JP2006252019A - ストレージネットワークシステム - Google Patents
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Abstract
【課題】 多数のホストアクセスがストレージに集中するようなネットワーク環境において、データ転送帯域を消費せずに、ストレージ装置がボトルネックになることを回避し、また中継器のハードウェア(回路規模)を比較的シンプルに構成しつつホストからの要求に対するレスポンス向上を図る技術を提供する。
【解決手段】 ストレージネットワークシステムにおいて、中継器30は、ストレージデバイス11からの読み出しデータを記憶するキャッシュメモリ35を内蔵する。そして、ストレージ装置10は、ホスト50からのデータの読み出し要求を受領した際に、中継器30に当該データを記憶する指示を付加して当該データを送出する処理と、再度、同じデータへの読み出し要求があった場合は、中継器30へ、指定されたホスト50に当該データを送出するように指示する処理とを実行する。一方、中継器30は、指定されたホスト50に、自身に記憶された当該データを送出する処理を実行する。
【選択図】 図3
【解決手段】 ストレージネットワークシステムにおいて、中継器30は、ストレージデバイス11からの読み出しデータを記憶するキャッシュメモリ35を内蔵する。そして、ストレージ装置10は、ホスト50からのデータの読み出し要求を受領した際に、中継器30に当該データを記憶する指示を付加して当該データを送出する処理と、再度、同じデータへの読み出し要求があった場合は、中継器30へ、指定されたホスト50に当該データを送出するように指示する処理とを実行する。一方、中継器30は、指定されたホスト50に、自身に記憶された当該データを送出する処理を実行する。
【選択図】 図3
Description
本発明は、ストレージネットワークシステムに関し、特に、上位装置(ホスト)とストレージ装置との間に中継器を有するネットワークシステムに適用して有効な技術に関する。
SAN(Storage Area Network)やIP(Internet Protocol)等のストレージ装置のような複数のホストが接続可能な形態のストレージネットワークシステムにおいては、ネットワーク規模の急速な拡大に伴い、多数のホストからのアクセス応答の高速化が求められている。また、上記システムの接続形態は、ほとんどの場合、クライアント−サーバ形のシステム形態であり、Webサーバに代表されるように、多くの場合、ストレージ装置へのアクセスはデータの書き込みよりも読み出し要求の方が上回って運用されている。
一方、これらの高負荷要求に応えるため、ストレージ装置は高速なキャッシュメモリを装備しているが、キャッシュ容量には限界がある。また、装置のコスト増の要因となるため、一部のハイエンドな装置を除き、一般的にキャッシュ容量はそれ程大きくはないと言える。もうひとつの要因として、ディスク容量の急激な増大化およびストレージ装置への高密度実装化により、キャッシュ容量対ディスク容量の比率の低下に伴うキャッシュヒット率の低下によるレスポンス悪化が懸念される。
このようなSANに代表されるネットワークの拡大は、ストレージ装置にアクセス可能なホストの増大を生じている。これら多数のホスト別にアクセスされるデータ(ファイル)は必要とされるデータが異なるため、全てキャッシュメモリに保存することが不可能となり、キャッシュヒット率の低下によるレスポンスの悪化を引き起こす。
また、例え大容量のキャッシュメモリを搭載していても、インタフェースのデータ転送帯域は限られている。このため、帯域性能を向上させるためには、多数のインタフェースポートを有し、負荷分散(ロードバランス)制御等と組み合せる等、やはりコスト面での負担が非常に大きくなる。
そこで、例えば、特許文献1に記載のように、キャッシュメモリを装備する中継器を実現し、中継器自身の判断によりデータをキャッシュする方式がある。また、特許文献2に記載のように、階層化された各制御装置に分散して置かれたキャッシュメモリの統一化された制御に関する技術がある。
特開平11−112541号公報
特開2000−353125号公報
ところで、例えば、前記特許文献1に記載の技術では、中継器が自らパケット等を監視し、キャッシュする方式である。そのため、同一経路上に同型の中継器が存在する場合、それらのキャッシュ内容には重複するデータが多数存在することとなり、効率が良くない。また、ホストが必要とするデータの全てがキャッシュされている必要がある。これは、もしホストからの要求の一部のデータしかキャッシュできていない場合、残りのデータについて、中継器はホストが発行するコマンドを変換してストレージ装置に発行する等の複雑な処理が必要となり、ハードウェア規模も非常に大掛かりなものとなってしまう。
そこで、本発明は、上記のような課題を解決し、第1の目的として、ホストとストレージ装置との間に中継器を有するストレージネットワークシステムにおいて、中継器での処理を単純化して、中継器のハードウェア(回路規模)を比較的シンプルに構成することができる技術を提供することにある。
また、前記特許文献2に記載の技術では、ストレージ装置の内部に存在するメモリ資源である入出力制御部のI/Oキャッシュ、ストレージコントローラのコントローラキャッシュ、ストレージデバイスのデバイスキャッシュによりキャッシュメモリ容量を増大化させることで、キャッシュヒット率を向上させることが目的であり、データ転送帯域の低減等は考慮されていない。
言い換えれば、このストレージ装置は、上記のそれぞれのキャッシュ容量を合計した従来のストレージ装置と、性能面においてオーバヘッドや各I/Fバスの転送帯域を考慮しない最大効果で比較したとしても等価である。よって、単にコスト面においてのみ優位のため、本発明のような複数のホストからの集中的なアクセスに対する応答には従来装置と同様、対応することが難しい。
さらに、より現実的な比較をすれば、この技術では、コントローラキャッシュを除き、入出力制御部やデバイスとのインタフェースを共用してメモリにアクセスを行うため、各インタフェースバスの転送帯域をその分消費することとなる。インタフェースバスの占有率が上昇すると、コマンドの多重化や並列実行が困難となり、パフォーマンスの低下を招く上、当然ながらインタフェースバスの転送帯域を上回ったデータ転送は不可能なため、性能のボトルネックを生じ易い。これらの欠点を回避するにはインタフェースバスの増設や帯域向上が必要となり、そのような場合においては、もはや従来の装置に比べて必ずしもコスト的に優位であるとは言えない。
そこで、本発明は、上記のような課題を解決し、第2の目的として、ストレージ装置そのものがシステム性能のボトルネックになることを回避して、データ転送帯域を消費せずに、ホストからの要求に対するレスポンス向上を図ることができる技術を提供することにある。
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
本発明は、ホストと、データを記憶するストレージデバイス、ストレージデバイスに対するデータの書き込みおよび読み出しを制御するストレージコントローラを有するストレージ装置との間に、ストレージ装置に対するホストからのデータの書き込み要求および読み出し要求を中継する中継器を有するストレージネットワークシステムに適用され、以下のような特徴を有するものである。
(1)中継器は、ストレージデバイスからの読み出しデータを記憶するキャッシュメモリを内蔵する。そして、ストレージ装置は、ホストからのデータの読み出し要求を受領した際に、中継器のキャッシュメモリに当該データを記憶する指示を付加して当該データを送出する処理と、再度、同じデータへの読み出し要求があった場合は、中継器へ、指定されたホストに当該データを送出するように指示する処理とを実行する。一方、中継器は、指定されたホストに、自身のキャッシュメモリに記憶された当該データを送出する処理を実行する。
(2)中継器は、電源入力断時に電圧を供給するバッテリを内蔵する。
(3)中継器は、当該データを記憶する際に、当該データのうちの一部分を記憶する処理を実行する。そして、ストレージ装置は、中継器が当該データの一部分を指定されたホストへ転送している間に、ストレージデバイスへ当該データの残りのデータにアクセスする処理を実行する。
(4)中継器は、複数からなり、ストレージ装置とホストとの間には、各中継器が複数経路で配置されている。
(5)ストレージ装置は、中継器への命令を発行する為に、中継器を選択する手段と、中継器の位置情報を管理する為のテーブルとを備える。
(6)複数経路の各中継器のそれぞれは、異なるデータを記憶する処理を実行する。
(7)複数経路内の同一系路上にある複数の中継器に、特定の同じデータを記憶する処理を実行する。
(8)ストレージコントローラの指示により指定された第1の中継器が第2の中継器へデータを転送し、第2の中継器がデータを検証する。
(9)各中継器は、特定のデータに一定時間以上転送要求が無い場合、ストレージ装置がルートテーブルから削除された場合、キャッシュ要求されたデータよりキャッシュメモリの残量が少ない場合、およびデータ検証時における異常を検出した場合のいずれかの場合に、キャッシュしたデータを破棄する処理を実行する。
(10)各中継器は、ストレージ装置の指示により、キャッシュしたデータを破棄する処理を実行する。
(11)各中継器は、予めストレージコントローラの単位で一定量のキャッシュ領域の割り当てを行う。そして、ストレージコントローラは、自身に割り当てられた容量を問い合わせにより把握し、各中継器へ、割り当てられた容量以上のキャッシュ要求を行わないように制御する。
