JP2005165486A - ファイル管理装置、ストレージ管理システム、ストレージ管理方法、プログラム及び記録媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】階層型ストレージマネージメントの手法を採用したシステムにおいて期待通りのパフォーマンスが得られていない。
【解決手段】物理的特性を異にする複数種類のストレージメディアを組み合わせたストレージシステムを仮想的に単一のストレージとして管理する。このため、１つのファイルを、実データと実データにアクセスするための識別情報とに分け、当該アクセスするための識別情報をファイルシステムに関連付けて管理する。また、ファイルを使用頻度の区分に応じて階層的に管理し、区分間におけるファイルの移動を管理する。また、ファイルの実データを下位区分に対応するストレージメディアに移動させる際、同時に実データを更に下位区分に対応する別のストレージメディアにバックアップする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ストレージシステムを管理するファイル管理装置に関する。また、同装置を採用するストレージ管理システムに関する。また、同システムの管理方法に関する。また、同技術を実現するプログラムに関する。また、当該プログラムを記録した記録媒体に関する。

ネットワークの発達した今日、複数台のコンピュータでデータを共有する機会が増えている。かかるデータの共有を実現するコンピュータを、ファイルサーバーという。

ファイルサーバーを運用するには、ストレージ装置の故障等を考慮する必要がある。一般には、データを冗長化（バックアップ）し、ストレージ装置の故障等に備えている。

データのバックアップは、ファイルサーバーを使用しない時間帯に行う。通常は、夜間に行われる。確かに、蓄積するデータが少ないうちは十分な時間である。しかし、近年、データは加速度的に増加している。これに伴い、ディスクの高密度化と大容量化は顕著に進んでいる。

その一方で、データの転送速度は、容量等の増加に比べそれほど向上していない。このため昨今、バックアップに要する時間が大幅に長くなっている。この結果、バックアップ作業が、運用停止時間内に終了しない可能性が懸念されている。

この問題の回避には、より高速なディスク装置やテープ装置の採用が必要である。例えば、ＲＡＩＤ（Redundant Arrays of Independent
Disks ）装置の使用が必要である。

しかし、ＲＡＩＤ装置への全面的な移行には、多額の費用を必要とする。また昨今では、ストレージ装置の並列化に技術的な限界が指摘されている。

加えて、管理データ量の増大の問題もある。これは、近年における情報の電子化に起因する。情報の電子化の影響で、現在、ファイルサーバー上に多量のデータが蓄積されている。

ファイルサーバーに蓄積されるデータは、おおよそ２種類のデータに分かれる。“使うデータ”と“使われないデータ”との２種類である。

今日の問題は、“使われないデータ”と“使うデータ”を、アクセス性が良く大容量のディスク装置に一緒に保存することにある。このことが、バックアップ時間の増大と、コスト負荷の要因になっている。
特開２０００−１４８５４７号公報

現在、かかる問題を解決するため、ファイルの状況に応じてデータを移行する管理手法が提案されている。すなわち、ファイルの状況に応じて、コストパフォーマンスの良い２次ディスクにデータの一部を移行する手法が提案されている。この移行は、ストレージシステムの管理ソフトウェアにより実行される。

移行するファイルは、システム管理者の指定により決定される。例えば、あまり使っていないフォルダが指定される。管理ソフトウェアは、指定されたフォルダ以下のファイルを、あるタイミングで２次ストレージに移行する。

ただし、この管理手法には別の新たな問題がある。上位の人間やソフトウェアから見ると、自分のデータが勝手に別の場所に移動されてしまうことである。このため、移動した情報を使用者に周知する作業、マニュアル作業、ソフトウェアの設定変更などが別途必要になる。

そこで、各デバイスが固有に有するファイルシステムを、擬似的に１つのファイルシステムに見せる仕組みが提案されている。かかる仕組みとは、各デバイスが固有に有するファイルシステムを相互にマウントする管理手法である。

しかし、この仕組みを採用すれば、各デバイス上に存在するファイルを１つのツリー上に表示できる。しかし、ファイルの存在場所が変わってしまうことに変わりはない。このように、現在のファイルシステムは、未だ問題を有している。

この他にも、別の問題が懸念されている。それは、保存を必要とするデータが今後ますます増加すると予測されることである。かかるデータを保存するには、記録メディアの更なる高密度化が要求される。加えて、データそのものの重要性の増加も予想される。

しかし、記録メディアが高密度化すればするほど、ハードウェアそのものの信頼性を保てなくなる。また、壊れた場合の被害が大きくなるため、複数のデバイス上に同じデータを持つ冗長化が、今後ますます重要になると予想される。

本発明は、以上の技術的課題を考慮してなされたもので、前述した問題の１つを解決することを目的とする。

かかる目的を実現するため、本発明の一つでは、階層化された区分間の移動管理と、各区分に応じたファイルの冗長化管理と、ファイルシステム上の位置管理とを統合する管理システムを提案する。

（１）ストレージシステム
図１に、具体例を示す。この発明では、物理的特性を異にする複数種類のストレージメディアを組み合わせてストレージシステムを前提とする。図１に、１次〜３次までの３種類のストレージを組み合わせた複合システムの例を示す。

３種類のストレージは、ファイルの使用頻度に応じて階層的に区分された各区分に対応する。図１の場合、使用頻度の高い区分から順に、１次ストレージ１、２次ストレージ２、３次ストレージ３である。

すなわち、１次ストレージ１には、最も使用頻度の高い区分のファイルが対応する。また、２次ストレージ２には、２番目に使用頻度の高い区分のファイルが対応する。そして、３次ストレージ３には、３番目に使用頻度の高い区分のファイルが対応する。

各ストレージメディアには、例えば、ハードディスク、磁気テープその他の磁気記憶媒体、光学的にデータを記録可能な光記憶媒体、半導体メモリを使用する。なお、ストレージメディアの外観形状は問わない。例えば、ディスク形状、テープ形状、カード形状等、各記録方式として適用可能なものを採用する。

また、各ストレージメディアの種類は同じでも異っても良い。また、各ストレージメディアの信頼性やアクセス性能（ランダムアクセス性能を含む）は、同じでも異なっても良い。一般に、使用頻度の高い区分に対応するストレージには、高速アクセス性が要求される。また、使用頻度が低い区分に対応するストレージには、大容量であることが要求される。

