JP2008003929A - 先読みパターンデータに基づくデータ先読み機能、先読みパターンデータ生成機能を有するネットワークキャッシュ装置およびそのプログラム - Google Patents
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Abstract
【課題】先読みパターンデータを自動的に生成する機能を備えるネットワークキャッシュ装置を提供する。
【解決手段】ネットワークキャッシュ装置C1は、ターゲット名、論理ユニット番号、論理ブロック番地が記載された先読みパターンファイル23を生成する先読みパターンデータ生成手段21と、先読みパターンファイル23を用いて、ターゲット装置からデータを先読みし、先読みしたデータをキャッシュデータ格納領域24に保存する先読みデータ保存手段22と、を備える。先読みパターンデータ生成手段21は、先読みパターンデータを生成する契機が到来したならば、キャッシュデータ格納領域24を検索し、キャッシュデータ格納領域24に保存されているキャッシュデータのうち、予め指定されたターゲット名T0と論理ユニット番号l0に属するキャッシュデータの論理ブロック番地aの一覧を抽出し、当該一覧を含む先読みパターンファイル23を生成する。
【選択図】図2
【解決手段】ネットワークキャッシュ装置C1は、ターゲット名、論理ユニット番号、論理ブロック番地が記載された先読みパターンファイル23を生成する先読みパターンデータ生成手段21と、先読みパターンファイル23を用いて、ターゲット装置からデータを先読みし、先読みしたデータをキャッシュデータ格納領域24に保存する先読みデータ保存手段22と、を備える。先読みパターンデータ生成手段21は、先読みパターンデータを生成する契機が到来したならば、キャッシュデータ格納領域24を検索し、キャッシュデータ格納領域24に保存されているキャッシュデータのうち、予め指定されたターゲット名T0と論理ユニット番号l0に属するキャッシュデータの論理ブロック番地aの一覧を抽出し、当該一覧を含む先読みパターンファイル23を生成する。
【選択図】図2
Description
本発明は、コンピュータ(イニシエータ装置)と、コンピュータの動作に必要なデータを格納したストレージ装置(ターゲット装置)との間の通信を仲介し、コンピュータ装置がストレージ装置から取得したデータまたはコンピュータがストレージ装置に保存したデータを一時的に記憶し、コンピュータからリード要求を受けたデータが一時的に記憶しているデータ内にあれば、ストレージ装置にアクセスすることなく当該データをコンピュータに返送するネットワークキャッシュ装置およびそのプログラムに関する。
特許文献1には、内蔵ハードディスク装置を持たないディスクレスパーソナルコンピュータ(PC)を起動する時間を短縮することができるネットワークブートシステムが記載されている。特許文献1においては、ネットワークキャッシュ装置は、既定の論理ブロック番地に対するリード要求、あるいはユーザ認証の成功を契機として、静的なパターンファイルに基づくデータ先読みを行う。
特許文献1記載のネットワークキャッシュ装置は、先読みパターンデータを作成する手段は、専らネットワークキャッシュ装置の管理者が手作業によって先読みパターンデータを手作業で作成する必要があった。
先読みパターンデータの作成は、例えば次のような手順で行う。はじめに、PCがデータをストレージ装置から読み出しているときにパケットキャプチャを行い、PCが実際に読み出し要求を行った論理ブロック番地の一覧を取得する。次に、その中からデータ先読み対象としたい論理ブロック番地を選び出す。最後に、選び出した論理ブロック番地をデータ先読みパターンデータの形式に従って列挙する。この作業は、ネットワークキャッシュ装置の管理者にとって非常に煩雑である。
また、論理ユニットに保存されたデータが更新(例えば、OSの再インストールや更新、アプリケーションソフトウェアのインストールや更新など)されると、今までデータ先読み対象としていたデータが存在する論理ブロック番地(LBA:Logical Block Address)の配置が変化する場合がある。そうすると、従来使用していた先読みパターンファイルでは対象データを正しく先読みすることができなくなる。そのため、論理ユニットに保存されたデータが更新された場合は、再度上記作業を行って先読みパターンファイルを更新する必要があった。
本発明の目的は、先読みパターンデータを自動的に生成する機能を備えるネットワークキャッシュ装置およびそのプログラムを提供することである。
本発明は、前記課題を解決するためのものであって、先読みパターンデータを自動的に生成する機能を備えるネットワークキャッシュ装置である。本明細書において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以下のとおりである。
第1の発明は、イニシエータ装置とターゲット装置との間で送受信されるリード要求及びデータを中継する機能を持ち、イニシエータ装置がターゲット装置から取得したデータを、当該データが保存されていたターゲット名、論理ユニット番号、論理ブロック番地の組み合わせ単位にキャッシュデータ格納領域に保存し、イニシエータ装置からリード要求を受信し、当該リード要求がリード対象とするターゲット名、論理ユニット番号、論理ブロック番地の組み合わせのデータがキャッシュデータ格納領域に保存されているならば、当該リード要求をターゲット装置に中継することなく、キャッシュデータ保存領域から対応データを取得して、イニシエータ装置に返送するネットワークキャッシュ装置であって、ターゲット名、論理ユニット番号、論理ブロック番地が記載された先読みパターンデータを生成する先読みパターンデータ生成手段と、前記先読みパターンデータを用いて、前記ターゲット装置からデータを先読みし、先読みしたデータを前記キャッシュデータ格納領域に保存する先読みデータ保存手段と、を備えることを特徴とする。
