JPH09179832A - 計算装置および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 負荷分散において、稼働率を向上させる。 【解決手段】 プロセッサ２１は、自らの計算能力と現
在の負荷状況より、計算余力を算出し、コンピュトン２
４という仮想的な粒子の数で、この計算余力を表現し、
サブプロセッサ２２に出力する。サブプロセッサ２２
は、プロセッサ２１、および左右に隣接する計算装置１
より供給されるコンピュトン２４を受け取り、受け取っ
たコンピュトン２４を、１／３ずつ、隣接する計算装置
１およびプロセッサ２１に出力する。プロセッサ２１
は、隣接するプロセッサ２１のコンピュトン２４の数を
調べ、コンピュトン２４の多い方向に計算タスクを転送
する。そして、プロセッサ２１は、隣接するプロセッサ
２１のコンピュトン２４の数以上のコンピュトン２４を
有している場合、その計算タスク２３を処理する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、計算装置および方
法に関し、特に、計算タスク、および所定の接続方向に
おける計算余力のデータを受信し、受信した計算余力の
データに応じて、受信した計算タスクを、処理もしくは
転送する計算装置および方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、コンピュータシステムの維持や運
営に掛かる費用を削減するために、分散化やダウンサイ
ジングが行われ、従来の大型のコンピュータは、複数
の、安価で、小型のコンピュータが接続されたネットワ
ークで置き換えられている。

【０００３】このようなネットワークにおける分散処理
においては、従来、図９に示すように、所定の制御用プ
ロセッサ８１を設け、この制御用プロセッサ８１が、計
算用プロセッサ８２−ｉ（ｉ＝１，２，３，・・・）の
計算負荷（計算タスクの量）が均一になるように、計算
タスク８３を振り分けている。

【０００４】しかしながら、このように、制御用プロセ
ッサ８１が、計算タスク８３の振り分けを行うようにす
ると、計算負荷の分散の処理が、制御用プロセッサ８１
に集中するため、多数の計算用プロセッサ８２−ｉを使
用する場合、制御用プロセッサ８１の処理能力が限界に
達してしまい、分散処理の制御が困難となる。

【０００５】また、制御用プロセッサ８１だけで、分散
処理の制御を行うので、この制御用プロセッサ８１が故
障した場合、コンピュータシステム全体が動作不能に陥
るという問題も生じる。

【０００６】従って、このような制御用プロセッサ８１
を使用せずに、計算タスクの自律的な分散を行うための
方法が考えられている。

【０００７】例えば、図１０（ａ）に示すような１次元
状に接続されているプロセッサ９１−ｉにおいて、各プ
ロセッサ９１−ｉが、隣接するプロセッサ９１−（ｉ−
１），９１−（ｉ＋１）の稼働状態を監視し、隣接する
プロセッサ９１−（ｉ−１），９１−（ｉ＋１）の負荷
が軽いと判断すると、そのプロセッサに、所定の量の計
算タスク９２の転送を行うようにすることが考えられ
る。

【０００８】このようにすることで、図１０（ｂ）に示
すように、計算タスク９３を多く有しているプロセッサ
（図１０（ａ）におけるプロセッサ９１−２）から、計
算タスク９３を有していないプロセッサ（図１０（ａ）
におけるプロセッサ９１−３）に、計算タスク９３が移
動するので、負荷の自律的な分散を行うことができる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ように負荷の分散を行うと、所定の負荷が重いプロセッ
サは、２つ以上離れている隣りのプロセッサの負荷が軽
い場合においても、隣接するプロセッサがある程度の負
荷（計算タスク）を有していると、計算タスクを移動さ
せることができない。従って、局所的に計算タスクの分
布が安定してしまい、稼働しないプロセッサが生じたま
まとなり、最適な負荷分散が行われないことになるとい
う問題を有している。

