JP4454342B2 - ストレージシステム及びストレージシステムの制御方法 - Google Patents

ストレージシステム及びストレージシステムの制御方法 Download PDF

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Description

本発明は、ストレージシステム及びストレージシステムの制御方法に関する。
ストレージシステムは、大容量の記憶装置を用いて、多数のホストコンピュータにストレージサービスを提供することができる。大容量の記憶装置としては、例えば、アレイ状に配設された多数のディスクドライブを、RAID（Redundant Array of Independent Inexpensive Disks）に基づいて運用するディスクアレイ装置が知られている。
ストレージシステムは、高可用性等を実現するために、スナップショット作成機能を提供する。スナップショットとは、スナップショット作成時点における静止化されたデータイメージを言う。スナップショットは、ボリュームスナップショットと差分スナップショットとに大別することができる。
ボリュームスナップショットとは、主ボリュームと副ボリュームとでそれぞれ同一のデータを保持させて、データを二重化（ミラーリング）することによりスナップショットを得る技術である（特許文献１）。スナップショットを取得するときは、主ボリュームと副ボリュームとの結合を解除（スプリット）し、主ボリュームから切り離された副ボリュームをスナップショットして使用する。副ボリュームは、スナップショット作成時点における主ボリュームのコピーである。副ボリュームを用いてバックアップすることにより、バックアップ処理中でも、主ボリュームを用いてストレージサービスを提供できる。バックアップ完了後には、スプリット期間中に主ボリュームで更新されたデータを、副ボリュームに反映させ、再び二重化を開始させる。
差分スナップショットとは、主ボリューム上の変更箇所に関する情報を管理することにより、ある時点におけるスナップショットを実現するものである。例えば、主ボリュームに記憶されているデータを更新する場合、更新前のデータ（旧データ）を差分ボリュームに退避させた後で、新しいデータを主ボリュームに書き込む。そして、データの更新箇所や退避先等に関する管理情報をテーブル等により管理する。これにより、ある特定の時点におけるデータ構成を複数の世代（複数時点）にわたって管理することができる。
特開２００２−３７３０９３号公報
ある時点におけるボリュームの全体をコピーするボリュームスナップショットでは、ユーザが所望する時点に作成されたボリュームスナップショットを利用することにより、その時点におけるデータ群を直ちに利用することができる。また、ボリュームスナップショットでは、ボリューム全体をコピーしているので、ディスク障害等への耐性も高い。しかし、ボリュームスナップショットは、コピー元のボリュームと同量のボリュームを必要とする。従って、スナップショット対象のボリューム数や世代数が増加するほど、大量のボリュームを必要とする。大量のボリュームを必要とするため、スナップショットを取得可能な世代数も比較的少ない。
これに対し、差分スナップショットでは、更新された箇所に関する情報のみを別途取り出して管理するため、ボリュームスナップショットに比べて、スナップショット作成に必要なボリューム容量を小さくすることができる。また、差分スナップショットでは、変更箇所に関する情報を抽出して管理するため、ボリュームスナップショットに比べて、速やかにスナップショットを得ることができる。しかし、差分スナップショットでは、例えば、ディスクの二重障害等によって差分データが失われたりすると、その時点で、そのスナップショットも失われてしまう。従って、ボリュームスナップショットに比べて、差分スナップショットは耐障害性が低い。ここで、ディスクの二重障害とは、RAIDグループを構成するディスク群で複数の障害が同時に発生することをいう。さらに、差分ボリュームの容量は比較的小さく設定されるため、差分ボリュームの容量を超えて差分スナップショットが作成される可能性がある。この場合、新たな差分スナップショットによって過去の差分スナップショットが上書きされてしまい、過去に取得された差分スナップショットが失われる。
そこで、本発明の一つの目的は、より少ない記憶資源を用いて、データの世代管理を高い信頼性で実現可能なストレージシステム及びストレージシステムの制御方法を提供することにある。本発明の一つの目的は、より多くの世代でデータを管理可能なストレージシステム及びストレージシステムの制御方法を提供することにある。本発明の他の目的は、後述する実施の形態の記載から明らかになるであろう。
上記課題を解決すべく、本発明に従うストレージシステムは、上位装置により更新または参照されるデータを記憶するための第１のボリュームと、第１のボリュームの変更状態を示す情報を記憶するための第１の変更状態管理用ボリュームと、第１のボリュームに対応付けられる第２のボリュームと、第１の変更状態管理用ボリュームに対応付けられる第２の変更状態管理用ボリュームと、第１のボリュームと第２のボリューム、第１の変更状態管理用ボリュームと第２の変更状態管理用ボリュームの記憶内容をそれぞれ同期させる同期処理を行うボリューム同期部と、を備えている。
ボリュームの変更状態とは、例えば、ボリュームに記憶されているデータの変更状態を意味し、第１，第２の変更状態管理用ボリュームには、例えば、更新前のデータ及びそのデータの元の記憶先アドレス等に関する情報を記憶させることができる。ボリューム同期部は、第１，第２のボリュームの記憶内容を同期させ、また、第１，第２の変更状態管理用ボリュームの記憶内容を同期させる。第１，第２のボリュームを同期させることにより、ある時点における静止化されたデータイメージをボリューム全体で取得可能である。また、第１の変更状態管理用ボリュームにより、第１のボリュームの変更部分のみを管理することができる。そして、第１の変更状態管理用ボリュームと第２の変更状態管理用ボリュームとを同期させることにより、変更状態に関する情報を二重化することができ、信頼性を高めることができる。
