JP2007249728A - ディスクアレイ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ホスト計算機の未使用領域の論理ディスクに割り当てられたエクステントを開放し物理ディスクを有効利用できるディスクアレイ装置を提供することである。
【解決手段】ホスト計算機１１のオペレーティングシステム１８が保持するファイルシステム２３の情報をファイルシステム情報入力手段２０で入手し、未使用領域判定手段２１は、ファイルシステム情報入力手段２０で入力されたファイルシステム情報に基づいてホスト計算機１１にて使用されていない論理ディスク１４の未使用領域を判定し、未使用領域開放手段２２は、未使用領域判定手段２１で判定された未使用領域に割り当てられたエクステントを論理ディスク１６から開放する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ホスト計算機からのアクセスに応じて、データの読み出しまたは書き込みを論理ディスクを介して物理ディスクに対して行うディスクアレイ装置に関する。

ディスクアレイ装置は、例えば物理ディスクとして複数のＨＤＤ（ハードディスクドライブ）等のディスク装置を有し、ホスト計算機からのアクセスに応じて、データの読み出しまたは書き込みを論理ディスクを介して物理ディスクに対して行う。通常、物理ディスクは複数のＨＤＤをＲＡＩＤ構成している。

図７は固定的なディスク管理を行う従来のディスクアレイ装置の構成図である。ホスト計算機１１はディスクアレイ装置１２のコントローラ１３に接続され、ディスクアレイ装置１２は物理ディスク１４を有している。物理ディスク１４は複数のＨＤＤ（ディスク装置）１５を有しＲＡＩＤ構成されている。また、論理ディスク１６が形成され、この論理ディスク１６を介してホスト計算機１１とのデータの読み出しまたは書き込みが行われる。すなわち、ホスト計算機１１上のオペレーションシステムにより作成／ 削除されたファイルをディスクアレイ装置１２の論理ディスク１６を介して物理ディスク１４に対し読み書きを行う。

ここで、ホスト計算機１１に論理ディスク１６を割り当てるとき、十分な余裕を見込んで容量を決定することが多い。これは、将来に渡り必要な論理ディスク１６の容量を正確に予測することが困難であるためである。そのため、実際に使用する容量より大きな論理ディスク１６を作成することになる。従って、固定的なディスク管理を行う従来のディスクアレイ装置では、論理ディスク１６の使用領域が物理ディスク１４でも確保されることになるので、図７に示すように、作成した論理ディスク１６と同じ容量分だけの物理ディスクの容量（ＨＤＤ領域）を必要とする。

ホスト計算機１１とディスクアレイ装置１２とのシステム構成の大規模化、複数のホスト計算機１１によるディスクアレイ装置１２の共有、あるいはＨＤＤ容量の増大化によるディスクアレイ装置の大容量化等により、ディスクアレイ装置１２内に複数の論理ディスク１６が構成されるようになると、ＨＤＤの物理領域を有効利用できなくなる。これは、論理ディスク１６の使用領域が物理ディスク１４でも確保されることになり、論理ディスク１６で未使用となった場合にも物理ディスク１４上ではその領域が確保されることになるからである。

そこで、この問題を解決するため、論理ディスク１６を可変的に管理する仮想的な容量管理方式が提案されている。図８は、ホスト計算機と仮想的な容量管理方式を具備する従来のディスクアレイ装置の構成図である。このようなディスクアレイ装置１２においては、複数のエクステント１７で構成する論理ディスク１６がホスト計算機１１に割り当てられている。エクステント１７とは一つ以上のセクタの集合体で管理する単位である。

図９は仮想的な容量管理方式でのディスク管理を説明するための従来のディスクアレイ装置１２の構成図である。ホスト計算機１１上のオペレーションシステム１８がファイル１９を作成した場合、セクタの集合体からなるクラスタ単位でディスクアレイ装置１２のコントローラ１３に書込出力する。ディスクアレイ装置１２はホスト計算機１１の書き込みに対し、初めて論理ディスク１６上の対象領域へのアクセスを発生させ、その領域に対応する物理ディスク１４上の領域を割り当てる。

従って、ホスト計算機１１の書き込み要求がない限りは物理ディスク１４の領域を確保しないので、この仮想的な容量管理により、ＨＤＤ１５の容量を有効利用することができる。このように、仮想的な容量管理方式は、エクステント単位で論理ディスク１６に対し物理領域の割り当て管理を行うので、論理ディスク１６に割り付けられた物理領域の容量を可変的に管理することができる。

