JP2008539521A - 瞬時ボリューム復元のためのオン・デマンドでデータを復元するシステム、および方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はファイルシステムに関し、詳しくは、オン・デマンドで復元可能な不在ブロックを有する1以上のファイルを有するボリュームを含むファイルシステムに関する。
ストレージシステムは一般に、必要に応じて情報を入れたり、取り出したりすることが可能な1以上の記憶装置を備える。ストレージシステムは、とりわけ、当該システムによって提供されるストレージサービスを支援するストレージ・オペレーションを実施することにより、当該システムを機能的に編成するストレージ・オペレーティング・システムを含む。ストレージシステムは、種々のストレージ・アーキテクチャにしたがって実施することができ、限定はしないが、例えば、ネットワーク・アタッチド・ストレージ環境、ストレージ・エリア・ネットワーク、及び、クライアント又はホストコンピュータに直接取り付けられたディスクアセンブリのようなストレージ・アーキテクチャにしたがって実施される場合がある。記憶装置は通常、ディスクアレイとして編成されたディスクドライブであり、ここで、「ディスク」という用語は通常、内蔵型の回転磁気媒体記憶装置を意味する。この文脈におけるディスクという用語は、ハード・ディスク・ドライブ(HDD)やダイレクト・アクセス・ストレージ・デバイス(DASD)と同じ意味で使用される。
本発明は、二次ストレージシステム(外部記憶装置)からデータをオン・デマンドで復元するために使用される、ストレージシステムのファイルシステム内の散在ボリュームをインスタンス化するシステム、および方法を提供することによって、従来技術の欠点を克服する。本明細書に記載されるように、散在ボリュームは、ストレージシステムに接続されたディスク上に(すなわち、ローカルボリューム上に)ローカルに格納されていない少なくとも1つのブロック(すなわち、不在ブロック)を有する1以上のファイルを格納する。データブロック(または、ホール環境におけるゼロのブロック)を即座に読み出さないことにより、最小限の書き込みオペレーションしか必要とせずに、散在ボリュームを生成し、迅速にエキスポートすることができる。不在ブロックの欠落データは、代替の(大抵はリモートの)外部記憶装置に格納され、例えば、リモート・フェッチ・オペレーションを使用して取得される。復元されたボリュームが有効化された後、そのボリュームは、新たな書き込みオペレーションを含むいかなるファイルオペレーションについても、アクセス可能になる。受信した書き込みオペレーションは、新たなブロックを割り当て、その新たに割り当てられたブロックを参照するようにブロックポインタを変更することにより、普通に処理される。
ブロックポインタが以前に不在としてマーキングされていた場合、そのブロックポインタは、リモートに格納された古いデータがアップデータされたときに上書きされる。その結果、ストレージシステムは、そのデータをリモートに取得する必要がなくなる。
A.ネットワーク環境
図1は、本発明とともに有利に使用されるストレージシステム120aを含む環境100を示す略ブロック図である。ストレージシステムは、ディスクアレイ160のディスク130のような記憶装置上での情報の編成に関するストレージサービスを提供するコンピュータである。ストレージシステム120aは、システムバス125によって相互接続されたプロセッサ122、メモリ124、ネットワークアダプタ126、及びストレージアダプタ128を含む。ストレージシステム120aは、ストレージ・オペレーティング・システム200を更に含み、ストレージ・オペレーティング・システム200は、ファイルシステムのような高レベルモジュールを実施し、情報をディレクトリ、ファイル、および仮想ディスクと呼ばれる特殊なタイプのファイル(以後、「ブロック」)の階層構造としてディスク上に論理編成する。