第１の変更状態管理用ボリュームの利用状態が予め設定された状態に達した場合、ボリューム同期部による同期処理を行わせ、第１の変更状態管理用ボリュームを初期化させる制御部をさらに備えることができる。
そして、例えば、第１の変更状態管理用ボリュームの利用状態として、第１の変更状態管理用ボリュームの利用率を、予め設定された状態として、予め設定された所定値を挙げることができる。利用率に代えて、利用容量等の他のパラメータを用いてもよい。
第１のボリューム及び第１の変更状態管理用ボリュームと、第２のボリューム及び第２の変更状態管理用ボリュームとを、第１，第２のボリューム等と呼ぶ。第１，第２のボリュームの運用方法としては、常時同期させておく同期運用と、常時スプリットさせておくスプリット運用とが考えられる。第１の変更状態管理用ボリュームの利用状態が予め設定された状態に達した場合（所定タイミングに達した場合）、第１，第２のボリューム等がスプリット運用されているときは、第１のボリュームと第２のボリューム、及び第１の変更状態管理用ボリュームと第２の変更状態管理用ボリュームをそれぞれ同期させる。一方、第１，第２のボリューム等が既に同期して運用されているときは、その時点で同期処理は完了しているので、あえて同期処理を実行させる必要はない。
制御部は、第１，第２のボリューム等を同期させた後で、第１の変更状態管理用ボリュームを初期化させる。これにより、第１の変更状態管理用ボリュームには、第１のボリュームに関する新たな変更に関する情報を記憶させることができる。初期化前に第１の変更状態管理用ボリュームに記憶されていた情報は、第２の変更状態管理用ボリュームに記憶されている。このように、第１の変更状態管理用ボリュームの利用状態が予め設定された状態に達した場合は、第１の変更状態管理用ボリュームの記憶内容を第２の変更状態管理用ボリュームに移してから、第１の変更状態管理用ボリュームを初期化して新たな情報を記憶させる。またこれと略同時に、第１のボリュームの記憶内容を第２のボリュームに移すことができる。従って、所定タイミングに達した場合、その時点におけるボリューム全体のコピーと、その時点までの変更に関する情報のコピーとの両方を取得することができ、さらに、第１の変更状態管理用ボリュームを初期化して再使用し、記憶内容の変更状態に基づいてより多くの世代でデータを管理することができる。
例えば、同期運用を前提とする場合、制御部は、通常の場合はボリューム同期部による同期処理を行わせ、第１の変更状態管理用ボリュームの利用状態が予め設定された状態に達した場合、同期処理を停止させて第１の変更状態管理用ボリュームを初期化させる。
制御部は、同期処理が完了した場合に、第２のボリューム及び第２の変更状態管理用ボリュームの記憶内容をバックアップ記憶部にバックアップさせることができる。より詳しくは、第１，第２のボリューム等を同期させた後で、第１，第２のボリューム等をスプリットし、第２のボリューム及び第２の変化状態管理用ボリュームの記憶内容をバックアップ記憶部にバックアップさせる。これにより、第１の変化状態管理用ボリュームが初期化される前の記憶内容と所定タイミングにおける第１のボリュームの記憶内容との両方を、バックアップ記憶部にバックアップさせることができる。また、このバックアップは、第２のボリューム及び第２の変化状態管理用ボリュームを対象として行われるため、第１のボリューム及び第１の変化状態管理用ボリュームの使用が中断されることはない。
ボリューム同期部は、上位装置からの更新データを第１のボリューム及び第２のボリュームにそれぞれ入力させることにより、同期処理を実行することができる。
本発明の他の観点に従うストレージシステムの制御方法は、第１のボリューム及び該第１のボリュームの変更部分を示す情報を記憶するための第１の差分ボリュームを含む第１のボリューム群と、第１のボリュームに対応付けられる第２のボリューム及び第１の差分ボリュームに対応付けられる第２の差分ボリュームを含む第２のボリューム群とを備えたストレージシステムの制御方法であって、第１のボリューム群の記憶内容と第２のボリューム群の記憶内容とを同期させて使用するステップと、第１の差分ボリュームの利用率を取得するステップと、利用率が予め設定された所定値に達している場合には、第１のボリューム群と第２のボリューム群との同期を停止させるステップと、第１の差分ボリュームを初期化させるステップと、を含んでいる。
さらに、第１のボリューム群と第２のボリューム群との同期を停止させるステップの後に、第２のボリューム群の記憶内容をバックアップさせるステップを含めてもよい。
本発明のさらに別の観点に従うストレージシステムは、第１のボリューム及び該第１のボリュームの変更部分を示す情報を記憶するための第１の差分ボリュームを含む第１のボリューム群と、第１のボリュームに対応付けられる第２のボリューム及び第１の差分ボリュームに対応付けられる第２の差分ボリュームを含む第２のボリューム群と、第１のボリューム群の記憶内容と第２のボリューム群の記憶内容とを同期させるボリューム同期部と、所定の場合に、第１の差分ボリュームの記憶内容と第２の差分ボリュームの記憶内容とを異ならせる制御部と、を備えている。
以下、図１〜図８に基づき、本発明の実施の形態を説明する。本実施例のストレージシステム１００は、その詳細は後述するが、主ボリューム群３０及び副ボリューム群４０を備えている。主ボリューム群３０は、第１のプライマリボリューム３１と、この第１のプライマリボリュームの記憶内容が変更された場合に、この変更部分に関する情報を記憶する第１の差分ボリューム３２とを含んで構成され、副ボリューム群４０は、第１のプライマリボリューム３１に対応付けられる第２のプライマリボリューム４１と、第１の差分ボリューム３２に対応付けられ、第２のプライマリボリューム４１の記憶内容が変更された場合に、この変更部分に関する情報を記憶する第２の差分ボリューム４２とを含んで構成される。