ここで、ディスクアレイを制御するディスクアレイ制御装置の高速アクセス制御機能を利用して、ボリュームにおけるフラグメンテーション状態を解消するためのデータの物理的な移動を行うことで、当該フラグメンテーション状態がホスト及びファイルシステムの負荷の増大を招くことなく高速に解消できるようにしたストレージシステムがある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−２８４６３２号公報

しかし、従来の仮想的な管理方式を具備するディスクアレイ装置では、ディスクアレイ装置１２がホスト計算機１１の使用状況の情報を入手する仕組みを持たないため、ホスト計算機１１の使用状況に応じた管理を行うことができない。すなわち、仮想的な容量管理方式では、オペレーティングシステムでファイルが作成されると、必要な容量だけエクステントを割り当て、そのエクステントサイズ分のＨＤＤの物理領域を使用するが、図１０に示すように、ホスト計算機１１でファイル１９’が削除され未使用領域となっても、ディスクアレイ装置１２がそれを判定できないため、ＨＤＤの物理領域が保持される。

このため、システムの運用の継続に伴い、一度でも使用し割り当てられたエクステントは、その後ファイル削除などにより未使用な領域となっても開放できない。また、論理ディスク１６の使用領域が増大する一方で容量の削減ができない。

本発明の目的は、ホスト計算機の未使用領域の論理ディスクに割り当てられたエクステントを開放し物理ディスクを有効利用できるディスクアレイ装置を提供することである。

請求項１の発明に係わるディスクアレイ装置は、一台以上のディスク装置で構成された物理ディスクと、ホスト計算機から要求されたデータの読み書きに対する処理を行うコントローラとを有し、前記ディスク装置の物理的な領域を一つ以上のセクタの集合体であるエクステントで管理し、これらの複数のエクステントを使用してホスト計算機に割り当てる論理ディスクを構成したディスクアレイ装置において、前記コントローラは、ホスト計算機のオペレーティングシステムが保持するファイルシステムの情報を入手するファイルシステム情報入力手段と、前記ファイルシステム情報入力手段で入力されたファイルシステム情報に基づいて前記ホスト計算機にて使用されていない前記論理ディスクの未使用領域を判定する未使用領域判定手段と、前記未使用領域判定手段で判定された未使用領域に割り当てられたエクステントを論理ディスクから開放する未使用領域開放手段とを備えたことを特徴とする。

請求項２の発明に係わるディスクアレイ装置は、請求項１の発明において、前記コントローラは、前記論理ディスクに割り当てられたエクステントを前記物理ディスクのディスク装置上で連続的な領域となるようにエクステント単位で再配置する再配置手段を備えたことを特徴とする。

請求項３の発明に係わるディスクアレイ装置は、請求項１の発明において、前記未使用領域開放手段によって論理ディスクから解放されたエクステントを再利用する以前に、そのエクステント内のデータを別のデータパターンで上書きすることを特徴とする。

本発明によれば、ホスト計算機にて使用されていない論理ディスクの未使用領域を判定し、その未使用領域に割り当てられたエクステントを論理ディスクから開放するので、その領域を他の用途に再利用することができ物理ディスク容量の節約ができる。

また、論理ディスクに割り当てられたエクステントを物理ディスクのディスク装置上で連続的な領域となるようにエクステント単位で再配置するので、ホスト計算機からのアクセス効率を向上させ、ディスクアレイ装置の性能最適化を行うことができる。

（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態に係わるディスクアレイ装置の構成図である。この第１の実施の形態は、図１０に示した従来例に対し、ディスクアレイ装置１２のコントローラ１３は、ファイルシステム情報入力手段２０と、未使用領域判定手段２１と、未使用領域開放手段２２とを有し、ホスト計算機１１のファイルシステム２３の使用状況をディスクアレイ装置１２側で入手することにより、論理ディスク１６の未使用領域を開放するようにしたものである。図１０と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。

図１において、コントローラ１３のファイルシステム情報入力手段２０は、ホスト計算機１１のオペレーティングシステム１８が保持するファイルシステム２３の情報を入手するものであり、ファイルシステム情報入力手段２０で入力されたファイルシステム情報は未使用領域判定手段２１に入力される。未使用領域判定手段２１は、ファイルシステム情報に基づいて、ホスト計算機１１にて使用されていない論理ディスク１６の未使用領域を判定する。そして、未使用領域開放手段２２は、未使用領域判定手段２１で判定された未使用領域に割り当てられたエクステントを論理ディスク１６から開放する。これにより、論理ディスク１６の未使用領域を開放し再利用を可能にする。

