JP5767480B2 - 情報処理装置、情報処理システム、配置構成決定方法、プログラムおよび記録媒体 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の第1の実施形態による仮想化システムの概略図を示す。本実施形態の仮想化システム100は、それぞれネットワーク102に接続される複数の物理マシン110と、配置構成管理装置120とを含み構成される。物理マシン110は、それぞれ、プロセッサ、メモリ、ネットワーク・アダプタなどの物理リソースを含み、物理マシン110上には、ハイパーバイザと呼ばれる仮想化機構が稼働している。物理マシン110上で稼働する仮想化機構によって、上記物理マシン110により提供される物理リソースが抽象化され、仮想化されたコンピュータ、すなわち仮想マシン(Virtual Machine)が、物理リソース上に実現される。
Tは時間区間数;Pは、AS構成の仮想マシン配置パターンの集合;Qは、AA構成の仮想マシン配置パターンの集合;
Akは、物理マシンkにアクティブ仮想マシンを配置するAS構成の仮想マシン配置パターンの集合(∈P);Skは、物理マシンkにスタンバイ仮想マシンを配置するAS構成の仮想マシン配置パターンの集合(⊆P);Qkは、物理マシンkに仮想マシンを配置するAA構成の仮想マシン配置パターンの集合(⊆Q);|q|は、仮想マシン配置パターンqに含まれる仮想マシン数;
xi,p=1は、AS構成のクラスタiを仮想マシン配置パターンpで配置することと同値;yj,q=1は、AA構成のクラスタjを仮想マシン配置パターンqで配置することと同値;
ai,tは、時間区間tにおけるAS構成クラスタi内のアクティブ仮想マシンの物理プロセッサの個別予測ピーク使用量;si,tは、時間区間tにおけるAS構成クラスタi内のスタンバイ仮想マシンの物理プロセッサの個別予測ピーク使用量;ci,tは、時間区間tにおけるAA構成クラスタj内の物理プロセッサの総予測ピーク使用量である。)
(i)第1項目のAS構成クラスタiに関する総和Σは、クラスタiの配置構成を規定する決定変数xi,pに対応して与えられる、他の物理マシンk’が停止したときに物理マシンkに対して予測される該クラスタiによる予測ピーク使用量(0か、ai,tか、またはsi,tの値をとる。)の、すべてのAS構成クラスタi(i=1,…,I)にわたる総和を表し、
(ii)第2項目のAA構成クラスタjに関する総和Σは、クラスタjの配置構成を規定する決定変数yj,qに対応して与えられる、他の物理マシンk’が停止したときに物理マシンkに対して予測される該クラスタjによる予測ピーク使用量(0か、cj,t/(|q|−1)か、またはcj,t/|q|かの値をとる。)の、AA構成クラスタj(j=1,…,J)にわたる総和を表し、
上記式(8)は全体として、クラスタc(AS構成クラスタiおよびAA構成クラスタjを含む。)の配置構成を規定する決定変数xi,p,yj,qに対応して与えられる、他の物理マシンk’が停止したときに物理マシンkに対して予測される該クラスタcによる予測ピーク使用量のすべてのクラスタにわたる合計が、当該物理マシンk上に準備される物理リソース量を上回らないという制約を課す。
以下、物理マシン数が多い場合に有効な第2の実施形態による配置構成管理装置について説明する。なお、第2の実施形態による仮想化システムは、最適化問題以外の構成については、第1の実施形態による仮想化システム100と概ね同一の構成を備えるため、以下、最適化問題について説明する。
xi,p=1は、AS構成のクラスタiを仮想マシン配置パターンpで配置することと同値;yj,k=1は、AA構成のクラスタj内の仮想マシンを物理マシンkに配置することと同値;wj,k,k’は、AA構成のクラスタjの仮想マシンを物理マシンkおよび他の物理マシンk’に配置すると「1」となり、それ以外は「0」または「1」となる;qjは、AA構成のクラスタjの並列度;
ai,tは、時間区間tにおけるAS構成のクラスタi内のアクティブ仮想マシンの予測ピークCPU使用量;si,tは、時間区間tにおけるAS構成のクラスタi内のスタンバイ仮想マシンの予測ピークCPU使用量;ci,tは、時間区間tにおけるAA構成のクラスタj内の合計予測ピークCPU使用量である。)