ストレージシステムを構成する各ストレージの格納形態は任意である。例えば、各ストレージは同一筐体に内蔵されていても良い。その反対に、それぞれ個別の筐体に内蔵されても良い。

同様に、ストレージシステムを構成する各ストレージの配置形態は任意である。例えば、いずれのストレージも同一の場所又は空間に配置されていても良い。その反対に、それぞれ別の場所又は空間に配置されていても良い。

また、各ストレージ間の接続形態も任意である。有線接続であっても、無線接続でも良い。また、ネットワーク経由で接続しても、専用線経由で接続しても良い。各ストレージ間における通信手順についても同様である。

前述した様々な要素は、ストレージシステムを構築する使用環境に応じて最適なものを選択すれば良い。

（２）ファイル管理装置
ファイル管理装置４は、前述したストレージシステムを仮想的に単一のストレージとして管理する。ファイル管理装置４は、前述した管理機能に対応する位置管理部４Ａ、移動管理部４Ｂ、冗長化管理部４Ｃを有する。

位置管理部４Ａは、１つのファイルを、実データと実データにアクセスするための識別情報とに分け、当該アクセスするための情報をファイルシステムに関連付けて管理する。

アクセスするための情報には、例えば、各ファイルに固有のＩＤその他の識別情報を採用する。この情報は、ストレージシステム内で一意の情報である。

すなわち、ファイルシステムを、ストレージメディア上の物理位置ではなく、ファイルにアクセするための識別情報で管理する。このため、階層化された区分間の移動によってファイルの物理的な記録位置が変更された場合でも、ファイルシステムの管理には何の変更も生じない。

なお、ファイルにアクセするための識別情報とストレージメディア上の物理位置との対応関係は、例えばデーターベースで別に管理する。

なお、実データとは、前述のファイルにアクセスするための識別情報その他の管理情報をファイルから取り除いたデータ本体のことである。実データだけをストレージメディアに記録する。これにより、記憶領域の有効利用を実現できる。

また、他地点との通信時に、データ量の少ない管理系のデータと、データ量の多い実データとで別の伝送路を使用できる。

例えば、管理系のデータは広域ネットワークで他地点に伝送し、実データはファイバチャネル経由で他地点に伝送するような使い方を実現できる。なお一般に、広域ネットワークはセキュリティが確保されない場合があるが、管理系のデータだけでは意味を持たないのでかかる伝送が可能になる。

また、広域ネットワークの伝送能力には限界がある。このため、実データを広域ネットワーク経由で伝送すると、伝送時間が長くなる。また、伝送路の有効利用の観点からも１つの伝送路で帯域を長時間に亘り占有するのは望ましいことではない。もっとも、広域ネットワーク経由での実データの伝送を禁ずる趣旨ではない。

またこの反対に、ファイバチャネルを使って管理系のデータも伝送すると、管理系のデータだけ帯域を消費するため、やはり伝送路の有効利用の観点からは望ましくない。この場合も、ファイバチャネル経由での管理系データの伝送を禁ずる趣旨ではない。

なお、ファイバチャネルとは、高速コンピュータ間やコンピュータと記憶装置間の接続等に使用される高速（例えば１３３Ｍ〜４Ｇｂｉｔ／ｓ）かつ長距離伝送（例えば１０ｋｍ）が可能な伝送媒体及びネットワークをいう。もっとも短距離伝送を排除する趣旨ではない。

なお、高いセキュリティレベルが求められる場合は、ファイルに固有のＩＤで実データを暗号化したものを伝送すれば良い。この場合、実データの復号化が可能なのは、ファイルに固有のＩＤを管理するファイル管理装置４だけである。従って、暗号化された実データ部分が流出するような事態にも情報の秘密を保持できる。

移動管理部４Ｂは、ファイルを使用頻度の区分に応じて階層的に管理し、区分間におけるファイル（物理的には実データ）の移動を管理する。移動管理部４Ｂは、各区分に属しているファイルの使用頻度を個別に監視し、条件を満たさない場合に区分間の移動を実行する。

すなわち、移動管理部４Ｂは、物理的に異なるストレージ間でのファイルの移動を実行する。下位区分への移動時、移動元である区分に対応するストレージの実データは削除される。

なお、移動の実行時、該当ファイルにアクセスするための識別情報とストレージメディア上の物理位置との対応関係は更新される。ここで、移動先のストレージにおいて、ファイルにアクセスするための識別情報をディレクトリ管理するのが望ましい。ディレクトリを管理することで、ファイル（実データ）へのアクセスを高速化できる。

移動管理部４Ｂは、下位区分から上位区分へのファイルの移動も管理する。例えば、移動管理部４Ｂは、最上位以外の区分に対応するストレージメディアにファイルが存在する場合である。

このとき、移動管理部４Ｂは、ファイルの実データが存在するストレージメディアのうち最も上位の区分に対応するものに保存されているファイルを、ストレージシステム内で最も上位の区分に対応するものに複製するのが望ましい。

例えば、ファイル（実データ）が２次ストレージ２と３次ストレージ３に物理的に存在する場合、実データが存在する２つの階層区分のうち高い方の区分は、２次ストレージ２の方である。この場合、最上位の階層区分に対応する１次ストレージにファイル（実データ）が複製される。

この結果、ファイル（実データ）は、３つの階層区分に対応するストレージメディア上に同時に存在する。なお、ファイル（実データ）の読み出しは、ファイルにアクセスするための識別情報が用いられる。一般に、使用頻度の高い階層区分から優先的にファイルが読み出される。

冗長化管理部４Ｃは、ファイルの実データを下位区分に対応するストレージメディアに移動させる際、同時に実データを更に下位区分に対応する別のストレージメディアにバックアップする。

すなわち、冗長化管理部４Ｃは、常に複数のストレージに実データを冗長的に保存する。この機能により、保存すべきデータ量の全てを信頼性の高い高価なストレージに保存しなくても良くなる。これにより、システムをより低コストで構成することが可能になる。

なお、冗長化管理部４Ｃが、実データをバックアップするストレージメディアは、テープメディアであるのが望ましい。これは、テープメディアが現時点において、大容量のデータを蓄積するのにコスト面で有利なのと、高い信頼性が保証されるためである。

因みに、テープメディアは、磁気記録によるものだけでなく、光学的に記録するものも含まれる。また、テープメディアは、ファイルのデータ量が大きい場合、磁気ディスクよりも高速にデータの読み出すことができる。

