JP2006277545A - 計算機システム、記憶装置システムおよびライト処理制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 計算機システム1が、アプリケーションサーバ70および記憶装置システム40に関する負荷情報を収集する収集部と、前記収集部により収集された負荷情報に基づいてライト処理特性を予想し、そのライト処理特性を前記記憶装置システムに発信する発信部と、前記発信部により発信された前記ライト処理特性に基づいて、記憶装置システム40内のハードディスクへのライト処理を制御するライト制御部とを備えて、前記記憶装置システム内のキャッシュ42からハードディスク16へのライト処理量が時間的に平均化されるようにライト可能キャッシュ量を設定し、そのライト可能キャッシュ量を満たすようにハードディスク16へのライト処理を行う。
【選択図】 図1
Description
Anujan Varma and Quinn Jacobson, "Destage Algorithm for Disk Arrays with Non-Volatile Caches," Proceeding of the 22nd International Symposium on Computer Architecture, pp.83-95(1995) D. J. Gemmell et al, "Multimedia Storage Servers: A Tutorial," IEEE Computer, pp. 40-49, May(1995)
本発明の第1の実施形態について、図を参照して説明する。まず、最初に第1の実施形態におけるシステム構成を説明し、その後に、計算機システム1のアクセス処理について説明する。
図1は、第1の実施形態の計算機システムの構成図である。計算機システム1は、管理サーバ120、サーバ(アプリケーションサーバ)70、仮想化スイッチ60および記憶装置システム40から構成され、これらの間をネットワーク24およびI/Oパス34によって接続している。ネットワーク24は、例えば、ギガビットイーサネット(登録商標)によって構成してもよく、ネットワークの規格は限定されない。また、I/Oパス34は、例えば、ファイバーチャネル(Fibre Channel)によって構成してもよいが、規格はこれに限定されない。そして、計算機システム1には、入力手段112と表示手段114を備えた端末110がネットワーク24に接続されている。
管理サーバ120は、1つ以上のCPU12、メモリ14、ハードディスク16およびネットワークインタフェース(以後、ネットワークI/Fと記述)22がバス18によって接続されて構成される計算機である。管理サーバ120は、CD−ROMドライブ20をはじめとする媒体の読取装置を備えていてもよい。
次に、サーバ70の構成について説明する。なお、図1では3台のサーバ70が示されているが、これらはほぼ同一の構成である。
サーバ70は、管理サーバ120とほぼ同様の構成を持つ計算機であり、1つ以上のCPU12、メモリ14、ハードディスク16、ネットワークインタフェース(以後、ネットワークI/Fと記述)22およびI/OパスI/F32がバス18によって接続されて構成される計算機である。管理サーバ120と同じ構成要素には同じ符号を付して、説明を省略する。I/OパスI/F32は、I/Oパス34を介して後記する仮想化スイッチ60や記憶装置システム40と通信する機能を持っている。なお、I/OパスI/F32には、I/Oパス34を接続するためのポート26が含まれているが、このポート26は1つとは限らない。
その他の構成要素は、メモリ14に含まれているプログラムやデータが異なる以外は、同じである。
なお、図1では、計算機システム1は、サーバ70を3台含む構成になっているが、他の2台も同様の構成なので、説明を省略する。
記憶装置システム40は、CPU12、メモリ14、ハードディスク16、ネットワークI/F22、I/OパスI/F32およびディスクキャッシュ42がバス18によって接続されて構成される計算機である。管理サーバ120およびサーバ70の構成要素と同じものは、同一の符号を付して説明を省略し、ここでは、それらに含まれていないディスクキャッシュ42を説明する。ディスクキャッシュ42は、記憶装置システム40のハードディスク16に対するキャッシュの役割を果たす記憶手段である。ディスクキャッシュ42は、半導体のメモリを用いて構成することができる。なお、本実施形態では、メモリ14と区別した構成としているが、ディスクキャッシュ42をメモリ14の中の所定の領域として構成してもよく、ディスクキャッシュ42を実現するための構成は限定されない。
