JPH08255122A - クラスタ化コンピューティング・システムのディスク・アクセス・パスにおける障害から回復する方法および関連する装置 - Google Patents
クラスタ化コンピューティング・システムのディスク・アクセス・パスにおける障害から回復する方法および関連する装置Info
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Abstract
ディスク・アクセス・パスにおける障害から回復するシ
ステムおよび方法を提供する。 【解決の手段】 クラスタ化コンピューティング・シス
テムの各ノードに、各ノードで実行されているアプリケ
ーションからの物理ディスク・アクセス要求を処理し、
ディスクが物理的に接続されている適切なサーバにディ
スク・アクセス要求を送る代理ソフトウェアを備える。
各ノード上の代理ソフトウェアは、そのノードから出さ
れたすべての保留中の要求に関する状態情報を維持す
る。ディスク・アクセス・パス上での障害の検出に応答
して、すべてのノード上の代理ソフトウエアは、それ以
降のすべてのディスク・アクセス要求を、同じディスク
に物理的に接続されている2次ノードに送る。
Description
ング環境に関する。具体的には、本発明はクラスタ内の
各プロセッサがクラスタ内の任意のディスクにアクセス
することができるプロセッサ・クラスタで用いる方法に
係わる。
ったために、クラスタはモノリシック・システムに代わ
る魅力的なシステムとなっている。計算を複数のノード
間で分割することができるアプリケーションは、このア
ーキテクチャを利用することができ、それによって一般
にはモノリシック・システムよりも優れた価格性能比を
得ることができる。このようなアプリケーションとして
は、大規模な科学計算、データベースおよびトランザク
ション処理システム、意志決定支援システムなどがあ
る。
ワークや通信交換機などのプロセッサ間連絡機構で結合
されたいくつかの個別のコンピューティング・システム
から成る。各コンピューティング・システムは固有のプ
ロセッサ、メモリ、および入出力サブシステムを備えて
おり、オペレーティング・システムの個々のインスタン
スを実行する。しかし、最大限の利益を得るためには、
アプリケーションは特定のコンピューティング・システ
ムにはこだわらずに、クラスタ内のすべてのノードを同
等のものとして扱うことができることが望ましい。これ
ができることを「単一システム・イメージ」と呼ぶこと
がある。
じ入出力資源をクラスタ内のすべてのプロセッサが等し
く使用できる必要があることである。これによって、処
理タスクをプロセッサ間で自由に移動させることができ
る。さらに、計算のためにデータ共用モデルを採用する
並列アプリケーションの開発が容易になる。
好ましくは可用性の高い方式で提供するために、様々な
手法をとることができる。データ複製は、特に読取り専
用データの場合には最も単純な手法であるが、コストが
高くなり(資源を共用しないため)、時間の経過により
情報が変化すると困難が生ずる。
理的に接続することができる装置を用意することであ
る。たとえば、ツインテール(デュアル・ポート)ディ
スクが一般的である。4テール・ディスクや8テール・
ディスクも構築可能だが、より高価になり、操作も難し
くなる。
源に対して独立してアクセスすることができ、プロセッ
サやアダプタに障害が起こった場合にデータへの継続ア
クセスを行うための処置が不要である。
ル・システムは、そのサービス用に意図されている特定
の入出力装置にはこだわらずに、それらのサービスをク
ラスタ内のプロセッサに提供する。これによって、それ
らのサービスのための入出力装置の使用が制限され、し
たがってメモリ階層内のデータの場所を明示的に認識し
ているアプリケーションには不適切である。たとえば、
データベース・システムはそれらのサービスを提供する
ためにファイル・システムに依拠せず、それ自身のバッ
ファリングに依拠することができ、ディスク上のデータ
を固有の方法で配列することができる。この場合、アプ
リケーションにとっては入出力装置への直接アクセスの
