JP2011210024A - サーバ・ストレージシステム - Google Patents

Abstract

【課題】データセンターの低消費電力化を意識した仮想化が可能なシステムを実現し、電力消費の低減を図ったサーバ・ストレージシステムを提供する。
【解決手段】複数のサーバユニットと複数のデータファイルを有する複数のストレージユニットからなるサーバ・ストレージシステムにおいて、前記ストレージユニット内のデータファイル毎に、そのデータファイルにアクセスしている時のデータファイルの消費電力を測定する電力計ユニットを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えばデータセンターなどに設置される大型ストレージシステムに関し、省エネルギー化をはかった低消費電力型サーバ・ストレージシステムに関する。

図2（ａ〜ｃ）はデータセンターにおけるサーバユニット群およびストレージ群の全体構成を示す図である。図2（ａ）に示すサーバ・ストレージシステムは概念上の構成であり、ハードウエアは別々の構成となっている。

即ち、マネージメントバス1に複数のサーバユニット群2が接続され、複数のサーバユニット群2は複数のスイッチ3を介して複数のストレージユニット群4に接続されている。7はマネージメントバス1とサーバ2、ストレージユニット群4間などを結ぶ配線である。

図2（ｂ）はサーバ・ストレージシステムを一つのラック5に収納した状態を示すものである。サーバ・ストレージシステムは図2（ａ）に示すように別々のハードウエア構成でも良いし、図2（ｃ）に示すように複数のラックに収容されていても良い。

図2（ｂ，ｃ）において、サーバユニット群2とストレージユニット群4はスイッチ3を介して接続されており、どのサーバからでもストレージユニットにアクセスできるように構成されている。

ストレージユニット群4へのデータの保存はサーバユニット群2が管理しており、ユーザはサーバユニット群2にアクセスすることによりストレージユニット群4に内蔵されたデータにアクセスすることができるが、データがどのストレージユニット群4に保存されているかを意識する必要はない。

サーバユニット群2によるデータ管理方法は、
１．ユーザ毎にストレージを物理的に分ける。
２．複数の物理的ストレージを1つのストレージと見なして複数ユーザで共有する。
など複数ある。
最近は、物理的ストレージと論理的ストレージを分離してより柔軟な管理・運用が行えるようにした仮想化ストレージが主流となりつつある。

特開２００３−１２２４５９ 特開２００５−２０２５０７ 特開２００６−１９５９８６ 特開２００８−８３８４１

近年、必要とするデータ容量が巨大となり、それに応じて必要とされるハードウエアが増大している。それにともなって、データセンターの消費電力が増大している。
従来の技術では、ユーザにより柔軟な運用方法を提供できるようにすることを目的とした仮想化が行われているため、物理的ストレージは等分に利用可能であることを前提とした仮想化設計が行われており、消費電力を意識した仮想化設計はなされていない。
消費電力に関しては、物理ストレージを低消費電力化するというハードウエア開発の問題として考えられている。

従って本発明は、データセンターの低消費電力化を意識した仮想化が可能なシステムを実現し、電力消費の低減を図ったサーバ・ストレージシステムを提供することを目的としている。

このような課題を達成するために、本発明の請求項１のサーバ・ストレージシステムは、
複数のサーバユニットと複数のデータファイルを有する複数のストレージユニットからなるサーバ・ストレージシステムにおいて、前記ストレージユニット内のデータファイル毎に、そのデータファイルにアクセスしている時のデータファイルの消費電力を測定する電力計ユニットを備えたことを特徴とする。

請求項２においては、請求項１に記載のサーバ・ストレージシステムにおいて、
前記データファイル毎にアクセス中の消費電力およびアクセス頻度をもとに消費電力指数を求め、その大小に応じてデータファイルの格納場所を決定することを特徴とする。

請求項３においては、請求項１または２に記載のサーバ・ストレージシステムにおいて、
前記データファイルはファイル毎にストレージユニット間若しくはラック間を消費電力指数に基づいてネットワークを通じて移動可能であることを特徴とする。

請求項４においては、請求項２または３に記載のサーバ・ストレージシステムにおいて、
前記消費電力指数が低いデータファイルが格納されているストレージユニットあるいはそのストレージユニットが集まるラックの電源は、消費電力指数の程度に応じてOFFあるいはスタンバイの状態とすることを特徴とする。

請求項５においては、請求項１乃至４に記載のサーバ・ストレージシステムにおいて、
ストレージシステムを仮想化したことを特徴とする。

請求項６においては、請求項１乃至５に記載のサーバ・ストレージシステムにおいて、
ストレージユニットのメモリ媒体として、シリコンディスクを使用したことを特徴とする。

請求項7においては、請求項2乃至4に記載のサーバ・ストレージシステムにおいて、
消費電力指数の高いストレージユニットは磁気ディスクを用いたストレージを使用し、消費電力指数の低いストレージユニットにシリコンディスクを使用することを特徴とする。

本発明によれば以下のような効果がある。
請求項１，２によれば、
ストレージの消費電力を測定する電力計ユニットを備え、データファイル毎にアクセス中の消費電力およびアクセス頻度をもとに消費電力指数を求め、その大小に応じてデータファイルの格納場所を決定するので、消費電力の大きいものを集めて集中的に冷却することができ、電力消費の低減を図ることができる。