さらに、ストレージシステム１００は、主ボリューム群３０と副ボリューム群４０との同期またはスプリットを制御するボリュームスナップショット部２１と、第１のプライマリボリューム３１，第２のプライマリボリューム４１の差分スナップショットをそれぞれ生成して、第１の差分ボリューム３２，第２の差分ボリューム４２にそれぞれ記憶させる差分スナップショット部１３と、ボリュームスナップショット部２１と差分スナップショット部１３とをそれぞれ制御するスナップショット取得制御部１２とを備えている。
そして、スナップショット取得制御部１２は、（１）スナップショット取得要求を受け付けると、（２）第１の差分ボリューム３２の利用率が予め設定された所定値に達しているか否かを判定し、（３）利用率が所定値に達していると判定した場合は、ボリュームスナップショット部２１により、主ボリューム群３０と副ボリューム群４０とを同期させた後でスプリットさせ、（４）差分スナップショット部１３により、第１の差分ボリューム３２を初期化させ、（５）差分スナップショット部１３により、第１の差分ボリューム３２に新たな差分スナップショットを記憶させ、（６）副ボリューム群４０の記憶内容をバックアップさせる、ように制御する。
まず、図１を参照して本実施例の全体概要を説明し、図２以下を参照しながら、具体的な構成について説明する。
ストレージシステム１００は、アクセスボリュームとして使用される主ボリューム群３０と、主ボリューム群３０に同期される副ボリューム群４０を備えている。主ボリューム群３０は、プライマリボリューム３１と差分ボリューム３２とを備える。同様に、副ボリューム群４０も、プライマリボリューム４１及び差分ボリューム４２を備える。各差分ボリューム３２，４２には、例えば、３世代分の差分スナップショットＤ１〜Ｄ３をそれぞれ記憶させることができる。Ｄ１は第１世代の差分スナップショットを、Ｄ２は第２世代の差分スナップショットを、Ｄ３は第３世代の差分スナップショットを表す。
図１（ａ）に示すように、通常の状態において、主ボリューム群３０と副ボリューム群４０とは、同期して運用されている。あるいは、通常の状態において、主ボリューム群３０と副ボリューム群４０とはスプリット状態で運用され、差分ボリューム３１の利用率が所定値に達した状態で新たなスナップショット取得要求が発生した場合に、各ボリューム群３０，４０が同期される。同期状態で運用する場合は、主ボリューム群側のプライマリボリューム３１と副ボリューム群側のプライマリボリューム４１とに、それぞれ同一のデータが書き込まれる。クライアント１からのスナップショット取得要求が発行されるたびに、差分スナップショットが作成されて差分ボリューム３２に記憶される。ボリューム群３０，４０を同期させることにより、主ボリューム群側の差分ボリューム３２の記憶内容は、副ボリューム群側の差分ボリューム４２にも反映される。従って、各差分ボリューム３２，４２には、それぞれ同一内容の差分スナップショットが保持される。
ストレージシステム１００の運用を続けるうちに、やがて、主ボリューム群側の差分ボリューム３２の利用率が所定値に到達する。所定値は、差分ボリューム３２の空き容量を超えて新たな差分スナップショットが作成されないように、例えば、差分ボリューム３２の初期容量の７０％〜９０％程度の値に設定可能である。差分ボリューム３２が満杯に近づいた状態で、新たなスナップショット取得要求が発生した場合は、クライアント１からのアクセス要求を遮断して、データの更新がこれ以上進むのを阻止する。そして、図１（ｂ）に示すように、主ボリューム群３０と副ボリューム群４０との同期を解除（スプリット）させる。
次に、図１（ｃ）に示すように、主ボリューム群側の差分ボリューム３２を初期化し、新たに取得を要求された第４世代の差分スナップショットＤ４を作成する。一方、スプリットされた副ボリューム群４０の記憶内容は、バックアップ装置５０にコピーされてバックアップされる。これにより、スプリット時点におけるボリュームスナップショットと、スプリット前（新たな差分スナップショット作成前）における各世代の差分スナップショットＤ１〜Ｄ３とが、バックアップされる。なお、差分ボリューム３２の利用率が所定値に達している場合（利用率≧所定値）であっても、新たなスナップショット取得要求が出されない限り、差分ボリューム３２は初期化されない。これにより、クライアント１からの要求に応じて、差分ボリューム３２に保持されている世代のデータ構成を速やかに再現することができる。
図１（ｄ）に示すように、副ボリューム群４０のバックアップ完了後に、主ボリューム群３０と副ボリューム群４０とを再び連結し、再同期させる。これにより、スプリット期間中に、主ボリューム群側の差分ボリューム３２に記憶された差分スナップショットＤ４，Ｄ５が、副ボリューム群側の差分ボリューム４２にも記憶される。
以上のように、主ボリューム群側の差分ボリューム３２の利用率が所定値に達すると、主ボリューム群３０と副ボリューム群４０とがスプリットされ、主ボリューム側の差分ボリューム３２が初期化されると共に、副ボリューム群４０がバックアップされる。これにより、初期化された差分ボリューム３２に新たな差分スナップショットを作成することができ、図示の例では、スナップショットの取得可能数を３個から６個に倍増させることができる。
次に、ストレージシステム１００の詳細を説明する。図２は、ストレージシステム１００の概略ブロック図である。ストレージシステム１００は、NAS（Network-Attached Storage）１０と、ディスクサブシステム２０と、バックアップ装置５０とを備えて構成することができる。ストレージシステム１００は、複数のクライアント１に対して、ストレージサービスを提供する。
クライアント１は、例えば、ワークステーション、サーバ、メインフレーム、パーソナルコンピュータ等ようなコンピュータ装置上で稼働するプログラムである。各クライアント１は、例えば、インターネットやLAN（Local Area Network）等の通信ネットワークＣＮ１を介して、NAS１０にそれぞれ接続されている。各クライアント１は、NAS１０の提供するファイル共有機能をそれぞれ利用することができる。