また、冗長化管理部４Ｃは、最も使用頻度の高いファイルの実データを定期的にテープメディアにバックアップするのが望ましい。これにより、全ての区分に属するファイルを冗長化できる。

しかも、定期的なバックアップ動作時に転送するデータ量は、最も高い階層区分に属するファイル（実データ）だけで済む。このため、バックアップに必要な時間を短縮できる。

また、このファイル管理装置４は、図２に示すストレージシステムの管理にも使用できる。また図２は、１次ストレージと同等のストレージ１とそのファイル管理装置４でなる第２のストレージシステムを、図１のストレージシステムとは別に設ける例である。この場合、ファイル管理装置４に管理情報複製部４Ｄを設ける。

管理情報複製部４Ｄは、データの管理データ部分と、実データ部分の記録位置を管理するデーターベース情報とを、１次ストレージ１と同等の他のストレージシステム＃２に複製する。このとき、実データは複製しない。このため、１次ストレージの容量は小さくて良い。

この場合、運用系である第１のストレージシステム＃１の１次ストレージ１が故障したとしても、冗長化されている管理データを用いて運用を継続できる。これは、第２のストレージシステム＃２の１次ストレージが、第１のストレージシステム＃１の１次ストレージ１と同等の高速動作が可能であるためである。

因みに、データーベース情報は、情報に更新がある度に更新部分が複製されることが望ましい。これにより、最小の通信量で、データーベース情報を常に最新の状態に維持できる。

なお、図１及び図２におけるファイル管理装置４は、例えば１次ストレージ１を内蔵するメインサーバーの一機能として実現できる。もっとも、移動管理部４Ａの機能だけを分離したコントローラとして実現することもできる。

また、当該機能は、ハードウェアとしてもソフトウェアとしても実現できる。なお、ソフトウェアには、アプリケーションソフトウェアの他、オペレーションシステムやファームウェアを含む。

本発明の１つによれば、運用中のデータ量の増加にもバックアップ時間の増加を招くことなく対応できる低コストのストレージ管理システムを実現できる。

以下、本発明をＮＡＳ（Network Attached Storage）システムに応用する場合について説明する。なお、明細書で特に図示又は記載しない技術は、当該技術分野において周知の技術を適用する。

（１）管理ポリシー
図３に、実施形態で採用する管理ポリシーを示す。図３は、以下に示す３つの管理ポリシー（ａ）〜（ｃ）を具体化する場合の一例である。

（ａ）ストレージを４つのデバイス区分に分けて管理する。各ファイルは、使用状況に応じて区分間を移動する。
（ｂ）冗長化に使用するデバイスと、冗長化を実行するタイミングを適切に選択する。
（ｃ）ファイル（実データ）がどのデバイス区分に移行しても、ファイルシステム上の位置は不動である。

（１−１）ポリシー（ａ）
ストレージシステムを構成する複数のストレージを、４つのデバイス区分に分類する。各デバイス区分は、使用頻度に応じた階層区分に対応する。

階層区分は、使用頻度の高い方から順に、「よく使うファイル群」、「たまに使うファイル群」、「ほとんど使わないファイル群」、「使わないが保存が必要なファイル群」の４つである。

使用頻度の区分は、ストレージシステム全体から見た使用頻度で判断する。すなわち、デバイス区分毎に判断しない。ファイルシステムとして、前回のアクセス時からの経過時間を区分移動の判断材料とする。

具体的には、各区分間に設定した閾値との比較結果に応じて判断する。ファイルへのアクセスが発生した時点で経過時間はリセットされ、論理上の階層区分は最上位に移動する。

運用開始から長期間が経過したファイルシステムでは、下位区分のデータ比率が多くなる。図３は、オンラインでファイル（実データ）へのアクセスが可能な上位３区分の合計容量を１００％として表した例である。

因みに、図３の場合、最上位階層に対応する「よく使うファイル群」のデータ比率は全体の１０％である。

同様に、中位階層に対応する「たまに使うファイル群」のデータ比率は全体の３０％である。同様に、最下位階層に対応する「たまに使うファイル群」のデータ比率は全体の６０％である。

各デバイス区分には、以下のメインストレージをそれぞれ対応付ける。まず、使用頻度が最も高い「よく使うファイル群」には、高価で信頼性の高いディスクデバイスを対応付ける。例えば、ＲＡＩＤ構成のハードディスクを対応付ける。

また、「たまに使うファイル群」には、コストパフォーマンスに優れたディスクデバイスを対応付ける。例えば、ＩＤＥハードディスクを対応付ける。図３の場合、上位２階層部分の全データ量のうち７５％（４０％のうちの３０％）を安価なディスクデバイスに対応付ける。

このため、同データ量を最上位階層のディスクデバイスで構成する場合に比してコストの大幅な低減を実現できる。なお、ファイルへのアクセス速度は、「よく使うファイル群」に対応するディスクデバイスと同等である。従って、外部からはディスクデバイスの違いは認識されない。

また、「ほとんど使わないファイル群」には、テープメディアを対応付ける。このテープメディアは、伝送路を通じて電気的にアクセス可能である。すなわち、オンライン状態にある。

テープメディアは信頼性が高く、データ当たりの単価がディスクデバイスに比して格段に安い。また、大容量のデータを蓄積するのに適する。従って、オンラインで管理する必要のあるファイルのうち大部分を占めるこの種のファイルの蓄積には最適である。

また、「使わないが保存が必要なファイル群」には、テープメディアを対応付ける。ただし、このテープメディアは、電気的には直接アクセスできない状態で管理される。すなわち、オフライン状態で管理される。例えば、テープメディアは、棚や箱などに物理的に保管される。

（１−２）ポリシー（ｂ）
ところで、上位２階層に対応するファイルのバックアップ（冗長化）には、メインストレージとは物理特性の異なるテープデバイスを選択する。これは、以下の理由による。

理由の１つは、テープは静的メディアで壊れないためである。一方、ディスクデバイスは、地震等の外力によって物理的に壊れ、データの読み出しが不可能になる可能性がある。

他の理由の１つは、ディスクデバイスは、同じロットのハードディスクが同時に壊れる可能性があることである。これに対し、複数のテープメディアが同時に壊れる事態は限定される。

また、テープメディアの場合は、後から容量を増やすことが容易である。また、テープメディアは、オフライン管理ができることもバックアップ用のストレージに使用する理由である。

