(57)【要約】【課題】サーバの運転に支障がなく、設備全体としての省電力化が図れるサーバの仮想制御方法を提供すること。【解決手段】ラックの上下に設置された複数の物理サーバの間での負荷の割り当てを制御する方法であって、熱流現象を考慮して、負荷量の少ないサーバとしてラックの上部の物理サーバを割り当て、負荷量の多いサーバとしてラック下部の物理サーバを割り当てる割当ステップを有することを特徴とするサーバの仮想制御方法。前記物理サーバの負荷量の時間的変動を予測する負荷量予測ステップと、前記負荷量予測ステップにおいて、前記物理サーバの負荷量が、分散する必要が生じる負荷量となる時刻を予測する時刻予測ステップとをさらに有し、前記割当ステップにおいて、分散する必要が生じる負荷量となる時刻として前記予測した時刻よりも、サーバの起動に必要な時間だけ前に分散先の物理サーバをＯＮ状態に切り替えることが好ましい。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ラックの上下に設置された複数の物理サーバの間での負荷の割り当てを制御する方法であって、
熱流現象を考慮して、負荷量の少ない仮想サーバとしてラックの上部の物理サーバを割り当て、負荷量の多い仮想サーバとしてラック下部の物理サーバを割り当てる割当ステップを有することを特徴とするサーバの仮想制御方法。
【請求項２】
前記物理サーバの負荷量の時間的変動を予測する負荷量予測ステップと、
前記負荷量予測ステップにおいて、前記物理サーバの負荷量が、分散する必要が生じる負荷量となる時刻を予測する時刻予測ステップとをさらに有し、
前記割当ステップにおいて、分散する必要が生じる負荷量となる時刻として前記予測した時刻よりも、サーバの起動に必要な時間だけ前に分散先の物理サーバをＯＮ状態に切り替えることを特徴とする請求項１に記載のサーバの仮想制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サーバの仮想制御方法に関し、詳細には、データセンタなどの複数のサーバを設置した施設におけるサーバの仮想制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力分野、エネルギー分野、通信分野、センシング分野において実環境におけるモニタリングや画像センシングなどに関係する産業分野におけるデータを処理するために、膨大な数のサーバが用いられている。この膨大化しているサーバ数に応じた省電力化や高速化のための技術が広く求められている。そこで、ライブマイグレーションと呼ばれている技術が採用されている。図１は従来のライブマイグレーションモデルの例を示す。４台の物理サーバ１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄを想定し、それぞれにおいてジョブ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ・・・による計算負荷が生じているものとする。比較的に計算負荷が軽い場合は、４台のうちの１台以上のサーバ（図１では物理サーバ１ｄ）をＯＦＦ状態にし、ＯＦＦ状態にしたサーバ１ｄ上のジョブ２ｇ、２ｈを他のサーバ１ａ、１ｃに分散、集中させる。これにより、サーバ全体で消費される電力を削減させることができる。サーバ数が増加すると、この効果は一層顕著になる場合がある。
【０００３】
ライブマイグレーションは、物理スイッチなどに対して煩雑な設定が必要である場合や、ネットワーク仮想化ソフトウェアを用いたサーバ仮想化環境（非特許文献１）のもとで他の物理サーバに計算負荷を分散させることが行われつつある。分散を行う規則についてはさまざまにあり、サーバをシャットダウンして必要に応じて起動させるものもある。
【０００４】
サーバの電源のＯＮ／ＯＦＦについては、シャットダウンおよび起動するまでの時間が必要な場合があり、処理内容によっては、起動しているサーバ上のジョブを一時的に停止するなど、同期処理が必要となり、無駄な消費電力が増加する場合がある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】中村  暢達、外３名、“大規模VM負荷予測・配置制御技術によるシンクライアント・データセンターのグリーン化”、［online］、２００９年、［平成２５年９月１７日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.nec.co.jp/techrep/ja/journal/g09/n03/090322.html＞
【非特許文献２】新谷  隆二、“熱流体解析の基礎”、［online］、［平成２５年９月１７日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.irii.jp/staff/home/sintan/bcfd01.pdf＞