クライアント１のOSがWindows（米国マイクロソフト社の登録商標）である場合は、そのクライアント１とNAS１０との間のファイル転送は、CIFS（Common Internet File System）プロトコルに従う。クライアント１のOSがUNIX（X/Open Company Limitedの登録商標）の場合、そのクライアント１とNAS１０との間のファイル転送は、NFS（Network File System）プロトコルに従う。
NAS１０は、高機能なファイル共有サービスを提供するコンピュータ装置である。NAS１０は、ファイル共有サーバ１１と、スナップショット取得制御機能１２と、差分スナップショット機能１３と、NAS OS１４とを備えている。主要な機能の詳細は、図３と共にさらに後述する。ここで、NAS１０は、図４と共に述べるように、ディスクサブシステム２０内に設けることもできるし、ディスクサブシステム２０の外部に設けることもできる。NAS１０とディスクサブシステム２０とは、例えば、ＳＡＮ（Storage Area Network）等の通信ネットワークＣＮ２により接続される。
ディスクサブシステム２０は、大容量の記憶資源を提供する。ディスクサブシステム２０は、例えば、ボリュームスナップショット機能２１と、主ボリューム群３０と副ボリューム群４０とを備えることができる。主ボリューム群３０には、プライマリボリューム３１と、差分ボリューム３２と、マッピングテーブル３３とが含まれ、副ボリューム群４０には、プライマリボリューム４１と、差分ボリューム４２と、マッピングテーブル４３とが含まれている。
主ボリューム群３０は、各クライアント１により利用されるボリューム群であり、副ボリューム群４０は、主ボリューム群３０のコピーである。プライマリボリューム３１，４１には、クライアント１により利用されるデータ群がそれぞれ記憶される。差分ボリューム３２，４２には、プライマリボリューム３１，４１のデータを更新する際に、プライマリボリューム３１，４１から退避される更新前のデータがそれぞれ記憶される。マッピングテーブル３３，４３は、プライマリボリューム３１，４１から差分ボリューム３２，４２に退避したデータの元の記憶位置（退避元アドレス）や現在の記憶位置（退避先アドレス）等を管理するものである。
バックアップ装置５０は、ＳＡＮやＬＡＮ等の通信ネットワークＣＮ３を介して、ディスクサブシステム２０に接続されている。バックアップ装置５０は、例えば、磁気テープやハードディスク、あるいは半導体メモリ等の記憶装置から構成され、ディスクサブシステム２０から送信されたデータを記憶する。
次に、図３は、ストレージシステム１００の主要な機能を抜き出して示すブロック図である。上述の通り、NAS１０は、スナップショット取得制御機能１２と、差分スナップショット機能１３とを備えている。所定の制御プログラムがNAS１０の演算装置（CPU等）で実行されることにより、これらの各機能１２，１３が実現される。
差分スナップショット機能１３から先に説明する。差分スナップショット機能１３は、プライマリボリューム３１，４１上の変更箇所に着目してスナップショットを作成するものである。差分スナップショット機能１３には、差分スナップショット作成処理１３Ａと、コピーオンライト処理１３Ｂと、差分スナップショット合成処理１３Ｃと、差分スナップショット初期化処理１３Ｄとを含めることができる。
差分スナップショット作成処理１３Ａは、スナップショットを作成するための領域やマッピングテーブル３３を作成するための領域を、差分ボリューム３２，４２に確保するものである。コピーオンライト処理１３Ｂは、クライアント１からの更新要求が発生した場合に、更新対象のデータをプライマリボリューム３１，４１から読み出して、差分ボリューム３２，４２に退避させ、マッピングテーブル３３，４３を更新する処理である。差分スナップショット合成処理１３Ｃは、クライアント１からの要求に基づいて、プライマリボリューム３１，４１と差分ボリューム３２，４２とマッピングテーブル３３，４３とに基づいて、指定された世代のデータ群を再現するものである。差分スナップショット初期化処理１３Ｄは、差分ボリューム３２，４２から差分スナップショットを削除し、また、マッピングテーブル３３，４３を初期化するものである。
ディスクサブシステム２０が備えるボリュームスナップショット機能２１には、スプリット処理２１Ａと、同期処置２１Ｂとを含めることができる。スプリット処理２１Ａは、主ボリューム群３０と副ボリューム群４０との同期を解除し、主ボリューム群３０から副ボリューム群４０へのデータ反映を中断させるものである。同期処置２１Ｂは、主ボリューム群３０と副ボリューム群４０の記憶内容を同期させるものである。同期は、ボリューム群の全体について行われ、個々のボリュームを個別に同期させるものではない。但し、ボリューム群に含まれる個々のボリュームを個別に同期させる場合でも、本発明の範囲に含まれるであろう。
NAS１０が有するスナップショット取得制御機能１２は、スナップショットの取得要求を受信した場合に、差分スナップショット機能１３とボリュームスナップショット機能２１の動作をそれぞれ制御する。スナップショット取得制御機能１２には、例えば、差分ボリューム利用率取得処理１２Ａと、スナップショット要求受付処理１２Ｂとを含めることができる。差分ボリューム利用率取得処理１２Ａは、差分ボリューム３２の利用率を求めるものである。差分ボリューム３２の利用率ｐは、例えば、変更されたブロックの個数ＣとブロックサイズＳｂとの積（Ｃ×Ｓｂ）を、差分ボリューム３２の全容量Ｓｄｖ０で除算することにより得られる（ｐ＝Ｃ×Ｓｂ／Ｓｄｖ０）。例えば、NAS OS１４に付属するコマンドを実行したり、あるいは、利用率を計算するためのプログラムを用意することにより、差分ボリューム３２の利用率を求めることができる。
スナップショット要求受付処理１２Ｂは、クライアント１からスナップショットの取得を要求されると起動し、差分ボリューム３２の利用率に基づいて、差分スナップショット機能１３及びボリュームスナップショット機能２１の作動を制御する。詳細は図８と共にさらに後述するが、スナップショット要求受付処理１２Ｂは、差分ボリューム３２の利用率が予め設定された所定値に達している場合は、主ボリューム群３０と副ボリューム群４０とをスプリットし（スプリットされて運用されていた場合は、いったん同期させてから再度スプリット）、主ボリューム群の差分ボリューム３２を初期化すると共に、副ボリューム群４０をバックアップ装置５０にバックアップさせる。