(12)各中継器は、キャッシュしたデータの削除によりキャッシュ領域の割り当て可能領域に一定以上の変化が生じた場合に、ストレージコントローラにメッセージを送出する処理を行う。そして、ストレージコントローラは、メッセージの受領を契機として再度自身に割り当てられた容量を問い合わせにより把握する処理を行う。
(13)ストレージ装置は、各中継器に対して、第1のポートを選択し、第1のポートへのデータ転送負荷が一定量以上の場合に、第1のポートと対応する第2のポートへデータの振り分け許可を設定する。
(14)各中継器は、第1のポートへのデータ転送負荷がストレージ装置により設定された閾値以上の場合に、第1のポートと対応する第2のポートへ、データの一部を出力するように自動制御する。
(15)複数の中継器のうち、第3の中継器は、2種類以上の異なるインタフェースをそれぞれ独立したスイッチ機能で制御する。また、第3の中継器に搭載されるキャッシュメモリへは異なるインタフェースのそれぞれからアクセス可能である。
(16)第3の中継器は、ストレージ装置のバックエンド側に配置され、ストレージ装置内のデバイスと接続される。
(17)第3の中継器は、ストレージコントローラの指示により指定された複数のデバイスへの2つ以上の複製データを転送する。
(18)第3の中継器は、複数からなり、複数の第3の中継器のうち、ストレージコントローラの指示により指定された一方の中継器が冗長化されている別系の中継器へデータを転送し、別系の中継器がデータを検証する。
(19)第3の中継器は、複数からなり、複数の第3の中継器のうち、第4の中継器は、2種類以上の異なるインタフェース間の変換を行うプロトコル変換部を有し、異なるインタフェース間で相互にデータの乗り入れを実行する。
(20)プロトコル変換部は、制御コード付のオーダードセットの送受信を、識別子を変更して、データとして送出する。
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
本発明によれば、ホストとストレージ装置との間に中継器を有するストレージネットワークシステムにおいて、中継器での処理を単純化することで、中継器のハードウェア(回路規模)を比較的シンプルに構成することが可能となる。
また、本発明によれば、ストレージ装置そのものがシステム性能のボトルネックになることを回避することで、データ転送帯域を消費せずに、ホストからの要求に対するレスポンス向上を図ることが可能となる。
《本発明の概念》
本発明のストレージネットワークシステムは、ホストとストレージ装置との間に中継器を有する。中継器は、キャッシュメモリを内蔵する。ストレージ装置は、ホストからのデータ読み出し要求の際に、中継器のキャッシュメモリに当該データを記憶する指示を付加してデータを送出する。再度、同じデータへのアクセス要求があった場合、ストレージ装置は、中継器へ指定ホストに当該データを送出するよう指示を出す。すると、中継器は、ホストに、自身のキャッシュメモリにキャッシュされたデータを送出する。これにより、ホストからのデータリード要求に対する応答の高速化を図る。また、中継器は、ストレージ装置側からの指示により決まった応答を行うだけなので、ハードウェア(回路規模)を比較的シンプルに構成可能である。
本発明のストレージネットワークシステムは、ホストとストレージ装置との間に中継器を有する。中継器は、キャッシュメモリを内蔵する。ストレージ装置は、ホストからのデータ読み出し要求の際に、中継器のキャッシュメモリに当該データを記憶する指示を付加してデータを送出する。再度、同じデータへのアクセス要求があった場合、ストレージ装置は、中継器へ指定ホストに当該データを送出するよう指示を出す。すると、中継器は、ホストに、自身のキャッシュメモリにキャッシュされたデータを送出する。これにより、ホストからのデータリード要求に対する応答の高速化を図る。また、中継器は、ストレージ装置側からの指示により決まった応答を行うだけなので、ハードウェア(回路規模)を比較的シンプルに構成可能である。
この際に、大きなデータは、部分的なデータ、例えば先頭の一部分を中継器にキャッシュする。中継器が当該データをホストへ転送している間に、ストレージ装置は、内蔵のHDD(Hard Disk Drive)等のストレージデバイスへ残りのデータにアクセスする。これにより、オーバヘッドを軽減する。
また、中継器は、複数のホストとの間で複数経路に配置する。ストレージ装置は、経路上の各中継器にそれぞれ異なったデータを記憶させる。これにより、容易にキャッシュ容量の増設等が可能となる。
本発明による方式は、NAS(Network Attached Storage)においてはネットワークスイッチおよびルータ、SAN(Storage Area Network)においてはファイバチャネルスイッチ、SAS(Serial Attached SCSI)エクスパンダ等のネットワーク中継器に広く応用可能である。
例えば、FC(Fibre Channel)−SANと、IP(Internet Protocol)−SAN等の変換部を経由しても、キャッシュ機能が利用できるように設計すれば、対象となるネットワーク範囲をさらに広げることが可能である。例えば、SAS等のNEAR LINEをWAN(Wide Area Network)経由で構成する応用が可能である。
また、ストレージ装置内のストレージコントローラとHDD等のストレージデバイス筐体間に配置するスイッチユニットとしても応用可能である。この場合に、組み込み形のみならず、NASヘッダ等のブレードサーバ配下にスイッチが構成される場合等を含む。
さらに、ブリッジID等で中継器およびポートを認識して、ホストのプログラム等のサポート不要で、自動的なロードバランスを制御することにも応用可能である。
以下において、本発明の実施の形態および応用例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態、応用例を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
《実施の形態》
〔ストレージネットワークシステムのモデル〕
図1により、本発明の一実施の形態におけるストレージネットワークシステムのモデルの一例を説明する。図1は、ストレージネットワークシステムのモデルを示す。
〔ストレージネットワークシステムのモデル〕
図1により、本発明の一実施の形態におけるストレージネットワークシステムのモデルの一例を説明する。図1は、ストレージネットワークシステムのモデルを示す。
本実施の形態におけるストレージネットワークシステムのモデルは、ディスクアレイ装置等からなるストレージ装置10と、このストレージ装置10に対するホストからのデータの書き込み要求および読み出し要求を中継する8台の中継器A〜H(30)と、この中継器20に接続される8台のホストA〜H(50)から構成される。
このようなストレージネットワークシステムのモデルにおいて、例えば、前述した特許文献1の技術を適用した場合には、次のようになる。例えば、中継器30に何もデータがキャッシュされていない状態で、ホストAがストレージ装置10からデータをリードした場合、経路上の中継器は、リードしたデータをホストAに中継すると共に、自身にキャッシュする。すると、中継器A,B,Cの全てが同じデータを記憶することになる。これでは中継器30のキャッシュメモリを効率良く使用することはできない。
また、次にホストAからの同一データに対するリード要求に対し、中継器Cがキャッシュメモリにより応答することになる。この時、中継器Cを経由しないホストDが当該データの更新を行っていた場合に、中継器Cはそれを認知することができない。よって、中継器Cは古いデータを自身のキャッシュメモリより応答することになり、正しいデータの取得ができないケースが存在する。
そこで、本実施の形態においては、詳細は後述するが、中継器30はストレージ装置10の指示により、ホスト50のリードデータのみをキャッシュする。このキャッシュメモリを中継器30に持たせることで、A点に流れるデータはキャッシュミス時のデータのみとなる。各中継器30のキャッシュ状態はストレージ装置10側で管理することで、メモリ使用効率の良いシステム構築が可能となる。経路上でのデータ消失防止のために、ホスト50からのライトデータはキャッシュしないが、一般的にストレージ装置10へのアクセスはデータのライトよりもリード要求の方が多い(ライト:リード=1:5程度)。また、Webデータ等の場合は、90%以上がリードであるケースが珍しくない。以上の観点から、リードデータのみをキャッシュするだけでも応答パフォーマンスの改善が可能である。
〔中継器の外観〕
図2により、本実施の形態におけるストレージネットワークシステムにおいて、スタンドアロン型の中継器の一例を説明する。図2は、スタンドアロン型の中継器の外観(前面と後面)を示す。
図2により、本実施の形態におけるストレージネットワークシステムにおいて、スタンドアロン型の中継器の一例を説明する。図2は、スタンドアロン型の中継器の外観(前面と後面)を示す。
中継器30は、例えばスタンドアロン型からなり、AC/DC電源からなる電源ユニットと、バッテリからなるUPS(Uninterruptable Power Supply)ユニットと、CPUやデータコントローラ、メモリ、ダイレクタからなるコントロールユニットと、キャッシュメモリからなるキャッシュモジュールユニット等から構成され、筐体内に収納されている。この構成では、電源ユニット、コントロールユニット、キャッシュモジュールユニットがそれぞれ2台収納され、二重化構成となっている。
キャッシュモジュールユニットは、増設することができる。このキャッシュモジュールユニットには、複数のメモリモジュールが収納されている。このキャッシュモジュールは、PCI(Peripheral Component Interconnect)−Express等のコネクタにより接続され、活線挿抜を可能とすることが望ましい。また、キャッシュモジュールユニットは、異種のI/Fユニットと交換可能である。