なお、冗長化は、上位２階層の区分について行う。これら２区分は、この実施例の場合、ディスクデバイスに対応付けられているからである。最上位区分のバックアップは、毎夜、運用の終了後に行う。例えば、夜１時から行う。これにより、最も使用頻度が高く、経済的損失が高いファイルが保護される。

また、上から２区分目のバックアップは、最上位区分からファイルが移動される時点に実行する。このように、上位２区分のファイルへのアクセス性と保存の安全性を確保する。

（１−３）ポリシー（ｃ）
ファイルは、データ本体であるビットデータと、その管理データとに分けて管理する。管理データは、ビットデータにアクセスするための識別子（ＩＤ）、ファイル名、その他の管理情報である。管理データは、最上位階層のストレージメディアにあるファイルシステムにリンクする。

ここで、ストレージ上のファイル又は実データへは次のようにしてアクセスする。まず、最上位階層の区分に属するファイルへは、最上位階層のストレージのファイルシステムを通じてアクセスする。また、このバックアップファイルには、当該ファイルシステムにリンクされたフルパス名を通じて行う。フルパス名は、データーベースで管理する。

また、「たまに使うファイル群」その他の下位区分へは、ファイルシステムにリンクされている固有の識別子を使用してアクセスする。これにより、ビットデータの実際の格納位置が下位の区分に移動しても、ファイルシステム上の論理位置に影響しない。

なお、このバックアップファイルには、固有の識別情報とリンクされているテープメディア上の物理位置情報を用いてアクセスする。リンク情報は、データーベースで管理する。

（２）全体システム
図４に、ＮＡＳシステムの全体構成例を示す。本システムは、仮想的に単一のストレージメディアとして機能する仮想ファイルサーバー１０と、ネットワーク経由で仮想ファイルサーバー１０に接続された端末１１とで構成される。

端末１１は、クライアント端末でもサーバ端末でも良い。端末１１のオペレーションシステムは任意である。ネットワークには、例えばＬＡＮ（Local Area Network）を使用する。ＬＡＮのインタフェースには、例えばイーサネット（登録商標）、ＦＤＤＩ（Fiber Distributed Data Interface）を使用する。

ネットワークプロトコルには、ＮＦＳ（Network File System） やＣＩＦＳ（Common Internet File System） その他を使用する。

仮想ファイルサーバー１０は、メインサーバー１２と、キャッシュサーバー１３と、テープライブラリ１４とで構成する。物理的には、メインサーバー１２がネットワークと接続される。従って、端末１１と仮想ファイルサーバー１０との通信は、メインサーバー１２を経由して行われる。

メインサーバー１２は、図１の１次ストレージ１に対応する。図４に示すメインサーバー１２は、仮想ファイルサーバー全体を管理する機能と、使用中のデータを蓄積するストレージ機能とを有する。なお、メインサーバー１２が有するストレージデバイスは、論理上、階層が最も高い区分に対応する。

メインサーバー１２は、中央処理装置（ＣＰＵ）１２Ａと、主記憶装置１２Ｂと、副記憶装置１２Ｃと、ＲＡＩＤストレージ１２Ｄと、接続ポート１２Ｅ１〜１２Ｅ３とでなる。

このうち、接続ポート１２Ｅ１は、ネットワークとの接続用である。接続ポート１２Ｅ２は、キャッシュサーバー１３との接続用である。接続ポート１２Ｅ３は、テープライブラリ１４との接続用である。

ＣＰＵ１２Ａは、コンピュータの制御と命令の取り込み、実行を担当する。主記憶装置１２Ｂは、処理手順を記述したプログラムやデータの一時的な記憶を担当する。例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）でなる。

主記憶装置１２Ｂには、例えば基本入出力システム、ファームウェア、制御ソフトウェアが記憶される。

副記憶装置１２Ｃは、プログラムや処理データの保存を担当する。例えば、ハードディスク装置その他の記憶媒体（例えばＣＤ−ＲＯＭ）の駆動装置でなる。副記憶装置１２Ｃには、例えば仮想ファイルサーバーとしての機能を実現する制御プログラムが記録される。

ＲＡＩＤストレージ１２Ｄには、例えばＲＡＩＤレベル０＋１でハードディスクアレイを並列接続したものを適用する。すなわち、ストライピング（ＲＡＩＤ
０）構成のディスク装置をミラーリング(ＲＡＩＤ １)するものを使用する。

この構成により、ＲＡＩＤストレージ１２Ｄは、高信頼性とランダムアクセス性を保持する。ＲＡＩＤストレージ１２Ｄは、「よく使うファイル」の実データを蓄積する１次ストレージとして機能する。

このＲＡＩＤストレージ１２Ｄに、ファイルシステムと各ファイルに固有の識別子をリンクするデーターベースを記録する。なお、各ファイルの実データの物理的な記録位置も記録する。

キャッシュサーバー１３は、図１の２次ストレージ２に対応する。図４に示すキャッシュサーバー１３は、最上位から２番目のデバイス区分に対応する。すなわち、「たまに使うファイル」を記録するのに使用される。

キャッシュサーバー１３には、例えばＲＡＩＤレベル５でハードディスクアレイを並列接続したものを適用する。すなわち、パリティデータを各ハードディスクに分散するものを使用する。

この構成により、キャッシュサーバー１３は、高信頼性とランダムアクセス性を有する。なお、キャッシュサーバー１３を構成するハードディスクには、例えば低価格かつ大容量のＩＤＥハードディスクを使用する。

ＩＤＥハードディスクは、ＲＡＩＤストレージ１２Ｄを構成するハードディスクに比して容量当たりの単価が安い。このため、同じ容量をＲＡＩＤストレージ１２Ｄだけで用意する場合に比してコストを安くできる。

キャッシュサーバー１３には、ＲＡＩＤストレージ１２Ｄから使用頻度が低下したファイルの実データが移動される。なお、移動の際、移動対象の実データは、ＲＡＩＤストレージ１２Ｄから削除される。また、移動の際、移動対象の実データは、テープライブラリ１４にも重畳的に記録される。

ここで、キャッシュサーバー１３は、テープライブラリ１４のキャッシュとしての機能も果たす。従って、キャッシュサーバー１３とテープライブラリ１４の両方に存在する実データは、キャッシュサーバー１３から読み出される。