なお、記憶装置システム40は、必要な容量を構成するために複数のハードディスクを備えるようにしてもよく、ハードディスクの台数は限定されない。
図2は、仮想化スイッチの構成図である。仮想化スイッチ60は、CPU12、メモリ14、ネットワークI/F22およびI/OパスI/F32がバス18を介して接続することによって構成される計算機である。構成要素は、すべて前記したものと同じなので、同じ符号を付して説明を省略する。メモリ14には、仮想化スイッチとしての処理を行わせるためのプログラムである制御プログラム64と管理情報74が含まれている。そして、仮想化スイッチ60に含まれるI/OパスI/F32の数は、通常は複数であるが、特定の数に限定されない。
プログラム100からファイルシステム80に属するファイル202をライトする場合には、当初は1つのファイルのデータをまとまった形で扱っている。そして、そのファイル202のデータは、サーバ70のCPU12(図1参照)によって、ボリュームマネージャ78が管理する論理ボリューム204にマッピングされる。こうして論理ボリューム204に格納されたファイル202のデータは、ボリュームマネージャ78の機能により、仮想化スイッチ60が管理する1つまたは複数の仮想ボリューム206にマッピングされる。さらに、この仮想ボリューム206は、仮想化スイッチ60のCPU12(図2参照)により、記憶装置システム40が管理する論理ディスク208にマッピングされる。
まず、サーバ70からのリードやライトの要求があった場合には、記憶装置システム40のCPU12によってサーバI/Oキュー(図示せず)にその要求が加えられる。そして、その要求がリードである場合には、CPU12は、そのリードに対応するサーバI/O処理を行う。その際に、キャッシュに読み込まれていないデータへのリード(リードキャッシュミス)である場合には、HDDI/Oキュー(図示せず)にリードの要求が加えられ、順次、ハードディスク16に対して要求が実行され、その内容がキャッシュに保存される。以後、本明細書において、記憶装置システム40の内部でリード命令を実行する場合のリード命令とは、このHDDI/Oキューにリードの要求を加えることを指す。
記憶装置システム40のCPU12におけるライト処理において書き込まれるデータ量のパターンは、周期的に繰り返される成分とベースとなる持続的な書き込みのパターンに分けて扱うことができる。例えば、図5に示すようにライトのパターンが、元ライトパターン320に示すようなパターンである場合には、周期ライトパターン322と持続ライトパターン324に分割して扱うことができる。なお、この例では、基準ライト量は符号326で示され、ライトの周期は符号328で示されている。本明細書において、基準ライト量および周期とは、それぞれこれらと同様の量を指す。
図5は、管理情報を示す図である。図5に示すように、管理情報74は、上位仮想構造情報330、下位仮想構造情報332およびデータ転送量累積値334により構成される。上位仮想構造領域情報330は、仮想構造IDと構造内領域の情報を持つ。仮想構造IDとは、仮想構造を特定するためのものであり、仮想化機構とは、図3に示したファイルシステム80、ボリュームマネージャ78、仮想化スイッチ60、記憶装置システム40などを指す。仮想構造とは、図3に示したファイル202、論理ボリューム204、仮想ボリューム206、論理ディスク装置208などを指す。そして、管理構造という場合には、前記の仮想構造と物理ディスク装置をあわせたものを指す。これにより、図3に示したような階層のうち、上位の階層と当該管理情報74を含む階層とのマッピングを行うことができる。同様に、下位仮想構造情報332は、仮想化機構ID、管理機構IDおよび構造内領域の情報を持ち、これにより、当該管理情報74を含む階層とこれより下位の階層とのマッピングを行うことができる。そして、データ転送量累積値334は、それぞれの領域に対応して、それぞれどのような量のデータのリードとライトが行われているかを記録している。