この中継器30の前面には、ダイレクタにつながるI/Fコネクタポートが設けられている。また、中継器30の後面には、電源ユニットのスイッチ、ファン、ACケーブルが接続されるACコネクタが設けられている。
〔ストレージネットワークシステムの構成〕
図3により、本実施の形態におけるストレージネットワークシステムの一例を説明する。図3は、ストレージネットワークシステムの機能ブロックを示す。
図3により、本実施の形態におけるストレージネットワークシステムの一例を説明する。図3は、ストレージネットワークシステムの機能ブロックを示す。
図3に示すストレージネットワークシステムは、前述した図1のモデルを縮小した形態を示し、ディスクアレイ装置等からなるストレージ装置10と、このストレージ装置10に対するホストからのデータの書き込み要求および読み出し要求を中継する3台の中継器30と、この中継器30に接続される情報処理装置等からなる4台のホスト50から構成される。この例では、中継器30が2段構成となっており、ストレージ装置10は1段目の中継器Aに接続される。この1段目の中継器Aは、2段目の各中継器B,Cに接続される。この2段目の各中継器B,Cは、各ホストA,B,C,Dに接続されている。
ストレージ装置10は、データを記憶するHDD等のストレージデバイス11と、このストレージデバイス11に対するデータの書き込みおよび読み出しを制御するストレージコントローラ12から構成される。この例では、基本筐体に加えて増設筐体が設けられ、ストレージデバイス11における記憶容量が増大されている。
ストレージコントローラ12は、ホスト50からのデータ入出力要求を受けるチャネル制御部13と、ストレージデバイス11に対するデータの書き込みや読み出しを制御するディスク制御部14と、チャネル制御部13とディスク制御部14との間のデータ転送を制御するデータコントローラ15と、ストレージコントローラ12の制御を司るCPU16と、チャネル制御部13とディスク制御部14との間で通信されるデータが一時的に保存されるキャッシュメモリ17と、制御情報が記憶されるメモリ18等から構成される。特に、キャッシュメモリ17には、詳細は後述するが、ルートテーブル、外部キャッシュテーブル等の各種テーブル17aが設けられている。
中継器30は、AC電源をDC電源に変換するAC/DC電源31と、AC電源の供給が停止した場合のバッテリ32と、中継器30の制御を司るCPU33と、データ転送を制御するデータコントローラ34と、ホスト30とストレージ装置10との間で通信されるデータが一時的に保存されるキャッシュメモリ35と、制御情報が記憶されるメモリ36と、入出力I/Fからなるダイレクタ37等から構成される。特に、キャッシュメモリ35には、詳細は後述するが、ルートテーブル、キャッシュ管理テーブル等の各種テーブル35aが設けられている。
〔ストレージ装置内のルートテーブルおよび外部キャッシュテーブルとその作成方法〕
図4〜図6により、ストレージ装置内のルートテーブルおよび外部キャッシュテーブルの一例を説明する。それぞれ、図4はルートテーブル、図5はルートテーブル(応用例)、図6は外部キャッシュテーブルの構成を示す。
図4〜図6により、ストレージ装置内のルートテーブルおよび外部キャッシュテーブルの一例を説明する。それぞれ、図4はルートテーブル、図5はルートテーブル(応用例)、図6は外部キャッシュテーブルの構成を示す。
(1)ルートテーブル
ルートテーブルは、図4に示すように、ストレージ装置10のポート毎に、ホスト50側の情報として、ホスト識別子、中継段数およびハンドルなどを格納する各領域を持ち、また、中継器30側の情報として、中継器識別子およびハンドルなどを格納する各領域を持っている。このルートテーブルにより、ストレージ装置10の各ポートから、中継器30を中継したホスト50までの経路が管理されている。
ルートテーブルは、図4に示すように、ストレージ装置10のポート毎に、ホスト50側の情報として、ホスト識別子、中継段数およびハンドルなどを格納する各領域を持ち、また、中継器30側の情報として、中継器識別子およびハンドルなどを格納する各領域を持っている。このルートテーブルにより、ストレージ装置10の各ポートから、中継器30を中継したホスト50までの経路が管理されている。
また、複数のホスト50が同一経路上にある場合、それらをまとめてノードグループとして管理しても良い。この場合、ルートテーブルには、図5に示すように、ホスト識別子、中継段数、ハンドル1、ハンドル2、ハンドル3、ハンドル4などが格納される。この例では、ノードAとノードBで、ハンドル1の「A1」が同一セグメントの場合を示している。
(2)外部キャッシュテーブル
外部キャッシュテーブルは、図6に示すように、先頭LBA、データ長、ハンドル1、データ識別タグ、ハンドル2、データ識別タグ、最新アクセス時刻などを格納する各領域を持っている。この例では、先頭LBAが「00010000」で、データ長が「40000」のデータは、A1とB1の中継器30にキャッシュされている。また、先頭LBAが「100ABCDE」で、データ長が「12400」のデータは、B1の中継器30にのみキャッシュされている。
外部キャッシュテーブルは、図6に示すように、先頭LBA、データ長、ハンドル1、データ識別タグ、ハンドル2、データ識別タグ、最新アクセス時刻などを格納する各領域を持っている。この例では、先頭LBAが「00010000」で、データ長が「40000」のデータは、A1とB1の中継器30にキャッシュされている。また、先頭LBAが「100ABCDE」で、データ長が「12400」のデータは、B1の中継器30にのみキャッシュされている。
(3)テーブルの作成方法
まず、ストレージ装置10の各ポートと中継器30との間でリンクの確立時に、ストレージ装置10は各ポートと直接接続される中継器30を認識する。次に、ノードAのホスト50が起動時に、INQUIRYコマンド等によりストレージデバイス11のスキャンを実施する。
まず、ストレージ装置10の各ポートと中継器30との間でリンクの確立時に、ストレージ装置10は各ポートと直接接続される中継器30を認識する。次に、ノードAのホスト50が起動時に、INQUIRYコマンド等によりストレージデバイス11のスキャンを実施する。
さらに、ストレージ装置10は、初めてそのホスト50からのコマンドを受領した際に、そのコマンドに応答すると共に、上位の中継器30に当該ノードへの中継器識別子(ブリッジID、ポートID)を報告させる。そして、ストレージ装置10は、各中継器30が報告した識別子をテーブルに格納し、各識別子に任意のハンドルを割り当てる。この時、各ノード毎にストレージ装置10に近い側から昇順にハンドルを割り振ることで、中継器30の位置を含めて管理する。
なお、本機能の拡張によるロードバランス制御方式については、後述する応用例1にて説明する。またさらに、中継器30が管理する通信(リンク)コスト等の情報を利用して、通信速度の遅い部分のデータ量を軽減するように、どの中継器30にデータをキャッシュさせるかの配分を変更することも容易に可能となる。
〔中継器内のルートテーブルおよびキャッシュ管理テーブルとキャッシュ関連動作〕
図7により、中継器内のキャッシュ管理テーブルの一例を説明する。図7はキャッシュ管理テーブルの構成を示す。
図7により、中継器内のキャッシュ管理テーブルの一例を説明する。図7はキャッシュ管理テーブルの構成を示す。
(1)ルートテーブル
各中継器30は、Spanning Tree Algorithm(STA;スパニングツリーアルゴリズム)等により最初に使用するセグメント毎のネットワークパスを選択するディスカバリプロセスを実行する。LANスイッチの場合、この情報は、Bridge Protocol Data Unit(BPDU;ブリッジプロトコルデータユニット)と呼ばれる特別なネットワークフレームを使用して、すべてのスイッチの間で共有される。各スイッチは、BPDUのテーブルを保持し、継続的にそれを更新する。
各中継器30は、Spanning Tree Algorithm(STA;スパニングツリーアルゴリズム)等により最初に使用するセグメント毎のネットワークパスを選択するディスカバリプロセスを実行する。LANスイッチの場合、この情報は、Bridge Protocol Data Unit(BPDU;ブリッジプロトコルデータユニット)と呼ばれる特別なネットワークフレームを使用して、すべてのスイッチの間で共有される。各スイッチは、BPDUのテーブルを保持し、継続的にそれを更新する。
(2)キャッシュ管理テーブル
キャッシュ管理テーブルは、図7に示すように、先頭アドレス、データ長、データ識別子(データ・タグ)、デバイス識別子、最新アクセス時刻などを格納する各領域を持っている。
キャッシュ管理テーブルは、図7に示すように、先頭アドレス、データ長、データ識別子(データ・タグ)、デバイス識別子、最新アクセス時刻などを格納する各領域を持っている。
(3)中継器にキャッシュしたデータの破棄
中継器30は、以下の(a)〜(c)のような場合に、キャッシュしたデータの破棄(削除)を実行する。
中継器30は、以下の(a)〜(c)のような場合に、キャッシュしたデータの破棄(削除)を実行する。
(a)一定時間以上転送要求が無いデータ(当該データのみ、但し、キャッシュに余裕がある場合等では必ずしも実施する必要は無い)。
(b)ストレージ装置が電源断等で無応答となりルートテーブルから削除された場合(当該ストレージの全データを削除)。
(c)キャッシュ要求されたデータよりキャッシュメモリの残量が少ない場合(当該ストレージコントローラのアクセス頻度の低いデータ(複数の場合有)を削除、もしくは、アクセス頻度に応じたストレージへのキャッシュ容量配分を行う場合等において、ストレージコントローラの限定無しでアクセス頻度の低いデータ(複数の場合有)を削除)。