なお、キャッシュサーバー１３とメインサーバー１２は、例えばイーサネット（登録商標）経由で接続する。

テープライブラリ１４は、図１の３次ストレージ３に対応する。図４に示すテープライブラリ１４は、最上位から３番目のデバイス区分に対応する。すなわち、「ほとんど使わないファイル」を記録するのに使用される。

また、テープライブラリ１４は、ＲＡＩＤストレージ１２Ｄとキャッシュサーバー１３のバックアップストレージとして機能する。

テープライブラリ１４には、例えばカートリッジ型の磁気テープを複数格納するものを適用する。カートリッジの数を増やすことで蓄積するデータ容量を増加できる。もっとも、単一のテープカートリッジを装填できるテープ記録装置を使用しても良い。

なお、使用されないことが明らかなデータを記憶したカートリッジは、オフラインで保管することもできる。

テープライブラリ１４は、キャッシュサーバー１３に蓄積されている実データのうち使用間隔が所定の閾値を越えたものが移動される。なお、この移動は論理的なものである。ＲＡＩＤストレージ１２からキャッシュサーバー１３へのファイルの移動時に既に複製されているからである。

従って、ファイルの移動時に実行される動作は、キャッシュサーバー１３からファイルの実データを削除する動作だけである。

また、テープライブラリ１４には、ＲＡＩＤストレージ１２Ｄから定期的にファイルがバックアップされる。このように、定期的なバックアップで移動されるのは、オンラインでアクセス可能な全ストレージ容量の１０％程度である。従って、バックアップに要する時間は、格段に短縮される。

なお、テープライブラリ１４へのバックアップでは、”使うデータ”の実データ部分だけでなく、管理データやデーターベース情報も複製するのが望ましい。この際、テープライブラリ１４とメインサーバー１２は、例えばＳＣＳＩ（Small Computer System Interface ）経由で接続する。

因みに、テープ媒体として、書き込みが１回に限定されるもの用いれば、情報の信頼性を高めることができる。この種のテープ媒体は、ＷＯＲＭ（Write Once Read Many）と呼ばれる。

特に、信頼性が要求される応用例では、この種のテープ媒体を使用する。勿論、何度も書き換え可能なものを用いることもできる。

（３）ファイル管理動作
以下、仮想ファイルサーバー内で実行されるファイル管理動作を説明する。なお、本動作は、仮想ファイルサーバーを管理する制御ソフトウェアにより実行される。

（３−１）領域の定義
まず、以下の説明で使用する表記を説明する。図５に、４つの領域Ａ〜Ｄとストレージとの論理的な対応関係を示す。また図６に、領域Ａ〜Ｄとストレージとの物理的な対応関係を示す。

この４つの領域は、前述したデバイス区分に対応する。すなわち、領域Ａ−１は、使用頻度が最も高いデバイス区分のメインストレージに対応する。領域Ａ−１は、メインサーバー１２のＲＡＩＤストレージ１２Ｄの記録領域に確保される。

同様に、領域Ａ−２は、領域Ａ−１の冗長化に使用するストレージに対応する。領域Ａ−２は、テープライブラリ１４の一領域として確保される。例えば、専用の１又は複数の磁気カートリッジ上に確保される。

また、領域Ｂ−１は、使用頻度が２番目に高いデバイス区分のメインストレージに対応する。領域Ｂ−１は、キャシュサーバー１３の記録領域に確保される。領域Ｂ−２は、領域Ｂ−１の冗長化に使用するストレージである。この領域Ｂ−２も、テープライブラリ１４の一領域として確保される。例えば、専用の１又は複数の磁気カートリッジ上に確保される。

領域Ｃ−１は、オンラインで管理できる中でも最も使用頻度が低いデバイス区分のメインストレージに対応する。領域Ｃ−１は、テープライブラリ１４の一領域として確保される。例えば、専用の１又は複数の磁気カートリッジ上に確保される。

領域Ｄ−１は、オフラインで管理されるデバイス区分のメインストレージに対応する。領域Ｄ−１は、倉庫や棚に物理的に保存されている磁気カートリッジに対応する。

（３−２）区分間移行と冗長化処理
領域間の移行は、下位層へ向かう流れ（Ａ→Ｂ→Ｃ→Ｄ）と、上位層へ向かう流れ（Ｄ→Ｃ→Ｂ→Ａ）の２つに分けられる。下位層への流れは、外部コンピュータによる領域Ａへのファイルの格納が起点となる。一方、上位層への流れは、外部コンピュータのアクセスが起点となる。

（ａ）制御ソフトウェアによる自動移行
図７に、メインサーバー１２に搭載された制御ソフトウェアによるファイルの自動移行機能について説明する。

下位層（Ａ→Ｂ→Ｃ→Ｄ）への流れは、ファイルが、外部コンピュータからアクセスされなかった時間により制御される。ファイルが外部コンピュータからアクセスされなかった時間の長いファイル程、下位の階層に順に移行する。

一方、上位層（Ｄ→Ｃ→Ｂ→Ａ）への流れは、外部コンピュータからアクセスがあった時点に生じる。まず、各領域から領域Ａに該当ファイル（実データ）が移行される。その後、領域Ａから外部コンピュータにファイルが読み出される。

以上が、各方向への流れの概略である。以下、個々のプロセスについて説明する。なお図中、実線は移動を表し、点線は冗長化（複製）を示す。

(1)外部コンピュータがファイルを領域Ａ−１に格納する。
(2)制御ソフトウェアは、定期的に領域Ａ−１を領域Ａ−２に複製（バックアップ）する。実行時刻は、ユーザーから事前に設定された時刻である。なお、この時刻は、運用後もメインサーバー１２を通じて変更できる。

(3)制御ソフトウェアは、定期的に又は領域Ａ−１へのアクセスのたび、領域Ａ−１の残容量が閾値以下か否か判定する。閾値は、初期設定値又はユーザインタフェースを通じて事前に設定された値である。

ここでのアクセスは、書き込み時も読み出し時も含む。メインサーバー１２に蓄積される実データは、長年の運用により増加する。やがて、蓄積される実データは、メインサーバー１２に用意したＲＡＩＤストレージ１２Ｄの蓄積容量の上限に近づく。