なお、スナップショット取得制御機能１２及び差分スナップショット機能１３は、NAS１０に実装する場合に限らず、ディスクサブシステム２０に実装することもできる。
次に、図４は、ストレージシステム１００のハードウェア構成に着目した概略ブロック図である。図４に示す例では、NAS１０を１つまたは複数の制御パッケージとして構成し、ディスクサブシステム２０に装着することにより、ストレージシステム１００を構成している。
ディスクサブシステム２０は、複数のチャネルアダプタ（一個のみ図示。以下CHA）１１０と、複数のディスクアダプタ（以下DKA）１２０と、共有メモリ１３０と、キャッシュメモリ１４０と、スイッチ部１５０と、複数のディスクドライブ１６０と、サービスプロセッサ（以下SVP）１７０とを備えることができる。ディスクサブシステム２０には、管理端末２がLAN等の通信ネットワークＣＮ４を介して接続されている。管理端末２は、SVP１７０を介して、ディスクサブシステム２０の監視や設定等を行うものである。
各CHA１１０は、例えば、オープン系CHAやメインフレーム系CHA等のように、接続される上位装置の種類に応じて用意される。各CHA１１０は、上位装置との間でデータ授受を行うものであり、それぞれ内部には、プロセッサ、ローカルメモリ、データ処理回路（いずれも図示せず）等を備えている。本実施例では、各クライアント１がNAS１０を介してファイル共有サービスを利用する場合を示している。そして、図４に示す例では、CHA１１０は、バックアップ装置５０へのデータ転送に用いられている。しかし、これに限らず、図外のホスト装置はCHA１１０を介して、ディスク共有サービスを利用することができる。即ち、ストレージシステム１００は、ファイル共有サービスとディスク共有サービスとをそれぞれ個別に提供可能なシステムである。
各DKA１２０は、ディスクドライブ１６０との間のデータ授受を制御する。各DKA１２０は、それぞれプロセッサ、ローカルメモリ、データ処理回路（いずれも図示せず）等を内蔵している。
共有メモリ１３０は、例えば、制御コマンドや管理情報等を記憶するものであり、不揮発メモリ等から構成することができる。キャッシュメモリ１４０は、例えば、ユーザデータ等を記憶するものであり、不揮発メモリ等から構成することができる。共有メモリ１３０とキャッシュメモリ１４０とは、それぞれ別々のメモリパッケージとして構成することもできるし、同一の基板上に共有メモリ１３０とキャッシュメモリ１４０とを混載して構成することもできる。あるいは、メモリの一部を共有メモリ領域として使用し、他の一部をキャッシュ領域として使用するように構成してもよい。
各ディスクドライブ１６０は、例えば、ハードディスクドライブ（HDD）、半導体メモリ装置、光ディスク装置等の記憶装置から構成することができる。記憶装置１６２は、これら複数の物理的なディスクドライブ１６０から構成される。所定数のディスクドライブ１６０によってRAIDグループを構成することができる。RAIDグループとは、例えば、RAID５等に従ってデータの冗長記憶を実現するためのディスクグループである。各ディスクドライブ１６０により提供される物理的な記憶領域上には、論理的な記憶領域である論理ボリューム（Logical Unit）１６１を少なくとも１つ以上構築可能である。この論理ボリューム１６１が、主ボリューム群３０及び副ボリューム群４０の各ボリュームをそれぞれ構成する。
スイッチ部１５０は、例えば、超高速クロスバスイッチ等として構成され、NAS２０、各CHA１１０、各DKA１２０、共有メモリ１３及びキャッシュメモリ１４０を相互に接続させる。
SVP１７０は、LAN等の内部ネットワークＣＮ５を介して、NAS２０、各CHA１１０、各DKA１２０及び共有メモリ１３０と接続されている。SVP１７０は、例えば、入出力速度（IOPS）、装置構成、温度や電源のアラーム等の各種情報を収集し、管理端末２に提供する。
次に、図５は、各ボリューム３１，３２とマッピングテーブル３３との関係を簡略化して示す説明図である。プライマリボリューム３１には、例えば、格納位置ＰＡ１にデータ「ＡＡＡ」が、格納位置ＰＡ１にデータ「ＢＢＢ」が、格納位置ＰＡ３にデータ「ＣＣＣ」が、それぞれ格納されている。その他の箇所にもデータが格納されているが説明の便宜上省略する。
クライアント１が、データ「ＡＡＡ」の格納位置にデータ「ａａａ」を書き込む場合、つまり、格納位置ＰＡ１に記憶されるデータに対して更新要求が発生した場合、更新対象のデータ「ＡＡＡ」は、差分ボリューム３２に退避される。この退避先アドレスをＤＡ１として示す。そして、マッピングテーブル３３には、このデータの退避に関する情報が記憶される。即ち、マッピングテーブル３３には、プライマリボリューム（PVOL）３１の格納位置ＰＡ毎に、記憶内容に変更があったか否かを判定するフラグ情報と、更新された場合の退避先格納位置ＤＡとが対応付けられている。クライアント１からの更新要求によって、プライマリボリューム３１のデータが書き換えられた場合、更新前のデータは差分ボリューム３２に退避され、退避元アドレスＰＡと退避先アドレスＤＡと変更有りを示す情報とがマッピングテーブル３３に記憶される。
図６を参照する。図６は、差分スナップショット取得時における各ボリューム３１，３２及びマッピングテーブル３３の関係を簡略化して示す説明図である。１番目のスナップショット（ＳＰ１）取得要求を受け付けた後で、プライマリボリューム３１の格納位置ＰＡ１の記憶内容「ＡＡＡ」がデータ「ａａａ」に更新されたと仮定する。このとき、差分ボリューム３２の差分スナップショット（ＳＰ１）には、格納位置ＰＡ１の更新前の記憶内容「ＡＡＡ」が記憶される。
さらに、２番目のスナップショット取得要求（ＳＰ２）を受け付け、プライマリボリューム３１の格納位置ＰＡ２の記憶内容が「ＢＢＢ」から「ｂｂｂ」に更新された場合、第１の差分スナップショット（ＳＰ１）には、データ「ＡＡＡ」に加えて、データ「ＢＢＢ」も記憶される。また、第２の差分スナップショット（ＳＰ２）には、今回の更新に係わるデータ「ＢＢＢ」のみが記憶される。
