JP2013196546A - ストレージシステム、ストレージ消費電力削減方法、プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】ディスクアレイ装置などのストレージシステムの最適な省電力化を行う。
【解決手段】ホスト２０とディスクアレイ装置１０とが相互に接続されてなるストレージシステムにおいて、ホスト２０は、ストレージ内のディスクから構成されるファイルシステムの使用量と使用ブロックを把握し、ディスクの再配置を制御するファイルシステム部を備え、ディスクアレイ装置１０は、制御部と、データ転送回路部と、ディスク装置とを備え、制御部は、ホストが有する接続インターフェース部と、ディスクアレイ装置が有するホストインターフェース部、との間でやり取りされるインターフェース構成情報を取得し、任意のＨＤＤの電源をＯＮ／ＯＦＦ制御することにより、性能を維持できる範囲でストレージシステムを省電力化する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ディスクアレイ装置などのストレージシステムの省電力化に関する。

近年のストレージシステムでは、ストレージ内のデータの配置を動的に変更することにより、データが配置されなくなったＨＤＤ（ハード・ディスク・ドライブ）の電源を落とすことで、消費電力を削減する技術がある。一般的に、ストライピングするＨＤＤの数を増やすことでデータの転送速度を上げることができるが、ＨＤＤの数を減らして消費電力を削減する場合、消費電力と性能のトレードオフがつきまとう。

ストレージシステムの省電力化に関しては、特許文献１では、データのアクセス頻度などに応じてデータ配置を最適化することにより、ストレージ消費電力を削減する技術が開示されている。

また、データを一部へ集中的に移動させる点に関して、特許文献２には、ネットワークのボトルネック箇所を特定する技術が開示されている。

特許文献３には、論理ドライブの動的拡張に対応していないクライアント装置でも、個々のディスク単位で省電力制御を行う技術が開示されている。

特開２０１０−２３１４６５号公報 特開２００６−１９１２１９号公報 特開２００９−２５２１２１号公報

上記のトレードオフの一つの解として、ストレージの負荷情報を元にデータ配置を動的に行うＰＡＲＡＩＤ（Ｐｏｗｅｒ Ａｗａｒｅ ＲＡＩＤ）という技術がある。ＲＡＩＤ(Redundant Arrays of Independent (Inexpensive) Disks)とは、コンピュータシステムにおいてハードディスクを複数台使用して高速化や信頼性を高めることを目的とした技術である。複数のハードディスクにデータを分散させ応答性を高めたＲＡＩＤ０（ストライピング）、複数のハードディスクに同一データを書き込みデータの冗長性を高めたＲＡＩＤ１（ミラーリング）、複数のハードディスクにデータとそこから生成したパリティデータとを分散させ読み込みの応答性を高めつつ冗長性を高めたＲＡＩＤ５（パリティ付ストライピング）等を含め、いくつかの種類が定義されている。

ここで、ＰＡＲＡＩＤではストレージの負荷が上がってからＲＡＩＤ構成の変更を行いストライピングの数を増やすため、常に最大の性能を出すことができないという問題がある。また、データを一部へ集中的に移動させると、ストレージ全体の性能は、インターフェースの性能がネックになり低下することがある。さらに、頻繁に負荷が変化するような状況下では、ＲＡＩＤ構成の変更が頻繁に行われ、ＨＤＤの電源ＯＮ／ＯＦＦ回数が増えるため、ＨＤＤの寿命が短くなるという問題もある。

本発明は、ホストとディスクアレイ装置とが相互に接続されてなるストレージシステムであって、ホストは、ストレージ内のディスクから構成されるファイルシステムの使用量と使用ブロックを把握し、ディスクの再配置を制御するファイルシステム部を備え、ディスクアレイ装置は、制御部と、データ転送回路部と、ディスク装置とを備え、制御部は、ホストが有する接続インターフェース部と、ディスクアレイ装置が有するホストインターフェース部、との間でやり取りされるインターフェース構成情報を取得し、任意のＨＤＤの電源をＯＮ／ＯＦＦ制御すること、を特徴とする。