【非特許文献３】S. Giordano et al., “A prediction-based overload control algorithm for SIPservers,” IEEE Trans. Network and Service Management, vol. 8., no. 1, pp. 39-51, 2011.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来のサーバの仮想制御方法においては、単に物理サーバの消費電力のみを考慮してライブマイグレーションを行っていたため、様々な問題を生じていた。例えば、３次元的にラックに装着されるサーバ群において熱流体現象が考慮されずに、単純に負荷量の増減を与えていることが多い。この場合、サーバ排気口からの気流が弱いサーバがラックの下部にあると、拡散現象のため、上昇気流が生じにくくなることから、いわゆるホットスポットの一因になることがある。また、ライブマイグレーションを行うに当たって、空調機との距離は考慮されていなかった。すなわち、物理サーバへの処理の割り当て方法によっては、排気流量の少ないラック下部に設置したサーバからの上昇気流が十分に発生せず、物理サーバ内での暖気の逆流などが発生して冷却効率が低下するために、ホットスポットが発生してサーバの運転に支障をきたしたり、空調の消費電力が増大して設備全体としての省電力化が図れない場合があるという問題がある。
【０００７】
また、図４に示すように、サーバがＯＦＦ状態になったときは、サーバの吸入口と排気口において、逆流に伴った熱流の移動が生じる問題があった。すなわち、サーバがＯＮ状態のとき（図４（ａ））は、ファンによりサーバ内で気圧差が生じることで、吸入口から排気口へ気流が流れ、それとともに、サーバ上のＣＰＵで生じた熱が排熱される仕組みとなっているが、ＯＦＦ状態のとき（図４（ｂ））は気流が流れる方向に関しては無制御状態となる。仮想制御を施すサーバについては、単体、一定数（クラスタ）ごとになされているが、サーバ排気口からの気流が弱い場合は、気流が拡散現象を示して空調機へ効率よく戻らなくなる問題が生じる。
【０００８】
本発明は、上記従来の問題に鑑みてなされたものであり、本発明の課題は、サーバの運転に支障がなく、設備全体としての省電力化が図れるサーバの仮想制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、本実施形態に記載された発明は、ラックの上下に設置された複数の物理サーバの間での負荷の割り当てを制御する方法であって、熱流現象を考慮して、負荷量の少ない仮想サーバとしてラックの上部の物理サーバを割り当て、負荷量の多い仮想サーバとしてラック下部の物理サーバを割り当てる割当ステップを有することを特徴とするサーバの仮想制御方法である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】従来のライブマイグレーションモデルの例を示す図である。
【図２】ラック内の上下に設置されたサーバの仮想制御方法を示す図である。
【図３】サーバ負荷量の予測の一例を示す図である。
【図４】サーバ内部のファンがＯＮ状態とＯＦＦ状態を示す図である。
【図５】サーバの吸気口および排気口に設けた開口面積が異なる穴を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
【００１２】
本実施形態の仮想制御方法では、ラックに設置された複数のサーバに対して処理を分散・集約させるライブマイグレーションやサーバの分散処理技術において、熱流現象を考慮して、負荷量の少ない仮想サーバとしてラック上部の物理サーバ（単に、サーバともいう）を割り当て、負荷量の多い仮想サーバとしてラック下部の物理サーバを割り当てる処理を行う。サーバ間の負荷量の割り当ては、複数の物理サーバに接続された負荷制御手段によって決定される。この構成により、ラック下部のサーバの負荷量が多いので、下部のサーバから十分な流量の排気が排出される。ラック下部のサーバから排出される十分な流量の排気により、ラック全体で安定した上昇気流を発生させることが可能となり、ホットスポットの発生による装置の故障や設備全体としての消費電力の増加を抑制することが可能となる。
【００１３】
「熱流現象を考慮」するとは、物理サーバが設置されたサーバ室の熱流現象を考慮することである。例えば、サーバの負荷の調整に当たっては空調の位置に基づいて、負荷量の少ない仮想サーバと負荷量の多い仮想サーバとの配置を決定することができる。上記構成は、冷気を供給する空調の位置がサーバ室の上部に配置されている場合に採り得る構成である。また、上記構成では、ラックの上下でライブマイグレーションを行う場合を例に挙げて説明したが、水平方向における気流も考慮して３次元的にライブマイグレーションを行うことが好ましい。これにより、ホットスポットが生み出されることを防止できる。ラックが複数台ある場合はラックの上下左右にあるサーバについて、隣接したサーバごとでクラスタをつくり、サーバ群として３次元的にライブマイグレーションを適用することでさらに気流循環効率が高まる。
【００１４】
