JPWO2013129061A1 - 同時接続数制御システム、同時接続数制御サーバ、同時接続数制御方法および同時接続数制御プログラム - Google Patents

同時接続数制御システム、同時接続数制御サーバ、同時接続数制御方法および同時接続数制御プログラム Download PDF

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Abstract

限界多重度の最適値に影響を与える動作環境要因が変化するような状況下においても最適な多重度を設定する。対象コンピュータにおけるハードウェアの動作状況を計測する性能カウンタ211と、動作状況の取得操作が開始されるたびに、性能カウンタ211により計測された動作状況を取得する動作状況取得部221と、動作状況取得部221により取得された動作状況を用いて、同時に並行して処理を進める処理プロセス数の上限値である限界多重度を算出する限界多重度算出部222と、限界多重度算出部222により算出された限界多重度を上限として対象コンピュータへの同時接続数を制御する同時接続数制御部223と、を備える

Description

本発明は、同時接続数制御システム、同時接続数制御サーバ、同時接続数制御方法および同時接続数制御プログラムに関する。
情報処理システムでは、一般に、データベースサーバに重要な情報を格納し、そのデータベースサーバが複数のクライアントからのアクセス要求に応じて情報を操作するものが多い。このような情報処理システムの一例を図8に示す。クライアント9およびデータベースサーバ8は、CPU(Central Processing Unit)、メモリおよび通信手段などを搭載するコンピュータである。特に、データベースサーバ8は高い性能が要求されるため、複数のCPUを搭載し、かつ、複数の処理プロセス81を並行して動作可能なオペレーティングシステムを搭載することが一般的である。このようなデータベースサーバ8は、通常、一つのクライアント9ごとに一つの処理プロセス81を作成し、クライアント9との間で処理要求の受信と処理結果の送信とを実行する。同時に並行して処理を進める処理プロセス81の数を多重度と呼ぶ。
多重度は、データベースサーバのスループット性能、すなわち、単位時間に完了するクライアントからの処理要求数と密接に関係している。具体的には、図9に示すように、データベースサーバに余力がある領域では多重度を大きくすることで、より多くのクライアントからの処理要求を並行して実行できるようになるため、スループット性能も高くなる。しかしながら、多重度を大きくし過ぎると、処理プロセスの間でボトルネック資源の利用を調停するオーバヘッドなどが発生し、却ってスループット性能が低下する。したがって、データベースサーバの処理効率を保つためには、多重度に上限値(以下、「限界多重度」という。)Lを設定し、この限界多重度Lを超える数の処理プロセスを生成しないように制御することが重要となる。
データベースサーバに適用する限界多重度の値を設定する方法には、予め決められた固定値を使用する静的な方法と、情報処理システムやデータベースサーバの挙動を測定した結果に応じて値が決まる動的な方法とがある。最適な限界多重度の値は、一般的に、データベースサーバのハードウェア構成やクライアントからの処理要求の内容に依存する。したがって、静的な方法よりも動的な方法を用いて限界多重度の値を設定した方が、最適な値を設定できる可能性が高い。このため、データベースサーバの挙動を測定した結果から求まる限界多重度の値を用いて多重度を制御する手法が従来から考案されている(例えば、下記特許文献1参照)。特許文献1には、データベースサーバの挙動を示す指標としてCPU使用率およびメモリ使用容量を測定し、その測定結果を用いて限界多重度を算出するサーバ装置が開示されている。
ここで、データベースサーバ等、コンピュータの挙動を測定する一般的な方法について説明する。コンピュータの挙動を測定する際に用いる性能指標値には、単一次元の数値と、経過時間に対する割合として求まる数値とがある。単一次元の数値としては、例えば、メモリ使用容量が該当する。この単一次元の数値は、測定対象コンピュータの動作期間内の一時点において測定操作を実施することで計測できる。一方、経過時間に対する割合として求まる数値としては、例えば、CPU使用率(=CPU使用時間/経過時間)が該当する。この経過時間に対する割合として求まる数値は、サンプリング手法を用いて計測することが一般的である。このサンプリング手法は、一定間隔でシステムの状態(例えば、CPUを使用しているか否か)を取得する測定操作を継続して行い、取得した複数の測定データを用いて求めるべき割合を算出する方法である。