【００１０】例えば、図１１に示すように、プロセッサ
９１−２が有する計算タスク９２は、プロセッサ９１−
３が、ある程度の計算タスク９２を有しているので、プ
ロセッサ９１−４，９１−５が計算タスク９２を有して
いないにもかかわらず、プロセッサ９１−３には転送さ
れない。

【００１１】本発明は、このような状況に鑑みてなされ
たもので、計算余力を各プロセッサにおいて算出し、各
装置において、その計算余力の和を計算しながら、各接
続方向に所定の割合で伝達させていくことで、隣接する
プロセッサの状態だけでなく、各接続方向全体の負荷の
量を把握し、負荷の量が少ない方向に計算タスクを転送
することで、稼働しないプロセッサが生じないように
し、最適な負荷分散を行うようにするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の計算装
置は、計算タスク、および所定の接続方向における計算
余力のデータを受信する受信手段と、受信手段によって
受信された計算余力のデータに応じて、計算タスクを処
理する処理手段と、受信手段によって受信された計算余
力のデータに応じて、計算タスクを送信し、さらに、処
理手段の計算余力と、受信手段によって受信された計算
余力のデータより計算される新たな計算余力のデータ
を、所定の接続方向に送信する送信手段とを備えること
を特徴とする。

【００１３】請求項２に記載の計算方法は、計算タス
ク、および所定の接続方向における計算余力のデータを
受信し、受信した計算余力のデータに応じて、計算タス
クを所定の処理部によって処理し、受信した計算余力の
データに応じて、計算タスクを送信し、さらに、処理部
の計算余力と、受信した計算余力のデータより計算され
る新たな計算余力のデータを、所定の接続方向に送信す
ることを特徴とする。

【００１４】請求項１に記載の計算装置においては、受
信手段は、計算タスク、および所定の接続方向における
計算余力のデータを受信し、処理手段は、受信手段によ
って受信された計算余力のデータに応じて、計算タスク
を処理し、送信手段は、受信手段によって受信された計
算余力のデータに応じて、計算タスクを送信し、さら
に、処理手段の計算余力と、受信手段によって受信され
た計算余力のデータより計算される新たな計算余力のデ
ータを、所定の接続方向に送信する。

【００１５】請求項２に記載の計算方法においては、計
算タスク、および所定の接続方向における計算余力のデ
ータを受信し、受信した計算余力のデータに応じて、計
算タスクを所定の処理部によって処理し、受信した計算
余力のデータに応じて、計算タスクを送信し、さらに、
処理部の計算余力と、受信した計算余力のデータより計
算される新たな計算余力のデータを、所定の接続方向に
送信する。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の計算装置の一実
施例を、複数個、接続した様子を示している。この接続
例においては、計算装置１−ｉ（ｉ＝１，２，３，・・
・）は、プロセッサ２１−ｉおよびサブプロセッサ２２
−ｉを有し、１次元状に接続されている。なお、以下の
説明において、特に区別する必要がない場合、−ｉの記
号は省略する。

【００１７】プロセッサ２１は、他の（隣の）プロセッ
サ２１から計算タスク２３を受信し、所定の条件に従っ
て、受信した計算タスク２３をさらに他の（隣の）計算
装置１に送信するか、あるいは、保持し、実行するよう
になされている。

【００１８】プロセッサ２１は、自らの計算能力と現在
の負荷状況より、計算余力（現在処理中の負荷以外に処
理可能な負荷の量）を算出する。そして、計算余力を示
す指標として、コンピュトン（Computon）２４という仮
想的な粒子を導入し、計算余力を、このコンピュトン２
４の数で表現し、算出した計算余力に対応する数のコン
ピュトン２４を、仮想的に、サブプロセッサ２２に出力
するようになされている（実際には、プロセッサ２１
は、コンピュトン２４の数を、データとしてサブプロセ
ッサ２２に出力する）。