図8(a)に示されているジョブ管理情報410は、ジョブ識別子412、サーバ名414、コマンド名416、起動条件418、ファイルパス名420、期間422、基準ライトスループット424、基準ライト周期426、基準ライト量428、基準モニタ値430、基準モニタ箇所432、現設定計算モニタ値434およびその時点で設定されているライト処理情報438を含んでいる。ジョブ識別子412は、そのジョブのIDを記録し、サーバ名414は、そのジョブが実行されたサーバ名を記録し、コマンド名416は、そのジョブにおいて実行されているコマンド名を記録し、起動条件418は、前記コマンドをいつ実行する(実行すべき)か、つまり、(1)常時起動している場合、(2)特定の日時に起動する場合、(3)特定のジョブが完了した後に起動する場合、に関するコマンドの起動のタイミングの情報や、前記コマンドを起動するときのオプションなどの起動条件を記録する。
なお、図5に前記したようにライトパターンは、周期ライトと持続ライトに分割が可能であるため、周期ライトのための項目と持続ライトのための項目が両方とも用いられる可能性もある。
図9(a)に示す周期ライトの場合のライト処理情報45aは、ライト処理情報ID450、処理種別452、I/O識別情報454、周期ライト周期456、周期ライト量458および記憶装置ID460の各情報を含む。ライト処理情報ID450は、当該ライト処理情報の識別情報である。なお、ライト処理情報ID450の代わりにライト処理情報45そのものを格納するようにしてもよい。処理種別452は、周期ライトであるか持続ライトであるかを示す情報である。I/O識別情報454は、アクセス先論理ディスク装置(Logical Unit、LU)およびその論理ディスクにおけるアドレスに該当するLBA(Logical Block Address)を記録する。周期ライト周期456および周期ライト量458は、周期ライトを行う際の周期とライト量を示し、それぞれ、図8(a)の基準ライト周期426および基準ライト量428に対応する。記憶装置ID460は、そのデータをどの記憶装置システム40に送ったかを示す情報を保存する。
以下、前記した構成を基に計算機システム1における記憶装置システム40へのアクセスに関連する処理を説明する。
図12は、管理サーバにおける処理管理プログラムの起動処理を示す説明図である。
まず、管理サーバ120のCPU12は、マッピング情報の収集を行う(S10)。そして、CPU12は、常時起動のプログラムのライト処理情報45を設定する(S12)。そして、CPU12は、管理対象の(アプリケーション)プログラム100の起動日時による起動と起動確認(起動したジョブに対応するライト処理情報の設定を含む)を行い(S14)、対応する期間が追加・完了した際にライト処理情報を更新する(S16)。
まず、基準モニタ箇所における過去所定期間の現時刻のモニタ値の平均値を計算し、この値をAに代入する(S40)。そして、基準モニタ箇所における過去所定期間の次時刻のモニタ値の平均値を計算し、この値をBに代入する(S42)。それから、基準モニタ箇所における取得した現時刻のモニタ値を把握し、この値をCに代入する(S44)。そして、C×B/A×余裕係数を計算し、これを計算モニタ値とする(S46)。
図14は、記憶装置システムにおけるライト処理情報取得処理を説明する図である。
まず、記憶装置システム40のCPU12は、ライト処理情報45の処理種別452は何であるかを判定する(S60)。この判定の結果、処理種別452が情報削除である場合には(S60の「情報削除」)、この削除処理の対応ライト量管理情報エントリの破棄を行い(S68)、ステップS66に進む。判定の結果、処理種別が周期ライトまたは持続ライトである場合には(S60の「周期ライト・持続ライト」)、ライト量管理情報エントリ取得および初期化を行い(S62)、取得ライト処理情報を保存し(S64)、ステップS66に進む。
この処理では、まず、CPU12は、ライト量履歴の更新を行う(S70)。この更新は、次のエントリを加える処理である。なお、書き込む領域の制限があり新たなエントリを確保できない場合には、一番古いライト量履歴のエントリに値を書き込む。そして、CPU12は、周期ライト認識処理を実施する(S72)。この周期ライト認識処理は、図17を用いて詳細を後記する。
この処理では、まず、CPU12は、ダーティデータ量のキャッシュ量に対する割合(ダーティデータ量/キャッシュ量)が所定のライト優先化閾値未満か否かを判定する(S90)。この判定の結果、ライト優先化閾値以上である場合は(S90のNo)、ステップS96に進む。ライト優先化閾値未満である場合には(S90のYes)、CPU12は、ダーティデータ量に応じた時間スリープする(S92)。すなわち、ダーティデータ量が多いときは短い時間スリープし、ダーティデータ量が少ないときは長い時間スリープする。