システムの状態を一定間隔で取得する場合に、CPUに一定間隔で割り込みを発生させるタイマとオペレーティングシステムとを用いることができる。この場合の一定間隔は、数ミリ秒から十数ミリ秒の間隔となる。したがって、例えばCPU使用率を求めるために数十回〜百回程度の測定操作を実施した場合には、最低でも1秒程度の時間を費やすことになる。
特開2007−122527号公報
特許文献1に記載のサーバ装置では、限界多重度を算出する際に用いる性能指標値として、経過時間に対する割合として計算されるCPU使用率を使用している。この場合、CPU使用率を求める際に、測定操作を所定期間繰り返す必要があるため、時間を要してしまう。そのため、限界多重度の最適値に影響を与える動作環境要因が大きく変化するような状況下では、所定期間に亘るCPU使用率に対する最適な限界多重度と個々の時刻における最適な限界多重度との間に差異が生ずるおそれがある。
また、特許文献1に記載のサーバ装置では、所定期間に亘って実施した測定操作の結果を用いてCPU使用率を求めるため、最適な限界多重度を求める時点の動作だけではなく、その時点を含む所定期間内の動作を平均して求めたCPU使用率に基づいて最適な限界多重度を算出することになる。したがって、限界多重度の最適値に影響を与える動作環境要因が徐々に変化していくような状況下では、このようなCPU使用率を用いて限界多重度を算出すると、最適な限界多重度の変化に対する追随が遅延するおそれがある。
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、限界多重度の最適値に影響を与える動作環境要因が変化するような状況下においても最適な多重度を設定することができる同時接続数制御システム、同時接続数制御サーバ、同時接続数制御方法および同時接続数制御プログラムを提供することを目的の一つとする。
本発明の一態様である同時接続数制御システムは、対象コンピュータにおけるハードウェアの動作状況を計測するカウンタ部と、前記動作状況の取得操作が開始されるたびに、前記カウンタ部により計測された前記動作状況を取得する動作状況取得部と、前記動作状況取得部により取得された前記動作状況を用いて、同時に並行して処理を進める処理プロセス数の上限値である限界多重度を算出する限界多重度算出部と、前記限界多重度算出部により算出された前記限界多重度を上限として前記対象コンピュータへの同時接続数を制御する同時接続数制御部と、を備える。
本発明の一態様である同時接続数制御サーバは、対象コンピュータにおけるハードウェアの動作状況を計測するカウンタ部と、前記動作状況の取得操作が開始されるたびに、前記カウンタ部により計測された前記動作状況を取得する動作状況取得部と、前記動作状況取得部により取得された前記動作状況を用いて、同時に並行して処理を進める処理プロセス数の上限値である限界多重度を算出する限界多重度算出部と、前記限界多重度算出部により算出された前記限界多重度を上限として前記対象コンピュータへの同時接続数を制御する同時接続数制御部と、を備える。
本発明の一態様である同時接続数制御方法は、対象コンピュータにおけるハードウェアの動作状況を計測するカウンタステップと、前記動作状況の取得操作が開始されるたびに、前記カウンタステップにおいて計測された前記動作状況を取得する動作状況取得ステップと、前記動作状況取得ステップにおいて取得された前記動作状況を用いて、同時に並行して処理を進める処理プロセス数の上限値である限界多重度を算出する限界多重度算出ステップと、前記限界多重度算出ステップにおいて算出された前記限界多重度を上限として前記対象コンピュータへの同時接続数を制御する同時接続数制御ステップと、を含む。
本発明の一態様である同時接続数制御プログラムは、上記同時接続数制御方法に含まれる各ステップをコンピュータに実行させる。
本発明によれば、限界多重度の最適値に影響を与える動作環境要因が変化するような状況下においても最適な多重度を設定することができる。