以下、最適化問題が大規模化する場合に有効な、第3の実施形態による配置構成管理装置について説明する。なお、第3の実施形態による仮想化システムは、最適化問題と、フローチャートとが異なる他は、第1の実施形態による仮想化システム100と概ね同様の構成を備えるため、以下、フローチャートおよび最適化問題について説明する。
Tは時間区間数;
Pは、AS構成のアクティブ仮想マシンの配置を規定する配置行列;Sは、AS構成のスタンバイ仮想マシンの配置を規定する配置行列;Xは、AA構成の仮想マシンの配置を規定する配置行列;
Pik=1は、AS構成クラスタiのアクティブ仮想マシンを物理マシンkに配置することと同値;Sik=1は、AS構成クラスタiのスタンバイ仮想マシンを物理マシンkに配置することと同値;Xjk=1は、AA構成クラスタjのアクティブ仮想マシンを物理マシンkに配置することと同値;qjは、AA構成のクラスタjの並列度;
ai,tは、時間区間tにおけるAS構成クラスタi内のアクティブ仮想マシンの物理プロセッサの個別予測ピーク使用量;si,tは、時間区間tにおけるAS構成クラスタi内のスタンバイ仮想マシンの物理プロセッサの個別予測ピーク使用量;cj,tは、時間区間tにおけるAA構成クラスタj内の物理プロセッサの総予測ピーク使用量である。)
以下、上位クラスタに関する条件やメンテナンス時の待避先の指定を含むより複雑な設定を可能とする第4の実施形態の配置構成管理装置について説明する。なお、第4の実施形態による仮想化システムは、最適化問題が異なる他は第1の実施形態による仮想化システム100と概ね同様の構成を備えるため、以下、最適化問題について説明する。
qb,cは、業務システムb∈BのAA構成クラスタc∈CAA(b)の仮想マシン数;ab,c,tは、業務システムb∈BのAS構成クラスタc∈CAS(b)のアクティブ仮想マシンの時間区間tにおける物理プロセッサの個別予測ピーク使用量;sb,c,tは、業務システムb∈BのAS構成クラスタc∈CAS(b)のスタンバイ仮想マシンの時間区間tにおける物理プロセッサの個別予測ピーク使用量;pb,c,tは、業務システムb∈BのAA構成クラスタc∈CAS(b)の時間区間tにおける物理プロセッサの総予測ピーク使用量;Uは各物理マシンに搭載できる最大物理プロセッサ数である。
1.コンピュータにおける実装
クロック数2.26GHzのマルチコア・プロセッサ(インテル(登録商標)Core(登録商標)2Duo P8400)と2.94GBのRAMを備えるThinkPad(登録商標)X200を用いて、本発明の第4実施形態による構成配置管理装置のプログラムを実装するコンピュータ・システムを実装した。このコンピュータ・システムのオペレーティング・システムは、WINDOWS(登録商標)XPとした。上記プログラムは、Pythonによって記述し、数理計画ソルバーとして、IBM(登録商標)ILOG(登録商標)CPLEX(登録商標)を用いた。
使用履歴情報として、図13(A)に点で示すような実測値の時系列データを使用した。なお、図13(A)に示す実測値は、あるLPARについて、24時間にわたり1分間隔でサンプリングされたものであり、黒(系列A)がアクティブLPARの実測値を表し、ダークグレイ(系列B)がスタンバイLPARの実測値を表す。また、破線(系列D)は、人手で仮想マシンの配置を決定する際に、担当者が必要と見積もったCPU数を表すが、以下の実験ではこの値は必要としない。
(実験例1)図13(A)に点で示すような実測値の時系列データから、ライトグレイの線(C系列)で示すような1時間毎のCPU数単位の予測ピーク使用量を求め、最適化問題を生成するためのデータ・セットとした。図13(A)によれば、測定対象のアクティブLPARにかかる業務システムは、深夜時間帯である午前0時から1ないし2時まで負荷が高く、8時から20時までの業務時間帯にかけて負荷が発生するという時間特性を示した。
上記実験例1の結果を参照すると、本発明による配置構成最適化処理によれば、人手による計算に比べて、CPUを27%削減し、かつ、バリュー・アット・リスクの意味においての保証を与え得ることが示された。つまり、得られた配置構成を信頼して、CPU数を低減することにより、リソース利用効率を更に向上させることができる。また得られた配置構成の妥当性も検証され、信頼に足る結果であることが確認された。