すなわち、オペレーションシステム１８では、一つ以上のセクタで構成するクラスタ２４という単位でファイル１９の管理を行っており、クラスタ２４はオペレーションシステム１８が管理する論理ディスク１６上のブロックの最小単位である。ホスト計算機１１上のオペレーションシステム１８がファイル１９を作成すると、ファイル１９を構成するクラスタ２４のサイズに相当するディスクアレイ装置１２の論理ディスク１６上の領域が使用される。そして、運用の継続に伴いその使用領域は増大していくことになる。一方で、ホスト計算機１１上でファイル１９’が削除されると、論理ディスク１６上のその領域は未使用領域となる。

図２に示すように、ホスト計算機１１はファイルシステム２３のファイル１９を構成するクラスタ２４をビットマップ化し、オペレーションシステム１８が使用しているクラスタ２４のビットマップ情報２５としてディスクアレイ装置１２に出力する。ディスクアレイ装置１２のコントローラ１３は、ホスト計算機１１からビットマップ化されたファイルシステム情報をファイルシステム情報入力手段２０で入力する。未使用領域判定手段２１は、ビットマップ情報に基づいて、ホスト計算機１１にて使用されていない論理ディスク１６の未使用領域を判定する。図２では使用領域は「１」で示され、未使用領域は「０」で示されている。

そして、未使用領域開放手段２２は未使用領域を開放し、開放された領域の再利用を可能にする。図３は、ホスト計算機１１で新たにファイル１９”が作成された場合の第１の実施の形態でのディスク管理を説明するためのディスクアレイ装置１２の構成図である。削除されたファイル１９’が割り付けられていた未使用領域が開放されるので、新規のファイル１９”は、その開放された未使用領域に割り当てられる。これにより、未使用領域を再利用することができ、論理ディスク１６の容量（物理ディスク１４の容量）を有効利用できる。

図４は本発明の第１の実施の形態に係わるディスクアレイ装置の処理内容を示すフローチャートである。まず、ホスト計算機１１は、ファイルシステム２３のファイル１９を構成するクラスタ２４をビットマップ化する（Ｓ１）。つまり、使用領域であれば「１」、未使用であれば「０」として使用状況をビットマップ化する。そして、そのビットマップ情報２５をディスクアレイ装置１２に出力する（Ｓ２）。ディスクアレイ装置１２ではコントローラ１３のファイルシステム情報入力手段２０よりビットマップ情報２５を入手する（Ｓ３）。未使用領域判定手段２１は、ファイルシステム情報入力手段２０で入手したホスト計算機１１からのビットマップ情報２５に基づき論理ディスク１６上の使用／未使用領域を判定する（Ｓ４）。そして、未使用領域開放手段２２は未使用領域があるときは、その未使用領域を開放する（Ｓ５）。

ここで、ホスト計算機１１にて使用されていない論理ディスク１６の未使用領域があるときは、未使用領域に割り当てられたエクステントを論理ディスクから開放するので、その他の用途に再利用することができる。このとき、再利用前にエクステントに書き込まれたデータは保持されており、読み出し可能な状態となっている。開放したエクステントを別のユーザが再利用するような場合、この状態だと情報漏洩の危険性がある。

そこで、未使用のエクステントを開放し再利用する際には、エクステント内のデータを別のデータパターンで上書きする。例えば、該当の全領域に「０」を各込むなどして読み出しができないようにする。

第１の実施の形態によれば、ホスト計算機１１にてファイルシステム２３の使用状況をビットマップ化してディスクアレイ装置１２側に送信し、ディスクアレイ装置１２で論理ディスク１６の未使用領域を判定し、ホスト計算機１１にて使用されていない論理ディスク１６の未使用領域があるときは、その未使用領域を開放するので、ホスト計算機１１で新たにファイルが作成された場合には、その領域を使用することができ物理ディスク容量の節約ができる。また、未使用のエクステントを開放し再利用する際には、エクステント内のデータを別のデータパターンで上書きするので、情報の漏洩を防止できる。

