JP2008539531A - ストレージシステムクラスタの複数のボリュームにわたってデータコンテナをストライピングするためのデータ配置技術 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はストレージシステムに関し、詳しくは、ストレージシステムにおいて複数のボリュームにわたってデータを配置することに関する。
ストレージシステムは通常、必要に応じて情報を記憶したり、情報を取り出したりするための複数の記憶装置を備える。ストレージシステムは、とりわけ、システムによって実施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され、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等によ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る。ここで、「ディスク」という用語は一般に、内蔵型の回転磁気媒体記憶装置を表わす。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)と同じ意味である。
本発明は、1以上のデータコンテナのデータのようなコンテンツをストライピングされたボリュームセット(SVS)の複数のボリューム上に配置する技術を提供することによって、従来技術の欠点を克服する。SVSは、ストライプ・アルゴリズム、ストライプ幅、及び、クラスタとして相互接続された複数のノードにわたって分散されたボリュームの順序付きリストを規定する一組のストライピングルールに関連する。ストライプ・アルゴリズムは、複数のボリュームにわたってデータをストライプとして分散させる態様を指定する一方、ストライプ幅は、各ストライプのサイズ/幅を指定する。特に、このデータ配置技術によれば、1つのボリュームを選択し、そのボリュームの中に、そのSVSの複数のボリュームにわたってすべてのストライプが分散されるように、ストライプを配置することができ、クラスタによって提供されるストレージサービスの効率が向上するような形でストライプを配置することができる。
A.クラスタ環境
図1は、クラスタ100として相互接続され、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ように構成された複数のノード200を示す略ブロック図である。ノード200は種々の機能的構成要素を含み、それらが互いに協働し、クラスタ100の分散ストレージシステムアーキテクチャを提供する。その目的のために、各ノード200は、通常、ネットワーク要素(Nブレード310)、及びディスク要素(Dブレード350)として編成される。Nブレード310は、コンピュータネットワーク140を介してノード200をクライアント180に接続できるようにするとともに、各Dブレード350をディスクアレイ120のディスク130のような1以上の記憶装置に接続できるようにする機能を備える。ノード200は、クラスタ切り替え装置150によって相互接続される。一実施形態として、クラスタ切り替え装置150は、ギガビット・イーサネット(R)・スイッチとして実施される場合がある。分散ファイルシステム・アーキテクチャの一例は、2002年8月22に発行されたM. Kazar他による「METHOD AND SYSTEM FOR RESPONDING TO FILE SYSTEM REQUESTS」と題する米国特許出願公開公報第US2002/0116593号に概ね記載されている。
図2は、システムバス223よって相互接続された複数のプロセッサ222a,b、メモリ224、ネットワークアダプタ225、クラスタアクセスアダプタ226、ストレージアダプタ228、及びローカルストレージ230を含むストレージシステムとして例えば実施されるノード200を示す略ブロック図である。ローカルストレージ230は、ユーザモードアプリケーション1100(図11参照)として実行される1以上の管理プロセスにより提供される設定情報(例えば、設定テーブル235内にある)をローカルに格納するためにそのノードで使用されるディスクのような1以上の記憶装置を含む。クラスタアクセスアダプタ226は、ノード200をクラスタ100の他のノードに接続するように構成された複数のポートを有する。図示の実施形態では、クラスタリング・プロトコル、及び相互接続媒体としてイーサネットが使用されているが、当業者には明らかなように、本明細書に記載するクラスタアーキテクチャ内において他のタイプのプロトコルや他のタイプの相互接続を使用することも可能である。NブレードとDブレードが個別のストレージシステム、又はコンピュータ上で実施されるような代替実施形態では、N/Dブレードは、他のN/Dブレードと通信するために、クラスタアクセスアダプタ226を使用する場合がある。
ディスク130に対するアクセスを容易にするために、ストレージ・オペレーティング・システム300は、write−anywareファイルシステムを実施する。このファイルシステムは、1以上の仮想化モジュールと協働し、ディスク130により提供される記憶空間を「仮想化」する。この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ータ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、及びそれらのへのリンクが格納される場合がある。仮想化モジュール(複数の場合もあり)によれば、ファイルシステムは、情報をブロックの階層構造として更に論理編成することができ、それらを名前付きの論理ユニット番号(LUN)としてエキスポートすることが可能になる。