第2の発明は、第1の発明において、前記先読みパターンデータ生成手段が、先読みパターンデータを生成する契機が到来したならば、キャッシュデータ格納領域を検索し、キャッシュデータ格納領域に保存されているキャッシュデータのうち、予め指定されたターゲット名T0と論理ユニット番号l0に属するキャッシュデータの論理ブロック番地aの一覧を抽出し、当該一覧を含む先読みパターンデータを生成することを特徴とする。
キャッシュデータ格納領域に保存されているデータは、過去、イニシエータ装置がターゲット装置からリードしたデータであることを意味するから、これらのデータは、今後もイニシエータ装置によって再度リードされる可能性が高いと考えられる。本発明は、イニシエータ装置によって再度リードされる可能性が高いデータを取り込んだ先読みパターンデータを自動生成することができるから、先読みパターンデータを手動で作成する必要がなく、さらにはデータ先読み効果が高い(データ先読みを行った後、イニシエータからのリードがあった時には、キャッシュヒット率がより高くなる)先読みパターンデータを自動的に作成することができる。
第3の発明は、前記先読みパターンデータ生成手段が、予め指定されたターゲット名T0と論理ユニット番号l0の組み合わせ単位に0以上の整数のアップデートカウンタ値Cupdate(T0,l0)を保持し、ターゲット名T0と論理ユニット番号l0と論理ブロック番地aの組み合わせ単位に0以上の整数のアクセスカウンタ値Caccess(T0,l0,a)を保持し、以下の動作を行うことを特徴とする。
先読みパターンデータを生成する契機が到来したならば、まずアップデートカウンタ値Cupdate(T0,l0)を1加算するとともに、キャッシュデータ格納領域の全域を検索し、キャッシュデータ格納領域にキャッシュデータが存在することが判明した、ターゲット名T0と論理ユニット番号l0と論理ブロック番地a1,a2,a3・・・の組み合わせに対応するCaccess(T0,l0,a1)、Caccess(T0,l0,a2)、Caccess(T0,l0,a3)・・・に限って1を加算する。
以上の加算処理の結果、αを0<α<1を満たす係数、n=0として、
Caccess(T0,l0,a)≧αCupdate(T0,l0)+n
を満たすこととなった論理ブロックaの一覧を抽出し、当該論理ブロックの一覧を含む先読みパターンデータを生成する。
Caccess(T0,l0,a)≧αCupdate(T0,l0)+n
を満たすこととなった論理ブロックaの一覧を抽出し、当該論理ブロックの一覧を含む先読みパターンデータを生成する。
本発明によれば、先読みパターンデータを生成する契機が到来した数の積算値であるアップデートカウンタ値Cupdateを基準として、アクセスカウンタ値Caccess(T0,l0,a)がαCupdateより大きい値となる論理ブロックaのみを抽出して、当該論理ブロックのみを含む先読みパターンデータが生成される。そうすると、過去のリード履歴に基づき、統計的にリードされる可能性の高いブロックのみを、先読みパターンデータの内容として取り込むことができるから、より効果的なデータ先読みが可能となる。
なお、αの値を大きくするほど論理ブロックaの抽出基準は厳しくなり、過去により多くリードされた論理ブロック、すなわち、リードされる可能性がより高い論理ブロックが抽出対象となる。逆に、αの値を小さくするほど論理ブロックaの抽出基準は緩くなり、リードされる可能性がより低い論理ブロックが抽出対象となる。この値は、ネットワークキャッシュ装置のシステム管理者が自由に選択することができる。
第4の発明は、第3の発明に対して、生成されようとする先読みパターンデータによる先読みデータ量が、予め指定された値Mdataを超えるならば、nに1加算して、
Caccess(T0,l0,a)≧αCupdate(T0,l0)+n
を満たす論理ブロックaの一覧を抽出し、当該一覧を含む先読みパターンデータを生成するという特徴を加えたものである。ここで、生成されようとする先読みパターンデータによる先読みデータ量がなおもMdataを超えるならば、nに2以上の値を加算することで、先読みデータ量が必ずMdata以内となるような先読みパターンデータを生成する。本発明によれば、生成される先読みパターンデータによる先読みデータ量が必ずMdata以内となるから、過大量のデータ先読みが行われることによるネットワークへの負荷を軽減することができる。
Caccess(T0,l0,a)≧αCupdate(T0,l0)+n
を満たす論理ブロックaの一覧を抽出し、当該一覧を含む先読みパターンデータを生成するという特徴を加えたものである。ここで、生成されようとする先読みパターンデータによる先読みデータ量がなおもMdataを超えるならば、nに2以上の値を加算することで、先読みデータ量が必ずMdata以内となるような先読みパターンデータを生成する。本発明によれば、生成される先読みパターンデータによる先読みデータ量が必ずMdata以内となるから、過大量のデータ先読みが行われることによるネットワークへの負荷を軽減することができる。
第5の発明は、第3または第4の発明において、同一ターゲット名、同一論理ユニット番号におけるカウンタ値の最大値がカウンタ上限値に達した時には、当該ターゲット名、当該論理ユニット番号における全カウンタに0以上1未満の値を乗じることにより、当該全カウンタの値を減算するものである(減算の結果、カウンタ値に小数点以下の端数が生じた場合は、切り上げ、切捨てのいずれかの処理を行った値をカウンタ値とする)。
第3または第4の発明に係るネットワークキャッシュ装置を長期間使用すると、大きいアクセスカウンタ値Caccessを有する論理ブロック番地と、小さいアクセスカウンタ値Caccessを有する論理ブロック番地との間で、カウンタ値の格差が拡大することが予想される。その結果、最近になってから急激にアクセス頻度が高くなった論理ブロック番地について、当該論理ブロック番地に対応するアクセスカウンタ値が前記不等式を満たす機会がなかなか訪れず、当該論理ブロック番地が、データ先読み対象となりにくい。
