JP4514222B2 - データ記憶システム - Google Patents
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Description
本発明の利用分野として挙げたスイッチを利用したデータ記憶システムの一例が開示されている(例えば、特許文献1参照)。
このスイッチを利用したホストコンピュータと磁気ディスク装置間のデータ転送はパケット交換によって実現される。これを簡単に説明すると、ホストコンピュータはコマンドパケット(例えば、ポート番号1番;セクタ番号2;データサイズ512Byte;Read のような構成)を送信し、そのコマンドパケットをスイッチが解析してホストコンピュータと要求されたポート間の接続が確立したのちに、ホストコンピュータとそのポートに接続している磁気ディスク装置間でデータ転送が開始すると言う手順になる。
また、従来のバススイッチと異なり、ある1組のホストコンピュータとの磁気ディスク装置の間でデータ転送が行われていても、データバスは占有されず、同時に他のホストコンピュータと磁気ディスク装置の間でもデータ転送が行える。
ここで、データの読出しに関して、磁気ディスク装置では、ホストコンピュータから頻繁にアクセス要求のあるデータに対して、その都度読出し動作を行うと、メカニカルな動作を伴うためデータ転送に時間がかかるという問題がある。
この問題を解決するために、磁気ディスク装置は通常キャッシュメモリを備えており、頻繁にアクセス要求のあるデータは、そのキャッシュメモリに格納することでそのデータの読出しに対するメカニカルな動作を省略し性能の向上を図っている。
しかし、従来例の一つとして挙げたシステム構成では、従来のバススイッチを本発明の用いているスイッチに置き換え、ホストコンピュータとのインターフェース以下の部分はアレイコントローラが磁気ディスク装置とホストコンピュータ間のデータ転送を制御している従来の一般的構成である。この様な構成の場合には、接続された磁気ディスク装置の各々にキャッシュメモリが分散されて配置されており、それぞれのキャッシュが有効に利用されていない。
例えば、ある一つの磁気ディスク装置に格納されているデータに頻繁にアクセス要求が送られてくるような場合には、他の磁気ディスク装置に備わっているキャッシュメモリはほとんど利用されないことになり無駄になってしまう。
本発明の目的は、スイッチを用いたデータ記憶システムにおいて、キャッシュメモリを有効に活用してデータアクセス性能を向上することにある。
複数のホストコンピュータと、複数の2次記憶装置とから構成され、該複数のホストコンピュータと該複数の2次記憶装置との間をスイッチにより接続するデータ記憶システムにおいて、該スイッチに該複数の2次記憶装置と並列に独立したキャッシュメモリを接続し、該キャッシュメモリは該複数の2次記憶装置の該スイッチを介したキャッシュメモリであるようにしている。
また、前記キャッシュメモリは、前記ホストコンピュータのデータ転送要求に対して、要求されたデータを検索し、検索の結果該データがキャッシュメモリ内にない場合には、前記スイッチを介して該データが格納されている2次記憶装置から該データを取り込み、該キャッシュメモリに格納した後にホストコンピュータに該データを転送するようにしている。
前記キャッシュメモリはキャッシュコントローラを備え、該キャッシュコントローラは、複数の各2次記憶装置が接続される前記スイッチのポート番号とホストコンピュータの認識している論理ボリュームを対応させたディスクアレイ管理テーブルを有し、前記検索の結果前記データがキャッシュメモリ内にない場合、該ディスクアレイ管理テーブルを参照して2次記憶装置をアクセスするようにしている。
また、前記各ホストコンピュータのオペレーションシステムに前記ディスクアレイ管理テーブルを設け、該各ホストコンピュータは、前記複数の2次記憶装置のいずれかに直接アクセスするとき、該ディスクアレイ管理テーブルを参照して2次記憶装置をアクセスするようにしている。
また、前記スイッチは、前記各ホストコンピュータが前記キャッシュメモリを使用するか直接前記2次記憶装置を使用するかを示すテーブルと直接前記2次記憶装置を使用する場合に用いられる前記ディスクアレイ管理テーブルと同様のテーブルからなるホスト管理テーブルを有し、前記ホストコンピュータからのアクセス要求に応じて前記ホスト管理テーブルを参照して前記キャッシュメモリまたは前記2次記憶装置に前記ホストコンピュータからのアクセスデータを転送するようにしている。
