JP2007323557A - ディスクアレイ装置及びその負荷分散方法 - Google Patents

Abstract

【課題】サーバ側の負荷を増やすことなく、また、ＯＳ種別の情報を付加したファイル単位での少ないデータの移動で負荷分散を行うこと。
【解決手段】オペレーティングシステムの種別を判定するＯＳ判定・切替手段２１と、ファイルを格納する複数のディスクの管理を行うファイル管理手段２２と、ファイルの負荷を監視する負荷監視手段２３とを備え、前記ファイル管理手段２２は、あるディスクの負荷率が指定値以上を指定時間以上継続した場合、そのディスクの中で一番負荷率の高いファイルを負荷率の低い他のディスクに、前記オペレーティングシステムの種別の情報を付加して移動する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ディスクアレイ装置側でファイル単位で負荷分散させるための再配置移動を行うディスクアレイ装置及びその負荷分散方法に関する。

従来、ファイル管理は、サーバ側で管理していたため、ファイル移動等の処理はサーバ側でしか対応不可能であった。サーバ側で負荷分散によるファイル移動等を行おうとすると、負荷情報等の処理もサーバ側で行う必要があり、サーバ側の負荷が大きくなる問題があった。

また、従来、ディスクアレイ装置内の一つの物理デバイスに集中するデータファイルを複数の物理デバイスに分散させるものがあった（特許文献１参照）。

図７は従来例の説明図である。図７において、ディスクアレイ装置のシステムには、サーバ１とディスクアレイ装置であるＲＡＩＤ（Redundant Arrays of Inexpensive Disks ）装置２が設けてある。サーバ１には、アプリケーションプログラム（ＡＰＬ）１１、ファイルシステム１２、ドライバ１３が設けてある。ＲＡＩＤ装置２には、ディスク２４が設けてある。

サーバ１は、ＣＰＵ（中央処理装置）があり、ＲＡＩＤ装置２にアクセスして情報処理を行うものであり、オペレーティングシステム（ＯＳ）を備えるものである。ＲＡＩＤ装置２は、データを記憶する複数のディスクを使用し、複数のディスクに並列にデータを書き込むことで高速化したディスクアレイ装置である。アプリケーションプログラム（ＡＰＬ）１１は、サーバ１の利用者用のプログラムである。ファイルシステム１２は、ＲＡＩＤ装置２のファイル管理を行う機能を備えたファイル管理システムである。ドライバ１３は、ＲＡＩＤ装置２の駆動手段である。ディスク２４は、ハードディスク（ＨＤＤ）等の情報を記憶する格納手段であり、通常は複数のディスク（図７では一つのみを示す）により構成されるものである。

ＲＡＩＤ装置２では、サーバ１からの指示に基づき、指定されたアドレスにデータを書き込み、又は、指定されたアドレスからデータを読み出して、サーバ１に送信するものである。そして、サーバ１のＯＳが異なれば、異なるＲＡＩＤ装置２が使用されるものであった。
特開平８−２０２５０３号公報

前記従来のものは次のような課題があった。

（１）：サーバ側でファイル管理を行うのは、ファイル移動等の処理がサーバ側でしか対応不可能であったため、サーバ側の負荷が大きくなる問題があった。

（２）：ディスクアレイ装置の一つの物理デバイスに集中するデータファイルを複数の物理デバイスに分散させるものは、オペレーティングシステム（ＯＳ）が異なれば、同じディスクアレイ装置を使用できないものであった。

本発明は、このような従来の課題を解決し、負荷の高いディスクアレイ装置の負荷分散を、負荷の高いファイル単位での移動を可能とし、また、オペレーティングシステムの種別が異なるサーバからのアクセスを可能にすることを目的とする。

図１は本発明のディスクアレイ装置の説明図である。図１中、１Ａ、１Ｂ、１Ｃはサーバ、２はＲＡＩＤ装置（ディスクアレイ装置）、１１はアプリケーションプログラム（ＡＰＬ）、１２はファイルシステム、１３はドライバ、２０は制御手段、２１はＯＳ判定・切換機能（ＯＳ判定・切換手段）、２２はファイル管理機能（ファイル管理手段）、２３は負荷監視機能（負荷監視手段）、２４、２５はディスクである。

