JP4235712B2 - ストレージシステムにおけるデータ転送方法 - Google Patents
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Description
そして、このようなシステムにおいて、ノード100(メインメモリ102)とI/O装置200(ディスク装置203)との間でデータ転送を行なう場合は、ノード100側からSCSIのプロトコルを使用してI/O装置200のディスクコントローラ201を起動する必要がある。例えば、ファイルシステム105がディスク装置203へデータの書き込みを行なう場合、従来は、以下のような手順が実行されるようなっている。
そして、上記のキャッシュ装置又はストレージ装置は、上記の制御装置からのデータ転送指示に従ってクライアント装置とデータ転送に必要な会話を直接行なって、そのクライアント装置との間で、直接、データ転送を実行する(直接転送ステップ)。これにより、ストレージシステムのレイテンシの削減を図ることができるとともに、データスループットを大幅に向上することが可能となる。
また、キャッシュ装置が2台以上存在する場合、制御装置は、クライアント装置と各キャッシュ装置のいずれかとの間の会話に必要なメッセージを生成して上記データ転送指示とともにそのキャッシュ装置に送信するとともに、データコピー先キャッシュ装置情報を当該キャッシュ装置に送信し、そのキャッシュ装置は、制御装置から受信したメッセージを用いてクライアント装置との間のデータ転送を実行し、その後、当該データ転送によりデータを受信したキャッシュ装置が、制御装置から受信した上記のデータコピー先キャッシュ装置情報により特定される他のキャッシュ装置に、受信したデータをコピーするようにしてもよい。
さらに、制御装置は、同じデータをキャッシュしているキャッシュ装置のいずれかにそのデータをストレージ装置へ転送するよう指示し、この指示を受けたキャッシュ装置は、当該データを内部ネットワーク経由でストレージ装置へ転送して、他のキャッシュ装置とで冗長に保持していたそのデータを削除して自己のメモリ領域を解放するようにしてもよい。このようにすれば、キャッシュ装置の記憶容量を有効活用することができるので、キャッシュ装置に必要とされる記憶容量を抑えることができる。
・制御装置
(1)複数のストレージ装置の記憶領域を仮想ストレージアドレスにて一括管理することで該複数のストレージ装置の記憶領域を特定サイズの仮想ストレージ領域として管理する仮想ストレージ管理手段
(2)内部ネットワークにアクセス可能に接続されたクライアント装置から内部ネットワークを介して或る仮想ストレージアドレスを用いた仮想ストレージ領域に対するアクセス要求を受けると、その仮想ストレージアドレスに基づいて仮想ストレージ管理手段にて特定される記憶領域をもつストレージ装置にデータ転送指示を発行する転送指示発行手段
・ストレージ装置
(1)制御装置からの該データ転送指示に従って該クライアント装置とデータ転送に必要な会話を直接行なって、クライアント装置との間で、直接、データ転送を実行する直接転送手段
したがって、本ストレージシステムによれば、ストレージ装置とクライアント7との間で制御装置2を経由しないデータの直接転送が行なえることにより、この場合も、レイテンシの大幅削減と、データスループットの大幅向上(内部ネットワークの性能を十分に活かせる帯域の確保)とを図ることができることに加えて、従来の仮想ストレージシステムと比較して見劣りしない機能を提供することが可能となる。
次に、上記のキャッシュ装置4は、制御装置2からの指示に従ってクライアント7との間でダイレクトにデータ転送を行なうことができるもので、本実施形態では、図1及び図3に示すように、例えば、内部ネットワークコントローラとしての機能を有するターゲットチャンネルアダプタ(TCA:Target Channel Adapter)41,メモリ管理部42,プロトコルハンドラ(Protocol Handler)43及び大容量(例えば、10ギガバイト程度)のRAM等のメモリデバイス44(以下、単に「メモリ44」と表記する)をそなえて構成されている。
そして、上記の制御装置2は、上記のキャッシュ装置4及びストレージ装置3に対するアクセスを集中的に管理(制御)するためのもので、例えば、CPU(Central Processing Unit)21,メモリ22,チップセット23,ホストチャンネルアダプタ(HCA:Host Channel Adapter)24等を有するワークステーションに、システム管理プロセス(プログラム)をソフトウェアやファームウェア等として実装することによって実現される。