例示的実施形態として、ストレージサーバ365は、ストレージ・オペレーティング・システム300のDブレード350として実施され、アレイ120の1以上のボリュームを提供する。また、マルチプロトコルエンジン325はNブレードとして実施され、(1)ネットワーク140を介して到来するクライアントが発行したデータアクセス要求に対してプロトコル・ターミネーションを実施し、(2)それらのデータアクセス要求をクラスタ100の任意のストレージサーバ365にリダイレクトする。さらに、Nブレード310とDブレード350は協働し、クラスタ100のスケーラビリティの高い分散ストレージシステムアーキテクチャを提供する。その目的のために、各ブレードは、本明細書に記載するデータコンテナ・ストライピング・オペレーションのためのDブレードからDブレードへの通信のような、ブレード間におけるクラスタ内通信を実施するように構成されたクラスタ・ファブリック(CF)・インタフェース・モジュール340a,bを含む。
例示的実施形態として、write−anywhereファイルシステムでは、データコンテナは、ディスク130への格納に適したinodeデータ構造として実施される。図6は、inode600を示す略ブロック図である。inode600は、メタデータ部605、及びデータ部660を有することが好ましい。各inode600のメタデータ部605に格納される情報は、メタデータコンテナ(例えば、ファイル)を表わし、したがって、ファイルのタイプ610(例えば、通常、ディレクトリ、vdisk)、ファイルのサイズ615、タイムスタンプ620(例えば、アクセス、及び/又は変更時刻)、及び所有者、すなわち、そのファイルのユーザ識別子(UID625)、及びグループID(GID630)を含む。メタデータ部605は、生成番号640、及びメタデータ無効フラグフィールド650をさらに有する。後で詳しく説明するように、メタデータ無効フラグフィールド650は、このinode中のメタデータが使用可能であるか否か、すなわち、そのメタデータをMDVから再取得しなければならないか否かを示すために使用される。各inodeのメタデータ部660の中身は、タイプフィールド610内に規定されるファイル(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660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660は、そのファイルに関連するデータの表現を含む。
図11は、ユーザモードアプリケーション1100としてストレージ・オペレーティング・システム300上で実行され、クラスタのノードに関する構成情報(すなわち、管理データ)の管理を提供する一群の管理プロセスを示す略ブロック図である。その目的のために、管理プロセスは、管理フレームワークプロセス1110、及びボリューム配置データベース(VLDB)プロセス1130を含み、これらはそれぞれ、ライブラリとしてリンクされたデータ複製サービス(RDB1150)を使用する。管理フレームワーク1110は、ユーザ、または管理者に対し、コマンドライン・インタフェース(CLI)、及び/又はウェブベースのグラフィカル・ユーザ・インタフェース(GUI)によるインタフェースを提供する。管理フレームワークは例えば、従来のコモン・インタフェース・モデル(CIM)オブジェクトマネージャに基づき、クラスタ100を管理するためにユーザ/システム管理者が対話する対象となるエンティティを提供する。
本発明は、クラスタ100の複数のノード200にわたって分散された2以上のボリューム910を例えば含むストレージ・システム・アーキテクチャに関する。ボリュームはSVSとして編成され、クライアント180が発行したマルチプロトコル・データアクセス要求に応答して、クライアントにより提供されるファイルやLUNのようなデータコンテナの中身を格納するように構成される。特に、各データコンテナの中身は、SVSの複数のボリュームにわたって分散され、それによって、クラスタにより提供されるストレージサービスに効率を向上させることができる。特に、各データコンテナの中身は、SVSの複数のボリュームにわたって分散され、それによって、クラスタにより提供されるストレージサービスの効率が改善される。本発明の図示説明を容易にするために、データコンテナは、以後、通常、「ファイル」と呼ばれる。
本発明は、1以上のデータコンテナのデータのようなコンテンツをSVSのボリューム上に配置する技術に関する。上記のように、SVSは、ストライプ・アルゴリズム、ストライプ幅、及び、クラスタ100として相互接続された複数のノード200にわたって分散されたボリュームの順序付きリストを規定する一組のストライピング・ルールに関連する。ストライプ・アルゴリズムは、データを複数のボリュームにわたってストライプとして分散させる際の態様を指定する一方、ストライプ幅は、各ストライプのサイズ/幅を指定する。特に、このデータ配置技術によれば、1つのボリュームが選択され、その中に、SVSの複数のボリュームにわたってすべてのストライプが分散されるようにストライプが配置され、それによって、クラスタにより提供されるストレージサービスの効率が改善される。
Claims (20)
- ストライピングされたボリュームセットの一組のボリューム上に1以上のデータコンテナの中身を配置する方法であって、
