットワークリソースとサーバリソースとに対する制御指示の候補となる制御パターンを複数生成するステップと、
    前記複数の制御パターンを用いてサービスレベルの予測を実行し、前記予測結果に基づいて、前記複数の制御パターンの中から、前記仮想システムのサービスレベルを満たし、かつ、所定の選択基準を満たす制御パターンを選定して適用するステップと、
    を含むリソース制御方法。
  10. リソース制御装置を構成するコンピュータに、
    仮想データセンタ上で動作する仮想システムの振る舞いをモデル化して生成した仮想システムモデルと、前記仮想システムへのリソースの割り当ての変更ポリシーを定めたリソース割当変更ポリシーとから、前記仮想システムに割り当てるネットワークリソースとサーバリソースの量を管理する仮想リソース管理装置に対する、前記仮想システムネットワークリソースとサーバリソースとに対する制御指示の候補となる制御パターンを複数生成する処理と、
    前記複数の制御パターンを用いてサービスレベルの予測を実行し、前記予測結果に基づいて、前記複数の制御パターンの中から、前記仮想システムのサービスレベルを満たし、かつ、所定の選択基準を満たす制御パターンを選定して適用する処理と、
    を実行させるプログラム。
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