サーバ負荷分散におけるOpenFlowを用いた省電力法

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1 サーバ負荷分散におけるOpenFlowを用いた省電力法
NEC‐早稲田大学技術交流会 サーバ負荷分散におけるOpenFlowを用いた省電力法 2011/12/26 石井翔　 早稲田大学　基幹理工学研究科　 情報理工学専攻　後藤研究室 修士2年

2 サーバ負荷分散システムについても 省電力化を考える必要あり
背景 震災をきっかけに、省電力化が課題に サーバ負荷分散システムについても 省電力化を考える必要あり 2011/12/26 2011/12/26 NEC-早稲田大学技術交流会

3 サーバ負荷分散システムの省電力化の既存手法
サーバ負荷分散システムにおいて、サーバの待機を 行うことで動的に稼働サーバ数を制御する手法 [1] ただし、 DNS (Domain Name System) を用いた サーバ負荷分散システムについては考慮されていない DNSキャッシュがあるため、動的な制御に向かない ⇒本研究はここに注目 ユーザ群 Suspend! [1] Takayuki Imada, Mitsuhisa Sato, Yoshihiko Hotta, Hideaki Kimura, Power management of distributed web savers by controlling server power state and traffic prediction for QoS, Graduate School of Systems and Information Engineering, University of Tsukuba, IEEE International Symposium on Parallel and Distributed Processing (IPDPS) , pp.1-8, April 2008. 2011/12/26 2011/12/26 NEC-早稲田大学技術交流会

4 DNS (Domain Name System) を用いたサーバ 負荷分散法を改善
研究目的と提案手法 研究目的 DNS (Domain Name System) を用いたサーバ 負荷分散法を改善 OpenFlowを用いることで、 可用性を維持しつつ短時間でサーバを 待機状態にし、消費電力を削減 提案手法 2011/12/26 2011/12/26 NEC-早稲田大学技術交流会

5 OpenFlow Controller (Server Software)
コントローラでスイッチを集中制御 一連の通信をフロー※として扱い、フローごとに制御 OpenFlow Controller (Server Software) ※ここで述べるフローは 以下のパラメータの組み合わせ 受信したスイッチのポート 送信元MACアドレス 宛先MACアドレス VLANのタグID 送信元IPアドレス 宛先IPアドレス 送信元ポート番号 宛先ポート番号 Switch hardware Switch hardware Switch hardware Switch hardware 2011/12/26 2011/12/26 NEC-早稲田大学技術交流会

6 サーバの待機の際、 キャッシュが切れるまで 要求が到着してしまう
IP4のサーバを待機したい 既存手法におけるサーバ待機の問題点 DNSサーバ 通信中 待機不可 = IP1, IP2, IP3, IP4 IP1 IP2 IP3 IP4 Internet 待機に時間がかかる キャッシュサーバ ユーザ群 = IP1, IP2, IP3, IP4 サーバの待機の際、 キャッシュが切れるまで 要求が到着してしまう 2011/12/26 2011/12/26 NEC-早稲田大学技術交流会

7 DNSラウンドロビン＋提案手法での省電力
IP4のサーバを待機したい DNSラウンドロビン＋提案手法での省電力 DNSサーバ 待機可能!! = IP1, IP2, IP3, IP4 IP1 IP2 IP3 IP4 Openflow 転送 Controller Internet 早期のサーバ待機が可能 キャッシュサーバ 待機時、キャッシュにより到着した要求をアドレスを書き換えて転送 ユーザ群 = IP1, IP2, IP3, IP4 2011/12/26 2011/12/26 NEC-早稲田大学技術交流会

8 サーバ待機時の提案手法の動作 待機決定前 待機実行 待機決定 待機対象のサーバへの通信が終わるまで 待機 待機対象のサーバ
待機対象のサーバへの パケットが0 待機決定 OpenFlow コントローラ 他のOpenFlowスイッチへ 他のOpenFlowスイッチへ OpenFlow スイッチ 待機決定時に通信途中の通信のみを待機対象のサーバに 転送（コントローラを使ってフロー単位で定義） 2011/12/26 2011/12/26 NEC-早稲田大学技術交流会