（第２の実施の形態）
図５は本発明の第２の実施の形態に係わるディスクアレイ装置１２の構成図である。この第２の実施の形態は、図１に示した第１の実施の形態に対し、コントローラ１３に再配置手段２６を追加して設けたものである。再配置手段２６は、論理ディスク１６に割り当てられたエクステントを物理ディスク１４のディスク装置（ＨＤＤ）上で連続的な領域となるようにエクステント単位で再配置するものである。図１と同一要素には、同一符号を付し重複する説明は省略する。

図５に示すように、ディスクアレイ装置１２は、物理ディスク１４の複数のディスク装置（ＨＤＤ）１５の物理的な領域を一つ以上のセクタの集合体であるエクステントで管理し、これらの複数のエクステントを使用してホスト計算機１１に割り当てる論理ディスク１６を構成している。

そして、未使用領域開放手段２２で未使用領域を開放した場合には、論理ディスク１６上に未使用領域が点在することになり、使用中の使用領域が不連続に配置される。そこで、再配置手段２６により、論理ディスク１６に割り当てられたエクステントを物理ディスク１４のディスク装置（ＨＤＤ）上で連続的な領域となるようにエクステント単位で再配置する。

図６に示すように、再配置手段２６は、論理ディスク１６を構成するエクステントのうち使用中及び未使用中のものが連続するようにが配置を入れ替え、使用中の領域が連続となるようにする。

第２の実施の形態によれば、ホスト計算機１１がアクセスするエクステントが連続するので、ホスト計算機１１からのアクセス効率を向上させ、ディスクアレイ装置１２の性能最適化を図ることができる。これにより、ホスト計算機１１からのアクセスの効率が向上するだけでなく、論理ディスク１６の容量の有効利用も可能である。

本発明の第１の実施の形態に係わるディスクアレイ装置の構成図。 本発明の第１の実施の形態におけるホスト計算機が使用中のファイルシステムビットマップ情報の説明図。 本発明の第１の実施の形態でのホスト計算機で新たにファイルが作成された場合のディスク管理を説明するためのディスクアレイ装置の構成図。 本発明の第１の実施の形態に係わるディスクアレイ装置の処理内容を示すフローチャート。 本発明の第２の実施の形態に係わるディスクアレイ装置の構成図。 本発明の第２の実施の形態における再配置手段による使用領域の再配置の説明図。 固定的なディスク管理を行う従来のディスクアレイ装置の構成図。 ホスト計算機と仮想的な容量管理方式を具備する従来のディスクアレイ装置の構成図。 仮想的な容量管理方式でのディスク管理を説明するための従来のディスクアレイ装置の構成図。 仮想的な容量管理方式で未使用領域がある場合のディスク管理を説明するための従来のディスクアレイ装置の構成図。

符号の説明

１１…ホスト計算機、１２…ディスクアレイ装置、１３…コントローラ、１４…物理ディスク、１５…ＨＤＤ、１６…論理ディスク、１７…エクステント、１８…オペレーションシステム、１９…ファイル、２０…ファイルシステム情報入力手段、２１…未使用領域判定手段、２２…未使用領域開放手段、２３…ファイルシステム、２４…クラスタ、２５…ビットマップ情報、２６…再配置手段

Claims (3)

1. 一台以上のディスク装置で構成された物理ディスクと、ホスト計算機から要求されたデータの読み書きに対する処理を行うコントローラとを有し、前記ディスク装置の物理的な領域を一つ以上のセクタの集合体であるエクステントで管理し、これらの複数のエクステントを使用してホスト計算機に割り当てる論理ディスクを構成したディスクアレイ装置において、前記コントローラは、ホスト計算機のオペレーティングシステムが保持するファイルシステムの情報を入手するファイルシステム情報入力手段と、前記ファイルシステム情報入力手段で入力されたファイルシステム情報に基づいて前記ホスト計算機にて使用されていない前記論理ディスクの未使用領域を判定する未使用領域判定手段と、前記未使用領域判定手段で判定された未使用領域に割り当てられたエクステントを論理ディスクから開放する未使用領域開放手段とを備えたことを特徴とするディスクアレイ装置。
2. 前記コントローラは、前記論理ディスクに割り当てられたエクステントを前記物理ディスクのディスク装置上で連続的な領域となるようにエクステント単位で再配置する再配置手段を備えたことを特徴とする請求項１記載のディスクアレイ装置。
3. 前記未使用領域開放手段によって論理ディスクから解放されたエクステントを再利用する以前に、そのエクステント内のデータを別のデータパターンで上書きすることを特徴とする請求項１記載のディスクアレイ装置。
   

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