本発明は、ホストとディスクアレイ装置とが相互に接続されてなるストレージシステムのストレージ消費電力削減方法であって、ディスクアレイ装置の内部インターフェースのバス帯域幅を調査する工程と、バス帯域の占有率を予測する工程と、ボトルネックとなるインターフェースのバス帯域を占有できるだけのディスク構成に再構成する工程と、ファイルシステムの使用量を取得し、必要なディスクの再配置実施の判断を行い、必要なディスクの再配置の構成を計算する工程と、必要なディスクの再配置を実施する工程と、必要なディスクの再配置の結果、データが配置されなくなったディスクの電源をＯＦＦにする工程と、ファイルシステムの使用ブロックを更新する工程と、を含むことを特徴とする。

本発明は、ホストとディスクアレイ装置とが相互に接続されてなるストレージシステムのストレージ消費電力削減方法であって、ディスクアレイ装置の内部インターフェースのバス帯域幅を調査する工程と、バス帯域の占有率を予測する工程と、ボトルネックとなるインターフェースのバス帯域を占有できるだけのディスク構成に再構成する工程と、ファイルシステムの使用量を取得し、必要なディスクの再配置実施の判断を行い、必要なディスクの再配置の構成を確認する工程と、必要なディスクの再配置の構成を確認した結果、電源ＯＦＦ中のディスクがある場合ディスクの電源をＯＮにする工程と、ファイルシステムの使用ブロックを更新する工程と、を含むことを特徴とする。

本発明のストレージ消費電力削減処理プログラムは、ホストとディスクアレイ装置とが相互に接続されてなるストレージシステムが備える制御手段に、ディスクアレイ装置の内部インターフェースのバス帯域幅を調査する処理と、バス帯域の占有率を予測する処理と、ボトルネックとなるインターフェースのバス帯域を占有できるだけのディスク構成に再構成する処理と、ファイルシステムの使用量を取得し、必要なディスクの再配置実施の判断を行い、必要なディスクの再配置の構成を計算する処理と、必要なディスクの再配置を実施する処理と、必要なディスクの再配置の結果、データが配置されなくなったディスクの電源をＯＦＦにする処理と、ファイルシステムの使用ブロックを更新する処理と、を実行させることを特徴とする。

本発明のストレージ消費電力削減処理プログラムは、ホストとディスクアレイ装置とが相互に接続されてなるストレージシステムが備える制御手段に、ディスクアレイ装置の内部インターフェースのバス帯域幅を調査する処理と、バス帯域の占有率を予測する処理と、ボトルネックとなるインターフェースのバス帯域を占有できるだけのディスク構成に再構成する処理と、ファイルシステムの使用量を取得し、必要なディスクの再配置実施の判断を行い、必要なディスクの再配置の構成を確認する処理と、必要なディスクの再配置の構成を確認した結果、電源ＯＦＦ中のディスクがある場合ディスクの電源をＯＮにする処理と、ファイルシステムの使用ブロックを更新する処理と、を実行させることを特徴とする。

本発明の効果は、運用中のストレージを性能低下させずに省電力化できることにある。その理由は、インターフェースのボトルネックになっている部分を調査し、そのインターフェースを占有できる最小構成に変更することにより、性能低下を防ぎ、前述の構成に必要なディスク以外の電源をＯＦＦにすることで、ストレージを省電力化できるためである。