方が好ましい。
SはNFSクライアントに可用性の高いNFSサーバを
提供するが、高可用性を可能にする重要な機能を提供す
るために、基礎にあるネットワーク技術(IPアドレス
引継ぎ)にかなり依拠している。
てのノードにすべての入出力装置を接続しなくてもクラ
スタ内のプロセッサが入出力装置を共用することができ
るシステムにおいて、ノードやアダプタの障害からの透
過的回復機能を提供し、障害にもかかわらず影響を受け
なかったノードで実行されているアプリケーションが処
理を継続できるようにすることである。透過(transpar
ent)とは、アプリケーションが、障害発生の前に出し
た要求を再発行する必要がないという意味である。
ラスタ化コンピューティング・システムのディスク・ア
クセス・パスの障害から回復するシステムおよび方法を
提供する。クラスタ化コンピューティング・システムの
各ノードには、そのノードで実行されているアプリケー
ションからの物理ディスク・アクセス要求を処理し、そ
のディスク・アクセス要求を、そのディスクが物理的に
接続されている適切なサーバに送るための代理ソフトウ
ェアが用意される。各ノード上の代理ソフトウェアは、
そのノードから出されたすべての保留中の要求に関する
状況情報を維持する。ディスク・アクセス・パス(たと
えばノードやディスク・アダプタなど)での障害の検出
に応答して、すべてのノード上の代理ソフトウェアはそ
れ以降のディスク・アクセス要求をすべて、同じディス
クに物理的に接続されている2次ノードに送る。
は、仮想装置を定義し、それらの装置への入出力要求を
代行受信し、実装置が物理的に接続されている適切なサ
ーバ・プロセッサに要求を(書込の場合はデータも)送
ることによって、プロセッサが遠隔プロセッサに物理的
に接続されている入出力装置にアクセスできるようにす
る、ソフトウェア層として実現される。サーバ・プロセ
ッサは実際の入出力動作を行い、要求元のプロセッサに
完了メッセージを(読取りの場合はデータも)を返す。
要求元のプロセッサは完了メッセージを受け取ると、そ
れに応じて、要求を出したプロセスに通知する。
うにして高可用性を実現することができる。あるディス
クについて、そのディスクに接続されているプロセッサ
の1つを1次サーバとして指定する。正常動作時には、
クラスタ内の任意の場所から出されたそのディスクへの
入出力要求は、1次サーバに送られる。1次サーバまた
はそのディスク・アダプタに障害が発生すると、そのデ
ィスクに接続されている他のプロセッサの1つがそのデ
ィスクの1次サーバになり、各プロセッサ上にある要求
経路指定情報が変更され、新たな要求があれば新しい1
次サーバに送られる。
状態がなく、保留中の遠隔要求の全状態がクライアント
で維持される。したがって、サーバまたはアダプタに障
害が発生した場合、障害発生前に出された保留中の要求
は、クライアントが新しいサーバに対して再発行するこ
とができ、アプリケーションにはその障害が見えない。
ク・サブシステムを組み込んだ本発明の好ましい実施例
のブロック図である。これには、独立コンピューティン
グ・ノード(以下ノードという)100−1ないし10
0−Nの集合(クラスタ)が含まれている。
り、ノード100−1の場合はプロセッサには150−
1、メモリには200−1のようにラベルを付けて示し
てある(ノード100−Nの場合は150−Nと200
−N)。当業者には、各ノードが別個のメモリを有する
ことも複数のノードが共用メモリを有することもできる
ことが容易に理解されよう。
る。相互接続500は、交換機、ローカル・エリア・ネ
ットワーク、共用メモリ、またはクラスタ内のノードの
データ交換を可能にする他の任意の種類の媒体とするこ
とができる。
を有しており、ノード100−1の場合は300−1−
1ないし300−1−Iというラベルを付けて示してあ
る(ノード100−Nの場合は300−N−1ないし3
00−N−I)。アダプタ300−1−1には、400
−1−1−1ないし400−1−1−Jというラベルで
示されているディスクが接続されている(アダプタ30
0−N−Iには400−N−I−1ないし400−N−