具体的に、本制御装置2は、例えばメモリ22に記憶された上記の「システム管理プロセス」をCPU21が読み取って動作することにより、例えば図2に示すように、DAFSプロトコルハンドラ(Direct Access File System Protocol Handler)21−1,内部プロトコルハンドラ(Internal Protocol Handler)21−2,実ストレージ領域管理部(Real Storage Manager)21−3,キャッシュ領域管理部(Cache Machine Memory Manager)21−4,仮想ストレージ管理部(Virtual Storage Manager)21−5,メッセージ送受信部(Message Transition Unit)21−6等としての機能が発揮されるようになっている。
つまり、このDAFSプロトコルハンドラ21−1は、IBネットワーク5にアクセス可能に接続されたクライアント7からIBネットワーク5を介して送られてくるアクセス要求を受けると、キャッシュ装置4又はストレージ装置3にデータ転送指示を発行する転送指示発行手段としての機能を果たすのである。
そして、上述したDAFSプロトコルハンドラ21−1は、本仮想ストレージ管理部21−5と協同して上記の表1及び表2に示す管理テーブルに基づき必要なデータがどこに存在するのかを検索・特定した後、該当するコンポーネント(キャッシュ装置4又はストレージ装置3)にデータ転送指示(以下、単に「転送指示」という)を発行するようになっている。
また、メッセージ送受信部21−6は、上記転送指示やRDMA(Remote Direct Memory Access)などのメッセージを生成してIBネットワーク5へ送出する一方、IBネットワーク5から転送される上記DAFS処理要求やストレージ装置3やキャッシュ装置4からの確認(Acknowledgment)などのメッセージを受信するものである。
(1)転送すべきデータがキャッシュ装置4に存在する場合
図5に示すように、或るクライアント7から制御装置2に対してIBネットワーク経由5でDAFS処理要求(ファイルAに対するアクセス要求:Request File A)が発行されたとする(ステップS1;アクセス要求発行ステップ)。制御装置2では、このアクセス要求がメッセージ送受信部21−6にて受信されると、DAFSプロトコルハンドラ21−1が、受信メッセージを解析して、その内容(ファイルAについてのアクセス要求)を認識する。
(2)転送すべきデータがストレージ装置3に存在する場合
図6に示すように、或るクライアント7から制御装置2に対してIBネットワーク経由5でDAFS処理要求(ファイルBに対するアクセス要求:Request File B)が発行されたとする(ステップS11)。制御装置2では、この転送指示がメッセージ送受信部21−6にて受信されると、DAFSプロトコルハンドラ21−1が、受信メッセージを解析して、その内容(ファイルBについてのアクセス要求)を認識する。
この際、DAFSプロトコルハンドラ21−1は、ストレージ装置3がクライアント7と直接会話を行なってデータ転送を行なうのに必要なメッセージ(応答メッセージ51やRDMAメッセージ52,ファイルBのディスク装置31での格納位置を示すストレージアクセス情報(メッセージ)53)も生成して、当該メッセージを転送指示とともにストレージ装置3へ送信する。なお、ストレージアクセス情報53には、ファイルBのディスク装置31における先頭セクタ位置,サイズなどの情報が格納される。
以上のように、本実施形態のストレージシステム1によれば、システム内部に大容量のメモリ44を有するキャッシュ装置4を実装し、クライアント7からのリクエスト(アクセス要求)は制御装置2で受け付けるが、実際の転送処理及びクライアント7への応答処理は実際にデータを保持しているキャッシュ装置4(又はストレージ装置3)が制御装置2を経由せずに直接行なうので、レイテンシの大幅削減と、データスループットの大幅向上(IBネットワーク5の性能を十分に活かせる帯域の確保)とを図ることができる。
(3)変形例1
図5により上述した例では、応答メッセージ51及びRDMAメッセージ52を制御装置2側で作成してキャッシュ装置4へ渡していたが、それぞれをキャッシュ装置4側で作成するようにしてもよい。
同様に、図6により上述した例においても、応答メッセージ51及びRDMAメッセージ52は、制御装置2側ではなく、ストレージ装置3側で作成するようにしてもよい。