これらにより、キャッシュヒット効率を高める動作を行う。
(4)ストレージコントローラに割り当て可能なキャッシュ容量等の報告および容量確認要求メッセージの送出
中継器30の配下に複数のストレージコントローラ12が接続されている場合に、常に新しいキャッシュ要求に応じて他のストレージコントローラのキャッシュデータを廃棄していたのでは、かえってオーバヘッドが大きくなり、レスポンスが悪化することにもなりかねない。
中継器30の配下に複数のストレージコントローラ12が接続されている場合に、常に新しいキャッシュ要求に応じて他のストレージコントローラのキャッシュデータを廃棄していたのでは、かえってオーバヘッドが大きくなり、レスポンスが悪化することにもなりかねない。
そこで、予めストレージコントローラ12の単位で一定量のキャッシュ領域を割り当て可能な機能を有するようにしても良い。ストレージコントローラ12は、自分に割り当てられる容量を問い合わせにより把握することで、中継器30へ必要以上のキャッシュ要求を行わないように制御し、アルゴリズムを最適化させることができる。
また、配下のストレージコントローラ12が少ない場合や、電源OFF等で開放された領域により、割り当て領域に余力が生じた場合は、中継器30からストレージコントローラ12に割り当て容量の確認要求をメッセージする。すると、ストレージコントローラ12が再度、中継器30に割り当て可能容量を問い合せることで、ストレージコントローラ12側のキャッシュ制御アルゴリズムの再調整を行う。
同様に、新しいストレージコントローラ12の起動により、キャッシュ容量の新規割り当てにより、以前から接続されているストレージコントローラ12の容量を減らす必要が生じた場合も、中継器30からストレージコントローラ12に割り当て容量の確認要求をメッセージする。すると、ストレージコントローラ12が再度問い合わせると共に、領域開放に伴い削除されたキャッシュデータの識別タグ等をストレージコントローラ12からの要求に従い報告する。
また、本機能により、ストレージコントローラ12は、当該中継器30に本機能が装備されているか否かを判断する。この他にも、SMP(Switch Management Protocol)等を使用して機能の有無を確認できるようにしても良い。
〔ストレージ装置側からの中継器への処理手順(ストレージ装置−中継器連携動作)〕
<1>中継器にキャッシュさせる場合の処理
図8及び図9により、中継器にキャッシュさせる場合の処理の一例を説明する。図8及び図9はこの処理のフローを示す。なお、図8及び図9は、後述する<2>中継器にキャッシュしたデータをホストへ転送させる場合の処理も併せて示す。
<1>中継器にキャッシュさせる場合の処理
図8及び図9により、中継器にキャッシュさせる場合の処理の一例を説明する。図8及び図9はこの処理のフローを示す。なお、図8及び図9は、後述する<2>中継器にキャッシュしたデータをホストへ転送させる場合の処理も併せて示す。
この処理は、ホスト50からのデータリード時に、ストレージ装置10(ストレージコントローラ12)および中継器30の動作として実行される。
(1)ストレージコントローラ12は、ホスト50からのリード要求によるリード命令を受領する。
(2)ストレージコントローラ12は、ホスト50のルートを認識するため、ホスト50のルート上の中継器30のキャッシュテーブルを検索する。
(3)ストレージコントローラ12は、データ転送に先立ち、対象とするホスト50のルートの中継器30へ以後のデータをキャッシュするように、キャッシュ命令(データタグ、記憶バイト数等)を発行する。この際に、中継器30へのコマンドの転送は中継器30のIDを指示して行う。また例えば、データ転送は、FibreChannel等で行い、LAN等の別I/Fでコマンドを送受信する方式としても良い。また、大きなデータの場合は、一部を中継器30にキャッシュさせる指示により、自身のアクセス応答時間をカバーする。
(4)ストレージコントローラ12は、中継器30へデータを転送する。
(5)中継器30は、ホスト50に向けてデータを転送すると共に、指定されたデータをタグと関連付けてキャッシュを行う。この時のフレームヘッダ等は再利用するためのヒナ型として、部分的に記憶する。この際に、ストレージコントローラ12からのキャッシュ要求に対し、中継器30は、ストレージコントローラ12へステータスを報告する。キャッシュできた場合は、ストレージコントローラ12からのデータタグと共に中継器30が生成した識別タグをストレージコントローラ12へ報告する。
なお、キャッシュできない場合は、以下の(a),(b)の2通りのモードがある(障害時以外にも発生するケース有り)。
(a)キャッシュできなかった旨のステータスを返答する。このケースでは、データを全く記憶できなかった場合の他に、ストレージコントローラ12が要求したバイト数よりも少ないデータしか記憶できなかった場合を含む。部分的に記憶できた場合は、識別タグおよび中継器30が記憶したバイト数を含む情報を同時に報告する。この時、記憶するバイト数は、例えばブロック形式のSANストレージの場合は、ストレージコントローラ12が扱うブロック長の整数倍とするのが良い。また、ファイル形式のNASの場合は、バイト単位もしくはIPフレームのヘッダを除いたデータ長の整数倍とするのが効率的である。
(b)ストレージコントローラ12のIDに対応した旧データをクリアして、新データをキャッシュし、新データの識別タグ等および消去した旧データの識別タグ等(複数のケース有り)を報告する。ストレージコントローラ12は、中継器30がキャッシュメモリ35から消去したタグの情報を元に、当該データがキャッシュされていないことを示すため、内部テーブルから当該エントリを消去(キャッシュログの削除)する。
(6)中継器30へのキャッシュ要求が正常終了した場合、ストレージコントローラ12は、中継器30にキャッシュ要求したデータをストレージコントローラ12のキャッシュメモリ17から破棄して当該データ領域を開放し、キャッシュログ(データ識別タグ、データ長等)のみ記憶する。
(7)ストレージコントローラ12は、ホスト50に正常終了ステータスを報告する。これにより、中継器30にキャッシュさせる場合の処理は終了となる。
<2>中継器にキャッシュしたデータをホストへ転送させる場合の処理
図8及び図9により、中継器にキャッシュしたデータをホストへ転送させる場合の処理の一例を説明する。図8及び図9はこの処理のフローを示す。
図8及び図9により、中継器にキャッシュしたデータをホストへ転送させる場合の処理の一例を説明する。図8及び図9はこの処理のフローを示す。
この処理は、ホスト50からのデータリード時に、ストレージ装置10(ストレージコントローラ12)および中継器30の動作として実行される。
(1)ストレージコントローラ12は、ホスト50からのリード要求によるリード命令を受領する。
(2)ストレージコントローラ12は、ホスト50のルートを認識するため、ホスト50のルート上の中継器30のキャッシュテーブルを検索する。
(3)当該データが中継器30のキャッシュメモリ35にある場合、ストレージコントローラ12は、キャッシュデータ転送コマンド(ホストアドレス、データ識別タグ、転送バイト数等)を中継器30へ発行する。この際に、中継器30のキャッシュメモリ35に障害が発生した場合、ストレージコントローラ12からのデータ転送指示に対し、実行不可を応答することでストレージコントローラ12がデータ転送を行う他、ルート上の別の中継器30に当該データのキャッシュを指示できる。また、中継器30の電源OFF/ON等により、当該データが揮発している場合も同様に実行不可を報告するが、この場合、ストレージコントローラ12は再度、当該中継器30にストレージコントローラ12が転送するデータのキャッシュを指示できる。
(4)中継器30のキャッシュメモリ35にデータが存在する場合、中継器30は、ホスト50へデータを転送(ヘッダ部分等は一部自動生成)する。
(5)中継器30のキャッシュメモリ35に無いデータを含んでいる場合、ストレージコントローラ12は残りのデータにアクセスする((2)−(3)を同時に実行)。
(6)中継器30の全データ転送が完了した場合、中継器30は、ストレージコントローラ12にデータ転送の終了もしくは終了予告のステータスを報告する。
(7)残りのデータがある場合、中継器30が生成済のデータに続けて、ストレージコントローラ12は、残りのデータをホスト50へ転送する。
(8)ストレージコントローラ12は、ホスト50に正常終了ステータスを報告する。これにより、中継器30にキャッシュしたデータをホスト50へ転送させる場合の処理は終了となる。
<3>中継器にキャッシュしたデータを破棄させる場合(データ更新時)の処理
図10により、中継器にキャッシュしたデータを破棄させる場合(データ更新時)の処理の一例を説明する。図10はこの処理のフローを示す。なお、図10は、後述する<4>中継器にキャッシュしたデータを破棄させる場合(ストレージ起動時)の処理も併せて示す。
図10により、中継器にキャッシュしたデータを破棄させる場合(データ更新時)の処理の一例を説明する。図10はこの処理のフローを示す。なお、図10は、後述する<4>中継器にキャッシュしたデータを破棄させる場合(ストレージ起動時)の処理も併せて示す。
この処理は、ホスト50からのデータライト時に、ストレージ装置10(ストレージコントローラ12)および中継器30の動作として実行される。
(1)ストレージコントローラ12は、ホスト50からのライト要求によるライト命令を受領する。
(2)ストレージコントローラ12は、ホスト50のルートを認識するため、ホスト50のルート上の中継器30のキャッシュテーブルを検索する。