実施形態における同時接続数制御システムの構成を例示する図である。 動作状況取得処理の開始手順を説明するためのフローチャートである。 動作状況取得処理の手順を説明するためのフローチャートである。 同時接続数を制御する際の手順を説明するためのフローチャートである。 実施形態における取得操作と限界多重度の算出との関係を示す図である。 従来における取得操作と限界多重度の算出との関係を示す図である。 変形例における同時接続数制御システムの構成を例示する図である。 従来の情報処理システムの一例を示す図である。 データベースサーバのスループット性能を説明するための図である。
以下、添付図面を参照して、本発明に係る同時接続数制御システム、同時接続数制御サーバ、同時接続数制御方法および同時接続数制御プログラムの好適な実施形態について説明する。
まず、図1を参照して、実施形態における同時接続数制御システムの構成について説明する。同時接続数制御システム1は、一つのサーバ2と、複数のクライアント3とを備える。
サーバ2は、ハードウェアとして、例えば、複数のCPU21と複数のメモリ22と一つのタイマ23とを備える。メモリ22およびタイマ23は、CPU21に接続されている。タイマ23は、予め設定された所定の時間間隔でCPU21に割り込みを要求する。
CPU21は、性能カウンタ211を内蔵する。性能カウンタ211は、コンピュータの性能を計測するためのハードウェア・カウンタの一つである。性能カウンタの詳細については、下記非特許文献1に開示されている。この性能カウンタは、メモリアクセスやキャッシュミスの回数などを測定対象とするイベントの発生回数、およびメモリアクセス時間などを測定対象とする操作に要した時間や時刻に関連する値を、ハードウェア・クロックの精度(サブナノ秒の単位)で計測することができる。
[非特許文献1] "Intel(R) 64 and IA-32 Architectures Software Developer’s Manual Volume 3B: System Programming Guide, Part 2"、 May 2007、 [CHAPTER 18 DEBUGGING AND PERFORMANCE MONITORING]、[APPENDIX A PERFORMANCE-MONITORING EVENTS]
CPU21が内蔵する性能カウンタ211は、性能カウンタ部として機能する。性能カウンタ部は、CPU21がメモリ22に対して行うアクセス回数とアクセス時間とを累計する機能を有する。本実施形態では、二つの性能カウンタを備え、アクセス回数およびアクセス時間の2種類の計測を同時に実行できるものとする。
サーバ2は、ソフトウェアによる機能として、例えば、動作状況取得部221と、限界多重度算出部222と、同時接続数制御部223と、を有する。CPU21が、メモリ22に格納されているプログラムを読み出して実行することで、上記ソフトウェアによる機能が実現する。処理プロセス224は、クライアント3からの処理要求を実行するプロセスである。オペレーティングシステム225は、外部からの要求やタイマ23からの割り込みを契機として各プログラムの実行を制御する。
動作状況取得部221は、コンピュータの動作状況を取得するための操作(以下、「動作状況取得操作」という。)が開始されるたびに、性能カウンタ部211により計測されたアクセス回数およびアクセス時間の累計値を取得する。
動作状況取得操作を実行する間隔は、オペレーティングシステム225で予め決められた時間を設定することができる。タイマ23は、予め決められた時間が経過するごとに、CPU21に割り込みを要求し、動作状況取得操作の実行を開始させる。
限界多重度算出部222は、動作状況取得部221により取得されたアクセス回数およびアクセス時間の累計値を用いて、限界多重度を算出する。限界多重度は、同時に並行して処理を進める処理プロセス数の上限値である。限界多重度を算出する一例について以下に説明する。
限界多重度算出部222は、アクセス回数およびアクセス時間の累計値を用いて平均アクセス時間を算出する。平均アクセス時間は、アクセス時間の累計値をアクセス回数の累計値で除することで算出できる。限界多重度算出部222は、平均アクセス時間が予め定めた閾値以上である場合に、現在設定している限界多重度から1を減ずる。
同時接続数制御部223は、限界多重度算出部222により算出された限界多重度を上限としてサーバ2に対するクライアント3の同時接続数を制御する。同時接続数の制御は、クライアント3からサーバ2への処理要求を処理プロセス224に受け渡すかどうかを制御することで行うことができる。具体的に、以下に説明する。