即ち、図8に示すように、制御装置2(DAFSプロトコルハンドラ21−1)は、アクセス要求のあったファイルBについてのストレージアクセス情報53をストレージ装置3への転送指示に添付してそのままストレージ装置3に送付し(ステップS12′)、ストレージ装置3は、このように制御装置2側から送られてきた情報53を基にディスク装置31からファイルBを読み出し(ステップS13)、クライアント7側との会話に必要なメッセージ(RDMAメッセージ及び応答メッセージ等)をプロトコル変換部34により独自に生成して、要求のあったファイルBのクライアント7への転送処理を行なうのである(ステップS14′,S15′)。
(5)変形例3
また、図5により前述した例において、制御装置2は、キャッシュ装置4に対して、RDMAメッセージ52を伴うファイルAについての転送指示のみを送付してキャッシュ装置4にクライアント7に対するRDMAを行なわせ、それ以外の処理(応答メッセージ51の生成・送付)は制御装置2が行なうようにすることもできる。
同様に、図6により前述した例においても、制御装置2は、ストレージ装置3に対して、RDMAメッセージ52とストレージアクセス情報53とを伴うファイルBについての転送指示のみを送付してストレージ装置3にクライアント7に対するRDMAを行なわせ、それ以外の処理(応答メッセージ51の生成・送付)は制御装置2が行なうことも可能である。
(7)変形例5
次に、ここでは、本システム1において、データの信頼性向上を目的として、複数のキャッシュ装置4が同じデータを冗長に保持する(いわゆる、「ミラーリング」)を行なう場合の転送処理について説明する。
制御装置2では、上記のアクセス要求を受信すると、DAFSプロトコルハンドラ21−1が、受信メッセージを解析し、仮想ストレージ管理部21−4と協同して、要求のあったファイルAを保存すべきキャッシュ装置4A及び4Bを特定(選択)する。そして、DAFSプロトコルハンドラ21−1は、キャッシュ装置4A及び4Bのそれぞれについて、クライアント7との通信に必要なメッセージ(応答メッセージ51やRDMAメッセージ52)を生成し、それぞれを転送指示に添付してキャッシュ装置4A及び4Bに送付する(ステップS32)。なお、この場合、各RDMAメッセージ52には、ファイルAを保持すべきキャッシュ装置4A及び4B側のメモリアドレス,サイズ情報などが必要である。
以上のようにすることで、制御装置2の処理負荷を軽減することができるとともに、一部ではあるがキャッシュ装置4の処理負荷も軽減することができる。
次に、ここでは、「ミラーリング」時の転送処理の変形例について説明する。この場合、制御装置2は、全てのキャッシュ装置4に対して転送指示を出さず、一部のキャッシュ装置4に対してのみ転送指示を出し、そのキャッシュ装置4から他のキャッシュ装置4に同じデータをコピーすることで、ミラーリングを実現する。
(9)変形例7
図11〜図13により上述したように、複数のキャッシュ装置4で「ミラーリング」を行なう場合は、或る時期に、一部のキャッシュ装置4で冗長に保持しているデータをストレージ装置3に移して、キャッシュ装置4のメモリ44のメモリ領域を解放することもできる。
このようにすることで、例えば、アクセス頻度の少ない冗長データはキャッシュ装置4からストレージ装置3へ退避させて、アクセス頻度の高い冗長データを優先的にキャッシュ装置4に残すような制御が可能となる。したがって、キャッシュ装置4のメモリ容量を最大限に有効活用することができ、ミラーリングを行なう場合でも、キャッシュ装置4に必要なメモリ容量を抑制することができる。
次に、以下では、前述した仮想ストレージ管理部21−5及びキャッシュ領域管理部21−4の機能に着目した動作について説明する。
前述したように仮想ストレージ管理部21−5及びキャッシュ領域管理部21−4は、前記の表1に示した管理テーブル及び表2に示した管理テーブル(マップ)により、仮想ストレージ領域と実ストレージ領域(ストレージ装置3(ディスク装置31)の記憶領域)との対応関係及び仮想ストレージ領域とキャッシュ領域(キャッシュ装置4の記憶領域)との対応関係を一括管理することで、仮想ストレージシステムを実現している。
そして、上記の「フラグ」="コヒーレント(coherent)"で、「実セクタ」と「キャッシュローカルアドレス」に保持されている両データが一致していることを意味し、「フラグ」="ダーティ(dirty)"でこれらの両データが不一致である(キャッシュ装置4のデータの方が新しい)ことを意味している。なお、「フラグ」としては、他に"空き(empty)"という状態があり、これはキャッシュ装置4にキャッシュ領域は割り当てられているが、未だそこに有効なデータが格納されていない状態を意味する。