本発明によれば、カウンタ値の減算によって、論理ブロック番地間のアクセスカウンタ値の格差が縮小し、最近になってから急激にアクセス頻度が高まった論理ブロック番地について、その論理ブロック番地についてのアクセスカウンタ値Caccessが前記不等式を満たすことを促すことにより、当該論理ブロック番地が、生成される先読みパターンデータに基づくデータ先読み対象に含まれることを促すことができる。
第6の発明は、第3ないし第5の発明に対して、以下の特徴をさらに持たせたものである。すなわち、第3ないし第5の発明において、イニシエータ装置がターゲット装置から取得したデータを、当該データが保存されていたターゲット名T0、論理ユニット番号l0、論理ブロック番地aの組み合わせ単位に、その保存時刻と共に、キャッシュデータ格納領域に保存し、「キャッシュデータ格納領域の全域を検索し、キャッシュデータ格納領域にキャッシュデータが存在することが判明した」ブロック番地aすべてについてアクセスカウンタ値Caccess(T0,l0,a)を1加算するのではなく、それらのブロック番地のうち、保存時刻を参照することによって、時刻tと時刻t+T1の間にのみ保存されたブロック番地のみについてアクセスカウンタ値Caccess(T0,l0,a)を1加算するものである。
本発明によれば、第3ないし第5の発明において、ディスクレスPCの起動に必要なデータのみを先読みパターンデータに取り込むことができるようになる。
第7の発明は、第2ないし第6の発明に対して、キャッシュデータ格納領域の検索およびその結果に基づく先読みパターンデータの生成タイミングに特徴を持たせたものである。本発明では、イニシエータ装置とターゲット装置との間でセッションを確立した後、既定の時間T1が経過した後に、キャッシュデータ格納領域の検索を行って、先読みパターンデータを作成する。
イニシエータ装置とターゲット装置との間でセッションが確立したということは、イニシエータ装置とターゲット装置との間の通信が開始されたことを意味する。例えば、イニシエータ装置がディスクレスPC(内蔵ハードディスク装置を持たないPC)であり、ターゲット装置が当該PCの起動に必要な一切のデータ(オペレーティングシステム(OS)、アプリケーションソフトウェア(アプリケーション)等)が保存されているストレージ装置であるシステムにおいては、イニシエータ装置とターゲット装置との間のセッションが確立したことは、ディスクレスPCにおいてOSが起動しはじめたことを意味する。
そうすると、セッション確立後、既定の時間T1が経過するまでの時間帯(例えば5分間とする)では、まずOSが起動し、OSの起動後はユーザの手によって主要なアプリケーションが起動されるものと推測される。したがって、キャッシュデータ格納領域にはOSおよび主要なアプリケーションの動作に必要なデータが保存されることとなるから、既定の時間T1=5分が経過した後に、先読みパターンデータ生成のためのキャッシュデータ格納領域の検索を行って先読みパターンデータを生成すれば、ディスクレスPCの起動のために特に重要なデータが先読みパターンデータとして取り込まれることとなる。そして、当該先読みパターンデータによってデータ先読みを行うことによって、その後のディスクレスPCの起動および主要アプリケーションの起動を高速化することができる。
第8の発明は、第7の発明に対して、キャッシュデータ格納領域の検索およびその結果に基づく先読みパターンデータの生成タイミングに、さらなる特徴を持たせたものである。本発明は、第7の発明において、キャッシュデータ格納領域の検索およびその結果に基づく先読みパターンデータの生成契機となったセッション確立があった後は、当該セッション確立後、時間T2の間が経過するまでの間は、新たなセッション確立があったとしても、キャッシュデータ格納領域の検索およびその結果に基づく先読みパターンデータの生成契機しないこととするものである。
本発明によれば、短時間の間にセッション確立が多数あった場合に、先読みパターンデータの生成が乱発することを防止し、ネットワークキャッシュ装置への負荷を軽減することができる。
先読みパターンデータを手動で生成する必要がなくなる。さらに、統計的にアクセス頻度の高いデータを対象とする先読みパターンデータを自動作成することができるから、データ先読みが効果的にできるようになる。
本発明のネットワークキャッシュ装置をiSCSI(Internet Small Computer System Interface)ネットブート環境に設置した場合を想定し、実施例を説明する。想定するiSCSIネットブート環境は図1のとおりである。
図1において、PC1とPC2は内蔵ディスク装置を持たないディスクレスPC(以下、PC)である。C1はネットワークキャッシュ装置である。PC1、PC2、およびネットワークキャッシュ装置C1はネットワークN2(例えばLAN)に属している。S1はストレージ装置である。ストレージ装置S1はネットワークN3(例えばLAN)に属している。N1はネットワークN2とネットワークN3を接続するネットワーク(WAN)であり、例えばIP(Internet Protocol)ネットワークである。ストレージ装置S1はiSCSIターゲットT0、T1、T2を有する。ターゲットT0、T1、T2には論理ユニットLU0、LU1、LU2がある。論理ユニットLU0には、PC1、PC2の動作に必要な共通的なデータ(オペレーティングシステム(以下、OS)、アプリケーションソフトウェア(以下、アプリケーション))が保存されている。論理ユニットLU1、LU2には、それぞれユーザ1、ユーザ2固有のデータが保存されている。ユーザ固有のデータとは、例えばユーザが作成した文書ファイル等である。なお、本実施例において、PC1、PC2がイニシエータ装置であり、ストレージ装置S1がターゲット装置である。本実施例においてはイニシエータ装置はディスクレスPCであるが、一般には、イニシエータ装置は、通常のディスクを有するPC、PC以外の端末、サーバ等、プログラムやデータをターゲット装置から取得したりターゲット装置に保存したりする装置であればよい。