第１の差分スナップショット（ＳＰ１）を管理するマッピングテーブル３３（ＳＰ１）には、最初の更新に係わる情報（ＰＡ１，ＤＡ１及び変更有りフラグ）と次の更新に係わる情報（ＰＡ２，ＤＡ２及び変更有りフラグ）とがそれぞれ記憶される。一方、第２の差分スナップショット（ＳＰ２）を管理するマッピングテーブル３３（ＳＰ２）には、最新の更新に係わる情報（ＰＡ２，ＤＡ２及び変更有りフラグ）のみが記憶される。
つまり、各スナップショット取得要求を受け付けた時点におけるプライマリボリューム３１のデータイメージをそれぞれ残すために、各差分スナップショットに関連する差分ボリューム３２及びマッピングテーブル３３の記憶内容が制御される。例えば、１番目の差分スナップショットＳＰ１を作成した時点における静止化されたデータイメージを維持するためには、それ以後に行われる全てのデータ更新を記憶し管理する必要がある。
このようにデータを差分ボリューム３２に退避させ、そして、退避させたデータに関する情報をマッピングテーブル３３で管理することにより、スナップショット作成時点のデータ構造を再現することができる。例えば、プライマリボリューム３１の格納位置ＰＡ１及びＰＡ２の記憶内容がそれぞれ更新された後でも、差分ボリューム３２（ＳＰ１）及びマッピングテーブル３３（ＳＰ１）を参照すれば、１番目の差分スナップショット（ＳＰ１）を作成した時点において、格納位置ＰＡ１にはデータ「ＡＡＡ」が格納されており、格納位置ＰＡ２にはデータ「ＢＢＢ」が格納されていた事がそれぞれわかる。従って、マッピングテーブル３３（ＳＰ１）に基づいて差分ボリューム３２（ＳＰ１）を読み出すことにより、その時点におけるデータ構造を容易に再現することができる。
図７は、差分ボリューム利用率取得処理１２Ａの概略を示すフローチャートである。差分ボリューム利用率取得処理１２Ａは、スナップショット要求受付処理１２Ｂにより起動される。
まず、NAS１０は、マッピングテーブル３３を参照し、主ボリューム３１のうち変更された箇所のブロック数Ｃを求める（Ｓ１）。次に、NAS１０は、差分ボリューム３２の使用量Ｓｄｖを算出する（Ｓ２）。差分ボリューム使用量Ｓｄｖは、ブロックサイズＳｂと変更されたブロック数Ｃとの積から求めることができる（Ｓｄｖ＝Ｓｂ×Ｃ）。ここでは、ブロックサイズＳｂを固定長として算出するが、ブロックサイズが可変である場合は、各変更箇所毎のブロックサイズを積算すればよい。
そして、NAS１０は、差分ボリューム３２の利用率ｐを算出する（Ｓ３）。利用率ｐは、差分ボリューム使用量Ｓｄｖを差分ボリューム３２の全容量Ｓｄｖ０で割ることにより求められる（ｐ＝Ｓｄｖ／Ｓｄｖ０）。
次に、図８は、スナップショット要求受付処理１２Ｂの処理概要を示すフローチャートである。本処理は、クライアント１からスナップショットの取得要求が入力されると、実行される。
NAS１０は、差分ボリューム利用率取得処理１２Ａを呼び出し、利用率ｐを取得する（Ｓ１１）。次に、NAS１０は、利用率ｐと予め設定された所定値ｐ０とを比較し、利用率ｐが所定値ｐ０に達しているか否かを判定する（Ｓ１２）。スナップショット取得要求の受付時における利用率ｐが所定値ｐ０に達していない場合（S12：NO）、本処理を終了する。これにより、差分スナップショット機能１３は、新たな差分スナップショットを作成するための記憶領域や新たなマッピングテーブル３３を作成するための記憶領域を確保し、指定された時点におけるデータイメージを取得する。
一方、スナップショット取得要求を受けた時点の利用率ｐが所定値ｐ０以上の場合（S12：YES）、NAS１０は、各クライアント１からのアクセス要求を遮断し、プライマリボリューム３１，４１の更新がこれ以上進むのを防止する（Ｓ１３）。
そして、NAS１０は、主ボリューム群３０と副ボリューム群４０との現在の運用状態を判別する（Ｓ１４）。運用状態には、同期状態とスプリット状態とがある。主ボリューム群３０と副ボリューム群４０とが同期して運用されている場合は、主ボリューム群と副ボリューム群とにそれぞれ同一のデータが入力され、両ボリューム群３０，４０の記憶内容は一致している。一方、主ボリューム群３０と副ボリューム群４０とがスプリットされて運用されている場合は、主ボリューム群３０のみにデータが入力されて更新されており、両ボリューム群３０，４０の記憶内容は一致していない。
スナップショット取得要求を受けたときに、主ボリューム群３０と副ボリューム群４０とがスプリット状態で運用されていた場合は、NAS１０は、この初期運用状態（即ち、スプリット状態）を記憶する（Ｓ１５）。次に、NAS１０は、主ボリューム群３０と副ボリューム群４０とを同期させた後で、再び両ボリューム群３０，４０をスプリットさせる（Ｓ１６）。即ち、スプリット状態で運用されていた場合、NAS１０は、いったん各ボリューム群３０，４０の記憶内容を一致させてから、スプリットさせる。
これに対し、スナップショット取得要求を受けたときに、主ボリューム群３０と副ボリューム群４０とが同期状態で運用されていた場合、NAS１０は、この初期運用状態（即ち、同期状態）を記憶した後で（Ｓ１７）、両ボリューム群３０，４０をスプリットさせる（Ｓ１８）。各ボリューム群３０，４０の同期またはスプリットは、ボリュームスナップショット機能２１により行われる。
このように、スナップショット取得要求を受けたときに、差分ボリューム３２の利用率が所定値に達している場合は、主ボリューム群３０と副ボリューム群４０との記憶内容を一致させてから、各ボリューム群３０，４０をスプリットさせる。これにより、ボリュームスナップショットを得ることができる。
そして、NAS１０は、差分スナップショット機能１３によって、主ボリューム群側の差分ボリューム３２を初期化させる（Ｓ１９）。これにより、差分ボリューム３２に記憶されていた過去の各世代の差分スナップショットは失われる。しかし、これら過去の各世代の差分スナップショットは、ボリュームスナップショットによって、副ボリューム群側の差分ボリューム４２にコピーされている。