各論理ボリュームは一般に、必須ではないが、そのボリューム独自のファイルシステムを有する。論理ボリューム/ファイル内のディスクは通常、1以上のグループに編成され、各グループは、RAID(Redundant Array of Independent Disks)として運用される場合がある。RAID−4レベル実施形態のような大半のRAID実施形態は、RAIDグループ内の所与の数の物理ディスクにわたってデータストライプを冗長書き込みし、そのストライプ状データに関するパリティ情報を適切に記憶することにより、データ記憶の信頼性/完全性を向上させる。RAID実施形態の一例は、RAID−4レベル実施形態である。ただし、当然ながら、他のタイプ、及び他のレベルのRAID実施形態を本明細書に記載する本発明の原理にしたがって使用することも可能である。
ディスク130へのアクセスを可能にするために、ストレージ・オペレーティング・システム200は、write−anywhereファイルシステムを実施する。write−anywhereファイルシステムは、仮想化モジュールと協働し、ディスク130によって提供される記憶空間を仮想化する。ファイルシステムは、情報を名前付きのディレクトリ、及びファイルの階層構造としてディスク上に論理編成する。ディスク上の各ファイルは、データのような情報を格納するように構成された一組のディスクブロックとして実施される一方、ディレクトリは、特殊なフォーマットのファイルとして実施され、その中に他のファイルやディレクトリの名前、及びそれらへのリンクを格納する。仮想化モジュールにより、ファイルシステムは、情報をブロックの階層構造としてディスク上に更に論理編成することができ、それを名前付き論理ユニット番号(LUN)としてエキスポートすることができる。
情報がキャッシュ内になければ、ファイルシステム280は、inode番号を使用してinodeファイル内を検索し、適当なエントリにアクセスし、論理vbnを取得する。そして、ファイルシステムは、その論理vbnを含むメッセージ構造をRAIDシステム240に渡す。論理vbnは、ディスク識別子、及びディスクブロック番号(ディスク、dbn)にマッピングされ、ディスクドライバシステム250の適当なドライバ(例えば、SCSI)に送信される。ディスクドライバは、指定されたディスク130からそのdbnをアクセスし、要求されたデータブロック(複数の場合もあり)をバッファ・キャッシュ170にロードし、ストレージシステムによって処理する。要求が完了すると、ストレージシステム(及び、オペレーティング・システム)は、ネットワーク140を介してクライアント110に返答を返す。
例示的実施形態として、write−anywhereファイルシステムでは、ファイルは、ディスク130に格納されるように構成されたinodeデータ構造として表現される。図3は、inode300を示す略ブロック図である。inode300は、メタデータ部310、及びデータ部350を有することが好ましい。各inode300のメタデータ部310に格納される情報は、ファイルを表わし、したがって、そのファイルのタイプ(例えば、通常、ディレクトリ、仮想ディスク)312、そのファイルのサイズ314、そのファイルのタイムスタンプ(例えば、アクセス、及び/又は変更)316、及びそのファイルの所有者、すなわちユーザ識別子(UID318)、及びグループID(GID320)を含む。ただし、各inodeのデータ部350の中身は、タイプフィールド312に規定されたファイル(inode)のタイプに応じて、異なる解釈をされる場合がある。例えば、ディレクトリinodeのデータ部350は、ファイルシステムによってコントロールされるメタデータを有する一方、通常inodeのデータ部は、ファイルシステムデータを有する。後者の場合、データ部350は、そのファイルに関連するデータの表現を含む。
本発明は、二次記憶装置(外部記憶装置)からオン・デマンドでデータを復元するために使用される、ストレージシステムのファイルシステム内の散在ボリュームをインスタンス化するシステム、及び方法を提供することにより、従来技術の欠点を克服する。本明細書に記載するように、散在ボリュームは、ストレージシステムに接続されたディスク上にローカルに格納されていない(すなわち、ローカルボリューム上に格納されていない)少なくとも1つのデータブロック(すなわち、不在ブロック)を有する1以上のファイルを含む。データブロック(または、ホール環境におけるようなゼロのブロック)を記憶しないことにより、最小限の書き込みオペレーションで散在ボリュームを生成し、迅速にエキスポートすることができる。不在ブロックの欠落データは、代わりに、(場合によってはリモートの)外部記憶装置に格納され、例えば、リモート・フェッチ・オペレーションを使用して読み出される。