【００１９】サブプロセッサ２２は、仮想的に、プロセ
ッサ２１、および隣接する計算装置１のサブプロセッサ
２２よりコンピュトン２４を受け取り、これらのコンピ
ュトン２４を、１／３ずつ、２方向において隣接する計
算装置１に出力し、残りの１／３をプロセッサ２１に出
力するようになされている。プロセッサ２１に出力され
たコンピュトン２４は、プロセッサ２１において、消失
するものとする（実際には、コンピュトン２４の数のデ
ータの授受が行われる）。

【００２０】図２は、本発明の計算装置１の一実施例の
一構成例を示している。計算装置１は、プロセッサ２１
とサブプロセッサ２２で構成されている。プロセッサ２
１においては、ＣＰＵ４１（処理手段）は、ＲＯＭ４２
に記憶されているプログラムに従って、各種処理を行う
ようになされている。

【００２１】例えば、ＣＰＵ４１は、現在の負荷状況に
応じた、コンピュトン２４の数を計算し、そのコンピュ
トン２４の数をインターフェース４５を介して、サブプ
ロセッサ２２に出力するようになされている。

【００２２】ＲＡＭ４３は、ＣＰＵ４１が各種処理を行
うとき、一時的にデータを記憶するようになされてい
る。

【００２３】ネットワークインターフェース４４（受信
手段、送信手段）は、他の計算装置１のネットワークイ
ンターフェース４４に接続され、計算タスク２３の授受
を行うようになされている。

【００２４】サブプロセッサ２２においては、ＣＰＵ６
１は、ＲＯＭ６２に記憶されているプログラムに従っ
て、各種処理を行い、例えば、ネットワークインターフ
ェース６４を介して、受信したコンピュトン２４の数
と、インターフェース６５を介して受け取ったコンピュ
トン２４の数より、隣接する計算装置１に送信するコン
ピュトン２４の数を算出するようになされている。

【００２５】ＲＡＭ６３は、ＣＰＵ６１が各種処理を行
うとき、一時的にデータを記憶するようになされてい
る。

【００２６】ネットワークインターフェース６４（受信
手段、送信手段）は、他の計算装置１のネットワークイ
ンターフェース６４に接続され、コンピュトン２４の数
の授受を行うようになされている。

【００２７】次に、図３乃至図６のフローチャートを参
照して、計算装置１の動作について説明する。

【００２８】最初に、図３のフローチャートを参照し
て、計算装置１のプロセッサ２１のメインルーチンにお
ける動作について説明する。

【００２９】ステップＳ１において、ＣＰＵ４１は、プ
ロセッサ２１が計算タスク２３を有しているか否かを判
断し、計算タスク２３を有していないと判断した場合、
計算タスク２３が他の計算装置１より転送されてくるま
で待機する。

【００３０】ＣＰＵ４１は、プロセッサ２１が計算タス
ク２３を有している場合、ステップＳ２に進み、現在Ｒ
ＡＭ４３に保持している計算タスク２３のうち、所定の
順番で、計算タスク２３の処理を行う。そして、すべて
の計算タスク２３の処理を終えると、ＣＰＵ４１は、ス
テップＳ１に戻り、計算タスク２３が他の計算装置１か
ら転送されてくるまで待機する。

【００３１】ＣＰＵ４１は、ステップＳ２における計算
タスク２３の処理において、新たな計算タスク２３が発
生すると、タスク転送割り込みを発生させる。

【００３２】次に、図４のフローチャートを参照して、
このタスク転送割り込みにおけるプロセッサ２１の動作
について説明する。

【００３３】最初に、ステップＳ１１において、ＣＰＵ
４１は、隣接する計算装置１（右または左方向に接続さ
れている計算装置１）より供給されるコンピュトン２４
の数を調べる。