9 実証実験 提案手法が電力を削減できることを示す 実験の方針: 実験1: サーバ待機の省電力効果測定
実験2: 待機決定から待機実行までの時間比較 実験3: 実トラヒックへの提案手法の電力削減量算出 2011/12/26 2011/12/26 NEC-早稲田大学技術交流会

10 実験1 (サーバ待機の省電力効果測定) 結果 サーバ待機の所要時間と消費電力を測定
Min Max Avg 稼働時 消費電力 [W] 62 63 待機時 消費電力 [W] 1 図1 待機時のサーバの消費電力推移 3秒で1Wまで削減 表1.1 稼働時と待機時の消費電力 Min Max Avg 待機 所要時間 [s] 2 3 表1.2 待機時の所要時間 サーバ待機の所要時間と消費電力を測定 3秒で、1Wと高速で低い消費電力まで抑えられ、 サーバ待機の省電力に対する有効性が示された 2011/12/26 2011/12/26 NEC-早稲田大学技術交流会

11 実験2 (サーバの待機決定から待機実行までの時間比較) 概要
サーバの待機を決定してから実行可能となるまでの時間を測定 提案手法を用いた場合と、そうでない場合で比較 待機対象の サーバへの 通信が無くなる 待機決定 待機実行 2011/12/26 2011/12/26 NEC-早稲田大学技術交流会

12 実験2 (サーバの待機決定から実行までの時間比較) 実験環境
サーバ1 サーバ2 OpenFlow コントローラ 待機 転送 OpenFlow スイッチ※1台のスイッチ内で 仮想的に2台に分離 Layer 2 スイッチ 実機で構築 現在OpenFlowスイッチによるIPアドレス書き換えが低速なため、MACアドレス書き換えを 用いて実装 ソフトウェアルータ 疑似DNSラウンドロビン クライアント 2011/12/26 2011/12/26 NEC-早稲田大学技術交流会

13 実験2 (待機決定から待機実行までの時間比較) 実験結果
図2 待機決定から待機実行可能となるまでの時間比較 既存手法は 大きく増加 提案手法は 常に2~3秒 少ないほど良い 提案手法の場合はキャッシュ時間に関わらず 高速に待機可能となることが示された 2011/12/26 2011/12/26 NEC-早稲田大学技術交流会

14 実験3 (実トラヒックへの提案手法の電力削減量算出) 概要
一日の実トラヒックを測定 ある商用ネットワークにおいて、ポート80 (HTTP) のセッション数を測定したもの 実トラヒックに対してサーバ稼働数を設定し、 提案手法の一日での電力削減量を算出 2011/12/26 2011/12/26 NEC-早稲田大学技術交流会

15 実験3 (実トラヒックへの提案手法の電力削減量算出) 仮定する環境
DNSサーバ Openflow Controller Internet キャッシュサーバ ユーザ群 実験システムのパラメータは 実験1, 2, 3と同一とする. 2011/12/26 2011/12/26 NEC-早稲田大学技術交流会

16 実験3 (実トラヒックへの提案手法の電力削減量算出) 実トラヒックへの提案手法の適用結果 DNSキャッシュ時間=3600 [s]
この部分の電力が削減 DNSラウンドロビンのみの待機と比べて5.9%電力量を削減 待機を行わない場合と比べて51.5%電力量を削減 2011/12/26 2011/12/26 NEC-早稲田大学技術交流会

17 実験3 (実トラヒックへの提案手法の電力削減量算出) 実トラヒックへの提案手法の適用結果
最大で消費電力を17%削減 いずれの場合においても電力量の削減に成功 提案手法を実環境に適用した場合の省電力効果が示された 2011/12/26 2011/12/26 NEC-早稲田大学技術交流会

18 DNSによるサーバ負荷分散環境において、 OpenFlowスイッチを使ってキャッシュ時間の遅れを補うことで省電力を実現した
まとめ DNSによるサーバ負荷分散環境において、 OpenFlowスイッチを使ってキャッシュ時間の遅れを補うことで省電力を実現した DNSのキャッシュ時間が長いほど提案手法の 削減効果が上がることが示された 2011/12/26 2011/12/26 NEC-早稲田大学技術交流会

19 御清聴ありがとうございました 2011/12/26 2011/12/26 NEC-早稲田大学技術交流会