本実施形態の仮想制御方法では、従来の仮想制御に熱流体計算を適用するべく、上記構成を備えている。因みに、従来のように、サーバの負荷量のみを考慮した仮想制御法だけでは、負荷分散問題は緩和できても熱流（発熱への冷気）問題は緩和できない。例えば、仮想制御ではサーバのＯＮ／ＯＦＦをすることがアルゴリズムで採用されているところ、ＯＦＦの場合はサーバ内へ熱気流が逆流（本来の冷気口へ）する問題が無視されており、熱循環効率化と省電力化を両立できていなかった。
【００１５】
図２はラック内の上下に設置されたサーバの仮想制御方法を説明する図である。本実施形態の仮想制御方法では、ラック内のサーバ負荷量に応じて、サーバの上下を考慮したライブマイグレーションを行う。ラック１０内に３台の物理サーバ１ａ、１ｂ、１ｃがあり、それぞれに異なる負荷がかかっている。図２（ａ）のラック１０に示されているように、仮想制御によりラック上部の物理サーバ１ａの負荷が多く、ラック下部１ｃの物理サーバの負荷が少なくなった場合には、図２（ｂ）のラック１０に示したように負荷の少ない仮想サーバをラック上部の物理サーバ１ａに移動させ、負荷の多い仮想サーバをラック下部の物理サーバ１ｃに移動させる。すなわち、上下のサーバ間で負荷の割り振りを変更する。これにより、サーバの下部から上部に向けて空気の流れが形成されるので、サーバ室内の排気効率を高めることができる。なお、ラック内のサーバ数に制約はない。また、ラックが複数台ある場合はラックの上下左右にあるサーバについて、隣接したサーバごとでクラスタをつくり、サーバ群としてライブマイグレーションを適用することでさらに気流循環効率が高まる。従来のサーバの分散処理については、このような熱流体力学的な観点が置かれていなかったため、省電力化に限界があったが、本実施形態の仮想制御方法によれば、省電力化が図れる。
【００１６】
（サーバ負荷量を予測した制御）
ライブマイグレーションを行う場合に、サーバ負荷量を予測して、サーバのＯＮ／ＯＦＦ状態の切り替え時間を考慮したサーバのＯＮ／ＯＦＦを行うことが好ましい。ライブマイグレーションにおいて、他の物理サーバをＯＮ／ＯＦＦしていくときは、起動、シャットダウンにおいて一定の時間が必要な場合がある。このため、大規模計算のように、同時に、複数のジョブを並列計算しているときなどは、他の物理サーバとのタイムロスの少ない連係が必要となる。そこで時系列的にサーバの負荷量を見ながら、予測モデルにより予測時間区間においてサーバ負荷量の増減を予測しながらライブマイグレーションを適用する。なお、予測モデルについては数多くのモデルが報告されている（非特許文献３）。図３は、サーバ負荷量の時間的変動の予測を示す図である。図３において、Ａは現在時点を表し、Ｂは負荷の分散が必要となるサーバ負荷量を表している。すなわち、図３によれば、現在時点Ａでは、負荷の分散は必要ないが、数時間後の時点Ｃで負荷の分散が必要になることが判る。時点Ｃからサーバの起動に必要な時間だけ前の時点で負荷の分散先となるサーバをＯＮする。
【００１７】
（熱流の流れ方向を考慮した構成）
サーバの筐体において、気流の流れ方向を考慮した構成を採用することが好ましい。図４はサーバ内のファンのＯＮ／ＯＦＦの違いによる熱流の流れ方向の違いについて示す図である。非特許文献２に示すように、熱流体現象については、一つの特性だけで決まるものではなく、温度、速度、圧力および境界条件などが複雑に絡んで決定されることが知られている。サーバ内には、図４（ａ）に示すようにファン３がＯＮ状態で作用することで、サーバ内に気圧差が生じて、吸気口から排気口に向かってサーバ内を気流Ｗ１、Ｗ２が流れる。しかし、図４（ｂ）に示すようにファン３がＯＦＦ状態となると、気流は想定していた方向と逆向きＷ３、Ｗ４に流れることがある。これにより、サーバ室全体の冷気と暖気の関係が崩れる場合があり、省電力化が困難となる。
【００１８】
そこで、本実施形態の仮想制御方法で用いられるサーバは、図５に示す構成を採用している。図５はサーバの筐体における吸気口、排気口の形状を示す図である。図５（ａ）、（ｂ）に示すように、サーバ１の筐体には吸気口、排気口となる穴４、５が設けられている。図５（ａ）は従来の構成を示し、図５（ｂ）は本実施形態の構成を示している。サーバ１の筐体に設けられた穴４の直径ａは、穴５の直径ｂよりも大きい。熱流体現象のため、気流がサーバ内を効率よく流れ、また、不必要に、気流がサーバ内に流れ込むことを抑制することがライブマイグレーションにおいては省電力化につながる。サーバ内への流れ込みが気圧差により生じることから、ファンがＯＦＦ状態の場合は、気流の流れ込みについては、境界条件である穴の面積を大きい穴４から小さい穴５へ変更することが望ましい。例えば、穴４の直径ａは穴５の直径ｂの２倍とする。この構成により１０％以上省電力化が可能である。
【符号の説明】
【００１９】
１  サーバ
２  ジョブ
３  ファン
４、５  穴
１０  ラック
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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