制御ソフトウェアは、領域Ａ−１の残容量が閾値以下になると、設定した残容量が得られるまで、超過量に相当するデータ量の実データを領域Ｂ−２に移動させる。例えば、外部コンピュータからのアクセス間隔が長いファイルから順番に移動する。また例えば、ファイルが領域Ａ−１に置かれるとすぐに移動する。

(4)制御ソフトウェアは、領域Ｂ−１への実データの移動と同時に、同じ実データを領域Ｂ−２に複製（コピー）する。すなわち、実データは、キャッシュサーバー１３とテープライブラリ１４に二重化される。

(5)制御ソフトウェアは、領域Ｂ−１についても定期的に又は領域Ｂ−１へのアクセスのたび、領域Ｂ−１の残容量が閾値以下か否か判定する。制御ソフトウェアは、領域Ｂ−１の残容量が閾値以下になると、アクセス間隔が長いファイルから消去する。

この消去により、同領域Ｂ−２は、論理上、領域Ｃ−１に変わる。このように、領域Ｃ−１は積極的に作成されるものではなく、バックアップ領域である領域Ｂ−２が消去法的に領域Ｃ−１に変化する。

(6)なお、領域Ｃ−１に対応するファイル（実データ）の使用状況は、ユーザーによって判断される。ユーザーが「使用しない」と判断した場合、該当するファイル（実データ）を含むテープメディアは、制御ソフトウェアを使用してテープライブラリ１４から排出される。

排出されたテープメディアは、例えば外部の棚に移動させる。このように、テープライブラリ１４から排出した時点で、テープメディアに保存されているファイルは、領域Ｄ−１に移行する。この移動は、物理的な移動により実行される。

(7)次に、外部コンピュータが、仮想ファイルサーバー１０内のファイルにアクセスした場合について説明する。アクセスされたファイルがメインサーバー１２上にある場合、制御ソフトウェアは、アクセスされたファイルを領域Ａ−１から送出する。

(8)これに対し、アクセスされたファイルがキャッシュサーバー１３上にある場合、制御ソフトウェアは、ファイル（実データ）を領域Ｂ−１から領域Ａ−１へ移行する。かかる後、同ファイルを領域Ａ−１から外部コンピュータへ該当するファイルを転送する。

(9)また同様に、アクセスされたファイルがテープライブラリ１４上にある場合、制御ソフトウェアは、ファイル（実データ）を領域Ｃ−１から領域Ａ−１へ移行する。かかる後、同ファイルを領域Ａ−１から外部コンピュータへ該当するファイルを転送する。

(10)なお、アクセスされたファイルがオフライン管理されている場合、制御ソフトウェアは、外部棚に保管されているテープメディアをテープライブラリ１４に装填するようにユーザーに促がす画面を作表示装置上に表示させる。

ユーザーが該当するテープメディアを外部棚からテープライブラリ１４に装填すると、領域Ｄ−１として管理されていたテープメディアはＣ−１領域に移行する。この後、前述したように領域Ａ−１にファイル（実データ）が移行される。

（ｂ）制御ソフトウェアによる自動移行と外部コンピュータによる移行との混在使用
図８に、メインサーバー１２に搭載された制御ソフトウェアと外部コンピュータに搭載されたアプリケーションによるファイルの移行機能について説明する。

すなわち、本例は、各領域間でファイル（実データ）を移行させるＡＰＩ（アプリケーションインターフェース）を、外部コンピュータ上で動作するアプリケーションプログラムが制御する。

なお、外部コンピュータからアクセスがあった場合には、ファイル（実データ）がどのデバイス区分に存在しても、まず領域Ａ−１に移行される。

外部コンピュータ側からファイルの移行を管理する機能を使用すれば、以下のような使い方ができる。例えば、予め所定の日時に読み出しが予想されるファイル（実データ）がある場合、必要なファイルを事前に領域Ａに移行させることができる。

また例えば、アプリケーションのバージョンが更新された場合、ほとんど使用されないと予想される旧バージョンのファイル（実データ）を下位層の領域に移行させるといった使い方ができる。

以下、個々のプロセスについて説明する。なお図中、実線は移動を表し、点線は冗長化（複製）を示す。

(1)外部コンピュータがファイルを領域Ａ−１に格納する。
(2)制御ソフトウェアは、外部アプリケーションから指定された日時に、定期的に領域Ａ−１を領域Ａ−２に複製（バックアップ）する。実行時刻は、ユーザーから事前に設定された時刻である。なお、この時刻は、運用後も外部コンピュータ上で変更できる。

(3)外部アプリケーションは、ＡＰＩを使用して、領域Ａ−１の特定のファイル（実データ）を領域Ｂ−１に移行する。
(4)制御ソフトウェアは、領域Ｂ−１への実データの移動と同時に、同じ実データを領域Ｂ−２に複製（コピー）する。すなわち、実データは、キャッシュサーバー１３とテープライブラリ１４に二重化される。

(5)制御ソフトウェアは、領域Ｂ−１についても定期的に又は領域Ｂ−１へのアクセスのたび、領域Ｂ−１の残容量が閾値以下か否か判定する。制御ソフトウェアは、領域Ｂ−１の残容量が閾値以下になると、アクセス間隔が長いファイルから消去するこの消去により、同領域Ｂ−２は、論理上、領域Ｃ−１に変わる。

(6)領域Ｃ−１のファイル（実データ）の使用状況は、ユーザーによって判断される。ユーザーが「使用しない」と判断した場合、該当するファイル（実データ）を含むテープメディアは、制御ソフトウェアを使用してテープライブラリ１４から排出される。

排出されたテープメディアは、例えば外部の棚に移動させる。このように、テープライブラリ１４から排出した時点で、テープメディアに保存されているファイルは、領域Ｄ−１に移行する。この移動は、物理的な移動により実行される。

(7)外部コンピュータが、仮想ファイルサーバー１０内のファイルにアクセスした場合は、いずれも制御ソフトウェアによる自動移行の説明と同じである。

すなわち、アクセスされたファイル（実データ）がどのデバイス区分に属する場合にも、メインサーバー１２に複製された後、外部コンピュータに送出される。

（４）ストレージ領域の復旧動作
ここでは、ディスクメディアで構成される領域Ａ−１及びＢ−１の一方又は両方が壊れた場合を考える。このデータの復旧のために冗長化が行なわれている。

図９に、領域Ａ−１が壊れた場合を示す。この場合、外部コンピュータからアクセスのあったファイル（実データ）は、メインサーバー１２（ＲＡＩＤストレージ１２Ｄ）から読み出すことができない。

