DE102007041651A1

DE102007041651A1 - Mit Redundanz ausgestattetes verteiltes Computersystem mit Serverfunktionalitäten

Info

Publication number: DE102007041651A1
Application number: DE102007041651A
Authority: DE
Inventors: Christian M. Stich; Marcel Dipl.-Inform. Dix; Mats A. Petterson
Original assignee: ABB Research Ltd Switzerland; ABB Research Ltd Sweden
Current assignee: ABB Research Ltd Switzerland; ABB Research Ltd Sweden
Priority date: 2007-09-03
Filing date: 2007-09-03
Publication date: 2009-03-05
Also published as: US20100205474A1; WO2009030363A1; CN101796490A; EP2198369A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein verteiltes Computersystem, das wenigstens zwei physikalische Rechner (S1 bis Sn) und wenigstens zwei im System installierte Dienste (Da bis Dn) enthält. Die Rechner (S1 bis Sn) sind jeweils mit der Funktionalität eines Servers für wenigstens einen der Dienste (Da bis Dn) ausgestattet. Zur Schaffung von Redundanz enthält wenigstens einer der physikalischen Rechner (S1 bis Sn) neben der Server-Funktionalusätzlich eine virtuelle Maschine (V) mit der Server-Funktionalität eines zweiten Dienstes (z. B. Db'). Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Installation redundanter Server-Funktionalitäten in einem verteilten Computersystem.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein verteiltes Computersystem mit mehreren physikalischen Rechnern, die jeweils die Funktionalität eines Servers haben. Solche Computerserver sind jeweils mit der Funktionalität für mindestens einen bestimmten Dienst ausgerüstet. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Installation redundanter Server-Funktionalitäten in einem verteilten Computersystem.
Computerserver haben eine bestimmte Ausfallwahrscheinlichkeit, bedingt z. B. durch den Verschleiß ihrer enthaltenen Hardware. In dem verteilten Computersystem können natürlich noch weitere Computertypen, wie beispielsweise Clients enthalten sein, da sich die Erfindung jedoch auf Server konzentriert wird auf andere Computertypen hier nicht weiter eingegangen.
Um die Verfügbarkeit des jeweils von einem Server erbrachten Dienstes zu erhöhen, können in einem verteilten Computersystem die Server redundant ausgelegt werden. Eine bekannte Konzeption eines redundanten Systems ist in 1 dargestellt. Dabei ist im oberen Bereich der Zeichnung ein nichtredundantes Ausgangssystem mit einer Anzahl n von Servern S₁, S₂, S₃ bis S_n dargestellt, die jeweils für einen von n Diensten D_a, D_b, D_c, bis D_n eingerichtet sind. Im unteren Bereich der Darstellung ist ein redundantes Zielsystem gezeigt, wobei solche Server, deren Dienste redundant im System implementiert sind, zweifach im System vorhanden sind. Die ergänzend zu den primären Servern S₁ bis S_n installierten Server S_(n+1) bis S_(n+n) sind für die redundant installierten Dienste D_a' bis D_n' eingerichtet. Die redundanten Dienste D_a' bis D_n' sind in einem solchen System z. B. nach einem Fail-Over-Konzept logisch eingebunden, so dass bei einem Serverausfall automatisiert ein Übergang auf den entsprechenden Server erfolgt.
Nachteil des bekannten redundanten Computersystems ist die Notwendigkeit, für jeden redundant zu implementierenden Dienst einen zusätzlichen Rechner installieren zu müssen. Im größten annehmbaren Fall, indem alle Server redundant verfügbar gemacht werden sollen, bedeutet dies eine Verdopplung der Rechneranzahl, wie in 1 dargestellt. Damit sind nicht nur höhere Anschaffungskosten, sondern auch erhöhte Wartungskosten der Hardware, sowie erhöhter Platzbedarf und Betriebskosten, z. B. wegen höheren Energiekosten verbunden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein redundantes Serversystem anzugeben, das mit geringerem Aufwand realisierbar ist.
Diese Aufgabe wird durch ein verteiltes Computersystem mit redundant vorhandenen Serverfunktionen gelöst, das die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist. Vorteilhafte Ausgestaltungen und ein Verfahren zur Installation von redundanten Serverfunktionen sind in weiteren Ansprüchen angegeben.
Mit der Erfindung wird demnach ein verteiltes Computersystem vorgeschlagen, das wenigstens zwei physikalische Rechner enthält. Wenigstens einer der Rechner ist mit der Funktionalität von zwei Servern ausgestattet, wobei jeweils einer der beiden Server als virtuelle Maschine im Rechner installiert ist. Die beiden Server jedes so gestalteten Rechners sind für zwei unterschiedliche Dienste eingerichtet. Dabei ist jeweils einer der beiden Dienste ein redundant im Computersystem installierter Dienst. Wenn für alle Dienste ein redundanter Server vorhanden sein soll, muss in allen Rechnern eine virtuelle Maschine installiert sein.
Voraussetzung für die Durchführbarkeit der Erfindung ist, dass die für redundante Funktionen genutzten physikalischen Rechner jeweils ausreichend leistungsfähig sind, um eine virtuelle Maschine zusätzlich zu betreiben.