第１の実施の形態におけるストレージシステムの構成を示すブロック図である。 第１の実施の形態におけるストレージシステムのホストの構成を示すブロック図である。 第１の実施の形態におけるストレージシステムが備えるディスクアレイ装置の構成を示すブロック図である。 第１の実施の形態におけるストレージシステムが備えるインターフェース構成調査の動作を示すフローチャートである。 第１の実施の形態におけるストレージシステムが備えるファイルシステムの使用量が減少した時の動作を示すフローチャートである。 第１の実施の形態におけるストレージシステムが備える再配置実施部の動作を示すフローチャートである。 第１の実施の形態におけるストレージシステムが備えるファイルシステムの容量が不足してきた時の動作を示すフローチャートである。 第１の実施の形態におけるストレージシステムが備えるディスクアレイ装置の論理ディスクの再配置の動作を説明するための図である。 第１の実施の形態におけるディスク装置の数と、消費電力、スループットの関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
（第１の実施の形態の構成）
図１は、第１の実施の形態におけるストレージシステムの構成を示すブロック図である。本実施形態は、ディスクアレイ装置１０とホスト２０から構成されている。図２、図３は本発明の第１の実施の形態のより詳細なブロック図である。

図２はホスト２０の詳細なブロック図であり、ファイルシステム部２２０と、Ｉ／Ｏ処理部２３０と、接続インターフェース部２４０を含む。ファイルシステム部２２０は、使用量把握部２２１と、再配置実施部２２２と、再配置構成計算部２２３と、使用ブロック把握部２２４とを含む。

図３は、ディスクアレイ装置１０の詳細なブロック図であり、ホストインターフェース部１１０と、制御部１２０と、データ転送回路部１３０と、ディスク装置１４０とを含む。ディスク装置とは、例えばＤＩＳＫエンクロージャ等が該当する。制御部１２０は、インターフェース構成調査部１２１と、使用電力計算部１２２と、インターフェース構成保持部１２３と、ディスク電源制御部１２４と、インターフェース占有度予測部１２５を含む。

ホスト２０の接続インターフェース部２４０と、ディスクアレイ装置１０のホストインターフェース部１１０は接続されており、通信が可能である。

これらは、それぞれ次のように動作する。

図３において、インターフェース構成調査部１２１は、ホストインターフェース部１１０と、データ転送回路部１３０と、ディスク装置１４０のインターフェース速度を調査し、さらに、インターフェース占有度予測部１２５を用いてホストインターフェース部１１０と、データ転送回路部１３０と、ディスク装置１４０のインターフェースの占有度を予測する。ここで、インターフェースの占有度とは、インターフェースのバス帯域幅の占有率とする。各々インターフェースの占有度予測から、性能ネックになっているインターフェースを求め、そのインターフェースが占有される最小の構成を導く。インターフェース構成調査部１２１は、それらの情報をインターフェース構成保持部１２３へ保存する。

使用電力計算部１２２は、ディスク装置１４０の使用電力を計算する。ディスク電源制御部１２４は、ディスク装置１４０内の任意のＨＤＤの電源をＯＮ／ＯＦＦする。

図２において、再配置実施部２２２は、使用量把握部２２１からファイルシステムの使用量を取得し、インターフェース構成保持部１２３の情報を基に、再配置実施の判断をする。再配置構成計算部２２３は、使用ブロック把握部２２４から取得する使用ブロックの情報と合わせて、再配置の構成を計算する。Ｉ／Ｏ処理部２３０は、Ｉ／Ｏの基本的な処理を担う。例えば、ＳＣＳＩディスクドライバ等が該当する。接続インターフェース部２４０は、ホストインターフェース部１１０と通信する。
（第１の実施の形態の動作）
図４−図９を参照して、本発明の第１の実施の形態の動作について詳細に説明する。

図９は、図３のディスク装置１４０の数と、消費電力Ｇ３０、スループットＧ４０の関係を示したグラフである。横軸はディスク装置１４０の数を表している。縦軸は消費電力Ｇ３０とスループットＧ４０を表しており、グラフ中の、”高”の方が消費電力、スループットが高いことを表している。性能ネックになっているインターフェースが占有される最小のディスク構成をＧ１０、最大スループットをＧ２０とする。