【００３４】次に、ステップＳ１２において、ＣＰＵ４
１は、左方向に接続されている計算装置１より供給され
るコンピュトン２４の数Ｎ_L、右方向に接続されている
計算装置１より供給されるコンピュトン２４の数Ｎ_R、
および自らの計算装置１のコンピュトン２４の数Ｎを比
較し、ＮがＮ_L以上であり、かつ、ＮがＮ_R以上であると
判断した場合、ステップＳ１３において、新たな計算タ
スク２３を保持し、メインルーチンのステップＳ２にお
いて、処理を行う。

【００３５】ＣＰＵ４１は、ステップＳ１２において、
ＮがＮ_Lより小さい、または、ＮがＮ_Rより小さいと判断
した場合、ステップＳ１４に進み、Ｎ_LがＮ_Rより小さい
か否かを判断する。ＣＰＵ４１は、Ｎ_LがＮ_Rより小さい
と判断した場合、ステップＳ１５に進み、新たな計算タ
スク２３を、右方向に接続されている計算装置１に、ネ
ットワークインターフェース４４を介して転送する。

【００３６】ステップＳ１４において、ＣＰＵ４１は、
Ｎ_LがＮ_R以上であると判断した場合、ステップＳ１６に
進み、Ｎ_LがＮ_Rより大きいか否かを判断し、Ｎ_LがＮ_Rよ
り大きいと判断した場合、ステップＳ１７に進み、新た
な計算タスク２３を、左方向に接続されている計算装置
１に、ネットワークインターフェース４４を介して転送
する。

【００３７】ＣＰＵ４１は、ステップＳ１６において、
Ｎ_LがＮ_R以下であると判断した場合（即ち、Ｎ_LとＮ_Rが
等しい場合）、ステップＳ１８に進み、区間（０，１）
で乱数を発生させ、ステップＳ１９において、その乱数
が０．５より小さいか否かを判断し、その乱数が０．５
より小さいと判断された場合、ステップＳ１７に進み、
新たな計算タスク２３を、左方向に接続されている計算
装置１に転送する。

【００３８】ＣＰＵ４１は、ステップＳ１９において、
乱数が０．５以上であると判断した場合、ステップＳ１
５に進み、新たな計算タスク２３を、右方向に接続され
ている計算装置１に転送する。

【００３９】このようにして、新たな計算タスク２３が
発生した場合、そのＣＰＵ４１は、その計算タスク２３
を、接続されている他の計算装置１に転送するか、ある
いは自らが処理するために保持する。

【００４０】この計算タスク２３が転送された場合、転
送先のプロセッサ２１は、同様に、タスク転送割り込み
を発生させ、その計算タスク２３を、接続されている他
の計算装置１に転送するか、あるいは自らが処理する。

【００４１】このように、新たに発生した計算タスク２
３は、順次、計算負荷が少ない方向（コンピュトン２４
の数が大きい方向）に転送されていき、計算負荷が最も
少ない（左および右方向のコンピュトン２４の数が同数
となる）計算装置１において、処理される。

【００４２】従って、局所的に計算タスク２３の分布が
安定した場合においても、全体として計算タスク２３が
均一に分散されていなければ、計算タスク２３は、計算
負荷の少ない方向に移動していく。

【００４３】なお、プロセッサ２１は、所定の時間間隔
で割り込みを発生させ、コンピュトン２４の数を計算す
るようになされている。

【００４４】図５のフローチャートを参照して、この割
り込みについて説明する。

【００４５】ステップＳ２１において、ＣＰＵ４１は、
現在の計算タスク２３の量より、プロセッサ２１の計算
余力に対応する、コンピュトン２４の数を計算する。

【００４６】そして、ステップＳ２２において、ＣＰＵ
４１は、そのコンピュトン２４の数を、サブプロセッサ
２２にインターフェース４５を介して送信する。

【００４７】このようにして、サブプロセッサ２２は、
所定の時間間隔で、プロセッサ２１よりコンピュトン２
４の数を供給される。

【００４８】次に、図６のフローチャートを参照して、
計算装置１のサブプロセッサ２２の動作について説明す
る。

【００４９】ＣＰＵ６１は、ステップＳ３１において、
プロセッサ２１よりインターフェース６５を介してコン
ピュトン２４の数が供給されるまで待機し、プロセッサ
２１よりコンピュトン２４の数が供給されると、ステッ
プＳ３２に進む。