即ち、図17及び図18に示すように、或るクライアント7からIBネットワーク5経由で制御装置2に対して或る仮想ストレージに対するアクセス(読み出し)要求(仮想ストレージアドレスで要求)があると、制御装置2は、上記のマップ211及び212のエントリ内容に基づいて要求されたデータを保持している実ストレージ領域(実セクタ)を特定し、その実セクタを管理しているストレージ装置3又はキャッシュ装置4へクライアント7への直接転送に必要な情報を渡して、クライアント7とストレージ装置3又はキャッシュ装置4との間で制御装置2を経由しないデータの直接転送を行なわせることができる。
次に、ディスク装置31をIBネットワーク5に対して増設する場合について説明する。
なお、かかる仮想ストレージ領域の追加は、「ミラーリング」や「ストライピング」構成の場合も同様にマップ211に対するエントリの追加で対応可能である。
同様に、図23に示すように、制御装置2(仮想ストレージ管理部21−5)において、既に、「仮想セクタ」(例えば、"0−1000")と2台のディスク装置31a,31bの「実セクタ」(例えば、aa="0−499",bb="1000−1500")とを対応付けたエントリがマップ211に登録され、これら2台のディスク装置31a及び31b内領域(aa="0−499",bb="1000−1500")を用いてストライプ幅b=2の「ストライピング」を実現している場合に、新たに2台のディスク装置31c,31dを増設してこれら2台のディスク装置31c,31d内領域を用いて同じストライプ幅(b=2)の「ストライピング」を実現する際には、マップ211に、新たに必要な「仮想セクタ」(例えば、"1001−2000")と、ディスク装置31cの「実セクタ」(例えば、ba="1000−1499")及びディスク装置31dの「実セクタ」(例えば、bb="3000−3499")とを対応付けたエントリをマップ211に追加すればよい。
なお、一部のストレージ装置3をIBネットワーク5から削除(減設)する場合も、マップ211のエントリを変更するだけで対応可能なことはいうまでもない。
以上のように、上述した例では、ストレージ装置3又はキャッシュ装置4とクライアント7との間で制御装置2を経由しないデータの直接転送が行なえることにより、レイテンシの大幅削減と、デーダスループットの大幅向上(IBネットワーク5の性能を十分に活かせる帯域の確保)とを図ることができることに加えて、従来の仮想ストレージシステムと比較して見劣りしない機能を提供することが可能となる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができることはいうまでもない。
例えば、上述した実施形態では、クライアント7からのIBネットワーク5経由のアクセス要求がDAFSに基づくことを前提としているが、他のプロトコル〔例えば、SRP(SCSI RDMA Protocol)〕に基づくものでも、上記と同様の作用効果を得ることができる。
Claims (4)
- データを記憶するストレージ装置と、該ストレージ装置に記憶されている該データをキャッシュしうるキャッシュ装置と、少なくとも上記のストレージ装置及びキャッシュ装置に対するアクセスを制御する制御装置と、上記のストレージ装置,キャッシュ装置及び制御装置を相互に通信可能に接続する内部ネットワークとをそなえたストレージシステムにおけるデータ転送方法であって、
該内部ネットワークにアクセス可能に接続されたクライアント装置が、該内部ネットワークを介して該制御装置にアクセス要求を発行するアクセス要求発行ステップと、
該制御装置が、該アクセス要求を受けると、該キャッシュ装置又は該ストレージ装置にデータ転送指示を発行する転送指示発行ステップと、
該キャッシュ装置又は該ストレージ装置が、該制御装置からの該データ転送指示に従って該クライアント装置とデータ転送に必要な会話を直接行なって、該クライアント装置との間で、直接、データ転送を実行する直接転送ステップとをそなえ、
該キャッシュ装置が2台以上存在する場合に、
該転送指示発行ステップにおいて、該制御装置が、該クライアント装置と上記の各キャッシュ装置との間の該会話に必要なメッセージを生成して該データ転送指示とともに該キャッシュ装置にそれぞれ送信し、