同時接続数制御部223は、クライアント3から接続要求を受け取ったときに、現在の接続数(初期値は0)が限界多重度以上であるか否かを判定する。現在の接続数が限界多重度未満である場合には、接続処理を実行し、現在の接続数に1を加える。一方、現在の接続数が限界多重度以上である場合には、接続処理を実行せずに、クライアント3にその旨を通知する。同時接続数制御部223は、クライアント3から切断要求を受け取ったときに、切断処理を実行し、現在の接続数から1を減ずる。
次に、図2〜図4を参照して同時接続数制御サーバの動作について説明する。
図2は、動作状況取得処理の開始手順を説明するためのフローチャートである。この動作状況取得処理の開始手順は、サーバ2が起動してから停止するまでの間、繰り返し実行される。
動作状況取得部221は、所定時間が経過するたび(ステップS101;YES)に、動作状況取得処理を実行する(ステップS102)。
図3は、上記ステップS102で実行される動作状況取得処理の手順を説明するためのフローチャートである。
最初に、動作状況取得部221は、性能カウンタ211からアクセス回数およびアクセス時間の累計値を取得する(ステップS201)。
続いて、性能カウンタ部は、性能カウンタ211で計測しているアクセス回数およびアクセス時間の累計値を0にリセットする(ステップS202)。
続いて、限界多重度算出部222は、上記ステップS201で取得されたアクセス回数およびアクセス時間の累計値を用いて、平均アクセス時間(=アクセス時間の累計値/アクセス回数の累計値)を算出する(ステップS203)。
続いて、限界多重度算出部222は、上記ステップS203で算出した平均アクセス時間が、予め定めた閾値以上であるか否かを判定する(ステップS204)。この判定がNOである場合(ステップS204;NO)には、動作状況取得処理を終了する。
一方、上記ステップS204の判定で平均アクセス時間が閾値以上であると判定された場合(ステップS204;YES)に、限界多重度算出部222は、現在設定している限界多重度から1を減ずる(ステップS205)。そして、動作状況取得処理を終了する。
図4は、同時接続数を制御する際の手順を説明するためのフローチャートである。この同時接続数の制御は、サーバ2が起動したときに開始され、サーバ2が停止するまで実行される。
最初に、同時接続数制御部223は、現在の接続数を0にリセットする(ステップS301)。
続いて、同時接続数制御部223は、クライアント3からの処理要求を受信するまで待機する(ステップS302;NO)。
続いて、同時接続数制御部223は、クライアント3からの処理要求を受信した場合(ステップS302;YES)に、処理要求が接続要求であれば(ステップS303;接続要求)、現在の接続数が現在の限界多重度以上であるか否かを判定する(ステップS304)。
この判定がNOである場合(ステップS304;NO)に、同時接続数制御部223は、接続処理を実行し、現在の接続数に1を加える(ステップS306)。そして、処理を上記ステップS302に移行する。
一方、上記ステップS304の判定で現在の接続数が現在の限界多重度以上であると判定した場合(ステップS304;YES)に、同時接続数制御部223は、接続処理を実行せずに、クライアント3にその旨を通知する(ステップS305)。そして、処理を上記ステップS302に移行する。
一方、上記ステップS303においてクライアント3からの処理要求が切断要求であると判定された場合(ステップS303;切断要求)に、同時接続数制御部223は、切断処理を実行し、現在の接続数から1を減ずる(ステップS307)。そして、処理を上記ステップS302に移行する。
本実施形態における同時接続数制御システム1によれば、CPU21の性能カウンタ211で計測されているアクセス回数およびアクセス時間の累計値を用いて限界多重度を算出することができる。つまり、図5に示すように、一回の取得操作Xのたびに、限界多重度を算出Yすることができる。これにより、限界多重度の最適値に影響を与える動作環境要因が、大きく変化または徐々に変化していくような状況下においても、最適な限界多重度を設定することが可能となる。
これに対して、従来は、図6に示すように、複数回の取得操作Xを実行し、取得された結果Zを集計してから限界多重度を算出Yしていた。つまり、限界多重度を一回算出Yするために、複数回の取得操作Xを必要とし、取得操作に多くの時間を要していた。このため、限界多重度の最適値に影響を与える動作環境要因が大きく変化、または徐々に変化していくような状況下では、最適な多重度を設定するのが難しかった。