図４は、図３上で動作するインターフェース構成調査のフローチャートである。インターフェース構成調査部１２１は、ホストインターフェース部１１０と、データ転送回路部１３０のバス帯域１５０と、ディスク装置のバス帯域１６０、１７０、１８０を調査し、さらに、インターフェース占有度予測部１２５を用いてホストインターフェース部１１０と、データ転送回路部１３０のインターフェースの占有度を予測する。ここで、インターフェースの占有度とは、インターフェースのバス帯域幅の占有率とする。各々インターフェースの占有度予測から、性能ネックになっているインターフェースを求め、そのインターフェースのバス帯域が占有される最小のディスク構成を導く（Ｓ１）。インターフェース構成調査部１２１は、それらの情報をインターフェース構成保持部１２３へ保存する（Ｓ２）。

図５は、図２、図３上で動作する、ファイルシステムの使用量が減少した時、省電力化のため使用ブロックの再配置と、ディスクの電源をＯＦＦにするフローチャートである。図９の消費電力の変化Ｇ３２に該当する。まず、現在の構成が図４のＳ１で求めた最小ディスク構成より大きいかどうか確認する（Ｓ２０１）。最小ディスク構成の場合は終了する（Ｓ２０１のＮＯ）。次に、ファイルシステムの使用容量が閾値Ｂの容量以下であるか確認する（Ｓ２０）。ここで閾値Ｂを、再構成している間のファイルシステムの使用容量増加を考慮して、“最小ディスク構成の容量 - 最大スループットＧ２０×ディスクの電源を投入してから利用可能になるまでの時間”とする。ファイルシステムの使用容量が閾値Ｂ以下の場合、再配置実施部２２２は、再配置構成計算部２２３によって得られる再配置構成にデータの配置を再構成する（Ｓ２１）。

再配置の構成計算と、再配置の実施については、図６と、図８を用いて詳細に説明する。図８の例では、性能ネックになっているインターフェースをバス３００の帯域幅とする。また、バス３０１、３０２、３０３、３０４は何れも同じ帯域であり、そのうち２つを用いた構成で、バス３００の帯域を占有できるものとする。

ここで、論理ディスク３１１は、図３のディスク装置１４０のうちの１つのディスク装置を示し、バス３０１の先に接続されたディスクの集合で構成されている。論理ディスク３１２とバス３０２、論理ディスク３１３とバス３０３、論理ディスク３１４とバス３０４の関係も同様とする。ここで、再配置構成計算部２２３は、使用ブロック把握部２２４から、論理ディスク３１１、３１２、３１３、３１４の使用ブロックを取得する（Ｓ３１）。次に、使用ブロックの少ない論理ディスクから順番に、２つの論理ディスクを選択する。図８の例では、論理ディスク３１２と、論理ディスク３１４が選択される。

次に、選択された論理ディスクの使用ブロック３０８、３１０を選択されなかった論理ディスク３１１、３１３の空きブロックへ配置する構成を計算する（Ｓ３２）。ここで、ブロックの移動をなるべく並列に行えるような構成を計算する。図８の例では、使用ブロック３０８を論理ディスク３１１の空きブロック３０７へ、使用ブロック３１０を論理ディスク３１３の空きブロック３０９へ移動する構成になる。再配置の構成が決定すると、再配置実施部２２２はブロックの移動処理を実施する（Ｓ３３）。なお、再配置中に新しいブロックが必要になった場合は、再配置後に利用可能な論理ディスクの空きブロックを割り当てる。

図５に戻り動作の説明を続ける。再配置の実施（Ｓ２１）完了後、再配置によってデータが配置されなくなったディスクの電源をディスク電源制御部１２４を用いてＯＦＦにする（Ｓ２２）。その後、使用ブロック把握部１２４は、ファイルシステムの使用可能ブロックを電源ＯＦＦにするディスク容量分削減し（Ｓ２３）、終了する。

図７は、図２、図３上で動作する、ファイルシステムの容量が不足してきた時、省電力化のため電源をＯＦＦにしているディスクがあればそのディスクの電源をＯＮにするフローチャートである。図９の消費電力の変化Ｇ３１に該当する。