I−Jというラベルのディスクが接続されている)。1
ノード当たりのアダプタ数は、すべてのノードについて
同じである必要はない。また、1アダプタ当たりのディ
スク数はすべてのディスク・アダプタについて同じであ
る必要はない。全くディスク・アダプタを持たないノー
ドもあり得る。
は、ノードが直接接続されている物理ディスクをアドレ
ス指定するために使用するのと同じプログラミング・イ
ンターフェースを使用して、クラスタ全体を通じて共通
の名前でアドレス指定される。これによって、ディスク
がクラスタ内の各ノードに物理的に接続されているよう
な錯覚が生ずる。このようなアクセスを可能にするソフ
トウェアおよびプログラミング・インターフェースを仮
想共用ディスクと呼ぶ。
仮想共用ディスクに関する状態データが入っている。状
態データには、従来オペレーティング・システムが物理
接続ディスクのために維持しているタイプのデータ(た
とえば装置状態、装置名、保留中の要求に関する情報な
ど)の他に、以下で述べるようなある種の追加情報も含
まれる。この論理および関連データは、ノード100−
1の場合はブロック250−1として示されている(ノ
ード100−Nの場合は250−N)。ノード100−
Kのためのこのようなブロックを、図7に詳細に示して
ある。代理論理は、図7でブロック250−K−Aとし
て示されている。
合に、アクセス可能な状態のままでいる必要があるディ
スクは、いくつかの異なるノード上の複数のアダプタに
接続されている。図2にツインテール・ディスクの構成
を示す。この図で、ディスク400−L−P−Xは、ノ
ード100−L上のアダプタ300−L−Pと、ノード
100−M上のアダプタ300−M−Qに接続されてい
る。
そのテールの1つが1次テールとして選択されている。
どのノードも、現在1次テールを保持しているノードに
システム内のすべての仮想ディスクをマップするテーブ
ル(図7のブロック250−K−B)を有する。1次テ
ールは使用される唯一のテールである。ディスクの他の
テールは待機している。
ョンも、すべてのディスクがローカルに接続されている
かのように任意のディスクについて入出力要求を出すこ
とができる。要求元のノードでの要求を処理する論理
を、図3に示す。要求が出されると(ブロック70
0)、前述のマップ250−K−Bを検査してどのノー
ドが1次テールを持っているかが調べられる(ブロック
710)。要求元のノードがサーバ・ノードでもある場
合(すなわち1次テールを持っている場合)、要求はロ
ーカルで処理される(ブロック715)。サーバ・ノー
ドが要求元のノードとは異なる場合は、サーバ・ノード
に要求記述子が送られる(ブロック720)。要求が書
込み要求の場合(ブロック730で判断される)、書き
込まれるデータもサーバに送られる(ブロック74
0)。
込み)は、遠隔サーバからの応答を待つ。応答が到着
し、要求が読取り要求だった場合(ブロック760で判
断される)は、ネットワークに着信したデータが元の要
求に提供される(ブロック770)。要求が読取りでな
かった場合、その要求は完了する(ブロック780)。
システムが物理ディスク装置ドライバに送っているのと
同じタイプのデータ(たとえば、装置名、オフセット、
要求のサイズ、オプション・フラグ、要求タイプなど)
の他に、要求元のノード、固有要求識別子、1次ノード
のアドレスなどの追加情報が含まれる。
理を、図4に示す。要求(ブロック800)は、ローカ
ルで実行されているプロセスが出したものであっても遠
隔ノードからネットワークに着信したものであってもよ
い。ブロック810で、装置に対してアクセス要求が出
される。ブロック820で、この論理は要求元を判断す
る。入出力が完了すると、ローカルで出された要求の場
合には操作が完了し、要求元のプロセスに通知される。
別のノードで出された要求の場合は、ブロック830で
要求元のノードに応答が送り返される。要求が読取り要
求だった場合は、読み取られたデータも送られる。要求
元のノードに応答が届くと、操作は完了し、要求元のプ
ロセスに通知される。
ると、従来の方式でそれが検出され、それに応じてすべ