この処理では、まず、CPU12は、対応する分割キャッシュを把握する(S130)。このとき、ストレージキャッシュ管理情報480を用いて、ライト要求中の論理ディスク装置(LU)の識別子から対応する分割キャッシュを求める。
前記の第1の実施形態は、周期的にライト可能キャッシュ量を確認し、目標とする所定の値を下回る場合に内部ライト処理を行っていたが、第2の実施形態は、期待されるライトスループットを目標とした内部ライト制御を実施する。このため、第2の実施形態は、内部ライト処理のための扱いが異なるなど以外は、第1の実施形態と共通しているので、第2の実施形態が第1の実施形態と異なる部分だけを説明する。
本実施形態においては、基本的なハードウェア構成は全く同じであるので、説明を省略する。ただし、一部のテーブルは、保持する項目が第1の実施形態と異なっているので、その部分だけ説明する。
図11に示すライト量管理情報500の中では、前周期ライト時刻508から現ライト量カウンタ512までは、本実施形態では用いない。
その他の構成は、前記した第1の実施形態と同じである。
前記した構成を基に計算機システム1における記憶装置システム40へのアクセスに関連する処理を説明する。
第2の実施形態においては、第1の実施形態が短い周期ごとにライト量を決定するための値を更新して、これらの値に基づいてライト量を予測するものであったのに対して、周期を基にして予測値を求めるのではなく、記憶装置システム40のCPU12は、期待ライトスループットを基にライト量の補正を逐次行う。そして、この補正値に基づいて、記憶装置システム40の内部I/O処理の負荷が高いときには、平均して内部ライトを行うようにして、内部I/O処理の負荷が低いときには、ライト量を増加させていくようにする。
この処理では、第1の実施形態において周期ライト認識処理を行っていた代わりに補正率を計算する(S140)。このとき、補正率は、ライト処理情報におけるライト量の予測値と実際のライト量がどれだけ違っていたかを表す割合である。
第1の実施形態においては、この処理は、ライト優先化閾値計算のステップS120と期待ライトスループット計算のステップS122だけを行うが、第2の実施形態では、この2つのステップに加えて、補正ダーティデータ量の設定を行う(S150)。このステップでは、基本的に現在のダーティデータ量をそのまま補正ダーティデータ量の設定に用いる。
さらに、ボリュームマネージャ78も含まない構成としてもよい。この場合には、ファイルシステム80が、論理ボリューム206や論理ディスク装置208へ直接マッピングを行う。更に、記憶装置40がファイル202を提供する構成にも適用できる。この構成における記憶装置システム40は、いわゆるNAS(Network Attached Storage)と呼ばれるものになる。
12 CPU
14 メモリ
16 ハードディスク(物理ディスク装置)
18 バス
20 CD−ROMドライブ
24 ネットワーク
26 ポート
34 I/Oパス
40 記憶装置システム
42 ディスクキャッシュ
44 制御プログラム
45,45a,45b,45c ライト処理情報
47 データ領域
49 プログラム領域
60 仮想化スイッチ
64 制御プログラム
70 サーバ(アプリケーションサーバ)
74 管理情報
78 ボリュームマネージャ
80 ファイルシステム
100 プログラム
102 プログラム統計情報
110 端末
112 入力手段
114 表示手段
120 管理サーバ
140 処理管理プログラム
142 処理管理情報
143 ライト処理情報
144 管理エージェント
Claims (14)
- アプリケーションサーバおよび記憶装置システムに関する負荷情報を収集する収集部と、
前記収集部により収集された負荷情報に基づいてライト処理特性を予想し、前記ライト処理特性を前記記憶装置システムに発信する発信部と、
前記発信部により発信された前記ライト処理特性に基づいて、前記記憶装置システム内のハードディスクへのライト処理を制御するライト制御部と、
を備えたことを特徴とする計算機システム。 - 前記負荷情報は、前記アプリケーションサーバのアプリケーション処理量および前記記憶装置システムのI/O負荷を含んでいること
を特徴とする請求項1に記載の計算機システム。 - 前記ライト処理特性は、過去のライト処理の測定結果であるモニタ情報、ライト処理のマージンを取るための余裕係数および直近のライト処理のモニタ値と過去のライト処理のモニタ値の比から導かれる予想ライト実行間隔ならびに予想データライト量を含んでいること