【００５０】ステップＳ３２において、ＣＰＵ６１は、
プロセッサ２１より供給されたコンピュトン２４の数
と、左右方向に接続されている他の計算装置１より供給
されるコンピュトン２４の数の総和を計算する。

【００５１】そして、ステップＳ３３において、ＣＰＵ
６１は、その総和の１／３の数を、コンピュトン２４の
数として、左右方向に接続されている他の計算装置１
に、ネットワークインターフェース６４を介して送信す
る。

【００５２】ステップＳ３４において、ＣＰＵ６１は、
左右方向に接続されている他の計算装置１より、ネット
ワークインターフェース６４を介して、コンピュトン２
４の数を受信し、ＲＡＭ６３に記憶させる。さらに、こ
れらのコンピュトンの数は、インターフェース６５を介
して、プロセッサ２１に供給され、タスク転送割り込み
処理において利用される。

【００５３】以上のようにして、サブプロセッサ２２
が、各接続方向に、所定の割合でコンピュトン２４を伝
播させていくことで、全体的な負荷状況に基づいて計算
タスク２３が転送されるので、より高い稼働率で、分散
処理を行うことができる。

【００５４】図７は、本実施例を使用した場合の計算負
荷の分布の一例を示している。この例においては、所定
のプロセッサ２１が、順次、計算タスク２３を発生して
いる。従って、そのプロセッサ２１の周辺（図７（ａ）
の区間ａ）における計算負荷は大きくなり、それに応じ
てその領域（図７（ｂ）の区間ａ）のコンピュトン２４
の数は減少する。

【００５５】図７（ｂ）に示すようにコンピュトン２４
が分布している場合、区間ａで発生した計算タスク２３
は、コンピュトン２４の数の大きい、区間ｂもしくは区
間ｃに転送されていき、図７（ａ）に示すように負荷分
散される。

【００５６】また、図８は、計算装置１を８０個、１次
元リング状に接続し、所定の数の計算タスク２３の処理
を行った場合における、稼働するプロセッサ２１の数の
推移の一例を示している。

【００５７】計算装置１を８０個、１次元リング状に接
続し、各計算装置１において、計算タスク２３を処理し
ていないプロセッサ２１は、１６個のコンピュトンを放
出する。そして、計算タスク２３が１個増える毎に、放
出するコンピュトン２４は、２個ずつ減少するものとす
る。

【００５８】いま、計算タスク２３の発生する時間間隔
をｔとし、コンピュトン２４の放出、および計算タスク
２３の移動ステップを、０．０１ｔとする。そして、計
算タスク２３は、移動し続けた場合、時間０．８ｔで移
動を停止し、処理時間を１５０ｔとする。

【００５９】このような条件で、計算タスク２３を１０
００個、所定の計算装置１に発生させると、そのときの
計算装置１の稼働状況は、図８に曲線ａで示すようにな
り、時間４００ｔ以降において、８０台のうちの約５６
台が稼働している。従って、稼働率は７０％（＝５６／
８０×１００％）となる。稼働している計算装置１の台
数は、このような処理を１００回実行したときの、各実
行時の稼働台数の平均値としている。

【００６０】なお、同様な条件で、コンピュトン２４を
使用せずに、隣接するプロセッサ２１の負荷だけを考慮
して、計算タスク２３の移動を行う場合、図８に曲線ｂ
で示すように、８０台のうちの約４４台の計算装置が稼
働する。従って、稼働率は、５５％（＝４４／８０×１
００％）となる。