請求項３，４によれば、
前記データファイルはファイル毎にストレージユニット間若しくはラック間を収納された消費電力指数に基づいてネットワークを通じて移動可能とし、消費電力指数が低いデータファイルが格納されているストレージユニットあるいはそのストレージユニットが集まるラックの電源は、消費電力指数の程度に応じてOFFあるいはスタンバイの状態とするので、電力消費の低減を図ることができる。

請求項５によれば、
ストレージシステムを仮想化したので、どのサーバからでもどのストレージユニットにもアクセスできる。

請求項６,７によれば、
ストレージユニットのメモリ媒体として、シリコンディスクを使用し、消費電力指数の高いストレージユニットは磁気ディスクを用いたストレージを使用し、消費電力指数の低いストレージユニットにシリコンディスクを使用するので、性能とコストのバランスをはかることができる。

本発明の実施形態の一例を示すサーバ・ストレージシステム（ａ）、ストレージシステムを消費電力指数の大きい順にソートされたファイルテーブルを示す図（ｂ）である。 データセンターにおけるサーバ群およびストレージ群の全体構成を示す概念上の構成図（ａ）、サーバ・ストレージシステムをラックに収納した状態を示す正面図（ｂ）サーバ・ストレージシステムを複数のラックに収納した状態を示す正面図（ｃ）である。

以下本発明を、図面を用いて詳細に説明する。図１（ａ）は本発明の実施形態の一例を示す正面図である。
図１（ａ）において、図2（ｂ）に示す従来例とはラックに電力計ユニットを設け、ストレージユニット群に格納されたデータファイルの電力使用量に応じてデータファイルを移動させる点が異なっている。

本発明においてはまず、ラック1本の場合について説明する。
図1（ａ）に示すように、ラック5は電力計ユニット8を備えており、この電力計ユニット8は、ラック5内に設置されている。そして、この電力計ユニット8はサーバユニット2、ストレージユニット4内のデータファイルのそれぞれの消費電力を測定できるようになっている。

また、ラック5の電源は、サーバユニット2およびストレージユニット4のそれぞれにサーバユニット2からステータスを制御できるようになっている。ここでいう「ステータス」とは、少なくとも「ON」と「OFF」の2状態であり、3状態以上とは、「ON」となるまでの時間を短くするために、「OFF」よりは電力を消費するが、「ON」よりは電力が少なくてすむ「アイドル」状態を少なくとも1つ含むことを言う。

一般に、待機中の消費電力と「ON」になるまでの時間はトレードオフの関係にあるので、「アイドル」状態は、トレードオフに関して、複数の状態がありうる。
サーバユニット2は、一定期間におけるストレージ4内のデータファイルへのアクセス中のストレージおよびサーバの消費電力およびそのデータファイルへのアクセス頻度のデータを収集する。

収集した結果から、消費電力指数を求める。消費電力指数の大きい順にデータファイルを格納する物理的ストレージを割り当てる。これにより、あるストレージユニットには消費電力指数が大きいデータファイル群が、別のストレージユニットには消費電力指数が小さいデータファイル群が集まることになる。

図1（ｂ）は消費電力指数の大きい順にソートされたファイルテーブルの説明図である。
図に示すように、データファイルは消費電力指数によりソートされ、同一ストレージユニット内には消費電力指数が同程度のデータファイルが集まる。そして、消費電力指数が大きなストレージの電源は「ON」に、小さなストレージの電源は「OFF」または「アイドル」とする。

図1（ｂ）では物理ストレージとしてストレージA，B・・・Zがあり、ストレージAには電源状態がonとなったデータファイル1,2,3・・・が含まれ、ストレージBには電源状態がアイドル状態にあるデータファイルm,m＋1,2,3・・・が含まれ、ストレージZには電源状態がoffのデータファイルn,n＋1,2,3・・・が含まれていることを示している。

消費電力指数とは、大きい方が消費電力が大きいことを示す指数で、システム運用者により決定されるものである。例えば、次のような式を用いることができる。
例1） ＜消費電力指数＞＝＜アクセス1回あたりの消費電力＞×＜アクセス頻度＞
＝＜一定期間内でのアクセスによる消費電力の累計＞
例2） ＜消費電力指数＞＝＜アクセス1回あたりの消費電力＞×Ｗ1
＋＜単位時間の消費電力＞×＜アクセス頻度＞×Ｗ2
Ｗ1，Ｗ2は重み係数
データファイルの格納場所については、定期的に消費電力指数に基づいて見直しを行い、消費電力指数に基づくソートが維持されるようにする。

上述の電力マネージメントにより、消費電力の総計を低減することができる。
図2（ｂ）においては、ラック1本の場合について説明したが、複数のラックにより構成されるシステムでもよい。

その場合、各ラックのメインサーバ機能間で通信を行い、消費電力指数によりデータファイルを保存するストレージを決める場合に、どのラックにあるかも考慮する。つまり、ストレージユニットだけでなく、ラックにも優先順位をつけ、消費電力指数の高い順にデータファイルを格納するストレージユニットが特定のラックに集まるようにする。