(3)当該データの旧データが中継器30のキャッシュメモリ35にある場合、ストレージコントローラ12は、当該中継器30に更新されたデータの旧データに相当するキャッシュデータの破棄(削除)を指示するため、当該データのキャッシュ領域開放コマンドを中継器30に発行する。
(4)中継器30は、キャッシュメモリ35内の当該データを削除し、当該キャッシュ領域を開放する。
(5)中継器30は、ストレージコントローラ12に当該データの削除完了ステータスを報告する。これにより、中継器30にキャッシュしたデータを破棄させる場合(データ更新時)の処理は終了となる。
<4>中継器にキャッシュしたデータを破棄させる場合(ストレージ起動時)の処理
図10により、中継器にキャッシュしたデータを破棄させる場合(ストレージ起動時)の処理の一例を説明する。図10はこの処理のフローを示す。
図10により、中継器にキャッシュしたデータを破棄させる場合(ストレージ起動時)の処理の一例を説明する。図10はこの処理のフローを示す。
この処理は、ストレージ装置の起動時に、ストレージ装置10(ストレージコントローラ12)および中継器30の動作として実行される。
(1)ストレージ装置10が起動(再起動を含む)する。この際に、キャッシュテーブルを初期化する。
(2)ストレージコントローラ12は、全ての中継器30へ自身に関するキャッシュ領域のクリアを指示するため、自身のID情報および全キャッシュ領域開放コマンドをブロードキャストする。
(3)中継器30は、キャッシュメモリ35内の当該データを全て削除し、当該キャッシュ領域を開放する。この場合、中継器30は、処理の終了を報告する必要が無いが、ストレージコントローラ12がルート上の中継器30を認識するために、中継器30から終了報告をするようにしても良い。また、ブロードキャストではなく、ホスト50がストレージコントローラ12を認識する際に、ルート上にある中継器30に個別に指示を出すようにしても良い。
これにより、中継器30にキャッシュしたデータを破棄させる場合(ストレージ起動時)の処理は終了となる。
<5>中継器にキャッシュしたデータのコンペアを指示する場合の処理
図11及び図12により、中継器にキャッシュしたデータのコンペアを指示する場合の処理の一例を説明する。図11及び図12はこの処理のフローを示す。
図11及び図12により、中継器にキャッシュしたデータのコンペアを指示する場合の処理の一例を説明する。図11及び図12はこの処理のフローを示す。
この処理は、ホスト50からのデータリード時、第1の中継器(ホスト50に近い側)、第2の中継器(ストレージ装置10に近い側)に同じデータがキャッシュされている場合に、ストレージ装置10(ストレージコントローラ12)および第1、第2の中継器30の動作として実行される。
(1)ストレージコントローラ12は、ホスト50からのリード要求によるリード命令を受領する。
(2)ストレージコントローラ12は、ホスト50のルートを認識するため、ホスト50のルート上の中継器30のキャッシュテーブルを検索する。
(3)当該データが中継器30のキャッシュメモリ35にある場合、ストレージコントローラ12は、ホストアドレス、データ識別タグ、転送バイト数、チェック先中継器ID等を第1の中継器30へ指示(コンペアチェック用)するため、当該データの検証コマンドを発行する。
(4)当該データが中継器30のキャッシュメモリ35にある場合、ストレージコントローラ12は、ホストアドレス、データ識別タグ、転送バイト数、チェック元中継器ID等を第2の中継器30へ指示(データ転送用)するため、キャッシュデータ転送コマンドを発行する。
(5)データ転送を行う第2の中継器30は、データ転送に先立って、データチェックを行う第1の中継器30に当該データの転送開始を通知する。
(6)第2の中継器30は、前述した<2>(4)以降と同様の手順に従い、当該データを転送する。
(7)第1の中継器30は、データをホスト50に中継すると共に、自己キャッシュメモリ35内のデータと比較する。
(8)チェックの結果に応じて、下記の(a),(b),(c)の動作を行う。
(a)チェックが正常な場合、第1の中継器30は、ストレージコントローラ12およびデータ転送元の第2の中継器30に正常終了ステータスを報告する。さらに、ストレージコントローラ12は、ホスト50に正常終了ステータスを報告する。
(b)チェックが不能な場合、第1の中継器30は、ストレージコントローラ12およびデータ転送元の第2の中継器30にチェック不能の異常終了ステータスを報告する。この場合、転送元の中継器30はデータ転送は行わずに、当該キャッシュデータを削除する。また、ストレージコントローラ12は、ホスト50にデータ転送を行う他、ルート上の中継器(複数)30に当該データのキャッシュを指示できる。
(c)チェックが異常な場合、第1の中継器30は、ストレージコントローラ12およびデータ転送元の第2の中継器30にチェック異常の異常終了ステータスを報告する。この場合、ホスト50へのデータは転送されてしまっているため、ストレージコントローラ12は、ホスト50へ異常終了ステータスを報告する。さらに、転送先および転送元の中継器30は当該キャッシュデータを削除する。また、ホスト50からの再実行要求に対し、ストレージコントローラ12は、データ転送を行う他、転送先および転送元の中継器30に当該データのキャッシュを指示できる。
また、上の例で、中継器30がチェック異常をストレージコントローラ12に報告する時に、チェックOKの最終フレームのデータ位置等をストレージコントローラに報告することで、異常検出した以降の残りのデータをストレージコントローラ12が転送するようにしても良い。
これにより、中継器30にキャッシュしたデータのコンペアを指示する場合の処理は終了となる。
〔本実施の形態の効果〕
(1)キャッシュヒットの場合、ストレージ装置10と中継器30との間は、中継器30への指示/応答の短いフレームを送受信するだけなので、データ転送を行う場合に比べて帯域の占有率を低減することができる。また、中継器30の転送帯域は一般的にストレージ装置10の使用帯域より広いため、ストレージ装置10の転送性能向上と同等の効果が得られる。さらに、中継器30は、決まった応答を行うだけなので、ハードウェア(回路規模)は比較的シンプルに構成することができる。
(1)キャッシュヒットの場合、ストレージ装置10と中継器30との間は、中継器30への指示/応答の短いフレームを送受信するだけなので、データ転送を行う場合に比べて帯域の占有率を低減することができる。また、中継器30の転送帯域は一般的にストレージ装置10の使用帯域より広いため、ストレージ装置10の転送性能向上と同等の効果が得られる。さらに、中継器30は、決まった応答を行うだけなので、ハードウェア(回路規模)は比較的シンプルに構成することができる。
(2)本方式により、データ転送帯域を消費せずに、ホスト50からのリード要求に対するシステム全体のレスポンスを向上できる他、ストレージ装置10側でもリード用とライト用のキャッシュメモリの使用比率をライト用に大きく振り分けて、ライト処理の性能を向上させることが可能となる。もしくは、ストレージ装置10のメモリ搭載量を少なくでき、コストダウンが可能である等のメリットがある。
(3)複数ポートを有し、複数ホスト50からの処理を実行するような用途では、ホスト毎の経路に当該中継器30を設置することで、経路別のホスト毎に必要なデータがキャッシュされるため、さらなるレスポンスの向上が期待できる。
(4)さらに、経路上の複数の中継器30に同一のデータをキャッシュさせておくことで、ホスト50に近い側の中継器30にデータのコンペアチェックを指示し、下位側の中継器30からのデータをチェックすることで、データの信頼性の向上が図れる。
(5)また、中継器30にバッテリ32を搭載してUPS内蔵とすることで、停電時でもUPS接続されたホスト50からのシャットダウン処理を適切に中継することが可能である。また、独自にストレージ装置10へのデステージ要求発信も可能となる。
《応用例1》
本応用例は、前述した実施の形態のテーブルの作成方法に従い、ストレージ装置内にルートテーブルを作成する時に、以後に記述する手順及び中継器への機能の実装により、自動的なロードバランス制御手段を実現する例である。
本応用例は、前述した実施の形態のテーブルの作成方法に従い、ストレージ装置内にルートテーブルを作成する時に、以後に記述する手順及び中継器への機能の実装により、自動的なロードバランス制御手段を実現する例である。
図13により、本応用例におけるストレージネットワークシステムのモデルの一例を説明する。図13は、本応用例のストレージネットワークシステムのモデルを示す。
本応用例におけるストレージネットワークシステムのモデルは、ディスクアレイ装置等からなるストレージ装置10と、このストレージ装置10に対するホストからのデータの書き込み要求および読み出し要求を中継する8台の中継器A〜H(30)と、この中継器30に接続される情報処理装置等からなる6台のホストA〜F(50)から構成される。
図14により、自動的なロードバランス制御を実現する場合の処理の一例を説明する。図14は、この処理のフローを示す。
(1)前記実施の形態のテーブルの作成方法に従い、ストレージ装置10は、ノードAのホスト50の経路上にある中継器30を認識する。
(2)この時に、ストレージ装置10の当該ポートの代替ポート(サブポート)が設定されている場合、ストレージ装置10は、サブポートを使用してノードAの経路上の中継器30を検索し、例えば当該ポートとサブポートの分岐点に該当する中継器Bを特定する。すなわち、図13において、中継器Eに、中継器A,B,Dの位置(ポート)及び距離(中継器段数)を問い合わせる。
(3)ストレージ装置10は、中継器Bに対し、当該ポートへの転送負荷が一定量以上の場合に、サブポートへデータの振り分け許可を設定する。