fsinfoブロック800は、PCPI(Permanent Consistency Point Image)ポインタ805、散在ボリュームフラグフィールド810、及びそのinodeファイルのinode815を有し、代替実施形態では、更に別のフィールド820を有する場合がある。PCPIポインタ805は、ファイルシステムに関連するPCPI(スナップショット)へのポインタのデュアルdbn(vvbn/pvbn)対である。散在ボリュームフラグフィールド810は、fsinfoブロックによって表わされるvvolが、散在するものであるか否かを識別する。図示の実施形態では、フィールド810においてフラグがアサートされ、そのボリュームが散在するものであることを示している。散在ボリュームフラグフィールド810は、fsinfoブロックに関連するvvolのタイプを識別するタイプフィールドとして実施される場合がある。inodeファイル815のinodeは、fsinfoブロックに関連するファイルシステムのinodeファイル760(図7)へのルートレベルポインタを含むinodeを含む。
例示的実施形態において、散在ボリュームは、外部記憶装置に格納されたデータを指し示すポインタ(例えば、ABSENTポインタ)を利用するボリューム・インフラストラクチャ・メタデータを使用して初期化される。このようなABSENTポインタの使用は、「瞬時」の完全な復元であるかのような錯覚をクライアントのようなユーザに与え、それによって、従来の完全復元オペレーションに要する長い待ち時間を回避する。次に、データは、「オン・デマンドで復元」される場合がある。本明細書では、この用語は、データ要求の発行を待ってから、ストレージシステム・リソースを消費して、データを取得することを意味する。このようなデータ復元は、クライアントがストレージシステムに対して発行したデータアクセス要求に応答して実施してもよいし、または、例えば、バックグラウンド処理中に、そのデータの要求(「要望」)を生成する、システムの復元モジュールによって実施してもよい。本発明によれば、故障したローカルボリュームを迅速に復元するために、散在ボリュームはインスタンス化される場合がある。なお、散在ボリュームの復元がいったん開始されれば、その散在ボリュームは、例えば新たな変更(書き込みオペレーション)のようなすべてのファイルシステムオペレーションで利用することが可能になる。オン・デマンド復元が開始された後は、散在ボリュームに対していかなるオペレーションを行ってもよい。例えば、散在ボリュームに対し、バックアップオペレーションが開始される場合がある。
クライアント要求に応答して散在ボリューム上の不在データを復元するだけでなく、そのボリュームの中身全体を可能な限り迅速に復元し、かつ、ファイルサービスの中断を最小限に抑えることが望ましい場合がある。ボリューム全体の復元が望ましい理由は、リモートの外部記憶装置に対する各クライアントアクセスは、読み出し遅延を生じるからである。ボリュームデータがすべてローカルに復元されると、この遅延はもはや存在しなくなる。また、外部記憶装置が利用不可能になった場合、一次ストレージシステム上にまだ復元されていないデータは失われる場合がある。この脆弱性の窓は、ストレージ・オペレーティング・システム200の復元モジュールをバックグラウンドプロセスとして実施することによって低減することができる。なお、外部記憶装置が利用不可能になった場合でも、一次ストレージシステムは、外部記憶装置が利用可能になり、オン・デマンド復元プロセスが再開されるまで、データアクセスオペレーションに対するサービスを提供し続けることができる。一次ストレージシステムは、すでに復元されたデータに対する書き込みオペレーションや読み出しオペレーションを処理することができるようになる。