まず、再配置実施部２２２は、使用量把握部２２１からファイルシステムの使用量を取得する。つぎに、再配置実施部２２２は、ファイルシステムの空き使用量が、閾値Ａ以下かどうか確認する（Ｓ１０）。ここで閾値Ａを、ディスクの電源を投入している間のファイルシステムの容量消費を考慮して、“最大スループットＧ２０×ディスクの電源を投入してから利用可能になるまでの時間“とする。処理ステップＳ１０にて、ファイルシステムの空き使用量が閾値Ａを超えた場合（Ｓ１０のＮＯ）、終了する。ファイルシステムの空き使用量が閾値Ａ以下の場合は、再配置実施部２２２は、電源ＯＦＦ中のディスクがあるか確認する（Ｓ１１）。電源ＯＦＦ中のディスクが無い場合（Ｓ１１のＮＯ）は、処理を終了する。電源ＯＦＦ中のディスクがある場合、ディスク電源制御部１２４を用いて、ディスクの電源をＯＮにする（Ｓ１２）。その後、使用ブロック把握部１２４は、ファイルシステムの使用可能ブロックを電源ＯＮにするディスクの容量分追加し（Ｓ１３）、終了する。

尚、本願発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本願発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更、変形して実施することが出来る。

本発明によれば、ディスクアレイ装置などの記憶装置において、消費電力を削減するといった用途に適用可能である。

１０ ディスクアレイ装置
１１０ ホストインターフェース部
１２０ 制御部
１２１ インターフェース構成調査部
１２２ 使用電力計算部
１２３ インターフェース構成保持部
１２４ ディスク電源制御部
１２５ インターフェース占有度予測部
１３０ データ転送回路部
１４０ ディスク装置
１５０、１６０、１７０、１８０ バス帯域
２０ ホスト
２２０ ファイルシステム部
２２１ 使用量把握部
２２２ 再配置実施部
２２３ 再配置構成計算部
２２４ 使用ブロック把握部
２３０ Ｉ／Ｏ処理部
２４０ 接続インターフェース部
３００、３０１、３０２、３０３、３０４ バス
３０７ 空きブロック
３０８ 使用ブロック
３０９ 空きブロック
３１０ 使用ブロック
３１１、３１２、３１３、３１４ 論理ディスク
Ｇ１０ 最小ディスク構成
Ｇ２０ 最大スループット
Ｇ３０、Ｇ３１、Ｇ３２ 消費電力
Ｇ４０ スループット

Claims (7)