図2に本実施例のネットワークキャッシュ装置C1のブロック図を示す。図2において、21は先読みパターンデータ生成手段であり、22は先読みデータ保存手段である。23は先読みパターンファイルであり、24はキャッシュデータ格納領域である。25は記憶装置である。先読みパターンファイル23は記憶装置25に保存されるファイルである。キャッシュデータ格納領域24はキャッシュデータを格納するための記憶装置25内の領域である。先読みパターンデータ生成手段21および先読みデータ保存手段22は記憶装置25に記憶されたプログラム(図示していない)がコンピュータ(図示していない)によって実行されることにより実現される。
図2には本実施例を説明するために必要なもののみを図示しているが、このほかに、ネットワークキャッシュ装置C1は従来のネットワークキャッシュ装置と同様な機能を有することはいうまでもない。すなわち、図には示していないが、ネットワークキャッシュ装置C1は、イニシエータ装置(PC1、PC2)とターゲット装置(ストレージ装置S1)との間で送受信されるリード要求及びデータを中継する機能を持ち、イニシエータ装置がターゲット装置から取得したデータを、当該データが保存されていたターゲット名、論理ユニット番号、論理ブロック番地の組み合わせ単位にキャッシュデータ格納領域24に保存し、イニシエータ装置からリード要求を受信し、当該リード要求がリード対象とするターゲット名、論理ユニット番号、論理ブロック番地の組み合わせのデータがキャッシュデータ格納領域24に保存されているならば、当該リード要求をターゲット装置に中継することなく、キャッシュデータ格納領域24から対応データを取得して、イニシエータ装置に返送する手段を有する。
図2において、先読みパターンデータ生成手段21は、ターゲット名、論理ユニット番号、論理ブロック番地が記載された先読みパターンデータを生成する。先読みパターンデータはネットワークキャッシュ装置C1が先読みを行うためのデータである。本実施例においては、先読みパターンデータは先読みパターンファイル23として記憶装置25に保存される。先読みデータ保存手段22は、先読みパターンファイル23として記憶装置25に保存されている先読みパターンデータを用いて、ストレージ装置S1からデータを先読みし、先読みしたデータをキャッシュデータ格納領域24に保存する。
図3に先読みパターンファイル23とキャッシュデータ格納領域24に保存されるキャッシュデータの例を示す。図3において、30は先読みパターンファイルの例である。37はターゲット名であり、38は論理ユニット番号であり、39は論理ブロック番地である(論理ブロック番地39の保存形式については後述する)。31はキャッシュデータ格納領域24に格納されるキャッシュデータ保存テーブルの例である。32はターゲット名であり、33は論理ユニット番号であり、34は論理ブロック番地であり、35はキャッシュデータであり、36はキャッシュ保存時刻である。このように、ネットワークキャッシュ装置C1は、ターゲット名32、論理ユニット番号33、論理ブロック番地34の組み合わせ単位にキャッシュデータ35をキャッシュデータ格納領域24に保存する。この例では、ターゲット名32は文字列、論理ユニット番号33と論理ブロック番地34は整数、キャッシュデータ35は16進データ列で保存される。キャッシュデータ35は通常は512Byteであるが、これに限らない。キャッシュ保存時刻36は、キャッシュデータが保存された時刻を示すデータである。キャッシュ保存時刻を利用しない場合は、キャッシュ保存時刻36を保存する必要はない。
次に、ネットワークキャッシュ装置C1の動作について説明する。ユーザ1またはユーザ2が、PC1またはPC2の電源を投入すると、これらのPCはターゲットT0とiSCSIセッションを確立し、T0内LU0に保存されたOSを取得して起動する。OSの取得は、T0に対してSCSI−READコマンドを発行することにより行う。
ユーザ1が起動したPC(PC1とする)におけるOS起動後、PC1は、さらにターゲットT1に対してiSCSIセッションを確立することにより、ユーザ1は論理ユニットLU1内に保存されたデータにアクセスできるようになる。同様に、ユーザ2が起動したPCも、ターゲットT2に対してiSCSIセッションを確立することにより、ユーザ2は論理ユニットLU2内に保存したデータにアクセスできるようになる。PCによる論理ユニットLU1およびLU2へのアクセスも、論理ユニットLUからデータを読み出すときはSCSI−READコマンドを発行することにより、論理ユニットLUにデータを書き込むときはSCSI−WRITEコマンドを発行することにより、それらを行う。
ネットワークキャッシュ装置C1は、SCSI−READ、SCSI−WRITEなどのコマンドを中継時、中継する論理ブロックのデータをネットワークキャッシュ装置C1内のメモリやHDDに保存することにより、キャッシュを行う。ネットワークキャッシュ装置C1はキャッシュしている論理ブロックへのSCSI−READコマンドを受信すると、ストレージ装置S1にコマンドを発行せず、キャッシュしているデータ(以下、キャッシュデータ)を返送する。このようにストレージ装置S1にSCSI−READコマンドを発行せずにキャッシュデータをPCに返送する場合をキャッシュヒットと呼び、キャッシュヒットしなかった場合、つまりストレージ装置S1にコマンドを発行した場合をキャッシュミスヒットと呼ぶ。IPネットワークN1が、遅延が大きく、あるいは帯域が小さいWAN回線であるときには、キャッシュヒットしたときのほうがキャッシュミスヒットの場合よりもSCSI−READによるデータ取得に要する時間は格段に短くなる。