本発明は、上記従来の課題を解決するため、次のように構成した。

（１）：オペレーティングシステムの種別を判定するＯＳ判定・切替手段２１と、ファイルを格納する複数のディスクの管理を行うファイル管理手段２２と、ファイルの負荷を監視する負荷監視手段２３とを備え、前記ファイル管理手段２２は、あるディスクの負荷率が指定値以上を指定時間以上継続した場合、そのディスクの中で一番負荷率の高いファイルを負荷率の低い他のディスクに、前記オペレーティングシステムの種別の情報を付加して移動する。このため、サーバ側の負荷を増やすことなく負荷分散を行うことができ、また、ＯＳ種別の情報を付加したファイル単位での少ないデータの移動で負荷分散を行うことができる。

（２）：前記（１）のディスクアレイ装置において、前記一番負荷率の高いファイルの移動先である前記負荷率の低いディスクは、拡張領域のディスクとする。このため、拡張領域のディスクを用いて負荷分散を効率よく行うことができ、また、拡張領域のディスクを共通管理方式（ＯＳ種別情報を付加して管理）として少ないディスクで対応することができる。

（３）：前記（１）又は（２）のディスクアレイ装置において、前記ファイルの移動は、そのディスクの負荷率が、指定値以下になってから行う。このため、負荷率の高いディスクの負荷率を更に高くする動作を防止することができる。

本発明によれば次のような効果がある。

（１）：ファイル管理手段で、あるディスクの負荷率が指定値以上を指定時間以上継続した場合、そのディスクの中で一番負荷率の高いファイルを負荷率の低い他のディスクに、前記オペレーティングシステムの種別の情報を付加して移動するため、サーバ側の負荷を増やすことなく負荷分散を行うことができ、また、ＯＳ種別の情報を付加したファイル単位での少ないデータの移動で負荷分散を行うことができる。

（２）：一番負荷率の高いファイルの移動先である負荷率の低いディスクは、拡張領域のディスクとするため、拡張領域のディスクを用いて負荷分散を効率よく行うことができ、また、拡張領域のディスクを共通管理方式（ＯＳ種別情報を付加して管理）として少ないディスクで対応することができる。

（３）：ファイルの移動は、そのディスクの負荷率が、指定値以下になってから行うため、負荷率の高いディスクの負荷率を更に高くする動作を防止することができる。

本発明は、上位サーバにある、ファイルシステムと同等の機能をディスクアレイ装置（RAIDシステム）側に持ち、ディスクアレイ装置側でもファイルでの認識や、ファイル単位での移動を可能とするものであり、上位サーバのファイルシステムに合わせ管理機能をモジュール単位で作成するものである。

（１）：ディスクアレイ装置の説明
図１はディスクアレイ装置の説明図である。図１において、ディスクアレイ装置のシステムには、サーバ１Ａ、１Ｂ、１Ｃとディスクアレイ装置であるＲＡＩＤ（Redundant Arrays of Inexpensive Disks ）装置２が設けてある。サーバ１Ａ、１Ｂ、１Ｃには、それぞれアプリケーションプログラム（ＡＰＬ）１１、ファイルシステム１２、ドライバ１３が設けてある。ＲＡＩＤ装置２には、制御手段２０とディスク２４、２５が設けてある。制御手段２０には、ＯＳ判定・切換機能２１、ファイル管理機能２２、負荷監視機能２３が設けてある。