さらに、ホストコンピュータの使用するアプリケーションによってキャッシュメモリを使用するか、キャッシュメモリを不使用として直接磁気ディスク装置にアクセスするかの選択性を有する効率のよいデータ記憶システムを可能とする。
図1は、本発明によるデータ記憶システムの構成をブロック図で示したものである。
101、102はホストコンピュータであり、103はスイッチであり、104はキャッシュコントローラであり、ルータ105とキャッシュ制御部106から構成される。
107はキャッシュメモリである。108はキャッシュコントローラ104の持つディスクアレイ管理テーブルである。109はキャッシュ制御部106がキャッシュ検索時に参照するキャッシュ管理リストである。
110、120は磁気ディスク装置であり、この図1中では一例としてディスクアレイ装置としており、ディスクコントローラ111、複数のディスク装置112から構成されている。磁気ディスク装置120も同様の構成である。
この図に示すように本発明はキャッシュメモリ107を、複数の磁気ディスク装置110、120と共にスイッチ103に並列に接続することで、キャッシュメモリ107は前記磁気ディスク装置110、120及びホストコンピュータ101、102と、同様の1つのデバイスのごとくスイッチにより容易にアクセスできる構成となる。そして、磁気ディスク装置110、120個々にはキャッシュメモリを設けず、キャッシュメモリ107を磁気ディスク装置110、120が共用する。
701はデータのシリアル/パラレル変換を行う部分(S/P)である。702はスイッチ制御装置である。703はスイッチ機構である。ここで、スイッチ103のの動作の一例を簡単に説明する。
図7の中に示すような構成のパケット704がポート1に接続されているホストコンピュータから発行される。パケットは送信先ポート番号とデータ部からなる。
データ部の内容は705に示すように、コマンド、論理ボリューム(Lvo1#)、ブロック番号(BLK#)、ホスト番号(Host#)からなる。
送信されてきたパケットの送信先ポートをみて、スイッチ制御装置702がそのポートとの接続を確立するように制御線を通じて信号を送出する。送信先ポートとの接続が確立したのち、送信先に向けてパケットまたはデータが送られる。
図1のキャッシュ制御部106で行うホストコンピュータからのデータ読出し要求に対するデータ転送のフローチャートを図2に示す。
先ず、ホストコンピュータはデータ読出し要求をキャッシュメモリの接続ポートに対して送る。ステップ201において、要求されたデータをキャッシュ制御部106において、送信されてきたパケット内の論理ボリュームLvo1とブロック番号BLKに基づいてキャッシュ管理リスト109を参照しキャッシュメモリ107内にデータが存在するかどうか検索する。
次に判断ステップ202において、要求されたデータがキャッシュメモリ107内に存在する(キャッシュHit)場合には、ステップ205において、要求されたデータをホストコンピュータに転送する。
要求されたデータが存在しない(キャッシュMiss)場合には、ステップ203において、ルータに制御を移す。
続いてステップ204において、ルータの制御で磁気ディスク装置から送られて来たデータをキャッシュ制御部106がキャッシュメモリ107に格納し、キャッシュ管理リストを更新する。この時、キャッシュメモリの容量一杯までデータがすでに格納されている場合は、データの追い出しが必要となる。現在追い出しの手法は様々な方法が利用されているが、ここでは最も使用頻度が少なく最も古いデータを追い出しの候補に選ぶ方法を使用することとするが、その他の方法用いたとしても本発明の実施にはなんら問題はない。
そして、ステップ205において、ホストコンピュータに要求されたデータを転送する。
キャッシュコントローラ内のルータが受信したパケット内の論理ボリューム番号とブロック番号がキャッシュ制御部に渡される。キャッシュメモリ内のデータはキャッシュ管理リストによりブロック単位に管理されている。現在使用中(キャッシュメモリ内にデータが存在する)論理ボリューム番号とブロック番号のリストと未使用のリストを持っており、渡された論理ボリューム番号とブロック番号が使用リスト中に存在するかどうか検索する。
ここで、ルータの機能は、簡略に説明すると、ホストコンピュータから転送されたパケット内のディスクコマンドを解析し、その結果に基づいて所定の磁気ディスク装置を選択しコマンドやデータをルーティングすることである。