ネットワークキャッシュ装置C1にキャッシュデータが存在しないときに、ユーザ1がPC1の電源を投入したケースを考える。電源起動後、PC1はターゲットT0に対するiSCSIセッションを確立し、LU0に対して順次読み出し要求(SCSI−READコマンドの発行)を行いながらOSを起動する。ネットワークキャッシュ装置C1にはキャッシュデータが存在しないため、ネットワークキャッシュ装置C1は読み出し要求された論理ブロックのデータを論理ユニットLU0から読み出し、ネットワークキャッシュ装置C1内にデータをキャッシュしながらPC1に返送する。結果として、PC1の読み出し要求は全てキャッシュミスヒットし、ネットワークキャッシュ装置C1にはOS起動に必要なデータがキャッシュされる。
次に、ユーザ2がPC2の電源を投入したとする。PC2はPC1と同様に論理ユニットLU0から読み出し要求を行いながらOSを起動する。OS起動に必要なデータはPC1、PC2ともに殆ど同じであるため、PC2起動時にはほぼ全ての読み出し要求がキャッシュヒットする。そのため、PC1よりPC2の起動の方が高速となる。
ユーザ1、ユーザ2がPC1、PC2にログオンすると、それぞれのユーザに対応する論理ユニットLU(LU1、LU2)からデータを読み出し、キャッシュされる。
ネットワークキャッシュ装置C1が起動した直後や、ユーザのキャッシュデータがキャッシュ領域を専有したとき、ネットワークキャッシュ装置C1にはOS領域のキャッシュデータが存在しない。なお、ユーザのキャッシュデータがキャッシュ領域を占有したときとは、ユーザ領域(LU1やLU2)のデータが次々にキャッシュされ、OS領域(LU0)のキャッシュデータが全て追い出されてされてしまい(削除されてしまい)、ユーザ領域(LU1やLU2)のキャッシュデータばかりになってしまった場合のことである。
このときにPCの電源を投入すると、キャッシュミスヒットし、PCはストレージ装置S1からデータを取得しなければならなくなるから、キャッシュヒットする場合に比して起動時間が長くなる。これを改善するために先読み機能が存在する。先読み機能の目的は、PCが電源投入時に読み出し要求する論理ブロックを、ネットワークキャッシュ装置C1が事前に読み出し要求を行ってキャッシュすることにより、上記状況発生時においてもPCの起動を高速化することである。
ネットワークキャッシュ装置C1のシステム管理者Aは、先読み機能を有効にするために、先読みパターンファイル、先読み対象論理ユニット、先読み対象論理ユニットに接続するためのiSCSI認証情報、先読み実行契機などをネットワークキャッシュ装置C1の管理画面から設定する。このような設定は管理者Aが例えばネットワークN3に属する端末から行うことができる。
先読み実行契機としては日時や時間間隔を設定する。ネットワークキャッシュ装置C1の先読みデータ保存手段22は先読み実行契機に設定されたタイミングにおいて先読み実行する。なお、先読み実行契機としては、従来技術と同様に、既定の論理ブロック番地に対するリード要求やユーザ認証の成功を先読み実行契機としてもよい。このようなスケジュール先読み機能以外にネットワークキャッシュ装置C1には強制先読み機能が存在する。強制先読み機能は管理者Aがネットワークキャッシュ装置C1の管理画面において指示を出すと、先読みデータ保存手段22が即座に先読み実行する機能である。
先読み実行契機もしくは強制先読み機能により先読み実行されると、ネットワークキャッシュ装置C1は、自らがイニシエータとなって、iSCSI認証情報をもとに先読み対象ターゲットT0に対してiSCSIセッションを確立し、先読みパターンファイル23に基づいて読み出し要求を発行する。先読みパターンファイル23には読み出し要求を行う論理ブロック一覧が記述されている。先読み実行が完了すると、先読みパターンファイル23で指定したブロックのデータがキャッシュ装置C1のキャッシュデータ格納領域24にキャッシュされる。
先読みパターンファイルの作成方法には手動作成(従来技術)と自動更新(本実施例)の2通りがある。従来技術の手動作成は管理者Aがパケットキャプチャを行って起動時に必要な論理ブロックを取得し、先読みパターンファイルを作成する方法である。しかし、LU0に保存されているデータが変更されると、OS起動時に読み出し要求される論理ブロックが変わるため、再度、先読みパターンファイルを手動作成しなければならない。LU0の内容変更はOSへのパッチ適用やアプリケーションの更新(特にウイルスパターンファイルの更新)によって頻繁に発生するため、手動作成は運用コストがかかり、非効率である。
これに対して、本実施例のネットワークキャッシュ装置C1は自動更新によって先読みパターンファイルを作成する。自動更新は、PCのセッション確立後に読み出し要求された論理ブロックの一覧をもとに、ネットワークキャッシュ装置C1が自動的に先読みパターンファイルを更新する機能である。LU0の内容が変更される環境においても、自動更新を繰り返すことで起動時に読み出される論理ブロックを先読みパターンファイルとして出力することができる。
以下、本実施例の先読みパターンファイルの自動更新について説明する。本実施例のネットワークキャッシュ装置C1においては、先読みパターンデータ生成手段21が先読みパターンファイル23を自動的に生成するが、先読みパターンデータ生成手段21の二つの実施例について説明する。
図3を用いて、実施例1の先読みパターンデータ生成手段21による先読みパターンデータの生成について説明する。先読みパターンデータ生成手段21は、先読みパターンデータを生成する契機(実施例2において説明する。)が到来したならば、キャッシュデータ格納領域24内のキャッシュデータ保存テーブル31を検索し、保存されているキャッシュデータのうち、管理者Aによって予め指定されたターゲット名T0と論理ユニット番号l0に属するキャッシュデータの論理ブロック番地aの一覧を抽出し、当該一覧を含む先読みパターンデータを生成する。