てのノードに通知される。当業者には、障害の検出に様
々な機構(たとえば定期診断に基づくものなど)を使用
できることが容易に理解されよう。
用ディスクは、障害を起こしたノードを基礎物理装置の
1次テールとして使用していたディスクである。アダプ
タの障害の場合は、影響を受ける仮想共用ディスクは、
基礎物理装置の1次テールが障害を起こしたアダプタに
接続されていたディスクである。影響を受けるすべての
仮想共用ディスクのために、基礎物理装置の別のテール
が新しい1次テールとして選択される。選択は、(所定
の優先順位に基づいて)静的にも(ランタイム情報を使
用する方針モジュールによって)動的にも行うことがで
きる。動的な選択論理は、残りの活動テール間のロード
・バランシングを達成しようとするものであってもよ
い。
タとして指定する。コーディネータは、クラスタ内のす
べてのノードに障害を通知する。コーディネータが実行
する論理を図5に示す。各関係ノードの論理を図6に示
す。コーディネータは関係ノードでもある。
コーディネータはすべての関係ノードにメッセージを同
報通信し(ブロック910)、影響を受けた仮想共用デ
ィスクを中断させるように指示する。このメッセージを
受信すると(ブロック1000)、各関係ノードは影響
を受けた仮想共用ディスクを中断させる(ブロック10
10)。仮想共用ディスクの中断とは、その仮想装置を
一時的に1次テールを持たないものとしてマークするこ
とを意味する。障害を起こしたサーバに送られていた保
留中の要求は、要求元のクライアントによって、この目
的のために用意されている待ち行列に保管される。仮想
装置の中断中に到着した要求も、要求元のクライアント
によって同じ待ち行列に入れられる。
はコーディネータに肯定応答を送り(ブロック102
0)、(影響を受けたVSDについてはそれ以上の処置
を取らずに)コーディネータから再開メッセージを受信
するのを待つ(ブロック1030)。その他の処理は影
響を受けない。コーディネータは、すべての関係ノード
が応答するのを待ってから(ブロック920)、影響を
受けた仮想共用ディスクを再開するようにすべてのノー
ドにメッセージを同報通信する(ブロック930)。こ
のメッセージを受け取ると、各関係ノードは影響を受け
た仮想装置を再開する(ブロック1040)。仮想装置
の再開とは、選択された新しい1次テールを持つノード
が、その仮想装置の宛先マップに記録されることを意味
する。再開後、関係ノードはコーディネータに肯定応答
を送り(ブロック1050)、ブロック1060ですべ
ての保留中の要求(中断前に保留になっていたものだけ
でなく中断期間中に開始された要求も)が、その装置の
新しいサーバに対して再発行される。コーディネータは
すべてのノードから2回目の肯定応答を集める(ブロッ
ク940)。
合意プロトコルを使用して、障害の影響を受けた仮想共
用ディスクの中断と再開を行うこともできる。さらに、
コーディネータが障害を起こした場合は、別のコーディ
ネータを選択して回復の調整を行わせることができる。
クセスされたデータが入っているバッファを、ディスク
の1次テールを持つノードのメモリで維持することがで
きる。要求されたデータがメモリに入っている場合、バ
ッファに入れられているメモリ・コピーが使用される。
それ以外の場合は、物理ディスク・アクセスを行わなけ
ればならない。
・ディスクの場合、ディスクに物理的に接続されている
任意のノードがサーバとして機能することができる。さ
らに、ディスクに物理的に接続されているプロセッサの
任意のサブセットが同時に複数のサーバとして機能する
こともできる。すなわち、同時に活動状態になっている
1次テールが複数あってもよい。ある特定のディスクに
接続されていないノードは、その活動サーバのいずれか
に要求を送ることによってそのディスクにアクセスする
ことができる。サーバの選択は静的にも動的にも行うこ
とができる。
ディスク・アクセスは、ファイル・システム操作ではな
く物理アクセス・コマンドであるものと理解されたい。
言い換えると、本発明のシステムでは、仮想共用ディス
クを有する各ノードは、そのノードに物理ディスクがデ