図3中のステップ301において、ルータは送信されてきたパケット内の論理ボリュームをみて、ディスクアレイ管理テーブル(以下、図4において説明する。)を参照し、その論理ボリュームに対応する磁気ディスク装置が接続されているポートを特定する。
ステップ302において、特定したポートに対しパケットを送出する。ステップ303において、このパケットを受けた磁気ディスク装置から転送されてくるデータを受け取る。
ホストコンピュータのオペレーティングシステム(以下、OSと記述する)は、この論理ボリューム(Lvo1)とブロック(BLK)によりデータを指定してアクセス要求を発行する。
実際のデータは複数ある磁気ディスク装置内に格納されているので、その磁気ディスク装置の接続されているポートとの対応を取るためにこのディスクアレイ管理テーブルを用いる。
このディスクアレイ管理テーブルをキャッシュコントローラ104が持ち、前記実施例のようにホストコンピュータへのデータ転送時に常時キャッシュメモリ107を利用することで、ホストコンピュータのOSは論理ボリュームを用いてデータアクセス要求を発行することになり、複数の磁気ディスク装置が接続されていることとその内部のデータ配列の構成をユーザーに意識させず、単一の磁気ディスク装置の使用環境を提供する。
ここでは、ホストコンピュータ101からデータ1への読出し要求が発行され、ホストコンピュータ102からデータ2への読出し要求が発行されている場合を考える。
データ1は前記キャッシュメモリ内に現在格納されており、データ2はこのキャッシュメモリ内に無く磁気ディスク装置120に格納されている。
ホストコンピュータ101からのデータ1の読出し要求を図5中に示すような構成のパケット501として送信する。図2で示したフローチャートに従い、先ず最初に上記キャッシュメモリ107内が検索される。データ1はキャッシュHitするので、キャッシュメモリ107からホストコンピュータ101に転送される。
同様にホストコンピュータ102はパケット502を送信して、上記キャッシュメモリ107内が検索されるがキャッシュMissとなり、キャッシュコントローラ内のルータが、図4で説明したディスクアレイ管理テーブルを参照してデータ2の格納位置を磁気ディスク装置120の接続されているポートと特定し、これに対してデータ2の読出し要求のパケット503を発行して、データを取込み、上記キャッシュメモリ107内に格納してから、ホストコンピュータ102に転送する。
一つの実施例は、ディスクアレイ管理テーブルをホストコンピュータのOSにも持たせることである。
これにより、ホストコンピュータには論理ボリュームと実際にデータの格納されている磁気ディスク装置が接続されているポートの対応が分かっているので、発行するパケットの送信先ポートにキャッシュメモリまたは磁気ディスク装置の接続されているポートを指定することで、本発明のキャッシュメモリの使用、不使用が選択可能になる(概略図を図6に示す。)
もう一つの実施例は前記スイッチにホストコンピュータのアクセス要求の管理を行う構成管理テーブルを持たせることである。
図8にその概略図を示す。
このホスト管理テーブル801は、スイッチ103内のスイッチ制御装置702に接続され、送信されてきたパケット内のホスト番号とホスト管理テーブル801を照合して、キャッシュメモリ107を使用するホストコンピュータと使用しないホストコンピュータを判断し、ホストコンピュータの発行する転送要求先をキャッシュメモリ107か、要求するデータの格納されている磁気ディスク装置かに振り分ける。
例えば、ホストコンピュータの発行するアクセス要求をホスト管理テーブル801を参照してキャッシュメモリを使用しないホストである場合、ホスト管理テーブルはディスクアレイ管理テーブルと同様のテーブルを持っており、これを参照して接続先ポートを、指定された論理ボリュームに対応する磁気ディスク装置が接続しているポートに指定する。
上記2通りの実施例により、本発明の提供するキャッシュメモリの使用・不使用の選択性を有するシステムを実現できる。
なお、上記実施例では、ホストコンピュータ、磁気ディスク装置、キャッシュメモリの接続のためにスイッチによる接続方式を用いているが、スイッチによる接続方式に代えてループ状の接続方式を用いることも可能である。
103 スイッチ
104 キャッシュコントローラ
105 ルータ
106 キャッシュ制御部
107 キャッシュメモリ
108 ディスクアレイ管理テーブル