例えば、ホスト50側からのライト負荷過大時に、中継器30側がロードバランスを制御する場合は次のようになる。中継器Bは、ストレージ装置10の当該ポートへ到るポートXのデータ転送負荷がストレージ装置10により設定された数値を上回るか、もしくは上回ることが予測された場合、データの一部をストレージ装置10のサブポートへ到るポートYに出力し、ポートXの転送負荷を一定以下に保つように制御を行う。
(4)例えば、ホスト50側からのリード負荷過大時に、ストレージ装置10側がロードバランスを制御する場合は次のようになる。ストレージ装置10の当該ポートのデータ転送負荷がストレージ装置10の内部に設定された数値を上回るか、もしくは上回ることが予測された場合、ストレージ装置10は、データの一部をストレージ装置10のサブポート側に出力し、当該ポートの転送負荷を一定以下に保つように制御を行う。また、中継器Aおよび中継器Eは、各ポートのデータを目的のノードへ中継する(通常動作)。
以上により、本応用例の効果としては、ブリッジID等で中継器30およびポートを認識して、ホスト50のプログラム等のサポート不要で、自動的なロードバランス制御を実現することができる。
《応用例2》
本応用例は、中継器をバックエンドに配置し、かつ中継器に搭載のメモリを大容量化してストレージコントローラのキャッシュメモリや共用メモリとして使用し、ストレージコントローラ上のキャッシュメモリ等を廃止した構成の例である。
本応用例は、中継器をバックエンドに配置し、かつ中継器に搭載のメモリを大容量化してストレージコントローラのキャッシュメモリや共用メモリとして使用し、ストレージコントローラ上のキャッシュメモリ等を廃止した構成の例である。
図15により、本応用例におけるストレージネットワークシステムにおいて、ブレード型システムへの実装の一例を説明する。図15は、ブレード型システムへの実装の外観を示す。
ブレード型システムへの実装では、筐体に、上段から順に、ストレージコントローラユニット、バックエンド用中継器、ストレージデバイスユニット、フロントエンド用中継器が配置されている。また、後面には電源ユニットが配置されている。
このシステムでは、電源ON中のメモリ増設が容易、あるいは筐体の増設に応じて必要なキャッシュメモリを増設することが可能である。また、ディスク制御部と連携することでスループットの最適化等のチューニングが容易に行える。
図16により、本応用例におけるストレージネットワークシステムの一例を説明する。図16は、ストレージネットワークシステムの機能ブロックを示す。
本応用例のストレージネットワークシステムは、ディスクアレイ装置等からなるストレージ装置10aと、このストレージ装置10aに対するホストからのデータの書き込み要求および読み出し要求を中継し、ホスト側に配置された2台のフロントエンド用(F.E)の中継器A,B(30)と、ストレージ装置側に配置された4台のバックエンド用(B.E)の中継器C〜F(40)と、中継器30に接続される情報処理装置等からなる4台のホストA〜D(50)から構成される。
バックエンド用の中継器40は、SAS I/Fとメモリ用シリアルI/F(PCI Express)の2種類の異なるインタフェースをそれぞれ独立したスイッチ機能で制御する。この中継器40も、前述した中継器30とほぼ同様の構成(後述する図17、図18)となっている。ただし、このバックエンド用の中継器40のキャッシュメモリ45は、ストレージ装置10aのキャッシュメモリとしても使用する。さらに、キャッシュメモリ45と共有メモリ46とは運用上分離されているが、ハードウェア的に独立させる必要はない。また、バックエンド用の中継器40のAC/DC電源41は、ストレージ装置10a内で共用されている。
フロントエンド用の中継器30は、前述した中継器30と構成及び動作が同じなので、ここでの説明は省略する。
本システムにおいて、他系への通知は、PCI Expressのメッセージトランザクション機能を使用して他系へメモリの書き換え等を通知する。なお、PCI−ExpressとSASの変換は行わない(キャッシュメモリは共用するが独立した2種類のスイッチとして動作)。
また、キャッシュメモリ等の2重化部への書き込みは、中継器40のデバイス識別子を付けたヘッダを付加し、中継器40側が2重書きを実行する。すなわち、フラグ指定子、自系デバイスの中継器ID及びアドレス指定子と、他系デバイスの中継器ID及びアドレス指定子、さらにデータ長等により構成されるヘッダ情報及びデータによりフレームを構成する。これで、データ転送が1回で済むことにより、さらなるトラフィック軽減が可能である。もしくは、自系と他系の中継器40でマルチキャストグループを作成し、データをマルチキャストするようにしても良い。
キャッシュリード時は、前述の実施の形態のように、他系の中継器側にデータ転送を指示し、自系の中継器が経由する際に自系の中継器側がデータ検証するか、もしくは他系の中継器に当該データの検証コードのみを転送させ、自系の中継器が転送するデータの検証をデータコントローラ側で行うようにすることで、データ転送量を大きく増加させること無く、使用帯域の低減と高信頼性の両立が可能である。
図17、図18により、バックエンド用中継器の構成の一例を説明する。図17及び図18はバックエンド用中継器の内部ブロックを示し、図17は1CPU構成の例、図18は2CPU構成の例である。
図17に示すように、1CPU構成のバックエンド用の中継器40は、バッテリ42、CPU43、データコントローラ44、キャッシュメモリ45、およびメモリ46を共通にして、データコントローラ44にSASエクスパンダ(Switch)部のダイレクタ(SASインタフェース用)47aとPCI−Express Switch部のダイレクタ(PCI−Express用)47bとが接続されている。また、キャッシュメモリ45は、一部を共有メモリとして使用し、ルートテーブル等の各種テーブル45aを備えている。
図18に示すように、2CPU構成のバックエンド用の中継器40は、1CPU構成に対して、SASエクスパンダ(Switch)部とPCI−Express Switch部とのそれぞれに、CPU43、データコントローラ44、メモリ46が備えられている。この構成では、SASエクスパンダ部とPCI−Express Switch部は完全に独立したハードウェアにより構成される。
なお、データコントローラ44にプロトコル変換部(I/F変換機能)を実装し、PCI−ExpressをLANに変更すると、後述する〔応用例3〕の中継器となる。
図19及び図20により、ストレージデバイスのディスク(HDD)へのデータライト時の処理の一例を説明する。図19及び図20はこの処理のフローを示す。
この処理は、データライト時に、ストレージ装置10aおよび中継器40の動作として実行される。
(1)ストレージ装置10aは、ホスト50からのライト命令を受領する。
(2)チャネル制御部13は、データコントローラ15にライト命令の受領及び転送データ長を通知する。
(3)受領するライトデータは、新規データであり、かつ中継器40のキャッシュメモリ45に充分な空き領域がある場合、データコントローラ15は、データを格納するための中継器40のキャッシュ領域を決定する。
(4)データコントローラ15は、データのキャッシュコマンドを両系の中継器40に発行し、他系のデータコントローラ15へメッセージトランザクションにより通知する。
(5)チャネル制御部13は、データコントローラ15を介して、両系の中継器40へライトデータを転送する。この際に、パリティデータを使用の場合、データコントローラ15は、パリティを生成し、両系の中継器40へ同様に転送する。
(6)データコントローラ15は、ディスク制御部14へディスクへの書込を指示すると共に、中継器40へ当該ディスクへのデータ転送を指示する。
(7)ディスク制御部14は、ディスクへライトコマンドを発行する。この際に、中継器40は、当該ディスクへ命令を中継し、続いて当該ディスク装置に対してライトデータを送出する。
(8)データ転送処理の終了後、中継器40のCPU43は、データコントローラ15へステータスを報告する。
(9)そして、正常終了の場合、ディスク装置は、データを記録し、ステータスを報告する。この際に、中継器40は、ディスク制御部14へステータスを中継する。さらに、ディスク制御部14は、データコントローラ15へ実行終了を報告する。そして、正常終了の場合、ディスクへのデータライト時の処理は終了となる。
(10)また、受領するライトデータは、新規データでないか、もしくは中継器40のキャッシュメモリ45に充分な空き領域がない場合、データコントローラ15は、不要な中継器40のキャッシュ領域開放コマンドを両系の中継器40に発行すると共に、他系のデータコントローラ15へメッセージトランザクションにより通知する。さらに、中継器40のCPU43は、当該キャッシュ領域を開放し、データコントローラ15へステータスを報告する。
(11)また、中継器40のCPU43が当該キャッシュ領域を開放した後、正常終了でない場合、データコントローラ15は、他系のデータコントローラ15へメッセージトランザクションにより通知する。さらに、ストレージコントローラ12のCPU16は、当該中継器40に対するエラー処理を実施する。これにより、処理は終了となる。
図21及び図22により、ストレージデバイスのディスク(HDD)からのデータリード時の処理の一例を説明する。図21及び図22はこの処理のフローを示す。
この処理は、データリード時に、ストレージ装置10aおよび中継器40の動作として実行される。
(1)ストレージ装置10aは、ホスト50からのリード命令を受領する。
(2)チャネル制御部13は、データコントローラ15にリード命令の受領及び転送データ長を通知する。