サーバ１Ａ、１Ｂ、１Ｃには、ＣＰＵ（中央処理装置）とオペレーティングシステム（ＯＳ）を備え、ＲＡＩＤ装置２にアクセスして情報処理を行う処理装置である。例として、サーバ１ＡはＷｉｎｄｏｗｓ（登録商標）、サーバ１ＢはＬｉｎｕｘ（登録商標）、サーバ１ＣはＵＮＩＸ（登録商標）のＯＳを備えるものである。ＲＡＩＤ装置２は、データを記憶する複数のディスクを使用し、複数のディスクに並列にデータを書き込むことで高速化したディスクアレイ装置である。アプリケーションプログラム（ＡＰＬ）１１は、サーバ１の利用者用のプログラムである。ファイルシステム１２は、ＲＡＩＤ装置２のファイル管理を行う機能を備えたファイル管理手段であり、ＯＳにより管理の方法が異なるものである。ドライバ１３は、ＲＡＩＤ装置２の駆動手段である。制御手段２０は、ディスク２４、２５にアクセスするための制御を行う制御装置（ＲＡＩＤ制御装置）である。ＯＳ判定・切換機能２１は、上位サーバより、ボリューム（Volume）フォーマット（初期化）時に０Ｓ種別を判定し、０Ｓ種別情報を追加したフォーマットを行うものであり、フォーマット以降ボリュームアクセスによりＯＳ種別を切り替え可能（アクセスはフォーマットしたＯＳ種別となる）とするＯＳ判定・切換手段である。このためボリューム毎にＯＳ種別が異なる場合がある。ファイル管理機能２２は、各ファイル形式でのファイルテーブルアクセス情報を上位サーバより提供を受けて管理情報の更新を行うファイル管理手段である。負荷監視機能２３は、ディスクの負荷率であるディスクビジー（DISK＿Busy）率が指定ビジー（Busy）率以上を指定時間以上継続した場合、その中で一番負荷率の高いファイルを拡張領域へ移動して、DISKによる性能ボトルネックを解消するための負荷監視手段である。

（２）：ファイル管理の説明
（ａ）サーバ側のファイル管理の説明
図２はサーバ側のファイル管理の説明図である。図２において、サーバ側のファイル管理テーブルは、サーバのファイルシステム１２により管理が行われるものである。ファイル管理テーブルの先頭には、ＯＳ種別、容量（ブロック数）であるファイル管理テーブルの大きさ、ファイル管理テーブルのアドレスとそのブロック数とファイル数、マップ管理テーブルのアドレスとそのブロック数が設けてある。次のＭＡＰ管理データは、マップ管理のための実際のデータである。次のファイル管理は、図２の右上のブロックで詳細に示すように、上段にファイル管理のためのデータがある次のテーブルアドレスとそのブロック数、中段にファイル名とそのデータアドレスとそのブロック数、下段にファイル名とそのデータアドレスとそのブロック数が設けてある。次のデータ管理は、図２の右下のブロックで詳細に示すように、上段にデータ管理のためのデータがある次のテーブルアドレスとそのブロック数、中段にリンクアドレス（ここでは矢印で示すように下段のデータアドレスをリンク先としている）とデータアドレスとそのブロック数、下段にリンクアドレスとデータアドレスとそのブロック数が設けてある。なお、ここではリンクアドレスが「０」は終わりであり、「ＦＦＦＦ」はリンクが続くものである。

（ｂ）ＲＡＩＤ装置内でのファイル管理の説明
ＲＡＩＤ装置内のファイル管理機能２２でもファイル管理情報をもつようにする。これは、ファイル作成時、ファイル管理情報の更新時、ファイル削除時等にサーバのファイルシステム１２より、ファイル管理情報を通知してもらう（ＲＡＩＤ装置では一般のデータであるか管理情報であるか判らないため）ものである。

図３はＲＡＩＤ装置内でのファイル管理の説明図である。図３において、ＲＡＩＤ装置（ＲＡＩＤ）内のファイル管理テーブルは、ＲＡＩＤ内のファイル管理機能２２により管理が行われるものである。ファイル管理テーブル（ａ）には、ＯＳ種別、ファイル数、ファイル名とそのリンクアドレス、次にファイル名とそのリンクアドレスが設けてある。例えば、矢印で示すあるファイル名のリンク先には、ファイル管理情報（ｂ）がある。このファイル管理情報（ｂ）には、上段にリンクアドレスと論理テーブルアドレスとデータアドレスとそのブロック数が、下段にリンクアドレスと論理テーブルアドレスとデータアドレスとそのブロック数が設けてある。なお、このファイル管理情報（ｂ）は、図２の右上の詳細説明ブロックと対応する。