110、120 磁気ディスク装置
111 ディスクコントローラ
112 ディスク装置
701 S/P
702 スイッチ制御装置
703 スイッチ機構
801 ホスト管理テーブル
Claims (8)
- 複数のホストコンピュータと、複数の2次記憶装置と、前記複数のホストコンピュータと前記複数の2次記憶装置との間を接続するスイッチとを有するデータ記憶システムであって、
前記スイッチには、前記ホストコンピュータからのデータ転送要求を受信するキャッシュコントローラが接続され、かつ該キャッシュコントローラにはキャッシュメモリが接続され、
前記キャッシュコントローラは、キャッシュ制御部と、当該キャッシュ制御部がキャッシュメモリ検索時に参照するキャッシュ管理リストとを有し、
前記キャッシュ管理リストは、前記キャッシュメモリ内に存在するデータに対応付けられた論理ボリューム番号とブロック番号のリストであり、
前記キャッシュ制御部は、前記データ転送要求に含まれる論理ボリュームとブロック番号が前記キャッシュ管理リストに含まれるか否かを検索して、要求されたデータが前記キャッシュメモリ内に存在するかどうかを調べ、
前記キャッシュコントローラは、前記スイッチを介して転送される前記ホストコンピュータのデータ転送要求に対して、要求されたデータが前記キャッシュメモリに格納されているか否かを前記キャッシュ制御部により検索し、検索の結果該データがキャッシュメモリ内にない場合には、前記スイッチを介して該データが格納されている2次記憶装置から該データを取り込み、該キャッシュメモリに格納した後にホストコンピュータに該データを転送することを特徴とするデータ記憶システム。 - 請求項1記載のデータ記憶システムにおいて、
前記キャッシュコントローラは、複数の各2次記憶装置が接続される前記スイッチのポート番号とホストコンピュータの認識している論理ボリュームを対応させたディスクアレイ管理テーブルを有し、前記検索の結果前記データがキャッシュメモリ内にない場合、該ディスクアレイ管理テーブルを参照して2次記憶装置をアクセスすることを特徴とするデータ記憶システム。 - 請求項1記載のデータ記憶システムにおいて、
前記ホストコンピュータから送信される前記データ転送要求は、論理ボリュームを用いてアクセス先が特定されていることを特徴とするデータ記憶システム。 - 請求項1記載のデータ記憶システムにおいて、
前記キャッシュ管理リストは、前記キャッシュメモリ内のデータをブロック単位で管理していることを特徴とするデータ記憶システム。 - 請求項1記載のデータ記憶システムにおいて、
前記データ転送要求に含まれる論理ボリュームとブロック番号が前記キャッシュ管理リストに含まれる場合、前記キャッシュ制御部は、前記要求されたデータを前記ホストコンピュータに転送することを特徴とするデータ記憶システム。 - 請求項1記載のデータ記憶システムにおいて、
前記キャッシュコントローラは、さらに、ルータを有し、
前記データ転送要求に含まれる論理ボリュームとブロック番号が前記キャッシュ管理リストに含まれない場合、前記キャッシュ制御部は、前記ルータに前記データ転送要求を転送し、
前記ルータは、前記データ転送要求に含まれる論理ボリュームと前記ディスクアレイ管理テーブルを参照し、前記データ転送要求に含まれる論理ボリュームに対応する2次記憶装置が接続されている前記スイッチのポートに前記データ転送要求を転送することを特徴とするデータ記憶システム。 - 請求項6記載のデータ記憶システムにおいて、
前記ルータは、前記2次記憶装置から送信されたデータを前記キャッシュ制御部に転送し、
前記キャッシュ制御部は、該データを前記キャッシュメモリに格納し、前記データに対応する論理ボリューム番号とブロック番号に基づき前記キャッシュ管理リストを更新した後、該データを前記ホストコンピュータに転送することを特徴とするデータ記憶システム。 - 請求項1記載のデータ記憶システムにおいて、
前記スイッチは、前記ホストコンピュータから送信されるデータ転送要求に含まれる送信先ポート番号を参照し、該送信先ポート番号に対応する前記スイッチのポートとの接続を確立するものであって、
前記ホストコンピュータから送信される前記データ転送要求は、前記2次記憶装置に送信するより前に、前記キャッシュコントローラが接続される前記スイッチのポートに送信することを特徴とするデータ記憶システム。
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