(3)そして、中継器40のキャッシュメモリ45に当該データが全く存在しないか、当該データの一部がある場合で、キャッシュ済データ以外の部分の読み出しを行う場合、データコントローラ15は、ディスク制御部14へディスクからの読出しを指示すると共に、両中継器40へ当該データのキャッシュ命令を発行する。
(4)ディスク装置は、データを転送する。すると、当該ポートの中継器40は、ディスク制御部14及び他系の中継器40へデータを転送すると共に、当該データのキャッシュを行う。さらに、チャネル制御部13は、ホスト50へデータを転送する。
(5)さらに、全データの転送が完了した場合、各中継器40のCPU43は、データコントローラ15へステータスを報告する。
(6)そして、正常終了の場合、データコントローラ15は、他系のデータコントローラ15へメッセージトランザクションによりキャッシュが更新されたことを通知する。これにより、ディスクからのデータリード時の処理は終了となる。
(7)また、中継器40のキャッシュメモリ45に完全な当該データがある場合の読み出し、あるいは、当該データの一部がある場合で、キャッシュ済データ部分の読み出しである場合、データコントローラ15は、他系の中継器40にキャッシュデータ転送コマンドを、自系の中継器40に当該データの検証コマンドをそれぞれ発行する。
(8)他系の中継器40は、自系の中継器40にデータを転送し、この自系の中継器40はキャッシュメモリ45内の当該データと比較する。この比較により、データが一致した場合、自系の中継器40は、データコントローラ15へデータを中継し、このデータコントローラ15はチャネル制御部13にデータを転送する。そして、チャネル制御部13は、ホスト50へデータを転送する。
(9)さらに、全データの転送が完了した場合、各中継器40のCPU43は、データコントローラ15へステータスを報告する。
(10)そして、正常終了の場合、処理を終了する。また、データ検証が異常終了した場合は、データコントローラ15は他系のデータコントローラ15へメッセージトランザクションにより異常発生を通知する。そして、CPU16は、当該中継器40に対するエラー処理を実施する。これにより、処理は終了となる。
以上のように、ストレージ装置10aのディスク制御部14は、データ転送から開放され、コマンドの多重化が容易となり、帯域の有効利用が図れるようになる。
《応用例3》
本応用例は、前記応用例2では独立していた2系統のインタフェースを変換機能により相互にデータの乗り入れができるように、バックエンド用中継器にプロトコル変換部を実装した例である。
本応用例は、前記応用例2では独立していた2系統のインタフェースを変換機能により相互にデータの乗り入れができるように、バックエンド用中継器にプロトコル変換部を実装した例である。
図23により、本応用例におけるストレージネットワークシステムの一例を説明する。図23は、ストレージネットワークシステムの機能ブロックを示す。
本応用例のストレージネットワークシステムは、ディスクアレイ装置等からなるストレージ装置10bと、このストレージ装置10bに対するホストからのデータの書き込み要求および読み出し要求を中継し、ホスト側に配置された3台のフロントエンド用(F.E)の中継器A〜C(30)と、ストレージ装置側に配置された4台のバックエンド用(B.E)の中継器D〜G(40a)と、中継器30に接続される情報処理装置等からなる4台のホストA〜D(50)から構成される。
バックエンド用の中継器40aは、I/F変換機能としてのプロトコル変換部48を持つ。このプロトコル変換部48を除き、前述したバックエンド用の中継器40と構成及び動作が同じなので、ここでの説明は省略する。また、フロントエンド用の中継器30も、前述したフロントエンド用の中継器30と構成及び動作が同じなので、ここでの説明は省略する。
一般的に、キャッシュメモリの容量が同じ場合に、ストレージのデータ容量が増大するとキャッシュヒット率は低下するという問題があるが、本応用例では、前記応用例2と同様、HDDの増設筐体単位にキャッシュメモリの増設を行うため、キャッシュメモリ容量/データ容量の比率を一定にすることが可能なため、キャッシュヒット率の低下を防止できる。
また、従来のFCループをバックエンドに採用する方式では、増設筐体は直列接続のみ可能であったが、本方式では、さらに増設筐体の並列配置が可能となり、従来は不可能であった増設筐体単位のホットスワップや切り離し保守等が可能となる。なお、最後以外の増設筐体も電源ON中に交換することが可能となる等のメリットもある。また、直列接続に比べ、経由パスが少なくなるので、転送帯域の有効利用が可能となる。その他、装置レイアウトの自由度が大きい。なお、SAS等のNearLine StorageをWANのような構成で接続することも可能である。
また、本応用例では、異種インターフェース(LAN−FC)間のプロトコル変換を低負荷で行うための工夫も施されており、以下において説明する。
図24により、他のシリアルデータ転送プロトコルとの変換を容易にするためのメカニズムの一例を説明する。図24は、FC→LAN変換のメカニズムを示す。
ストレージ装置用のシリアルI/FであるファイバチャネルやSAS等に広く使用されている10b(ビット)−8b変換を使用する方式においては、特にプロトコル変換の必要は無く、相互のプロトコルを通過させること、及び各プロトコルヘッダの識別子を解析して適切なポートに配信する程度で良い。しかし、LANの場合は、1000BASE−FX等の光通信インタフェース以外は前述の10b−8b変換を使用していないものが多いため、そのままでは大掛かりなプロトコル変換が必要であり、回路規模の増大による複雑化やコスト増大要因となってしまう。
そこで、本方式では、図24に示すように、10b−8b非対応のLANに存在しない制御コード(Kxx.x)付のオーダードセットの送受信を、MACアドレス等の識別子を変更(+1する等)して、データ(例えばDxx.xに相当)として送出する。
なお、初期状態における各ポートとデバイス/他の中継器とのデータリンクの確立は、従来方式にて行う。例えば、Idleフレームやその応答のR_RDYはFC側リンクのみで行い、LAN側には出力しない。
これにより、例えばLANのネットワーク速度の方がSAS等の速度より高速な場合には、変換のオーバヘッドやフレーム分割によるデータ量の増加分を相殺できる上、変換後は相手側のPhy層データとなるため、相手側のプロトコルをあまり意識せずに変換が可能となる。例えば、タイミング的に重要な部分の調節を行う程度で良い。もちろん、一般的な方式によるプロトコル変換を行っても、前記の構成を構築することは可能である。
図25により、FC→LAN変換の処理の一例を説明する。図25は、FC→LAN変換の処理のフローを示す。なお、LAN→FCへは本変換の逆変換により行う。
この処理は、FCフレームの受領時に、中継器40a内のプロトコル変換部48の動作として実行される。
(1)中継器40aは、FCフレームを受領する。
(2)プロトコル変換部48は、宛先アドレス抽出などによるフレームヘッダを解析する。そして、プロトコル変換部48は、宛先アドレスのルートテーブルを検索する。
(3)そして、LANポート出力の場合で、オーダードセットが(Kxx.x)を含む場合、プロトコル変換部48は、(Kxx.x)をD(xx.x)のコードに変換し、指定のLANポートに第2のMACアドレスのフレームとして出力する。そして、フレーム変換が完了した場合は、FC→LAN変換の処理は終了となる。
(4)また、LANポート出力でない場合、プロトコル変換部48は、指定のFCポートにフレームを出力する。これにより、処理は終了となる。
(5)また、オーダードセットが(Kxx.x)を含まない場合、プロトコル変換部48は、第1のMACアドレス用フレームとして蓄積する。
(6)そして、フレーム変換が完了した場合、プロトコル変換部48は、指定のLANポートに第1のMACアドレスのフレームとして出力する。これにより、処理は終了となる。
(7)また、フレーム変換が完了していない場合、プロトコル変換部48は、次のオーダードセットが(Kxx.x)を含むか否かを判定する。この判定の結果、(Kxx.x)を含む場合、プロトコル変換部48は、指定のLANポートに第1のMACアドレスのフレームとして出力する。そして、プロトコル変換部48は、フレーム変換が完了していない場合、あるいは、次のオーダードセットが(Kxx.x)を含まない場合も含めて、ポインタを次のオーダードセットへ移動し、処理を繰り返す。
以上により、2系統のインタフェースに関して、プロトコル変換部48による変換機能により相互にデータの乗り入れができるようになる。
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
本発明は、ストレージネットワークシステムに関し、特に、ホストとストレージ装置との間に中継器を有するネットワークシステムに適用して有効であり、さらに、NASにおいてはネットワークスイッチおよびルータ、SANにおいてはファイバチャネルスイッチ、SASエクスパンダ等のネットワーク中継器に広く応用可能である。
10,10a,10b…ストレージ装置、11…ストレージデバイス、12…ストレージコントローラ、13…チャネル制御部、14…ディスク制御部、15…データコントローラ、16…CPU、17…キャッシュメモリ、17a…テーブル、18…メモリ、30…中継器(F.E)、31…AC/DC電源、32…バッテリ、33…CPU、34…データコントローラ、35…キャッシュメモリ、35a…テーブル、36…メモリ、37…ダイレクタ、40,40a…中継器(B.E)、41…AC/DC電源、42…バッテリ、43…CPU、44…データコントローラ、45…キャッシュメモリ、45a…テーブル、46…メモリ、47a,47b…ダイレクタ、48…プロトコル変換部、50…ホスト。