1. ホストとディスクアレイ装置とが相互に接続されてなるストレージシステムであって、
   前記ホストは、ストレージ内のディスクから構成されるファイルシステムの使用量と使用ブロックを把握し、ディスクの再配置を制御するファイルシステム部を備え、
   前記ディスクアレイ装置は、制御部と、データ転送回路部と、ディスク装置とを備え、前記制御部は、前記ホストが有する接続インターフェース部と、前記ディスクアレイ装置が有するホストインターフェース部、との間でやり取りされるインターフェース構成情報を取得し、任意のＨＤＤの電源をＯＮ／ＯＦＦ制御すること、
   を特徴とするストレージシステム。
2. 前記ファイルシステム部は、
   ファイルシステムの使用量を把握する使用量把握部と、
   前記使用量把握部からファイルシステムの使用量を取得し、使用ブロックを把握する使用ブロック把握部と前記制御部のインターフェース構成保持部の情報を基に再配置実施の判断をする再配置実施部と、
   前記使用ブロック把握部から取得する使用ブロックの情報と合わせて再配置の構成を計算する再配置構成計算部と、
   を備えていることを特徴とする、請求項１に記載のストレージシステム。
3. 前記制御部は、
   前記ホストインターフェース部と前記データ転送回路部と前記ディスク装置のインターフェースの占有度を予測するインターフェース占有度予測部と、
   前記ホストインターフェース部と前記データ転送回路部と前記ディスク装置のインターフェース速度を調査し、前記インターフェース占有度予測部の情報とともにインターフェースが占有される最小の構成を算出するインターフェース構成調査部と、
   前記インターフェース構成調査部からの情報を保持するインターフェース構成保持部と、
   前記ディスク装置の使用電力を計算する使用電力計算部と、
   前記ディスク装置内の任意のＨＤＤの電源をＯＮ／ＯＦＦするディスク電源制御部と、
   を備えていることを特徴とする、請求項１に記載のストレージシステム。
4. ホストとディスクアレイ装置とが相互に接続されてなるストレージシステムのストレージ消費電力削減方法であって、
   前記ディスクアレイ装置の内部インターフェースのバス帯域幅を調査する工程と、
   前記バス帯域の占有率を予測する工程と、
   ボトルネックとなるインターフェースの前記バス帯域を占有できるだけのディスク構成に再構成する工程と、
   ファイルシステムの使用量を取得し、必要なディスクの再配置実施の判断を行い、前記必要なディスクの再配置の構成を計算する工程と、
   前記必要なディスクの再配置を実施する工程と、
   前記必要なディスクの再配置の結果、データが配置されなくなったディスクの電源をＯＦＦにする工程と、
   前記ファイルシステムの使用ブロックを更新する工程と、
   を含むことを特徴とするストレージ消費電力削減方法。
5. ホストとディスクアレイ装置とが相互に接続されてなるストレージシステムのストレージ消費電力削減方法であって、
   前記ディスクアレイ装置の内部インターフェースのバス帯域幅を調査する工程と、
   前記バス帯域の占有率を予測する工程と、
   ボトルネックとなるインターフェースの前記バス帯域を占有できるだけのディスク構成に再構成する工程と、
   ファイルシステムの使用量を取得し、必要なディスクの再配置実施の判断を行い、前記必要なディスクの再配置の構成を確認する工程と、
   前記必要なディスクの再配置の構成を確認した結果、電源ＯＦＦ中のディスクがある場合ディスクの電源をＯＮにする工程と、
   前記ファイルシステムの使用ブロックを更新する工程と、
   を含むことを特徴とするストレージ消費電力削減方法。
6. ホストとディスクアレイ装置とが相互に接続されてなるストレージシステムが備える制御手段に、
   前記ディスクアレイ装置の内部インターフェースのバス帯域幅を調査する処理と、
   前記バス帯域の占有率を予測する処理と、
   ボトルネックとなるインターフェースの前記バス帯域を占有できるだけのディスク構成に再構成する処理と、
   ファイルシステムの使用量を取得し、必要なディスクの再配置実施の判断を行い、前記必要なディスクの再配置の構成を計算する処理と、
   前記必要なディスクの再配置を実施する処理と、
   前記必要なディスクの再配置の結果、データが配置されなくなったディスクの電源をＯＦＦにする処理と、
   前記ファイルシステムの使用ブロックを更新する処理と、
   を実行させることを特徴とするストレージ消費電力削減処理プログラム。
7. ホストとディスクアレイ装置とが相互に接続されてなるストレージシステムが備える制御手段に、
   前記ディスクアレイ装置の内部インターフェースのバス帯域幅を調査する処理と、
   前記バス帯域の占有率を予測する処理と、
   ボトルネックとなるインターフェースの前記バス帯域を占有できるだけのディスク構成に再構成する処理と、
   ファイルシステムの使用量を取得し、必要なディスクの再配置実施の判断を行い、前記必要なディスクの再配置の構成を確認する処理と、
   前記必要なディスクの再配置の構成を確認した結果、電源ＯＦＦ中のディスクがある場合ディスクの電源をＯＮにする処理と、
   前記ファイルシステムの使用ブロックを更新する処理と、
   を実行させることを特徴とするストレージ消費電力削減処理プログラム。

Images