即ち、本発明ではストレージユニット毎に電力を測定できるようにしているので、ファイルアクセス中のストレージユニットの消費電力を測定することが可能となる。従って、その計測値から、ファイル毎に消費電力指数を求めることができ、複数のラックがある場合でも、メインサーバ機能間で通信して、消費電力指数を共有することで、消費電力指数の高いファイルを特定することができる。
なお、ファイルの移動は、ネットワークを通じて行うようにし、必要な情報は、サーバのモニタに表示することができる。

これにより、ストレージユニット毎の電力マネージメントだけでなく、ラックによる電力マネージメントも可能となり、消費電力指数の高いデータファイルが格納されるラックは常に定格に近い電力を消費する一方で、消費電力指数の低いデータファイルが格納されるラックはアクセスがあるまで電源をOFFしておくことができる。

電源は、一般に定格付近で動作する場合に、最も電力効率がよくなるように設計されていること、ラック内で発生する熱の冷却は熱密度が高いほど効率がよくなることなどの理由から、単に電源をOFFするラックがあることによる電力低減効果だけでなく、電源効率、冷却効率の面からもトータルでの電力消費を低減に寄与することができる。

本発明によれば、消費電力指数の大きいファイルが格納されるラックと小さいファイルが格納されるラックとで、動作時間に差が生じ、前者ほど寿命が短くなることが想定される。これを防ぐために、ラック毎の優先順位付けを周期的に見直せば、ラック毎の動作時間が平均化され、ラック間の寿命差をなくすことができる。
ここで、費電力指数の大きいファイルというのは、頻繁にアクセスされる、あるいは1回のアクセス時間が長い、ということを意味している。

本発明においては、消費電力指数の大きいファイルをできるだけ１つのストレージあるいはラックに集約して使用し、消費電力指数の小さい（すなはち、アクセス頻度が低い）ファイルは、別のストレージ／ラックに集めて電源をOFFするという工夫で、省エネを実現するものである。

従って、消費電力指数の大きいファイルが集められたラックは、常に高負荷で稼働することになる。特定のラックだけを高負荷で稼働させると、そのラックだけ消耗し、寿命が短くなる。このようなことを避けて、ラックの負荷を均等にすることで、長寿命化させることができる。

また、ラック毎の優先順位付けを周期的に見直すことで、高負荷で稼働するラックを、見直し所定の周期で、別のラックに切り替えることができる。
たとえば、ラックが３つあったとして、最初はラック１に消費電力指数の大きいファイルを集めると、ラック１の稼働負荷は高くなり、ラック２，３の負荷は軽くなる。しばらくして、ラック２に指数の大きいファイルを集めると、ラック２の負荷が高くなり、ラック１，３の負荷は軽くなる。このように、順次切り替えていけば、トータルで見ると、ラックの負荷を平均化することができる。

ストレージユニットとしては、現在は磁気ディスクストレージが一般的であるが、シリコンディスクなどでも良い。シリコンディスクは、電源ONからデータ読み出し可能になるまでの時間が磁気ディスクに比べて短いので、本発明のような電源マネージメントを行うシステムのストレージ媒体として適している。

なお、以上の説明は、本発明の説明および例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。
従って本発明は、上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形を含むものである。

１ マネージメントバス
２ サーバ群
３ スイッチ
４ ストレージユニット群
５ ラック
６ 電源
７ 電力計ユニット

Claims (7)

1. 複数のサーバユニットと複数のデータファイルを有する複数のストレージユニットからなるサーバ・ストレージシステムにおいて、前記ストレージユニット内のデータファイル毎に、そのデータファイルにアクセスしている時のデータファイルの消費電力を測定する電力計ユニットを備えたことを特徴とするサーバ・ストレージシステム。
2. 前記データファイル毎にアクセス中の消費電力およびアクセス頻度をもとに消費電力指数を求め、その大小に応じてデータファイルの格納場所を決定することを特徴とする請求請求項１に記載のサーバ・ストレージシステム。
3. 前記データファイルはファイル毎にストレージユニット間若しくはラック間を消費電力指数に基づいてネットワークを通じて移動可能であることを特徴とする請求項１または２に記載のサーバ・ストレージシステム。
4. 前記消費電力指数が低いデータファイルが格納されているストレージユニットあるいはそのストレージユニットが集まるラックの電源は、消費電力指数の程度に応じてOFFあるいはスタンバイの状態とすることを特徴とする請求項２または３に記載のサーバ・ストレージシステム。
5. ストレージシステムを仮想化したことを特徴とする請求項１乃至４に記載のサーバ・ストレージシステム。
6. ストレージユニットのメモリ媒体として、シリコンディスクを使用したことを特徴とする請求項１乃至５に記載のサーバ・ストレージシステム。
7. 消費電力指数の高いストレージユニットは磁気ディスクを用いたストレージを使用し、消費電力指数の低いストレージユニットにシリコンディスクを使用することを特徴とする請求項2乃至4に記載のサーバ・ストレージシステム。

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