Claims (16)
- 仮想マシンを物理マシンへ割り当てる配置構成を決定する情報処理装置であって、
同一機能を備える複数の仮想マシンが含まれる各クラスタについて、時間区間毎の物理リソースの予測ピーク使用量を決定する予測部と、
第1の物理マシン、第2の物理マシンおよび時間区間の各組み合わせについて、前記時間区間内に前記第2の物理マシンが停止したときに前記第1の物理マシンに対し予測される物理リソースの合計予測ピーク使用量が、前記第1の物理マシンに準備する物理リソース量を上回らないことを保証する、制約条件を設定する設定部と、
前記制約条件に従って、前記仮想マシンが割り当てられる複数の物理マシン全体の前記物理リソース量の総和を目的関数として最小化する、最適化問題の解を演算し、配置構成を導出する配置構成導出部と
を含む、情報処理装置。 - 前記設定部は、前記物理リソースの合計予測ピーク使用量が予測される前記第1の物理マシンk、前記第2の物理マシンk’および前記時間区間tに関して、
クラスタcの配置構成を規定する決定変数に対応して与えられる、前記第2の物理マシンk’が停止したときに前記第1の物理マシンkに対して予測される該クラスタcによる予測ピーク使用量γc,tの、クラスタ全体の総和として、
前記合計予測ピーク使用量φk,k’,tを定式化することを特徴とする、請求項1に記載の情報処理装置。 - 前記配置構成導出部は、各クラスタc内で注目する仮想マシン以外の仮想マシンの配置構成を規定する決定変数を固定しながら、当該注目する仮想マシンの配置構成を規定する決定変数の最適解を探索する処理を、前記注目する仮想マシンを切り替えて反復することにより、前記最適化問題の決定変数の最適解を演算する、請求項2に記載の情報処理装置。
- 1以上のクラスタが集合して上位クラスタを構成し、前記設定部は、同一物理マシン上に配置される同一上位クラスタに属するアクティブ仮想マシンの数をバランスさせる追加の制約条件をさらに設定する、請求項1に記載の情報処理装置。
- 前記設定部は、物理マシンの保守時に当該物理マシン上に存在する仮想マシンを待避する待避先となる物理マシンを規定する追加の制約条件をさらに設定する、請求項1に記載の情報処理装置。
- 導出された配置構成により定められる物理マシンに対し各々の仮想マシンを配置する指示を送信する配置処理部をさらに含む、請求項1に記載の情報処理装置。
- 前記配置構成導出部は、前記目的関数の最小値を必要充分な物理リソース量として出力する、請求項1に記載の情報処理装置。
- 前記設定部は、同一クラスタに属する仮想マシンが同一物理マシン上に配置されないという追加の制約条件をさらに設定する、請求項1に記載の情報処理装置。
- 前記設定部は、前記クラスタcのうちの、アクティブ仮想マシンおよびスタンバイ仮想マシンを含むクラスタiについては、
前記第1の物理マシンk上に前記アクティブ仮想マシンが存在する場合、または前記第1の物理マシンk上に前記スタンバイ仮想マシンが存在し、かつ、前記第2の物理マシンk’上に前記アクティブ仮想マシンが存在する場合には、前記アクティブ仮想マシンに対し予測される予測ピーク使用量αi,tを前記予測ピーク使用量γc,tとし、
前記第1の物理マシンk上に前記スタンバイ仮想マシンが存在し、かつ、前記第2の物理マシンk’上に前記アクティブ仮想マシンが存在しない場合には、前記スタンバイ仮想マシンに対し予測される予測ピーク使用量σi,tを前記予測ピーク使用量γc,tとして、
前記合計予測ピーク使用量φk,k’,tを定式化することを特徴とする、請求項2に記載の情報処理装置。 - 前記設定部は、前記クラスタcのうちの、並列度ρjのアクティブ仮想マシンを含むクラスタjについては、
前記第1の物理マシンk上にアクティブ仮想マシンが存在し、前記第2の物理マシンk’上にアクティブ仮想マシンが存在しない場合には、前記クラスタj全体に対し予測される総予測ピーク使用量πj,tを前記並列度ρjで除した相当分の使用量を前記予測ピーク使用量γc,tとし、
前記第1の物理マシンkおよび前記第2の物理マシンk’両方の上に前記アクティブ仮想マシンが存在する場合には、前記総予測ピーク使用量πj,tを、前記第2の物理マシンk’が停止したときの並列度ρj’で除した相当分の使用量を前記予測ピーク使用量γc,tとして、