例えば、ファイルシステム280は、NRVプロトコルモジュール295と協働し、クライアントがアプリケーション112のために現在アクセスしている可能性があるファイルを復元するが、迅速で絶え間ないアクセスを可能にするために、それらのファイルをキャッシュしなければならない場合があり、要求発生器296は、クライアントが現在必要としていないファイルの復元を更に要求する場合がある。したがって、ローカルボリュームに対する書き込みアローケーションの後、それらのファイルをバッファ・キャッシュ170に格納しておく必要はない。さらに、重要なことに、クライアント要求を補助的な外部記憶装置のキャッシュに格納しておく必要はない。なぜなら、日付の復元が済めば、一次ストレージシステムは、二次上のクライアント要求をアクセスする必要はもはやないからである。
本発明の他の実施形態によれば、ポンプモジュール298は、要求発生器296によって生成された要求、及びクライアント110によって発行された要求の処理を調節するためのフロー制御を提供する。フロー制御が必要になることがある理由は、スキャナ、及び要求発生器は、外部記憶装置からブロックをフェッチし、復元するために要する時間よりも実質的に高速に、ファイルシステムのブロックを求めるアクセス要求を発行、及び生成することが出来るからであり、その主たる理由は、フェッチオペレーションや復元オペレーションが、ネットワーク遅延やディスクアクセス遅延(データが二次外部記憶装置のキャッシュ上にない場合があるため)、あるいは他の外部遅延による影響を強く受けるからである。したがって、そのようなフェッチオペレーションや復元オペレーションは、システム性能の「ボトルネック」になることがあり、その結果、未処理のデマンド、及び要求の「バックログ(残務)」が発生することがある。
空きのシステムリソースが限られているときに、クライアントが発行した要求に対し、欠落ブロックを求めて生成された要求よりも高い優先順位を与えるものである。
本明細書では、データコンテナという用語は通常、ファイルシステム、ディスクファイル、ボリューム、または論理番号(LUN)などのデータを格納するための記憶単位を意味する。論理番号は、例えば独自の一意の識別子によってアドレス指定することができる。ディスク上のまばらに構成されたデータコンテナのデータ内容を収容するために必要とされる記憶空間は、まだ使用されていない。まばらに構成されたデータコンテナの詳細については、Vijajan Rajan他による「SYSTEM AND METHOD FOR RECLAIMING UNUSED SPACE FROM A THINLY PROVISIONED DATA CONTAINER」と題する米国特許出願第10/966,605号に記載されている。
Claims (32)
- 記憶装置とともに使用される方法であって、
故障したボリュームを検出するステップと、
故障したボリュームを新たなボリュームで置き換えるステップと、
前記新たなボリュームのインフラストラクチャの編成を作成するステップと、
1以上のブロックのデータがローカル以外の場所にあることを示す当該1以上のブロックへのポインタを、前記新たなボリュームに入れるステップと、
前記1以上のブロックのデータをオン・デマンドで復元するステップと
からなる方法。 - 前記ブロックのデータがローカル以外の場所にあり、前記ブロックが不在ブロックであることをABSENTポインタによって示すステップ
を更に含む、請求項1に記載の方法。 - 前記データをクライアントアクセス要求を使用して復元するステップ
を更に含む、請求項1に記載の方法。 - 前記データを要求発生器を使用して復元するステップ
を更に含む、請求項1に記載の方法。 - 前記データをリモート・バックアップ・ボリュームから復元するステップ
を更に含む、請求項1に記載の方法。 - 前記新たなボリュームに対するデータアクセスオペレーションを処理するステップ
を更に含む、請求項1に記載の方法。 - 前記データアクセスオペレーションは書き込みオペレーションである、請求項6に記載の方法。
- 記憶装置とともに使用される方法であって、
A.ボリュームが、ローカル以外の場所にデータを有するブロックを含むか否かを判定するステップと、
B.含む場合、前記ボリュームの中から、ローカル以外の場所にデータを有するブロックを探索するステップと、
C.前記ローカル以外の場所にデータを有するブロックに応じて、
(1)該データの要求をリモート・ボリュームに送信し、
(2)要求したデータを受信し、