各ボリューム群３０，４０がスプリットされている状態下で、初期化された差分ボリューム３２には、差分スナップショット機能１３により作成される新世代の差分スナップショットが保存される。従って、図１（ｃ）に示したように、主ボリューム群側で保持される差分スナップショットと、副ボリューム群側で保持される差分スナップショットとが不一致となる。この差分スナップショットの不一致状態は、差分ボリューム３２を初期化したときから始まり、各ボリューム群３０，４０の再同期が完了したときに終了する。なお、差分ボリューム３２を初期化したときに、差分ボリューム３２の使用量Ｓｄｖは０となり、その時点での利用率ｐも０となる。
次に、NAS１０は、クライアント１からのアクセス要求を許可する（Ｓ２０）。これにより、各クライアント１は、主ボリューム群３０にアクセスして、データの参照やデータの更新を行うことができる。
一方、NAS１０は、スプリットされた副ボリューム群４０を用いて、バックアップ処理を行わせる（Ｓ２１）。これにより、副ボリューム群４０の記憶内容は、バックアップ装置５０に記憶される。
このように、NAS１０は、ボリュームスナップショットを作成した後、主ボリューム群３０を用いて各クライアント１にファイル共有サービスを提供し、また、副ボリューム群４０を用いてバックアップ処理を行う。これにより、スナップショット取得要求を受け付けた時点までの過去の各世代の差分スナップショットは、バックアップ装置５０に保持される。このバックアップ処理によって、NAS１０が提供するファイル共有サービスは中断されない。
そして、NAS１０は、初期運用状態が同期状態であったか否かを判定し（Ｓ２２）、同期状態で運用されていた場合は（S22：YES）、ボリュームスナップショット機能２１により、主ボリューム群３０と副ボリューム群４０とを再同期させる（Ｓ２３）。初期運用状態がスプリット状態の場合は（S22：NO）、既に各ボリューム群３０，４０はスプリットされているので、NAS１０は処理を終了する。即ち、Ｓ２２，Ｓ２３では、差分スナップショットの初期化前の状態に戻している。
なお、バックアップ装置５０にバックアップされた過去の世代のデータ構成が必要とされた場合は、副ボリューム群４０のバックアップデータをバックアップ装置５０からディスクサブシステム２０にリストアする。そして、リストアされたプライマリボリューム４１，差分ボリューム４２及びマッピングテーブル４３を参照することにより、指定された世代のデータ構成を得ることができる。
上述のように本実施形態では、プライマリボリューム３１及び差分ボリューム３２を含む主ボリューム群３０と、プライマリボリューム４１及び差分ボリューム４２を含む副ボリューム群４０とを同期可能な構成とした。従って、ユーザは、ボリュームスナップショットと差分スナップショットとの両方を利用することができ、スナップショットの低容量化と高信頼性とを両立させて、利便性を向上させることができる。
特に、本実施形態では、ボリュームスナップショットと差分スナップショットを同期させて運用する構成とした。即ち、差分ボリューム３２の利用が進むたびに、差分ボリューム３２を含む主ボリューム群３０の全体を、ボリュームスナップショットによって、コピーする構成とした。従って、ボリュームスナップショットのみを使用する場合に比べて、スナップショットに必要なボリュームを低減することができる。また、差分スナップショットのみを使用する場合に比べて、スナップショットの信頼性を高めることができる。
さらに、本実施形態では、差分ボリューム３２の利用が進んだ時点で、主ボリューム群３０をボリュームスナップショットし、差分ボリューム３２を初期化する構成とした。従って、初期化された差分ボリューム３２に新たな差分スナップショットを作成して保存させることができる。これにより、差分スナップショットの取得可能数をほぼ倍増させることができ、データ管理の利便性が向上する。
また、差分ボリュームの利用率が所定値に達したか否かに基づいて、差分ボリューム３２を初期化する構成とした。従って、スナップショット取得回数に基づいて差分ボリューム３２を初期化する場合よりも、差分ボリューム３２を有効に使用できる。
次に、図９に基づいて、本発明の変形例を説明する。図９には、記憶装置とサーバとの種々の接続形態を含むストレージシステムが示されている。このストレージシステムには、大きく分けて３種類の接続形態が開示されている。
第１の接続形態は、サーバと記憶装置とをSANのようなネットワークを介して接続する形態である。第２の接続形態は、サーバと記憶装置とを直接的に接続する形態である。第３の接続形態は、サーバの内部に記憶装置を設ける形態である。
図９の全体構成について簡単に説明すると、LAN２００には、複数の業務クライアント３００と、複数の業務サーバ４００と、NASサーバ４１０，４２０と、ファイルサーバ４３０と、管理サーバ６００とが接続されている。
各業務サーバ４００、NASサーバ４１０、各記憶装置５００は、SAN２１０を介して相互に接続されている。SAN２１０は、例えばIPネットワーク２２０を介して、別のSAN２３０に接続されている。SAN２１０と同様に、別のSAN２３にも、複数の業務サーバ４００と複数の記憶装置５００とがそれぞれ接続されている。従って、SAN２１０に接続された各サーバや記憶装置とSAN２３０に接続されたサーバや記憶装置とは、互いにデータ通信を行うことができる。
ここで、業務サーバ４００は、各種の業務アプリケーションサービスを各業務クライアント３００に提供するものである。NASサーバ４１０は、ファイル共有サービスに特化した専用のサーバである。記憶装置５００は、例えば、ディスクサブシステム２０として上述したように、業務サーバ４００やNASサーバ４１０に大容量の記憶領域を提供する装置である。管理サーバ６００は、管理用のLAN２０１を介して各記憶装置５００に接続されており、各記憶装置５００の構成や状態等を管理することができる。また、管理サーバ６００は、LAN２００を介して各業務サーバ４００やNASサーバ４１０等と接続されている。管理サーバ６００は、業務サーバ４００やNASサーバ４１０等に代わって、記憶装置５００に各種のコマンドを出力することができる。
図９に示された構成のうち、SAN２１０により相互に接続されたNASサーバ４００と記憶装置５００とは、前記第１の接続形態の一例である。