ファイル管理テーブルの実データテーブル（ｃ）には、上段、中段、下段にそれぞれリンクアドレス、データアドレスとそのブロック数、機番（ディスクの機番）、ボリューム番号（ＶＯＬ−Ｎ０）が設けてある。ここで中段のリンクアドレスは、下段のテーブルをリンク先としている。この実データテーブル（ｃ）は、図２の右下のデータ管理の詳細説明ブロック（２つに分かれている）と対応するが、ここでは３つに分かれている。

ファイル管理テーブルの拡張領域管理（ディスク内容）（ｄ）には、容量（ブロック数）、マップ管理テーブルアドレスとそのブロック数が設けてある。次のＭＡＰ管理データは、マップ管理のための実際のデータである。下段のデータは、矢印で示す実データテーブル（ｃ）に対応する３つのデータを示している。なお、ファイル管理情報（ｂ）の論理テーブルアドレスの有無により拡張領域使用の有無を判定することができる。

（３）：負荷情報の説明
負荷監視機能２３は、ディスクビジー（DISK＿Busy）率が指定ビジー（Busy）率以上を指定時間以上継続した場合、その中で一番負荷率の高いファイル（File）を拡張領域へ移動して、DISKによる性能ボトルネックを解消する（閾値管理）。また、ファイルやボリュームの移動時は、DISK＿Busy率が指定値以下になったら行う機能も付ける。

図４はファイルの説明図である。ディスク２４には、４つのボリューム（ＶＯＬ：区画）がある。例えば、上段のボリュームにはファイル−１、ファイル−２、ファイル−３、ファイル−４が設けてある。

（負荷情報の求め方の説明）
負荷情報としては、DISK＿Busy率、ボリュームビジー（Volume＿Busy）率、ファイルビジー（File＿Busy）率がある。

DISK＿Busy率 ハード（ディスク）からの情報（DISK情報）でディスクにどのく らい負荷がかかっているかの情報
Volume＿Busy率 ボリューム（区画）への単位時間当たりのアクセス数より算出
File＿Busy率 ファイル単位での単位時間当たりのアクセス数より算出
＜Volume＿Busy率＞
ＲＡＩＤに対しての全ＩＯ（入出力）数に対する、各ボリュームでのＩＯ数の比率により求める。

・Volume＿Busy率＝DISK＿Busy率×（指定VolumeのＩＯ数／ＲＡＩＤ全ＩＯ数)
＜File＿Busy率＞
ヒット（Hit ）率やデータ長を元に係数を算出しその比率で求める。なお、ここでヒット（Hit ）率、ミス（Miss）率は、ＲＡＩＤ装置内にあるキャッシュメモリ（図示せず）に対するヒット率及びミス率である。サーバがＲＡＩＤ装置のデータにアクセスする場合、先ずキャッシュメモリにアクセスするものである。また、２ＫＢ（キロバイト）は、ディスクへ書き込む場合の一つの書く単位である。

・係数＝ＩＯ数×Miss率（１− Hit率) ×データ長／２ＫＢ
Volume内のFileについて算出し、その比率よりBusy率を求める。ここでVolume内全File係数は、全（Volume内全File）係数の合算値である。

・File＿Busy率＝Volume＿Busy率×（指定File係数／Volume内全File係数）
（４）：ファイルでの移動の説明
図５はファイルでの移動の説明図である。図５において、ファイル管理機能２２は、負荷監視機能２３で、あるディスク２４のディスクビジー（DISK＿Busy）率が指定ビジー（Busy）率以上を指定時間以上継続した場合、その中で一番負荷率の高いファイル（File＿Busy率が高いFile）を拡張領域のディスク２５へ移動して、DISKによる性能ボトルネックを解消する（閾値管理）。また、このファイルの移動は、DISK＿Busy率が指定値以下になってから行うようにする。

ファイル管理機能２２では、サーバのファイルシステム１２から、ファイル管理情報を通知してもらうことにより、負荷率の高いファイルは、実データテーブル（図３（ｃ））を作成しながらディスク２４から拡張領域のディスク２５にコピーする。移動（コピー）が完了でディスクを切り替える。この場合、拡張領域のディスク２５の管理は、共通管理領域とし、ＯＳ種別情報を付加して行う。このため、一つのディスクに複数のＯＳ種別のファイルを設けるため、少ないディスクですむ。また、ファイル管理機能２２では、拡張領域のディスク２５の負荷も監視し、指定ビジー率以上になったら次の領域（負荷の少ないディスク）に変更（移動）する。