図3は、管理者Aによって予め指定されたターゲット名T0が「iqn.2001−05.com.ntt:abc」であり、予め指定された論理ユニット番号l0が「0」の場合を示しており、網掛け部分が予め指定されたターゲット名T0と論理ユニット番号l0に該当する(一般には、任意の数のターゲット名、論理ユニット番号を指定する)。先読みパターンデータ生成手段21は、先読みパターンデータを生成する契機が到来すると、網掛け部分の論理ブロック番地を抽出する。抽出される論理ブロック番地aは、12,13,16,1000,1001,1002,10005である(図3の論理ブロック番地34の列の網掛けされたもの)。これを図3の先読みパターンファイル30に示すように、ターゲット名37、論理ユニット番号38、論理ブロック番地39の形式で保存する。
論理ブロック番地39は、先読みすべき論理ブロック番地を実際に抽出してみると、通常、1以上の連続したブロック番地が散在することが多いため、本実施例では、先頭ブロック番地と、先頭ブロック番地を含めた連続領域の長さの組み合わせの形式で保存する。すなわち、論理ブロック番地「12」と「13」が連続し、次の「16」は単独であり、次の「1000」から3番地連続し、次の「10005」は単独であるため、図3の39のように保存される。
本実施例により、ターゲット名T0と論理ユニット番号l0を予め指定しておくだけで、イニシエータ装置によって再度リードされる可能性が高い論理ブロック番地のデータを取り込んだ先読みパターンファイル30を自動生成することができるから、先読みパターンファイルを手動で作成する必要がなく、データ先読み効果が高い先読みパターンファイル30を自動的に作成することができる。
次に、図4〜図11を用いて、実施例2の先読みパターンデータ生成手段21による先読みパターンデータの生成について説明する。本実施例の先読みパターンデータ生成手段21は、予め指定されたターゲット名T0と論理ユニット番号l0の組み合わせ単位に0以上の整数のアップデートカウンタ値Cupdate(T0,l0)と、ターゲット名T0と論理ユニット番号l0と論理ブロック番地aの組み合わせ単位に0以上の整数のアクセスカウンタ値Caccess(T0,l0,a)を保持する。予め指定されたターゲット名T0と論理ユニット番号l0は、ネットワークキャッシュ装置C1の管理者Aが例えばキャッシュ装置C1に備えられているユーザインタフェース(Webやコマンドラインインタフェース)を介して設定する。先読みパターンデータ生成手段21は、先読みパターンファイル23を生成する契機が到来したならば、アップデートカウンタ値Cupdate(T0,l0)を1加算するとともに、キャッシュデータ格納領域24の全域を検索し、キャッシュデータ格納領域24にキャッシュデータが存在することが判明した、ターゲット名T0と論理ユニット番号l0と論理ブロック番地aの組み合わせに対応するアクセスカウンタ値Caccess(T0,l0,a)に限って1加算する。そして、αを0<α<1を満たす係数、n=0として、Caccess(T0,l0,a)≧αCupdate(T0,l0)+nを満たす論理ブロック番地aの一覧を抽出し、当該一覧を含む先読みパターンファイル23を生成する。ただし、先読みパターンデータ生成手段21は、生成されようとする先読みパターンデータによる先読みデータ量が、予め指定された値Mdataを超えるならば、nに1加算して、Caccess(T0,l0,a)≧αCupdate(T0,l0)+nを満たす論理ブロックaの一覧を抽出し、当該一覧を含む先読みパターンファイル23を生成する(n=0における先読みパターンファイル23の作成は取りやめる)。また、先読みパターンデータ生成手段21は、アクセスカウンタ値Caccess(T0,l0,a)が予め指定された値Maccessを超えたならば、アクセスカウンタ値Caccess(T0,l0,a)およびアップデートカウンタ値Cupdate(T0,l0)に0<β<1を満たす係数βを乗じ、小数点以下を切り上げ又は切り下げることにより減算することを特徴とする。以下、α=0.3、β=0.7、Maccess=5として説明する。
図4は先読みパターンデータの生成契機を説明するための図である。ある時刻tにPC1の電源が投入され、セッションs0が確立されたとする。時刻tにおいて前回の先読みパターンデータ生成契機からT2時間以上経過していたとすると、セッションs0はキャッシュデータ格納領域の検索およびその結果に基づく先読みパターンデータの生成契機となる(図4参照)。既定の時間T2を設け、前回の先読みパターンデータ生成契機からT2時間以上経過しない場合は先読みをしないことにより、短時間の間にセッション確立が多数あった場合に、先読みパターンデータの生成が乱発することを防止し、ネットワークキャッシュ装置への負荷を軽減することができる。したがって、既定の時間T2は先読みパターンデータの生成が乱発しない程度の時間を設定しておけばよい。
時刻tの直前において、ネットワークキャッシュ装置C1の先読みパターンデータ生成手段21内のパラメータであるアップデートカウンタ値Cupdate(T0,l0)およびアクセスカウンタ値Caccess(T0,l0,a)が図5のような値であったとする。
時刻tにおいて、セッションs0確立によって先読みパターンデータを生成する契機が到来したため、アップデートカウンタ値Cupdate(T0,l0)は1加算されて6となる。
セッションs0確立後T1時間経過したとき、すなわち時刻t+T1において、ネットワークキャッシュ装置C1の先読みパターンデータ生成手段21はキャッシュデータ格納領域24の検索を開始する。キャッシュデータ格納領域24のうち、予め指定されたターゲット名T0、論理ユニット番号l0の論理ユニットLUのキャッシュデータであり、かつ最後にアクセスした時刻(保存時刻)がt以降である論理ブロックを抽出する。セッション確立後、既定の時間T1が経過するまでの時間帯(例えば5分間とする)では、まずOSが起動し、OSの起動後はユーザの手によって主要なアプリケーションが起動されるものと推測される。この時点でキャッシュデータ格納領域24にはOSおよび主要なアプリケーションの動作に必要なデータが保存されることとなるから、この時点で、先読みパターンファイル生成のためのキャッシュデータ格納領域24の検索を行って先読みパターンファイルを生成すれば、ディスクレスPCの起動のために特に重要なデータが先読みパターンファイルとして取り込まれることとなる。したがって、既定の時間T1としては、PCの電源が投入されてから、OSや主要なアプリケーションが起動されると推測される時間を設定しておけばよい。