別のNASサーバ４２０は、別の記憶装置５１０と直接的に接続されている。この接続形態は、例えば、前記第２の接続形態に該当する。上述した実施例は、この第２の接続形態を例に挙げて説明している。NASサーバ４２０と記憶装置５１０とは、例えば、TCP/IPのようなプロトコルに基づいて、データ授受を行うことができる。
ファイルサーバ４３０は、汎用OS上にファイル共有プロトコル等を実装したサーバであり、ファイル共有サービスを提供する。ファイルサーバ４３０は、その内部に記憶装置を備えることができる。ファイルサーバ４３０は、前記第３の接続形態に該当する。
本発明は、NAS４２０と記憶装置５１０のような構成（第２の接続形態）以外に、NAS４１０と記憶装置５００とをSAN２１０で接続した構成（第１の接続形態）や、ファイルサーバ４３０等のような構成にも適用することができる。
具体的には、図２中に示すNAS１０は、図９中に示す各サーバ４００〜４３０のいずれであってもよい。また、図２中に示すディスクサブシステム２０は、図９中に示す各記憶装置５００，５１０のいずれあってもよい。
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されない。当業者であれば、本発明の範囲内で、種々の追加や変更等を行うことができる。
例えば、差分ボリュームの利用率が所定値に達していない場合であっても、ユーザからの指定により、主ボリューム群と副ボリューム群とを同期させ、差分ボリュームを初期化してもよい。
また、差分ボリュームの利用状態を常時監視しておき、所定の状態（利用率が所定値に達した場合等）になった場合には、スナップショット取得要求の有無を問わず、主ボリューム群と副ボリューム群とを同期させることもできる。
また、差分ボリュームの利用率に代えて、差分スナップショットの取得回数を採用してもよい。
さらに、副ボリューム群のコピーを、リモートサイトに置く構成としてもよい。
本発明に係わるストレージシステムの特徴を概略的に示す模式図である。 ストレージシステムの全体構成を示すブロック図である。 差分スナップショット機能、ボリュームスナップショット機能及びスナップショット取得制御機能の関係を示す説明図である。 ストレージシステムのハードウェア構成に着目したブロック図である。 プライマリボリューム、差分ボリューム及びマッピングテーブルの関係を示す説明図である。 差分スナップショットを作成する様子を模式的に示す説明図である。 差分ボリューム利用率取得処理を示すフローチャートである。 スナップショット要求受付処理を示すフローチャートである。 サーバと記憶装置の種々の接続形態を含むストレージシステムの概略図である。
符号の説明
１…クライアント、２…管理端末、１１…ファイル共有サーバ、１２…スナップショット取得制御機能、１２Ａ…差分ボリューム利用率取得処理、１２Ｂ…スナップショット要求受付処理、１３…差分スナップショット機能、１３Ａ…差分スナップショット作成処理、１３Ｂ…コピーオンライト処理、１３Ｃ…差分スナップショット合成処理、１３Ｄ…差分スナップショット初期化処理、２０…ディスクサブシステム、２１…ボリュームスナップショット機能、２１Ａ…スプリット処理、２１Ｂ…同期処置、３０…主ボリューム群、３１…プライマリボリューム、３２…差分ボリューム、３３…マッピングテーブル、４０…副ボリューム群、４１…プライマリボリューム、４２…差分ボリューム、４３…マッピングテーブル、５０…バックアップ装置、１００…ストレージシステム、１１０…チャネルアダプタ、１２０…ディスクアダプタ、１３０…共有メモリ、１４０…キャッシュメモリ、１５０…スイッチ部、１６０…ディスクドライブ、１６１…論理ボリューム、１６２…記憶装置、２００…LAN、２０１…管理用LAN、２１０，２３０…SAN、２２０…IPネットワーク、３００…業務クライアント、４００…業務サーバ、４１０，４２０…NASサーバ、４３０…ファイルサーバ、５００，５１０…記憶装置、６００…管理サーバ、ＣＮ１〜ＣＮ５…通信ネットワーク、Ｄ１〜Ｄ５…差分スナップショット

Claims (1)

  1. 主ボリューム群及び副ボリューム群を備えたストレージシステムにおいて、
    前記主ボリューム群は、第１のプライマリボリュームと、この第１のプライマリボリュームの記憶内容が変更された場合に、この変更部分に関する情報を記憶する第１の差分ボリュームとを含み、
    前記副ボリューム群は、前記第１のプライマリボリュームに対応付けられる第２のプライマリボリュームと、前記第１の差分ボリュームに対応付けられ、前記第２のプライマリボリュームの記憶内容が変更された場合に、この変更部分に関する情報を記憶する第２の差分ボリュームとを含み、
    前記主ボリューム群と前記副ボリューム群との同期またはスプリットを制御するボリュームスナップショット部と、
    前記第１のプライマリボリューム，前記第２のプライマリボリュームの差分スナップショットをそれぞれ生成して、前記第１の差分ボリューム，前記第２の差分ボリュームにそれぞれ記憶させる差分スナップショット部と、
    前記ボリュームスナップショット部と前記差分スナップショット部とをそれぞれ制御するスナップショット取得制御部とを備え、
    前記スナップショット取得制御部は、
    （１）スナップショット取得要求を受け付けると、
    （２）前記第１の差分ボリュームの利用率が予め設定された所定値に達しているか否かを判定し、
    （３）前記利用率が前記所定値に達していると判定した場合は、前記ボリュームスナップショット部により、前記主ボリューム群と前記副ボリューム群とを同期させた後でスプリットさせ、
    （４）前記差分スナップショット部により、前記第１の差分ボリュームを初期化させ、
    （５）前記差分スナップショット部により、前記第１の差分ボリュームに新たな差分スナップショットを記憶させ、
    （６）前記副ボリューム群の記憶内容をバックアップさせる、
    ものであるストレージシステム。
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