制御ソフトウェアは、データーベースが保持するバックアップデータへのフルパス名を読み出してテープライブラリ１４にアクセスする。かくして、所定のテープメディアからバックアップデータが読み出される。

ただし、テープメディアからの読み出しのため、一般には読み出し時間が長くなる。しかし、システムの運用を停止することなく対応できる。

このとき、制御ソフトウェアは、領域Ａ−１に対応するＲＡＩＤストレージ１２Ｄの交換をユーザーに通知する。この後、制御ソフトウェアは、ＲＡＩＤストレージ１２Ｄの交換を検出すると、領域Ａ−２の実データを領域Ａ−１に複製（復元）する。これにより、故障前の状態が復旧される。

ここで、制御ソフトウェアは、ＲＡＩＤストレージ１２Ｄが新たなものに交換されるまで、システムの運用を停止する運用手法もある。この他、制御ソフトウェアは、正常動作中のキャッシュサーバー１３（領域Ｂ−１）を領域Ａ−１とみなす運用手法もある。

ただし、この場合にはキャッシュサーバー１３の信頼性の問題があるため、キャッシュサーバー１３への書き込みと同時にテープライブラリ１４にバックアップする。

図１０に、領域Ｂ−１が壊れた場合を示す。この事象は、失われるデータ量の規模に違いがあるものの、領域Ｂ−１のファイルが領域Ｃ−１に移行する場合と同じである。従って、領域Ｂ−１が壊れた場合、領域Ｂ−２は論理的に領域Ｃ−１に切り替わる。

このように、論理的な領域変更だけで仮想ファイルサーバーの運用は停止することなく継続される。

（５）遠隔地に保管する場合の運用
図１１に、各種災害や障害への対策として、運用地とは別の土地、場所、建物等（以下「遠隔地等」という）にデータを保管する場合のデータの移動例を示す。

このストレージシステムのある時点のデータを、遠隔地の耐火・耐震性のある倉庫等に保管したいということがある。この場合、「よく使うファイル群」、「たまに使うファイル群」は既に冗長化されているので、冗長化先のストレージの複製をバックグラウンドで実行する。

ほとんどアクセスされる可能性がないため、運用系のメインストレージに負荷をかけずに複製を行なうことができる。なお、実際の複製処理時には、制御ソフトウェアが、冗長化先へのアクセスを一旦停止する。

すなわち、冗長化先へのパスを一旦停止する。かかる後に、テープメディアから部のテープメディアに実データの複製が行われる、

また、「ほとんど使わないファイル群」については、メインストレージであるテープメディアを直接複製する。なお、ほとんど使わないファイルであるので、外部コンピュータからのアクセスを考慮する必要性は低い。従って、運用中にバックグランウドで、ファイルの複製を行う。

なお、「使わないが保存が必要なファイル群」については、外部の倉庫や棚に収納されているテープメディアを、物理的に搬送すれば良い。

（５）実施形態の効果
通常、ディスクストレージ上にはファイルシステムが存在する。このため、ファイルシステムの構築後、運用中にストレージ領域を拡張することは難しい。本実施形態例の場合、領域Ａ−１が対応する。

そこで、本実施形態では、領域Ｂ−１、Ｃ−１、Ｄ−１に記録したファイル（実データ）の識別子を領域Ａ−１のファイルシステムにリンクさせて管理する。これにより、領域Ｂ−１、Ｃ−１、Ｄ−１の拡張や比率の変更を柔軟に行うことができる。

また、本実施形態では、ストレージメディアを使用頻度に応じて複数の区分に分割し、それぞれを冗長化する。これにより、ストレージ領域のうち物理的な衝撃に弱い部分や使用頻度の高い部分に、最適なタイミングで最適なメディアにファイル（実データ）を冗長化できる。

因みに、使用頻度の高い領域は壊れる可能性が高い。また、使用頻度の高い領域は、ファイルが更新される度にデータを冗長化していては、パフォーマンスが出ない可能性がある。そこで、「よく使う領域」は、定期的なバックアップを選択する。

一方、「たまに使う領域」は、区分の移動時に冗長化しても問題ない。このように本実施形態では、使用頻度に応じて最適なタイミングを選択する。

また、本実施形態では、使用頻度を基準にストレージを領域分割し、使用頻度に応じて最適な物理的特性を有するストレージデバイスを割り当てる。これにより、コストとパフォーマンスとの最適化を実現できる。

また、本実施形態では、アプリケーションプログラムに対して、ＡＰＩを公開することにより、各ファイルに対するアプリケーション側の意味付けを反映することができる。

例えば、制御ソフトウェアとしては同等であっても、アプリケーションから見ると、必要があるデータと必要がないデータとに分類できる。従って、ＡＰＩの公開により、アプリケーション側からの重要性を区分間移行に反映させることができる。

また、本実施形態では、遠隔地での保管用のデータを作成する場合に、運用系のアクセスが少ない領域を使用できるため、システムの運用を停止させずに、バックグラウンドで実行できる。

本発明に係るストレージ管理システムは、各種用途に応じたデジタル資産を管理するのに応用できる。例えば、デジタル映像データの蓄積に使用できる。映像ビジネスに係わる全ての事業分野（家庭内システムも含む。）に適用できる。

また例えば、金融データの蓄積に使用できる。例えば帳票データ、伝票データ、金融取引データの蓄積に使用できる。
また例えば、ネットワーク経由で送受されるデータの蓄積に使用できる。例えば、電子メール、Ｗｅｂページ、通信記録の蓄積に使用できる。

また例えば、出版関連データの蓄積に使用できる。例えば版下データ、地図データその他のデジタルコンテンツの蓄積に使用できる。
また例えば、医療データの蓄積に使用できる。例えばレントゲン画像、ＭＲＩ（Magnetic resonance imaging ）画像、カルテデータ、予約データその他の蓄積に使用できる。

また例えば、各種団体・機関の文書の蓄積に使用できる。例えば行政機関、司法機関、立法機関その他の公的文書の蓄積に使用できる。また、社内文書の蓄積にも使用できる。なお個人文書の蓄積にも使用できる。

また例えば、製図データの蓄積にも使用できる。例えばＣＡＤ（Computer Aided Design）データ、ＣＡＭ（Computer Aided Manufacturing） データ、ＣＡＥ（Computer-Aided
Engineering ）データの蓄積にも使用できる。