この結果、図6のような論理ブロック一覧Laが得られた。論理ブロック一覧Laは、既定の時間であるT1時間(例えば5分間)の間にアクセスされた論理ブロック番地を示す一覧である。図6に示す論理ブロック一覧Laは、iSCSIセッションs0が確立された時刻tから時刻t+T1の間に、論理ブロック番地0、2、…1004、1006、1007、1009、1010…がアクセスされたことを示している。この一覧に含まれる全ての論理ブロックaについて、アクセスカウンタ値Caccess(T0,l0,a)を1加算する。この結果、アップデートカウンタ値Cupdate(T0,l0)およびアクセスカウンタ値Caccess(T0,l0,a)は図7のようになった。
検索処理終了後、先読みパターンファイルとして利用する論理ブロックをアクセスカウンタ値Caccess(T0,l0,a)の値のもとに抽出する。n=0としてCaccess(T0,l0,a)≧αCupdate(T0,l0)+nすなわちCaccess(T0,l0,a)≧1.8をみたす論理ブロック一覧aを抽出したところ(図8網掛部)、論理ブロックaの個数が予め指定された値Mdataよりも多かった。そのため、n=1としてCaccess(T0,l0,a)≧2.8をみたす論理ブロック覧a’を抽出した(図9)。このとき、論理ブロックa’の個数はMdataより小さくなったため、a’を先読みパターンファイル一覧として出力する(図9)。図9の90がこの結果生成された先読みパターンファイルである。先読みパターンファイル90において、97はターゲット名であり、98は論理ユニット番号であり、99は論理ブロック番地である。論理ブロック番地99は、図3の39と同様に、先頭ブロック番地と、先頭ブロック番地を含めた連続領域の長さの組み合わせの形式で保存される。なお、本実施例では図9において、論理ブロックa’の個数はMdataより小さくなったため、a’を先読みパターンファイル一覧として出力したが、さらにMdataを超えるならば、さらにnに1加算して、Mdata内におさまるまで1加算を繰り返し、Caccess(T0,l0,a)≧αCupdate(T0,l0)+nを満たす論理ブロックの一覧を抽出し、当該一覧を含む先読みパターンデータを生成する。
その後、図4において、時刻tからT2が経過する前に、PC1から新たに同じLUに対するセッションs1が確立されたとする。しかし、前回の先読みパターンデータ生成契機s0(時刻t)からT2時間経過していないため、セッションs1の確立は先読みパターンデータ生成契機とはならない。時刻t+T2以降にセッションs2が確立した場合、セッションs2は先読みパターンデータ生成契機となる。
セッションs2を契機とする先読みパターンファイル作成後、アップデートカウンタ値Cupdate(T0,l0)およびアクセスカウンタ値Caccess(T0,l0,a)は図10のようになったとする。ここでMaccess=5であったとすると、アクセスカウンタ値Caccess(T0,l0,a)の中にMaccess(=5)を超える論理ブロック番地が存在するため、アップデートカウンタ値Cupdate(T0,l0)およびアクセスカウンタ値Caccess(T0,l0,a)をβ倍(=0.7)し、アップデートカウンタ値Cupdate(T0,l0)およびアクセスカウンタ値Caccess(T0,l0,a)は図11のようになる。ここで、Maccessは、アップデートカウンタ値Caccessの値がMaccessに達すると、Caccessの値にβ(0<β<1)をかけてCaccessの値を減らすための予め指定された値である。これにより、先読み対象のLUが更新された場合でも、頻繁に読まれるようになったブロック情報が先読みされやすくなる。
なお、先読みパターンファイルの形式は、図3の30や図9の90の形式に限定されず、ターゲット名(1行目)と論理ユニット番号(2行目)は、先読みパターンファイルと関連づけしつつ、別のファイルとして保持するようにしてもよい。また、3行目以降も別の表現(例えば、開始アドレスを10進数でなく16進数とする表記や、開始アドレスと長さの形式でなく、アドレスを列挙する表記など)にしてもよい。
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
C1…ネットワークキャッシュ装置、PC1、PC2…ディスクレスPC、S1…ストレージ装置、T0、T1、T2…iSCSIターゲット、LU0、LU1、LU2…論理ユニット、N1、N2、N2…ネットワーク、A…システム管理者、21…先読みパターンデータ生成手段、22…先読みデータ保存手段、23…先読みパターンファイル、24…キャッシュデータ格納領域、25…記憶装置、30…先読みパターンファイルの例(実施例1)、31…キャッシュデータ保存テーブル、90…先読みパターンファイルの例(実施例2)、Cupdate(T0,l0)…アップデートカウンタ値、Caccess(T0,l0,a)…アクセスカウンタ値
Claims (9)
- イニシエータ装置とターゲット装置との間で送受信されるリード要求及びデータを中継する機能を持ち、
イニシエータ装置がターゲット装置から取得したデータを、当該データが保存されていたターゲット名、論理ユニット番号、論理ブロック番地の組み合わせ単位にキャッシュデータ格納領域に保存し、