を特徴とする請求項1に記載の計算機システム。 - 前記ライト制御部は、前記記憶装置システム内のキャッシュメモリから前記ハードディスクへのライト処理が時間的に平均化されるようにライト可能キャッシュ量を設定し、前記ライト可能キャッシュ量を満たすように前記ハードディスクへのライト処理を行うこと
を特徴とする請求項1に記載の計算機システム。 - 前記収集部および前記発信部は、前記アプリケーションサーバ、前記記憶装置システムまたはこれらとは異なる別の装置のいずれかに具備されていることを特徴とする請求項1に記載の計算機システム。
- 前記計算機システムは、前記アプリケーションサーバの論理ボリュームからマッピングされた仮想ボリュームと前記記憶装置システムの論理ディスク装置とをマッピングする仮想化スイッチをさらに備え、
仮想化スイッチは、論理ボリュームから論理ディスク装置へデータを分割してマッピングしてファイルシステムを記憶すること
を特徴とする請求項1に記載の計算機システム。 - 前記収集部は、収集された負荷情報を周期に基づいて解析して、前記ライト処理特性を予想すること
を特徴とする請求項1に記載の計算機システム。 - 前記計算機システムは、前記アプリケーションサーバの論理ボリュームからマッピングされた仮想ボリュームと前記記憶装置システムの論理ディスク装置とをマッピングする仮想化スイッチをさらに備え、
前記負荷情報は、前記アプリケーションサーバのアプリケーション処理量および前記記憶装置システムのI/O負荷を含み、
前記ライト処理特性は、過去のライト処理の測定結果であるモニタ情報、ライト処理のマージンを取るための余裕係数および直近のライト処理のモニタ値と過去のライト処理のモニタ値の比から導かれる予想ライト実行間隔ならびに予想データライト量を含み、
前記ライト制御部は、前記記憶装置システム内のキャッシュメモリから前記ハードディスクへのライト処理が時間的に平均化されるようにライト可能キャッシュ量を設定し、前記ライト可能キャッシュ量を満たすように前記ハードディスクへのライト処理を行い、
前記収集部および前記発信部は、前記アプリケーションサーバ、前記記憶装置システムまたはこれらとは異なる別の装置のいずれかに具備され、
仮想化スイッチは、論理ボリュームから論理ディスク装置へデータを分割してマッピングしてファイルシステムを記憶し、
前記収集部は、収集された負荷情報を周期に基づいて解析して、ライト処理特性を予想すること
を特徴とする請求項1に記載の計算機システム。 - ライトデータを一時的に保存するキャッシュメモリと、
ライト処理特性を記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶したライト処理特性を解析して、ライト処理速度を決定するプロセッサと、
前記ライト処理速度に従ってライト処理を制御するライト制御部と、
前記ライト制御部の制御下で前記キャッシュメモリに保存した前記ライトデータを記憶するハードディスクとを備えること
を特徴とする記憶装置システム。 - 前記ライト制御部は、前記キャッシュメモリから前記ハードディスクへのライト処理が時間的に平均化されるようにライト可能キャッシュ量を設定し、前記ライト可能キャッシュ量を満たすように前記ハードディスクへのライト処理を行うこと
を特徴とする請求項9に記載の記憶装置システム。 - 前記プロセッサは、前記ライト処理特性を基に前記ライト可能キャッシュ量を計算することを特徴とする請求項10に記載の記憶装置システム。
- 収集部と発信部とライト制御部とを備えた計算機システムが実行するライト処理制御方法であって、
前記収集部が、アプリケーションサーバおよび記憶装置システムに関する負荷情報を収集し、
前記発信部が、前記収集部により収集された負荷情報に基づいてライト処理特性を予想し、前記ライト処理特性を前記記憶装置システムに発信し、
前記ライト制御部が、前記発信部により発信された前記ライト処理特性に基づいて、前記記憶装置システム内のハードディスクへのライト処理を制御すること
を特徴とするライト処理制御方法。 - 前記負荷情報は、前記アプリケーションサーバのアプリケーション処理量および前記記憶装置システムのI/O負荷を含んでいること
を特徴とする請求項12に記載のライト処理制御方法。 - 前記収集部および前記発信部は、前記アプリケーションサーバ、前記記憶装置システムまたはこれらとは異なる別の装置のいずれかに具備されていること
を特徴とする請求項13に記載のライト処理制御方法。
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