発明が前提とするストレージシステムの構成例を示す図である。 発明が前提とするストレージシステムの他の構成例を示す図である。 実施形態で採用する管理ポリシーの一部の具体例を示す図表である。 ストレージシステムの実施形態例を示す図である。 領域の定義を示す図表である。 ストレージシステムと各領域との対応関係を示す図である。 制御ソフトウェアによるデバイス区間の自動移行動作を示す図である。 外部コンピュータのアプリケーションと制御ソフトウェアの協働によるデバイス区間の移行動作を示す図である。 使用頻度が最も高いストレージデバイスが故障した場合の復旧動作を示す図である。 使用頻度が２番目に高いストレージデバイスが故障した場合の復旧動作を示す図である。 遠隔地に運用データを保管する場合のバックアップ処理の実行を示す図である。

符号の説明

１ １次ストレージ
２ ２次ストレージ
３ ３次ストレージ
４ ファイル管理装置
４Ａ 位置管理部
４Ｂ 移動管理部
４Ｃ 冗長化管理部
１０ 仮想ファイルサーバー
１２ メインサーバー
１３ キャッシュサーバー
１４ テープライブラリ

Claims (10)

1. 物理的特性を異にする複数種類のストレージメディアを組み合わせて構築したストレージシステムを、仮想的に単一のストレージとして管理するファイル管理装置であって、
   １つのファイルを、実データと実データにアクセスするための識別情報とに分け、当該アクセスするための識別情報をファイルシステムに関連付けて管理する位置管理部と、
   ファイルを使用頻度の区分に応じて階層的に管理し、区分間におけるファイルの移動を管理する移動管理部と、
   ファイルの実データを下位区分に対応するストレージメディアに移動させる際、同時に実データを更に下位区分に対応する別のストレージメディアにバックアップする冗長化管理部と
   を有することを特徴とするファイル管理装置。
2. 請求項１に記載のファイル管理装置において、
   前記冗長化管理部が実データをバックアップするストレージメディアは、テープメディアである
   ことを特徴とするファイル管理装置。
3. 請求項１に記載のファイル管理装置において、
   前記冗長化管理部は、最も使用頻度の高いファイルの実データを定期的にテープメディアにバックアップする
   ことを特徴とするファイル管理装置。
4. 請求項１に記載のファイル管理装置において、
   前記冗長化管理部は、管理下にあるファイルの実データを、ファイバチャネル経由で他地点のストレージメディアにバックアップし、ファイルシステムと特定のファイルにアクセスするための識別情報とを、広域ネットワーク経由で前記他地点のストレージメディアにバックアップする
   ことを特徴とするファイル管理装置。
5. 請求項１に記載のファイル管理装置において、
   前記冗長化管理部は、下位区分に対応するストレージメディアへの実データの移動が外部アプリケーションの指示で実行される場合にも、当該移動と同時に、実データを更に下位区分に対応する別のストレージメディアにバックアップする
   ことを特徴とするファイル管理装置。
6. 請求項１に記載のファイル管理装置において、
   前記移動管理部は、最上位以外の区分に対応するストレージメディアに存在するファイルへのアクセス時、当該ファイルの実データが存在するストレージメディアのうち最も上位の区分に対応するものに保存されているファイルを、ストレージシステム内で最も上位の区分に対応するものに複製する
   ことを特徴とするファイル管理装置。
7. 物理的特性を異にする複数種類のストレージメディアを組み合わせて構築したストレージシステムと、当該複数種類のストレージメディアを仮想的に単一のストレージとして管理するファイル管理装置とを有するストレージ管理システムであって、
   前記ファイル管理装置は、
   １つのファイルを、実データと実データにアクセスするための識別情報とに分け、当該アクセスするための識別情報をファイルシステムに関連付けて管理する位置管理部と、
   ファイルを使用頻度の区分に応じて階層的に管理し、区分間におけるファイルの移動を管理する移動管理部と、
   ファイルの実データを下位区分に対応するストレージメディアに移動させる際、同時に実データを更に下位区分に対応する別のストレージメディアにバックアップする冗長化管理部と
   を有することを特徴とするストレージ管理システム。
8. 物理的特性を異にする複数種類のストレージメディアを組み合わせて構築したストレージシステムと、当該複数種類のストレージメディアを仮想的に単一のストレージとして管理するファイル管理装置とを有するストレージ管理システムの管理方法であって、
   １つのファイルを、実データと実データにアクセスするための識別情報とに分け、当該アクセスするための識別情報をファイルシステムに関連付けて管理する工程と、
   ファイルを使用頻度の区分に応じて階層的に管理し、区分間におけるファイルの移動を管理する工程と、
   ファイルの実データを下位区分に対応するストレージメディアに移動させる際、同時に実データを更に下位区分に対応する別のストレージメディアにバックアップする工程と
   を有することを特徴とするストレージ管理方法。
9. コンピュータに、
   物理的特性を異にする複数種類のストレージメディアを組み合わせて構築したストレージシステムを仮想的に単一のストレージとして管理させる機能を実行させるプログラムであって、
   １つのファイルを、実データと実データにアクセスするための識別情報とに分け、当該アクセスするための識別情報をファイルシステムに関連付けて管理する位置管理機能と、
   ファイルを使用頻度の区分に応じて階層的に管理し、区分間におけるファイルの移動を管理する移動管理機能と、
   ファイルの実データを下位区分に対応するストレージメディアに移動させる際、同時に実データを更に下位区分に対応する別のストレージメディアにバックアップする冗長化管理機能と
   を有することを特徴とするプログラム。
10. コンピュータに、
    物理的特性を異にする複数種類のストレージメディアを組み合わせて構築したストレージシステムを仮想的に単一のストレージとして管理させる機能を実行させるプログラムであって、
    １つのファイルを、実データと実データにアクセスするための識別情報とに分け、当該アクセスするための識別情報をファイルシステムに関連付けて管理する位置管理機能と、
    ファイルを使用頻度の区分に応じて階層的に管理し、区分間におけるファイルの移動を管理する移動管理機能と、
    ファイルの実データを下位区分に対応する別のストレージメディアに移動させる際、同時に実データを更に下位区分に対応する別のストレージメディアにバックアップする冗長化管理機能と
    を有するものを記録したことを特徴とする記録媒体。
    

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