イニシエータ装置からリード要求を受信し、当該リード要求がリード対象とするターゲット名、論理ユニット番号、論理ブロック番地の組み合わせのデータがキャッシュデータ格納領域に保存されているならば、当該リード要求をターゲット装置に中継することなく、キャッシュデータ保存領域から対応データを取得して、イニシエータ装置に返送するネットワークキャッシュ装置であって、
ターゲット名、論理ユニット番号、論理ブロック番地が記載された先読みパターンデータを生成する先読みパターンデータ生成手段と、
前記先読みパターンデータを用いて、前記ターゲット装置からデータを先読みし、先読みしたデータを前記キャッシュデータ格納領域に保存する先読みデータ保存手段と、
を備えることを特徴とするネットワークキャッシュ装置。 - 請求項1に記載のネットワークキャッシュ装置において、
前記先読みパターンデータ生成手段が、先読みパターンデータを生成する契機が到来したならば、キャッシュデータ格納領域を検索し、キャッシュデータ記憶領域に保存されているキャッシュデータのうち、予め指定されたターゲット名T0と論理ユニット番号l0に属するキャッシュデータの論理ブロック番地aの一覧を抽出し、当該一覧を含む先読みパターンデータを生成することを特徴とするネットワークキャッシュ装置。 - 請求項1に記載のネットワークキャッシュ装置において、
前記先読みパターンデータ生成手段が、
予め指定されたターゲット名T0と論理ユニット番号l0の組み合わせ単位に0以上の整数のアップデートカウンタ値Cupdate(T0,l0)を保持し、ターゲット名T0と論理ユニット番号l0と論理ブロック番地aの組み合わせ単位に0以上の整数のアクセスカウンタ値Caccess(T0,l0,a)を保持し、
先読みパターンデータを生成する契機が到来したならば、アップデートカウンタ値Cupdate(T0,l0)を1加算するとともに、キャッシュデータ格納領域の全域を検索し、キャッシュデータ格納領域にキャッシュデータが存在することが判明した、ターゲット名T0と論理ユニット番号l0と論理ブロック番地aの組み合わせに対応するアクセスカウンタ値Caccess(T0,l0,a)に限って1加算し、
αを0<α<1を満たす係数、n=0として、
Caccess(T0,l0,a)≧αCupdate(T0,l0)+n
を満たす論理ブロック番地aの一覧を抽出し、当該一覧を含む先読みパターンデータを生成することを特徴とするネットワークキャッシュ装置。 - 請求項3に記載のネットワークキャッシュ装置において、
前記先読みパターンデータ生成手段が、
生成されようとする先読みパターンデータによる先読みデータ量が、予め指定された値Mdataを超えるならば、nに1加算し、さらにMdataを超えるならば、さらにnに1加算して、Mdata内におさまるまで1加算を繰り返し、
Caccess(T0,l0,a)≧αCupdate(T0,l0)+n
を満たす論理ブロックaの一覧を抽出し、当該一覧を含む先読みパターンデータを生成することを特徴とするネットワークキャッシュ装置。 - 請求項3または4に記載のネットワークキャッシュ装置において、
前記先読みパターンデータ生成手段が、
アクセスカウンタ値Caccess(T0,l0,a)が予め指定された値Maccessを超えたならば、アクセスカウンタ値Caccess(T0,l0,a)およびアップデートカウンタ値Cupdate(T0,l0)に0<β<1を満たす係数βを乗じ、小数点以下を切り上げ又は切り下げることにより減算することを特徴とするネットワークキャッシュ装置。 - 請求項3ないし5のうちいずれか1項に記載のネットワークキャッシュ装置において、
イニシエータ装置がターゲット装置から取得したデータを、当該データが保存されていたターゲット名T0、論理ユニット番号l0、論理ブロック番地aの組み合わせ単位に、その保存時刻と共に、キャッシュデータ格納領域に保存し、
前記先読みパターンデータ生成手段が、
前記キャッシュデータ格納領域にキャッシュデータが存在することが判明し、かつ、保存時刻がイニシエータとターゲット名T0のターゲットとの間でセッションが確立された時刻t以降である、ターゲット名T0、論理ユニット番号l0、論理ブロック番地aの組み合わせに対応するアクセスカウンタ値Caccess(T0,l0,a)に限って1加算することを特徴とするネットワークキャッシュ装置。 - 請求項2ないし請求項6のうちいずれか1項に記載のネットワークキャッシュ装置において、
前記先読みパターンデータ生成手段が先読みパターンデータを生成する契機は、イニシエータと、ターゲット名T0のターゲットとの間でセッションが確立された時刻をt、既定の時間をT1として、時刻がt+T1となった時とすることを特徴とするネットワークキャッシュ装置。 - 請求項7に記載のネットワークキャッシュ装置において、
時刻がt+T1となった時であっても、前回のセッション確立時から既定の時間T2が経過していない時は、先読みパターンデータを生成する契機としないことを特徴とするネットワークキャッシュ装置。 - コンピュータを請求項1ないし8のうちいずれか1項に記載の手段として機能させるためのプログラム。
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JP2009193382A (ja) * | 2008-02-14 | 2009-08-27 | Nec Corp | ブレードサーバシステムのキャッシュサーバ制御回路およびキャッシュサーバ制御方法 |
US20110258424A1 (en) * | 2010-04-14 | 2011-10-20 | Chia-Hsin Huang | Distributive Cache Accessing Device and Method for Accelerating to Boot Remote Diskless Computers |
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2006
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