前記ストライピングされたボリュームセットに関連する一組のストライピング・ルールであって、ストライプアルゴリズム、ストライプ幅、及び、ボリュームのリストを規定する一組のストライピング・ルールを提供するステップと、
クラスタとして相互接続された複数のノードにわたって前記ボリュームを分散させるステップと、
各データコンテナの中身をストライプとして分配し、各ストライプが、前記ストライプ幅によって指定されたサイズを有するようにするステップと、
前記ストライプアルゴリズムによって指定されたストライプ配置パターンを成すように、前記複数のボリュームにわたって前記ストライプを配置し、該ストライプが、前記複数のボリュームにわたって実質的に均等に分散されるようにするステップと
からなる方法。 - 前記ストライプ配置パターンを格納するように構成されたストライプ配置テーブルを生成するステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 前記生成するステップは、前記ストライピングされたボリュームセット中の所定数のボリュームについてストライプの位置を識別するデータを含むストライプ配置テーブルを生成するステップを含む、請求項2に記載の方法。
- 前記ストライプ配置パターンを反復インターバルで繰り返すステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 前記ストライピングされたボリュームセットを構成しているボリュームの数をNとして、Nよりも小さい一組の素数にしたがって前記反復インターバルを決定するステップをさらに含む、請求項4に記載の方法。
- 前記データコンテナはファイルからなる、請求項1に記載の方法。
- 前記データコンテナは論理ユニット番号からなる、請求項1に記載の方法。
- 前記一組のボリュームに更に別のボリュームを追加するステップと、
前記ストライプのうちの1/Nだけを前記別のボリュームへ移動させるステップと
を更に含む、請求項1に記載の方法。 - 前記配置するステップは、前記ストライピングされたボリュームセット中のボリュームの数をNとして、固定長の1/N決定論的パターンにしたがって前記ストライプを分散させるステップからなる、請求項1に記載の方法。
- 1以上のデータコンテナの中身をストライピングされたボリュームセットストライピングされたボリュームセットのボリューム上に配置するように構成されたシステムであって、
前記ボリュームを実施するように構成されたディスクアレイと、
前記ボリュームをストライピングされたボリュームセットとして編成するように構成されたボリューム・ストライピング・モジュールと、
前記ボリューム・ストライピング・モジュールと協働し、前記アレイの前記ストライピングされたボリュームセットボリューム上のデータコンテナコンテンツのレイアウトをコントロールするファイルシステムモジュールであって、前記データコンテナコンテンツをストライプとして分散させ、該ストライプを、固定長の決定論的パターンを成す複数のボリュームにわたって配置し、該ストライプが、前記複数のボリュームにわたって実質的に均等に分散されるようにする、ファイルシステムモジュールと
からなるシステム。 - 前記固定長の決定論的パターンを格納するように構成されたストライプ配置テーブルを更に含む、請求項10に記載のシステム。
- 前記ストライプ配置テーブルは、前記ストライピングされたボリュームセット中の所定数のボリュームについて、ストライプの配置を識別するデータを含む、請求項11に記載のシステム。
- 前記固定長の決定論的パターンは、反復インターバルで繰り返される、請求項11に記載のシステム。
- 前記反復インターバルは、前記ストライピングされたボリュームセット中のボリュームの数をNとして、Nよりも小さい一組の素数にしたがって決定される、請求項13に記載のシステム。
- 前記データコンテナはファイルからなる、請求項10に記載のシステム。
- 前記データコンテナは論理ユニット番号からなる、請求項10に記載のシステム。
- 1以上のデータコンテナをストライピングされたボリュームセットのボリューム上に配置するシステムであって、
前記ストライピングされたボリュームセットに関連する一組のストライピング・ルールであって、ストライプアルゴリズム、ストライプ幅、及び、ボリュームのリストを規定する一組のストライピング・ルールを生成する手段と、
前記ボリュームを、クラスタとして相互接続された複数のノードにわたって分散させる手段と、
各ストライプが、前記ストライプ幅によって指定されるサイズを有するように、前記データコンテナを複数のストライプにわたって分散させる手段と、
前記ストライプアルゴリズムによって指定されるストライプ配置パターンを成すように、前記ストライプを前記複数のボリュームにわたって配置し、該ストライプが、前記複数のストライプにわたって実質的に均等に分散されるようにする手段と
からなるシステム。 - 前記ストライプ配置パターンを格納するように構成されたストライプ配置テーブルを生成する手段を更に含む、請求項17に記載のシステム。
- 前記ストライプ配置パターンは、反復インターバルで繰り返される、請求項17に記載のシステム。
- 前記反復インターバルは、前記ストライピングされたボリュームセットを構成するボリュームの数をNとして、Nよりも小さい一組の素数にしたがって決定される、請求項19に記載のシステム。
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