上述したように、実施形態における同時接続数制御システム1によれば、一回の取得操作のたびに限界多重度を算出することができるため、限界多重度の最適値に影響を与える動作環境要因が大きく変化するような状況においても最適な多重度を設定することができる。
また、実施形態における同時接続数制御システム1によれば、限界多重度を算出する際に使用する値を取得する時間を短縮できるため、限界多重度の最適値に影響を与える動作環境要因が徐々に変化していくような状況においても、最適な多重度を設定することができる。
[変形例]
なお、上述した実施形態は、単なる例示に過ぎず、実施形態に明示していない種々の変形や技術の適用を排除するものではない。すなわち、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な形態に変形して実施することができる。
例えば、上述した実施形態では、CPU内蔵の性能カウンタからメモリアクセス回数およびメモリアクセス時間の累計値を読み出して限界多重度の算出に使用していたが、限界多重度の計算に使用する測定値はこれに限定されない。ハードウェア信号を観測することで得られる測定値であれば、本発明に適用可能である。例えば、CPUが処理していないときに一時休止(halt)状態となるシステムであれば、CPUがhalt状態になっている時間(または、CPUがhalt状態になっていない時間)と、経過時間とをCPUの性能カウンタから取得し、取得した各時間を用いて算出したCPU使用率を限界多重度の算出に使用することとしてもよい。
また、上述した実施形態では一つのサーバで本発明を実施しているが、本発明は複数のサーバで実施することもできる。図7に、本変形例における同時接続数制御システムの構成例を示す。図7に示すように、同時接続数制御システム4は、複数のサーバ5と、一つのロードバランサ6と、複数のクライアント7とを備える。サーバ5のハードウェア構成は、実施形態におけるサーバ2のハードウェア構成と同様であるため、ここではその説明を省略する。サーバ5のソフトウェア機能は、実施形態におけるサーバ2のソフトウェア機能のうち、動作状況取得部221に相当する動作状況取得部521を有する。ロードバランサ6は、実施形態におけるサーバ2のソフトウェア機能のうち、限界多重度算出部222および同時接続数制御部223に相当する限界多重度算出部622および同時接続数制御部623を有する。動作状況取得部521および限界多重度算出部622は、サーバ5の数に合わせてそれぞれ設け、同時接続数制御部623は、ロードバランサ6に一つ設ける。同時接続数制御部623は、各サーバ5に対応する限界多重度算出部622から限界多重度を読み出して、各サーバ5に対するクライアント7の同時接続数を制御する。
本変形例における同時接続数制御システム4によれば、複数のクライアント7からの処理要求を複数のサーバ5で負荷分散処理するシステムにおいて、限界多重度を最適に制御することが可能となる。
上述した実施形態の一部または全部は、以下の付記のようにも記載され得るが、本発明を以下のように限定するものではない。
(付記1) 対象コンピュータにおけるハードウェアの動作状況を計測するカウンタ部と、前記動作状況の取得操作が開始されるたびに、前記カウンタ部により計測された前記動作状況を取得する動作状況取得部と、前記動作状況取得部により取得された前記動作状況を用いて、同時に並行して処理を進める処理プロセス数の上限値である限界多重度を算出する限界多重度算出部と、前記限界多重度算出部により算出された前記限界多重度を上限として前記対象コンピュータへの同時接続数を制御する同時接続数制御部と、を備えることを特徴とする同時接続数制御システム。
(付記2) 前記カウンタ部は、前記動作状況として、ハードウェア動作の回数および時間を計測する、ことを特徴とする付記1記載の同時接続数制御システム。
(付記3) 前記カウンタ部と前記動作状況取得部とを有する複数のサーバと、前記限界多重度算出部と前記同時接続数制御部とを有するロードバランサと、を備えることをとする付記1または2記載の同時接続数制御システム。
(付記4) 対象コンピュータにおけるハードウェアの動作状況を計測するカウンタ部と、前記動作状況の取得操作が開始されるたびに、前記カウンタ部により計測された前記動作状況を取得する動作状況取得部と、前記動作状況取得部により取得された前記動作状況を用いて、同時に並行して処理を進める処理プロセス数の上限値である限界多重度を算出する限界多重度算出部と、前記限界多重度算出部により算出された前記限界多重度を上限として前記対象コンピュータへの同時接続数を制御する同時接続数制御部と、を備えることを特徴とする同時接続数制御サーバ。