Claims (23)
- データを記憶するストレージデバイスと、前記ストレージデバイスに対するデータの書き込みおよび読み出しを制御するストレージコントローラとを有するストレージ装置と、
前記ストレージ装置に対する上位装置からのデータの書き込み要求および読み出し要求を中継する中継器とを有し、
前記中継器は、前記ストレージデバイスからの読み出しデータを記憶するキャッシュメモリを内蔵し、
前記ストレージ装置は、前記上位装置からのデータの読み出し要求を受領した際に、前記中継器のキャッシュメモリに当該データを記憶する指示を付加して当該データを送出する処理と、再度、同じデータへの読み出し要求があった場合は、前記中継器へ、指定された上位装置に当該データを送出するように指示する処理とを実行し、
前記中継器は、前記指定された上位装置に、自身のキャッシュメモリに記憶された当該データを送出する処理を実行する、ことを特徴とするストレージネットワークシステム。 - 請求項1記載のストレージネットワークシステムにおいて、
前記中継器は、電源入力断時に電圧を供給するバッテリを内蔵する、ことを特徴とするストレージネットワークシステム。 - 請求項1記載のストレージネットワークシステムにおいて、
前記中継器は、当該データを記憶する際に、当該データのうちの一部分を記憶する処理を実行し、
前記ストレージ装置は、前記中継器が当該データの一部分を前記指定された上位装置へ転送している間に、前記ストレージデバイスへ当該データの残りのデータにアクセスする処理を実行する、ことを特徴とするストレージネットワークシステム。 - 請求項1記載のストレージネットワークシステムにおいて、
前記中継器は、複数からなり、
前記ストレージ装置と前記上位装置との間には、各中継器が複数経路で配置されている、ことを特徴とするストレージネットワークシステム。 - 請求項4記載のストレージネットワークシステムにおいて、
前記ストレージ装置は、前記中継器への命令を発行する為に、前記中継器を選択する手段と、前記中継器の位置情報を管理する為のテーブルとを備える、ことを特徴とするストレージネットワークシステム。 - 請求項4記載のストレージネットワークシステムにおいて、
前記複数経路の各中継器のそれぞれは、異なるデータを記憶する処理を実行する、ことを特徴とするストレージネットワークシステム。 - 請求項6記載のストレージネットワークシステムにおいて、
前記各中継器は、当該データを記憶する際に、当該データのうちの一部分を記憶する処理を実行し、
前記ストレージ装置は、前記各中継器が当該データの一部分を前記指定された上位装置へ転送している間に、前記ストレージデバイスへ当該データの残りのデータにアクセスする処理を実行する、ことを特徴とするストレージネットワークシステム。 - 請求項4記載のストレージネットワークシステムにおいて、
前記複数経路内の同一系路上にある複数の中継器に、特定の同じデータを記憶する処理を実行する、ことを特徴とするストレージネットワークシステム。 - 請求項8記載のストレージネットワークシステムにおいて、
前記ストレージコントローラの指示により指定された第1の中継器が第2の中継器へデータを転送し、前記第2の中継器がデータを検証する、ことを特徴とするストレージネットワークシステム。 - 請求項9記載のストレージネットワークシステムにおいて、
前記各中継器は、当該データを記憶する際に、当該データのうちの一部分を記憶する処理を実行し、
前記ストレージ装置は、前記各中継器が当該データの一部分を前記指定された上位装置へ転送している間に、前記ストレージデバイスへ当該データの残りのデータにアクセスする処理を実行する、ことを特徴とするストレージネットワークシステム。 - 請求項4記載のストレージネットワークシステムにおいて、
前記各中継器は、特定のデータに一定時間以上転送要求が無い場合、前記ストレージ装置がルートテーブルから削除された場合、キャッシュ要求されたデータよりキャッシュメモリの残量が少ない場合、およびデータ検証時における異常を検出した場合のいずれかの場合に、キャッシュしたデータを破棄する処理を実行する、ことを特徴とするストレージネットワークシステム。 - 請求項4記載のストレージネットワークシステムにおいて、
前記各中継器は、前記ストレージ装置の指示により、キャッシュしたデータを破棄する処理を実行する、ことを特徴とするストレージネットワークシステム。 - 請求項4記載のストレージネットワークシステムにおいて、
前記各中継器は、予め前記ストレージコントローラの単位で一定量のキャッシュ領域の割り当てを行い、
前記ストレージコントローラは、自身に割り当てられた容量を問い合わせにより把握し、前記各中継器へ、前記割り当てられた容量以上のキャッシュ要求を行わないように制御する、ことを特徴とするストレージネットワークシステム。 - 請求項4記載のストレージネットワークシステムにおいて、
前記各中継器は、キャッシュしたデータの削除によりキャッシュ領域の割り当て可能領域に一定以上の変化が生じた場合に、前記ストレージコントローラにメッセージを送出する処理を行い、
前記ストレージコントローラは、前記メッセージの受領を契機として再度自身に割り当てられた容量を問い合わせにより把握する処理を行う、ことを特徴とするストレージネットワークシステム。 - 請求項4記載のストレージネットワークシステムにおいて、
前記ストレージ装置は、前記各中継器に対して、第1のポートを選択し、前記第1のポートへのデータ転送負荷が一定量以上の場合に、前記第1のポートと対応する第2のポートへデータの振り分け許可を設定する、ことを特徴とするストレージネットワークシステム。 - 請求項4記載のストレージネットワークシステムにおいて、
前記各中継器は、第1のポートへのデータ転送負荷が前記ストレージ装置により設定された閾値以上の場合に、前記第1のポートと対応する第2のポートへ、前記データの一部を出力するように自動制御する、ことを特徴とするストレージネットワークシステム。 - 請求項4記載のストレージネットワークシステムにおいて、
前記複数の中継器のうち、第3の中継器は、2種類以上の異なるインタフェースをそれぞれ独立したスイッチ機能で制御し、また前記第3の中継器に搭載されるキャッシュメモリへは前記異なるインタフェースのそれぞれからアクセス可能である、ことを特徴とするストレージネットワークシステム。 - 請求項17記載のストレージネットワークシステムにおいて、
前記第3の中継器は、前記ストレージ装置のバックエンド側に配置され、前記ストレージ装置内のデバイスと接続される、ことを特徴とするストレージネットワークシステム。 - 請求項17記載のストレージネットワークシステムにおいて、
前記第3の中継器は、前記ストレージコントローラの指示により指定された複数のデバイスへの2つ以上の複製データを転送する、ことを特徴とするストレージネットワークシステム。 - 請求項18記載のストレージネットワークシステムにおいて、
前記第3の中継器は、複数からなり、
前記複数の第3の中継器のうち、前記ストレージコントローラの指示により指定された一方の中継器が冗長化されている別系の中継器へデータを転送し、前記別系の中継器がデータを検証する、ことを特徴とするストレージネットワークシステム。 - 請求項17記載のストレージネットワークシステムにおいて、
前記第3の中継器は、複数からなり、
前記複数の第3の中継器のうち、第4の中継器は、2種類以上の異なるインタフェース間の変換を行うプロトコル変換部を有し、前記異なるインタフェース間で相互にデータの乗り入れを実行する、ことを特徴とするストレージネットワークシステム。 - 請求項21記載のストレージネットワークシステムにおいて、
前記プロトコル変換部は、制御コード付のオーダードセットの送受信を、識別子を変更して、データとして送出する、ことを特徴とするストレージネットワークシステム。 - データを記憶するストレージデバイスと、前記ストレージデバイスに対するデータの書き込みおよび読み出しを制御するストレージコントローラとを有するストレージ装置と、
前記ストレージ装置に対する上位装置からのデータの書き込み要求および読み出し要求を中継する複数の中継器とを有し、
前記複数の中継器のそれぞれは、前記ストレージデバイスからの読み出しデータを記憶するキャッシュメモリを内蔵し、
前記ストレージ装置は、前記上位装置からのデータの読み出し要求を受領した際に、前記中継器のキャッシュメモリに当該データを記憶する指示を付加して当該データを送出する処理と、再度、同じデータへの読み出し要求があった場合は、前記中継器へ、指定された上位装置に当該データを送出するように指示する処理とを実行し、
前記中継器は、前記指定された上位装置に、自身のキャッシュメモリに記憶された当該データを送出する処理を実行するものであり、
前記中継器は、当該データを記憶する際に、当該データのうちの一部分を記憶する処理を実行し、
前記ストレージ装置は、前記中継器が当該データの一部分を前記指定された上位装置へ転送している間に、前記ストレージデバイスへ当該データの残りのデータにアクセスする処理を実行し、
前記ストレージ装置と前記中継器との間は、指示および応答の短いフレームを送受信する、ことを特徴とするストレージネットワークシステム。
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Legal Events
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A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20080110 |
|
A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20090601 |