ィスク・アダプタを介して直接接続されているかのよう
に、ディスク装置ドライバにコマンド(物理ディスクの
特定の場所での読取りと書込みなど)を出す。これらの
コマンドは、仮想共用ディスク・ソフトウェアから、デ
ィスクの1次テール(ポート)が直接接続されているノ
ード上のディスク・ドライバ・ソフトウェアに渡され、
次にその仮想共用ディスク・ソフトウェアが、接続され
ているポートを介してディスク制御装置にコマンドを出
す。
いて説明したが、当業者には様々な変更や改良が考えら
れよう。したがって、この好ましい実施例は例として示
したものであり、これに限定されるものではないことを
理解されたい。本発明の範囲は特許請求の範囲によって
規定される。
の事項を開示する。
ステムのディスク・アクセス・パスにおける障害から回
復する方法であって、 a)所与のノードで実行されているアプリケーションか
らの物理ディスク・アクセス要求を処理し、ディスク・
アクセス要求を前記ディスクが物理的に接続されている
1次ノードに送るため、各所与のノード上の代理論理
が、その所与のノードから出されたすべての保留中の要
求に関する状態情報を維持するように、前記クラスタ化
コンピューティング・システムの各所与のノードに前記
代理論理を提供するステップと、 b)ディスクへのアクセス・パスでの障害を検出するス
テップと、 c)障害の検出に応答して、すべてのノード上の代理ソ
フトウェアに、ディスクへのそれ以降のアクセス要求を
すべて前記ディスクに物理的に接続されている2次ノー
ドに送るように通知するステップを含む方法。 (2)前記アクセス・パスがディスク・アダプタと、デ
ィスクが物理的に接続されているノードとを含み、前記
障害が任意のノードおよびディスク・アダプタで検出さ
れることを特徴とする、上記(1)に記載の方法。 (3)前記障害の検出に応答して、着信したディスクへ
のアクセス要求を待ち行列に入れるステップと、待ち行
列内の要求を2次ノードを経由してディスクに転送する
ステップをさらに含むことを特徴とする、上記(1)に
記載の方法。 (4)複数のN個のノードと、NがMより多いM個のノ
ードに接続された複数のポートを有するマルチポート・
ディスクと、前記ノードに接続され、前記ディスクとそ
のディスクに物理的に接続されていない前記ノードとの
間のディスク・アクセス・パスで障害を検出する障害検
出機構と、各ノード上にあって、前記障害検出機構に接
続され、障害が検出されたときに、前記マルチポート・
ディスクへのアクセス要求を前記ディスクとそのディス
クに物理的に接続されていない前記ノードとの間の別の
ディスク・アクセス・パスに転送する代理論理とを含
む、クラスタ化多重処理システム。 (5)各ノード内にあり、着信したディスクへのアクセ
ス要求を格納する待ち行列と、待ち行列内の要求を別の
ディスク・アクセス・パスを経由して前記ディスクに転
送する手段とを含む、上記(4)に記載のシステム。 (6)前記障害検出機構が、ディスクに物理的に接続さ
れている任意のノード内の障害と、前記ディスクに物理
的に接続されている各ノードにあって前記ディスクに接
続されているディスク・アダプタ内の障害を検出する手
段を備えていることを特徴とする、上記(4)に記載の
システム。 (7)クラスタ化コンピューティング・システム内のデ
ィスク・アクセス・パスで発生した障害から回復する方
法であって、クラスタ化コンピューティング・システム
内のディスク・アクセス・パスでの障害を検出するステ
ップと、障害検出時に、そのディスクにアクセス可能な
すべてのノードにメッセージを同報通信するステップ
と、前記メッセージに応答して、各ノード上の仮想共用
ディスクを中断させ、障害が発生したアクセス・パス上
のディスクに送られていた保留中の要求を保管し、仮想
共用ディスクの中断中に着信した要求を保管するステッ
プと、前記ノードに第2のメッセージを同報通信して、
影響を受けた仮想共用ディスクを再開するステップと、
前記第2のメッセージの受信時に、新しい1次テールを
持つノードを仮想装置の宛先マップに記録することによ
って各ノードで仮想共用ディスクを再開するステップ