Das erfindungsgemäße Computersystem hat eine Reihe von Vorteilen: Durch die vorgeschlagene Lösung zur Schaffung von Redundanz mittels virtueller Maschinen lässt sich eine Reduktion der Ausfallwahrscheinlichkeit für installierte Dienste erreichen, ohne zusätzliche physikalische Rechner installieren zu müssen. Die so erreichte verbesserte Ausfallwahrscheinlichkeit liegt beim erfindungsgemäßen redundanten System höher als bei den bekannten vorab beschriebenen redundanten Systemen, insbesondere wenn auf zusätzliche physikalische Rechner verzichtet werden soll.
Zur weiteren Verringerung der Ausfallwahrscheinlichkeit ist eine zusätzliche Installation von physikalischen Rechnern nicht ausgeschlossen. In der Regel wird man für alle installierten Dienste eine Redundanz mittels virtueller – oder zusätzlich auch noch physikalischer – Maschinen schaffen, kann aber auch je nach Bedeutung der Dienste nur für einen Teil der Dienste Redundanz einrichten. Bei einem bevorzugten Verfahren zur Installation redundanter Dienste in virtuellen Maschinen wird ein sogenanntes Klonen von Diensten genutzt. Es versteht sich, dass aber alternativ ein Dienst auch von Grund auf neu in einer virtuellen Maschine installiert werden kann.
Eine weitere Erläuterung der Erfindung und deren Vorteile ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand von Zeichnungsfiguren.
Es zeigen:
1 eine Ausführung eines redundanten Serversystems nach dem Stand der Technik,
2 eine erfindungsgemäße Ausführung eines redundanten Serversystems, und
3 eine vergleichende Darstellung der Ausfallwahrscheinlichkeit für einen Dienst in unterschiedlich konzipierten Serversystemen.
2 zeigt im oberen Zeichnungsbereich ein mit der Darstellung in 1 übereinstimmendes nichtredundantes Ausgangssystem mit Servern S₁, S₂, S₃ bis S_n, die jeweils für einen der Dienste D_a, D_b, D_c bis D_n eingerichtet sind. Der Buchstabe n steht auch hier für die Anzahl vorhandener Server bzw. Dienste. Ganz unten ist ein entsprechendes erfindungsgemäßes System gezeigt, bei dem zur Schaffung von Redundanz die Server S₁, S₂, S₃ bis S_n zusätzlich zu jeweils einem der ursprünglichen Dienste D_a, D_b, D_c bis D_n noch jeweils eine virtuelle Maschine V mit einem darin installierten redundanten Dienst, nämlich einem der mit D_a', D_b', bis D_n' bezeichneten Dienste.
In 2 sind außerdem noch zwischen den in der Zeichnung oben und unten dargestellten – und vorstehend bereits erläuterten Systeme – drei Schritte zur Erläuterung einer bevorzugten Vorgehensweise zur Installation der redundanten Dienste gezeigt.
Um beispielsweise für den im ersten Server S₁ installierten ersten Dienst Da eine Redundanz zu schaffen, wird im Schritt 1 zunächst auf einem anderen Server, hier dem zweiten Server S₂ eine virtuelle Maschine V installiert.
Im Schritt 2 wird ein Klon Da' des ersten Dienstes Da erstellt und in die virtuelle Maschine V des zweiten Servers S₂ migriert. „Klonen" bedeutet hier, dass eine Kopie erzeugt wird, wobei die Kopie D_a' die gleiche Funktionalität wie der erste Dienst D_a hat. Alternativ kann die Funktionalität von D_a' auch von Grund auf neu in die virtuelle Maschine installiert werden.
Im Schritt 3 wird die virtuelle Maschine V des zweiten Servers S₂ logisch als redundanter Server für den Dienst Da, also wie ein neuer Rechner mit eigener Identität dem Computersystem hinzugefügt. Damit die Kopie von Da nicht einfach nur doppelt im verteilten System vorhanden ist, sondern wie ein neuer Rechner mit eigener Identität als redundanter Teil zu ihrem Original arbeitet, wird die Kopie hier eventuell noch entsprechend konfiguriert bzw. angepasst.
Um alle Dienste D_a, D_b, D_c bis D_n redundant auszulegen, werden die Schritte 1 bis 3 für jeden Dienst durchgeführt_, so dass im Ergebnis im ersten Server S₁ die Dienste D_a und D_n', im zweiten Server S₂ die Dienste D_b und D_a', im dritten Server S₃ die Dienste D_c und D_b', und so weiter bis schließlich im n-ten Server S_n die Dienste D_n und D_(n-1)' installiert sind.
In einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen redundanten Systems kann so für jeden Dienst D_a bis D_n eine redundante Server-Funktionalität D_a' bis D_n' auf einem jeweils anderen Rechner S₁ bis S_n installiert sein.
Alternativ können Redundanzen jedoch auf nur bestimmte ausgewählte Dienste beschränkt werden.
3 zeigt beispielhaft eine Darstellung zur Wahrscheinlichkeit, dass einer der in einem System installierten Dienste ausfällt und dadurch die Gesamtfunktionalität des verteilten Systems beeinträchtigt wird. Im berechneten Beispiel werden drei unterschiedliche Systeme verglichen, und es ist angenommen, dass sowohl physikalische als auch virtuelle Maschinen eine Ausfallwahrscheinlichkeit von 20% je Maschine haben. Verglichen werden:

– ein nichtredundantes System mit zwei physikalischen Rechnern mit jeweils der Serverfunktion für zwei primäre Dienste D_a und D_b,
– ein erfindungsgemäßes redundantes System mit zwei physikalischen Rechnern S mit jeweils der Serverfunktion für zwei primäre Dienste D_a und D_b, wobei die Rechner S jeweils eine virtuelle Maschine V mit einem installierten redundanten Dienst D_a' bzw. D_b' enthalten, und
– ein redundantes System nach dem Stand der Technik mit vier physikalischen Rechnern mit der Serverfunktion für zwei primäre Dienste D_a bzw. D_b und zwei redundante Dienste D_a' bzw. D_b'.

Die Darstellung zeigt, dass für das nichtredundante System eine Ausfallwahrscheinlichkeit für einen der Dienste von 36,00% errechnet wurde. Die entsprechende Ausfallwahrscheinlichkeit liegt beim bekannten redundanten System mit vier physikalischen Rechnern bei nur 7,84%. Beim erfindungsgemäßen redundanten System liegt die Ausfallwahrscheinlichkeit mit 10,84% zwar etwas höher als beim bekannten redundanten System, ist aber als guter Kompromiss anzusehen, wenn auf zusätzliche physikalische Rechner verzichtet werden soll.

Claims

Verteiltes Computersystem, das wenigstens zwei physikalische Rechner (S₁ bis S_n) und wenigstens zwei im System installierte Dienste (D_a bis D_n) enthält, wobei a) die Rechner (S₁ bis S_n) jeweils mit der Funktionalität eines Servers für wenigstens einen der Dienste (D_abis D_n) ausgestattet sind, und b) zur Schaffung von Redundanz wenigstens einer der physikalischen Rechner (S₁ bis S_n) neben der Server-Funktionalität eines ersten Dienstes (z. B. D_a) zusätzlich eine virtuelle Maschine (V) mit der Server-Funktionalität eines zweiten Dienstes (z. B. Du) enthält.
Verteiltes Computersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein im System vorhandene physikalische Rechner (S₁ bis S_n) eine virtuelle Maschine (V) mit der redundanten Funktionalität eines zweiten physikalischn Servers enthält, so dass für wenigstens einen Dienst (D_a bis D_n) eine redundante Server-Funktionalität vorhanden ist.
Verteiltes Computersystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden Dienst (D_a bis D_n) eine redundante Server-Funktionalität (D_a' bis D_n') auf einem jeweils anderen Rechner (S₁ bis S_n) installiert ist.
Verteiltes Computersystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur weiteren Verringerung der Ausfallwahrscheinlichkeit im System wenigstens ein zusätzlicher, also redundanter physikalischer Rechner mit der Server-Funktionalität wenigstens eines der Dienste (D_a bis D_n) vorhanden ist.
Verfahren zur Installation redundanter Server-Funktionalitäten in einem verteilten Computersystem mit einem ersten physikalischen Rechner (S₁) und mindestens einem zweiten physikalischen Rechner (S₂ aus S₁ bis S_n), die jeweils die Server-Funktionalität eines von wenigstens zwei Diensten (D_a bis D_n) enthalten, wobei a) in einem ersten Schritt (Schritt 1) im zweiten physikalischen Rechner (S₂) eine virtuelle Maschine (V) installiert wird, b) in einem zweiten Schritt (Schritt 2) ein Klon (D_a') der Server-Funktionalität des ersten Dienstes (D_a) erstellt und in die virtuelle Maschine (V) des zweiten physikalischen Rechner (S₂) migriert wird, und/oder die Funktionalität (D_a') neu in die virtuelle Maschine installiert wird, c) in einem dritten Schritt (Schritt 3) die so gebildete virtuelle Maschine (V) mit der Server-Funktionalität als erster redundanter Server in das Computersystem eingebunden wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte (Schritt 1 bis 3) für die übrigen Server-Funktionalitäten der weiteren Dienste (D_b bis D_n) zur Schaffung weiterer redundanter Server wiederholt werden.