【００６１】以上のように、各計算装置１の計算余力を
コンピュトン２４で表現し、そのコンピュトン２４を各
接続方向に所定の割合で伝播させていくことで、全体の
負荷状況に応じた計算タスク２３の転送を行い、計算負
荷の分散を行う。

【００６２】なお、本実施例においては、計算装置１
は、１次元状に接続されているが、２次元以上の高次な
形態で接続することも可能である。

【００６３】上記実施例においては、同一の計算能力を
有する計算装置１を互いに接続しているが、異なる計算
能力を有する計算装置を接続してもよい。

【００６４】

【発明の効果】以上のように、本発明の計算装置および
方法によれば、計算タスク、および所定の接続方向にお
ける計算余力のデータを受信し、受信した計算余力のデ
ータに応じて、計算タスクを所定の処理部によって処理
し、受信した計算余力のデータに応じて、計算タスクを
送信し、さらに、処理部の計算余力と、受信した計算余
力のデータより計算される新たな計算余力のデータを、
所定の接続方向に送信するようにしたので、新たに発生
した計算タスクは、負荷の量が少ない方向に転送されて
いき、負荷の量が少ないプロセッサによって処理され、
最適な負荷分散を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の計算装置の一実施例を、複数個、接続
した様子を示すブロック図である。

【図２】本発明の計算装置の一実施例の構成を示すブロ
ック図である。

【図３】図２のプロセッサの動作を説明するフローチャ
ートである。

【図４】図２のプロセッサの動作を説明するフローチャ
ートである。

【図５】図２のプロセッサの動作を説明するフローチャ
ートである。

【図６】図２のサブプロセッサの動作を説明するフロー
チャートである。

【図７】図１の計算装置の接続例において、計算タスク
が分散されている様子を示す図である。

【図８】図１の計算装置の接続例における、稼働してい
る計算装置の数の推移を示す図である。

【図９】制御用プロセッサを有する、従来の分散処理シ
ステムの一例を示すブロック図である。

【図１０】従来の分散処理システムの他の例を示すブロ
ック図である。

【図１１】図１０の分散処理システムにおいて、局所的
に安定状態になったときの計算タスクの分布を示す図で
ある。

【符号の説明】

１ 計算装置 ２１ プロセッサ ２２ サブプロセッサ ２３ 計算タスク ２４ コンピュトン ４１ ＣＰＵ ４２ ＲＯＭ ４３ ＲＡＭ ４４ ネットワークインターフェース ４５ インターフェース ６１ ＣＰＵ ６２ ＲＯＭ ６３ ＲＡＭ ６４ ネットワークインターフェース ６５ インターフェース ８１ 制御用プロセッサ ８２ 計算用プロセッサ ８３ 計算タスク ９１ プロセッサ ９２ 計算タスク

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 互いに接続され、複数の計算タスクを分
   散させて実行する計算装置において、 前記計算タスク、および所定の接続方向における計算余
   力のデータを受信する受信手段と、 前記受信手段によって受信された計算余力のデータに応
   じて、前記計算タスクを処理する処理手段と、 前記受信手段によって受信された計算余力のデータに応
   じて、前記計算タスクを送信し、さらに、前記処理手段
   の計算余力と、前記受信手段によって受信された前記計
   算余力のデータより計算される新たな計算余力のデータ
   を、所定の接続方向に送信する送信手段とを備えること
   を特徴とする計算装置。
2. 【請求項２】 複数の計算タスクを分散させて実行する
   計算方法において、 前記計算タスク、および所定の接続方向における計算余
   力のデータを受信し、 受信した前記計算余力のデータに応じて、前記計算タス
   クを所定の処理部によって処理し、 受信した前記計算余力のデータに応じて、前記計算タス
   クを送信し、さらに、前記処理部の計算余力と、受信し
   た前記計算余力のデータより計算される新たな計算余力
   のデータを、所定の接続方向に送信することを特徴とす
   る計算方法。