(付記5) 対象コンピュータにおけるハードウェアの動作状況を計測するカウンタステップと、前記動作状況の取得操作が開始されるたびに、前記カウンタステップにおいて計測された前記動作状況を取得する動作状況取得ステップと、前記動作状況取得ステップにおいて取得された前記動作状況を用いて、同時に並行して処理を進める処理プロセス数の上限値である限界多重度を算出する限界多重度算出ステップと、前記限界多重度算出ステップにおいて算出された前記限界多重度を上限として前記対象コンピュータへの同時接続数を制御する同時接続数制御ステップと、を含むことを特徴とする同時接続数制御方法。
(付記6) 付記5に記載の各ステップをコンピュータに実行させるための同時接続数制御プログラム。
この出願は、2012年2月28日に出願された日本出願特願2012−041446を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
本発明に係る同時接続数制御システム、同時接続数制御サーバ、同時接続数制御方法および同時接続数制御プログラムは、限界多重度の最適値に影響を与える動作環境要因が変化するような状況下においても最適な多重度を設定することに適している。
1、4…同時接続数制御システム
2、5…サーバ
3、7…クライアント
6…ロードバランサ
21…CPU
22…メモリ
23…タイマ
211…性能カウンタ部
221、521…動作状況取得部
222、622…限界多重度算出部
223、623…同時接続数制御部
224…処理プロセス
225…オペレーティングシステム

Claims (6)

  1. 対象コンピュータにおけるハードウェアの動作状況を計測するカウンタ部と、
    前記動作状況の取得操作が開始されるたびに、前記カウンタ部により計測された前記動作状況を取得する動作状況取得部と、
    前記動作状況取得部により取得された前記動作状況を用いて、同時に並行して処理を進める処理プロセス数の上限値である限界多重度を算出する限界多重度算出部と、
    前記限界多重度算出部により算出された前記限界多重度を上限として前記対象コンピュータへの同時接続数を制御する同時接続数制御部と、
    を備えることを特徴とする同時接続数制御システム。
  2. 前記カウンタ部は、前記動作状況として、ハードウェア動作の回数および時間を計測する、
    ことを特徴とする請求項1記載の同時接続数制御システム。
  3. 前記カウンタ部と前記動作状況取得部とを有する複数のサーバと、
    前記限界多重度算出部と前記同時接続数制御部とを有するロードバランサと、
    を備えることをとする請求項1または2記載の同時接続数制御システム。
  4. 対象コンピュータにおけるハードウェアの動作状況を計測するカウンタ部と、
    前記動作状況の取得操作が開始されるたびに、前記カウンタ部により計測された前記動作状況を取得する動作状況取得部と、
    前記動作状況取得部により取得された前記動作状況を用いて、同時に並行して処理を進める処理プロセス数の上限値である限界多重度を算出する限界多重度算出部と、
    前記限界多重度算出部により算出された前記限界多重度を上限として前記対象コンピュータへの同時接続数を制御する同時接続数制御部と、
    を備えることを特徴とする同時接続数制御サーバ。
  5. 対象コンピュータにおけるハードウェアの動作状況を計測するカウンタステップと、
    前記動作状況の取得操作が開始されるたびに、前記カウンタステップにおいて計測された前記動作状況を取得する動作状況取得ステップと、
    前記動作状況取得ステップにおいて取得された前記動作状況を用いて、同時に並行して処理を進める処理プロセス数の上限値である限界多重度を算出する限界多重度算出ステップと、
    前記限界多重度算出ステップにおいて算出された前記限界多重度を上限として前記対象コンピュータへの同時接続数を制御する同時接続数制御ステップと、
    を含むことを特徴とする同時接続数制御方法。
  6. 請求項5に記載の各ステップをコンピュータに実行させるための同時接続数制御プログラム。
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