前記合計予測ピーク使用量φk,k’,tを定式化することを特徴とする、請求項2または9に記載の情報処理装置。 - それぞれ仮想マシン稼働環境を提供する複数の物理マシンと、前記複数の物理マシンへ各々の仮想マシンを割り当てる情報処理装置とを含む情報処理システムであって、前記情報処理装置は、
同一機能を備える複数の仮想マシンが含まれる各クラスタについて、時間区間毎の物理リソースの予測ピーク使用量を決定する予測部と、
第1の物理マシン、第2の物理マシンおよび時間区間の各組み合わせについて、前記時間区間内に前記第2の物理マシンが停止したときに前記第1の物理マシンに対し予測される物理リソースの合計予測ピーク使用量が、前記第1の物理マシンに準備する物理リソース量を上回らないことを保証する制約条件を設定する設定部と、
前記制約条件に従って、前記仮想マシンが割り当てられる複数の物理マシン全体の前記物理リソース量の総和を目的関数として最小化する、最適化問題の解を演算し、配置構成を導出する配置構成導出部と
前記複数の物理マシンのうち前記配置構成により定められる物理マシン上に各々の仮想マシンを配置する配置処理部と
を含む、情報処理システム。 - コンピュータ・システムが実行する仮想マシンを物理マシンへ割り当てる配置構成を決定する方法であって、
コンピュータ・システムが、同一機能を備える複数の仮想マシンが含まれる各クラスタについて、時間区間毎の物理リソースの予測ピーク使用量を決定するステップと、
コンピュータ・システムが、第1の物理マシン、第2の物理マシンおよび時間区間の各組み合わせについて、前記時間区間内に前記第2の物理マシンが停止したときに前記第1の物理マシンに対し予測される物理リソースの合計予測ピーク使用量が、前記第1の物理マシンに準備する物理リソース量を上回らないことを保証する制約条件を設定するステップと、
コンピュータ・システムが、前記制約条件に従って、前記仮想マシンが割り当てられる複数の物理マシン全体の前記物理リソース量の総和を目的関数として最小化する最適化問題の解を演算し、配置構成を導出するステップと
を含む、配置構成決定方法。 - 前記最適化問題を設定するステップは、コンピュータ・システムが、前記物理リソースの合計予測ピーク使用量が予測される前記第1の物理マシンk、前記第2の物理マシンk’および前記時間区間tに関して、
クラスタcの配置構成を規定する決定変数に対応して与えられる、前記第2の物理マシンk’が停止したときに前記第1の物理マシンkに対して予測される該クラスタcによる予測ピーク使用量γc,tの、クラスタ全体の総和として、
前記合計予測ピーク使用量φk,k’,tを定式化するステップを含む、請求項12に記載の配置構成決定方法。 - 前記導出するステップは、各クラスタc内で注目する仮想マシン以外の仮想マシンの配置構成を規定する決定変数を固定しながら、当該注目する仮想マシンの配置構成を規定する決定変数の最適解を探索するステップと、前記注目する仮想マシンを切り替えて、収束条件または打ち切り条件が成立するまで、前記探索するステップを反復させるステップとを含む、請求項13に記載の配置構成決定方法。
- コンピュータ・システム上に仮想マシンを物理マシンへ割り当てる配置構成を決定する情報処理装置を実現するためのコンピュータ実行可能なプログラムであって、前記コンピュータ・システムを、
同一機能を備える複数の仮想マシンが含まれる各クラスタについて、時間区間毎の物理リソースの予測ピーク使用量を決定する予測部、
第1の物理マシン、第2の物理マシンおよび時間区間の各組み合わせについて、前記時間区間内に前記第2の物理マシンが停止したときに前記第1の物理マシンに対し予測される物理リソースの合計予測ピーク使用量が、前記第1の物理マシンに準備する物理リソース量を上回らないことを保証する制約条件を設定する設定部、および
前記制約条件に従って、前記仮想マシンが割り当てられる複数の物理マシン全体の前記物理リソース量の総和を目的関数として最小化する、最適化問題の解を演算し、配置構成を導出する配置構成導出部
として機能させるためのプログラム。 - 請求項15に記載のコンピュータ実行可能なプログラムをコンピュータ読取可能に格納する記録媒体。
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