(3)該データをローカルに格納するステップと
からなる方法。 - 前記ボリューム上の全てのブロックがローカルに配置されるまで、前記ステップA、B、及びCを継続するステップを更に含む、請求項8に記載の方法。
- 前記ボリュームのブロックを1つづつ増加的に検査するステップを更に含む、請求項8に記載の方法。
- 前記ブロックの中から、ローカル以外の場所にデータが格納されていることを示す特殊な値を有するものを探索するステップを更に含む、請求項11に記載の方法。
- 前記ブロックの中から、前記特殊な値として不在値を有するものを探索するステップを更に含む、請求項11に記載の方法。
- インジケータを検査することによって、ボリュームが、ローカル以外の場所にデータが格納されているブロックを含むか否かを判定するステップ
を更に含む、請求項8に記載の方法。 - データの書き込みアロケーションを実施することによって、前記データをローカルに格納するステップを更に含む、請求項8に記載の方法。
- 前記データの要求を前記リモート・ボリュームとしての外部記憶装置に送信するステップを更に含む、請求項8に記載の方法。
- 前記要求したデータは、特殊なロードパスを介して受信される、請求項8に記載の方法。
- 前記要求したデータは、該データをキャッシュに格納する必要がないことを示すようにマーキングされる、請求項16に記載の方法。
- 前記ブロックは、inodeファイル、ディレクトリ、及びファイルを含む複数のフェイズにおいて探索される、請求項8に記載の方法。
- 前記ブロックは、inodeファイル、特殊なデータコンテナ、ディレクトリ、及びファイルを含む複数のフェイズにおいて探索される、請求項8に記載の方法。
- 前記ブロックは、論理的に連続的に探索される、請求項8に記載の方法。
- 前記ブロックは、ファイルID番号を使用して、1つづつ増加的に探索される、請求項20に記載の方法。
- データのシーケンシャル要求のための先読みオペレーションを実施するステップを更に含む、請求項8に記載の方法。
- 前記ステップA、B、及びCは、要求発生器によって実施される、請求項8に記載の方法。
- 複数の要求発生器が、同時に使用される、請求項23に記載の方法。
- 前記新たなボリュームのリモート・バックアップ・ボリュームへのバックアップ・オペレーションを開始するステップを更に含む、請求項1に記載の方法。
- 記憶装置とともに使用される方法であって、
散在ボリュームから外部記憶装置への要求発生器アクセスを監視するステップと、
前記アクセスが最大閾値以上である場合、前記要求発生器アクセスを調節するステップと
からなる方法。 - 前記散在ボリュームから前記外部記憶装置へのクライアントアクセスを監視するステップと、
空きリソースへの前記要求発生器アクセスと、前記クライアントアクセスによって要求されるリソースと比較するステップと、
前記空きリソースが前記クライアントアクセスによって要求されるリソースよりも少ない場合、前記要求発生器アクセスを調節するステップと
を更に含む、請求項26に記載の方法。 - 前記アクセスの速度を低下させることにより、前記要求発生器アクセスを調節するステップを更に含む、請求項26に記載の方法。
- 前記アクセスを一時的に中断させることにより、前記要求発生器アクセスを調節するステップを更に含む、請求項26に記載の方法。
- 前記監視するステップ、及び前記調節するステップが、ポンプモジュールによって実施される、請求項26に記載の方法。
- 記憶装置とともに使用されるシステムであって、
故障したボリュームを検出する手段と、
前記故障したボリュームを新たなボリュームで置き換える手段と、
前記新たなボリュームのインフラストラクチャの編成を作成する手段と、
1以上のブロックのデータが、ローカル以外の場所にあることを示す当該1以上のブロックへのポインタを前記新たなボリュームに入れる手段と、
前記1以上のブロックのデータをオン・デマンドで復元する手段と
からなるシステム。 - 前記新たなボリュームのリモート・バックアップ・ボリュームへのバックアップ・オペレーションを開始する手段を更に含む、請求項31に記載のシステム。
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