該直接転送ステップにおいて、該キャッシュ装置が、それぞれ、該制御装置で生成された該メッセージを用いて該クライアント装置との間のデータ転送を実行し、
その後、該キャッシュ装置のいずれかが該データ転送の完了を示す応答メッセージを、該内部ネットワークを介して該クライアント装置へ送信すること特徴とする、ストレージシステムにおけるデータ転送方法。 - データを記憶するストレージ装置と、該ストレージ装置に記憶されている該データをキャッシュしうるキャッシュ装置と、少なくとも上記のストレージ装置及びキャッシュ装置に対するアクセスを制御する制御装置と、上記のストレージ装置,キャッシュ装置及び制御装置を相互に通信可能に接続する内部ネットワークとをそなえたストレージシステムにおけるデータ転送方法であって、
該内部ネットワークにアクセス可能に接続されたクライアント装置が、該内部ネットワークを介して該制御装置にアクセス要求を発行するアクセス要求発行ステップと、
該制御装置が、該アクセス要求を受けると、該キャッシュ装置又は該ストレージ装置にデータ転送指示を発行する転送指示発行ステップと、
該キャッシュ装置又は該ストレージ装置が、該制御装置からの該データ転送指示に従って該クライアント装置とデータ転送に必要な会話を直接行なって、該クライアント装置との間で、直接、データ転送を実行する直接転送ステップとをそなえ、
該キャッシュ装置が2台以上存在する場合に、
該転送指示発行ステップにおいて、該制御装置が、該クライアント装置と上記の各キャッシュ装置との間の該会話に必要なメッセージを生成して該データ転送依頼とともに該キャッシュ装置にそれぞれ送信し、
該直接転送ステップにおいて、該キャッシュ装置が、それぞれ、該制御装置で生成された該メッセージを用いて該クライアント装置との間のデータ転送を実行し、
その後、上記の各キャッシュ装置がそれぞれ該データ転送の完了を示す応答メッセージを、該内部ネットワークを介して該クライアント装置へ送信し、
該クライアント装置は、上記の各キャッシュ装置からの該応答メッセージを受信することにより、該データ転送を完了とすることを特徴とする、ストレージシステムにおけるデータ転送方法。 - データを記憶するストレージ装置と、該ストレージ装置に記憶されている該データをキャッシュしうるキャッシュ装置と、少なくとも上記のストレージ装置及びキャッシュ装置に対するアクセスを制御する制御装置と、上記のストレージ装置,キャッシュ装置及び制御装置を相互に通信可能に接続する内部ネットワークとをそなえたストレージシステムにおけるデータ転送方法であって、
該内部ネットワークにアクセス可能に接続されたクライアント装置が、該内部ネットワークを介して該制御装置にアクセス要求を発行するアクセス要求発行ステップと、
該制御装置が、該アクセス要求を受けると、該キャッシュ装置又は該ストレージ装置にデータ転送指示を発行する転送指示発行ステップと、
該キャッシュ装置又は該ストレージ装置が、該制御装置からの該データ転送指示に従って該クライアント装置とデータ転送に必要な会話を直接行なって、該クライアント装置との間で、直接、データ転送を実行する直接転送ステップとをそなえ、
該キャッシュ装置が2台以上存在する場合に、
該転送指示発行ステップにおいて、該制御装置が、該クライアント装置と該キャッシュ装置のいずれかとの間の該会話に必要なメッセージを生成して該データ転送指示とともに該キャッシュ装置にそれぞれ送信するとともに、データコピー先キャッシュ装置情報を当該キャッシュ装置に送信し、
該直接転送ステップにおいて、該キャッシュ装置が、該制御装置から受信した該メッセージを用いて該クライアント装置との間のデータ転送を実行し、
その後、該キャッシュ装置が、該制御装置から受信した該データコピー先キャッシュ装置情報により特定される他のキャッシュ装置に、受信した該データをコピーすることを特徴とする、ストレージシステムにおけるデータ転送方法。 - 該制御装置が、同じデータをキャッシュしているキャッシュ装置のいずれかに当該データを該ストレージ装置へ転送するよう指示し、
該指示を受けたキャッシュ装置は、該データを該内部ネットワーク経由で該ストレージ装置へ転送して、他のキャッシュ装置とで冗長に保持していた該データを削除して自己のメモリ領域を解放することを特徴とする、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載のストレージシステムにおけるデータ転送方法。
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