と、すべての要求を新しい1次テールに対して再発行す
るステップとを含む、前記方法。
る。
図である。
ステップを示すフロー・チャートである。
プを示すフロー・チャートである。
ップを示すフロー・チャートである。
ロー・チャートである。
するデータの詳細ブロック図である。
Claims (7)
- 【請求項1】クラスタ化コンピューティング・システム
のディスク・アクセス・パスにおける障害から回復する
方法であって、 a)所与のノードで実行されているアプリケーションか
らの物理ディスク・アクセス要求を処理し、ディスク・
アクセス要求を前記ディスクが物理的に接続されている
1次ノードに送るため、各所与のノード上の代理論理
が、その所与のノードから出されたすべての保留中の要
求に関する状態情報を維持するように、前記クラスタ化
コンピューティング・システムの各所与のノードに前記
代理論理を提供するステップと、 b)ディスクへのアクセス・パスでの障害を検出するス
テップと、 c)障害の検出に応答して、すべてのノード上の代理ソ
フトウェアに、ディスクへのそれ以降のアクセス要求を
すべて前記ディスクに物理的に接続されている2次ノー
ドに送るように通知するステップを含む方法。 - 【請求項2】前記アクセス・パスがディスク・アダプタ
と、ディスクが物理的に接続されているノードとを含
み、前記障害が任意のノードおよびディスク・アダプタ
で検出されることを特徴とする、請求項1に記載の方
法。 - 【請求項3】前記障害の検出に応答して、着信したディ
スクへのアクセス要求を待ち行列に入れるステップと、
待ち行列内の要求を2次ノードを経由してディスクに転
送するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項
1に記載の方法。 - 【請求項4】複数のN個のノードと、NがMより多いM
個のノードに接続された複数のポートを有するマルチポ
ート・ディスクと、前記ノードに接続され、前記ディス
クとそのディスクに物理的に接続されていない前記ノー
ドとの間のディスク・アクセス・パスで障害を検出する
障害検出機構と、各ノード上にあって、前記障害検出機
構に接続され、障害が検出されたときに、前記マルチポ
ート・ディスクへのアクセス要求を前記ディスクとその
ディスクに物理的に接続されていない前記ノードとの間
の別のディスク・アクセス・パスに転送する代理論理と
を含む、クラスタ化多重処理システム。 - 【請求項5】各ノード内にあり、着信したディスクへの
アクセス要求を格納する待ち行列と、待ち行列内の要求
を別のディスク・アクセス・パスを経由して前記ディス
クに転送する手段とを含む、請求項4に記載のシステ
ム。 - 【請求項6】前記障害検出機構が、ディスクに物理的に
接続されている任意のノード内の障害と、前記ディスク
に物理的に接続されている各ノードにあって前記ディス
クに接続されているディスク・アダプタ内の障害を検出
する手段を備えていることを特徴とする、請求項4に記
載のシステム。 - 【請求項7】クラスタ化コンピューティング・システム
内のディスク・アクセス・パスで発生した障害から回復
する方法であって、 クラスタ化コンピューティング・システム内のディスク
・アクセス・パスでの障害を検出するステップと、 障害検出時に、そのディスクにアクセス可能なすべての
ノードにメッセージを同報通信するステップと、 前記メッセージに応答して、各ノード上の仮想共用ディ
スクを中断させ、障害が発生したアクセス・パス上のデ
ィスクに送られていた保留中の要求を保管し、仮想共用
ディスクの中断中に着信した要求を保管するステップ
と、 前記ノードに第2のメッセージを同報通信して、影響を
受けた仮想共用ディスクを再開するステップと、 前記第2のメッセージの受信時に、新しい1次テールを
持つノードを仮想装置の宛先マップに記録することによ
って各ノードで仮想共用ディスクを再開するステップ
と、 すべての要求を新しい1次テールに対して再発行するス
テップとを含む、前記方法。
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