（５）：拡張領域の説明
拡張領域のディスクの管理は、共通管理領域とし、ＯＳ種別情報を付加して行うと、一つのディスクに複数のＯＳ種別のファイルを設けることができる。このため、少ないディスクで対応することができる。また、ファイル管理機能２２では、拡張領域のディスクの負荷も監視し、指定ビジー率以上になったら次の領域に変更（移動）する。移動先として、元の領域（空いているディスク）への移動も可能となる。ディスク拡張領域は、全ＲＡＩＤに対して拡張領域を指定する場合とＲＡＩＤグループ毎に拡張領域を設定する場合がある。

図６は拡張領域の説明図であり、図６（ａ）は全ＲＡＩＤに対して拡張領域を指定する場合の説明である。図６（ａ）において、全ＲＡＩＤのディスク２４に対して拡張領域のディスク２５が設けてある。図６（ｂ）はＲＡＩＤグループ毎に拡張領域を設定する場合の説明である。図６（ｂ）において、ＲＡＩＤグループＡ（ディスク２４Ａのグループ）では拡張領域のディスク２５Ａが設けられ、ＲＡＩＤグループＢ（ディスク２４Ｂのグループ）では拡張領域のディスク２５Ｂが設けられる。図６（ｂ）では、ＲＡＩＤグループ毎に拡張領域を設けたので、管理が容易となり（ＲＡＩＤグループによりディスクのグレード（性能）が異なる場合がある）、拡張領域のディスクビジー率も抑えることができる。

本発明のディスクアレイ装置の説明図である。 本発明のサーバ側のファイル管理の説明図である。 本発明のＲＡＩＤ装置内でのファイル管理の説明図である。 本発明のファイルの説明図である。 本発明のファイルでの移動の説明図である。 本発明の拡張領域の説明図である。 従来例の説明図である。

符号の説明

１Ａ、１Ｂ、１Ｃ サーバ
２ ＲＡＩＤ装置（ディスクアレイ装置）
１１ アプリケーションプログラム（ＡＰＬ）
１２ ファイルシステム
１３ ドライバ
２０ 制御手段
２１ ＯＳ判定・切換機能（ＯＳ判定・切換手段）
２２ ファイル管理機能（ファイル管理手段）
２３ 負荷監視機能（負荷監視手段）
２４、２５ ディスク

Claims (4)

1. オペレーティングシステムの種別を判定するＯＳ判定・切替手段と、
   ファイルを格納する複数のディスクの管理を行うファイル管理手段と、
   ファイルの負荷を監視する負荷監視手段とを備え、
   前記ファイル管理手段は、あるディスクの負荷率が指定値以上を指定時間以上継続した場合、そのディスクの中で一番負荷率の高いファイルを負荷率の低い他のディスクに、前記オペレーティングシステムの種別の情報を付加して移動することを特徴としたディスクアレイ装置。
2. 前記一番負荷率の高いファイルの移動先である前記負荷率の低い他のディスクは、拡張領域のディスクであることを特徴とした請求項１記載のディスクアレイ装置。
3. 前記ファイルの移動は、そのディスクの負荷率が、指定値以下になってから行うことを特徴とした請求項１又は２記載のディスクアレイ装置。
4. オペレーティングシステムの種別を判定するＯＳ判定・切替手段と、
   ファイルを格納する複数のディスクの管理を行うファイル管理手段と、
   ファイルの負荷を監視する負荷監視手段とを備えたディスクアレイ装置の負荷分散方法において、
   前記ファイル管理手段で、あるディスクの負荷率が指定値以上を指定時間以上継続した場合、そのディスクの中で一番負荷率の高いファイルを負荷率の低い他のディスクに、前記オペレーティングシステムの種別の情報を付加して移動することを特徴としたディスクアレイ装置の負荷分散方法。

Images