JP4865075B1

JP4865075B1 - 計算機および計算機システム

Info

Publication number: JP4865075B1
Application number: JP2010221592A
Authority: JP
Inventors: 剛彦蔵重
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2010-09-30
Filing date: 2010-09-30
Publication date: 2012-02-01
Anticipated expiration: 2030-09-30
Also published as: US20120084510A1; JP2012078940A; US8271717B2

Abstract

【課題】フラッシュメモリを有する記憶装置をキャッシュデバイスとして用い、仮想マシンが動作する環境において、記憶装置の寿命を減らすことを抑制すること。
【解決手段】実施形態によれば、仮想マシンモニタ上で仮想マシンが稼働する計算機は、第１の記憶装置と、フラッシュメモリを有する第２の記憶装置とを具備する。前記仮想マシンモニタは、前記第１の記憶装置の一部の領域を第３の記憶装置として前記仮想マシンに割り当て、前記第２の記憶装置の一部の領域を第４の記憶装置として前記仮想マシンに割り当る。前記仮想マシンは、前記第４の記憶装置を前記第３の記憶装置のリードキャッシュとして用いる第１のキャッシュ制御手段を有する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、キャッシュ機構を有する計算機および計算機システムに関する。

１台の計算機内で稼働する仮想マシンモニタ上でゲストＯＳを有する仮想マシンが複数稼働することが可能な仮想化技術が用いられ始めている。仮想マシンモニタは、ハードディスクドライブ等を含む計算資源を仮想マシンに割り当てる。

仮想マシンモニタにキャッシュ制御部を設けると、最も長い時間アクセスされていないキャッシュを捨てるＬＲＵ(Least Recently Used)アルゴリズムでは、アクセス頻度の高い仮想マシンからアクセスされたデータでキャッシュが埋められることが多くなる。そのため、アクセス頻度の低い仮想マシンではキャッシュの効果を享受できにくい。

特開２００１−１８４２４２号公報

仮想マシンモニタにキャッシュ制御部を設けると、最も長い時間アクセスされていないキャッシュが捨てられるために、アクセス頻度の低い仮想マシンではキャッシュの効果を享受できにくい。

本発明の目的は、仮想マシンが動作する環境において、アクセス頻度の低い仮想マシンであってもキャッシュの効果を享受することが可能な計算機および計算機システムを提供することにある。

実施形態によれば、仮想マシンモニタが稼働する計算機であって、第１の記憶装置と、第２の記憶装置とを具備し、前記仮想マシンモニタ上で仮想マシンが稼働し、前記仮想マシンモニタは、前記第１の記憶装置の一部の領域を第３の記憶装置として前記仮想マシンに割り当て、前記仮想マシンは、前記第２の記憶装置の一部の領域の第４の記憶装置を前記第３の記憶装置のリードキャッシュとして用いる第１のキャッシュ制御手段を有し、前記仮想マシンモニタは、前記第２の記憶装置の内の仮想マシンに割り当てられていない領域の一部を、前記第１の記憶装置の内の仮想マシンに割り当てられていない領域のキャッシュとして用いる第２のキャッシュ制御手段を有する。

第１の実施形態の計算機の構成の一例を示す図。第２の実施形態の計算機システムの構成の一例を示す図。

以下、実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は、第１の実施形態に係わる計算機の構成を示す図である。なお、この計算機１は、コンピュータとして実現されている。

計算機１は、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）１０、ＳＳＤ（Solid State Drive）２０、メモリ５０、およびバッテリ６０を有する。

計算機１内では、仮想マシンモニタ３０が稼働する。仮想マシンモニタ３０内ではライトキャッシュ制御部３１が動作している。

仮想マシンモニタ３０上では複数の仮想マシンが動作可能である。本実施形態では、仮想マシン３０上で、例えば仮想マシン４０が動作している。仮想マシンモニタ３０内では、ゲストＯＳ４１が動作している。ゲストＯＳ４１上ではリードキャッシュ制御部４２が動作している。

仮想マシンモニタ３０内で動作するライトキャッシュ制御部３１はライトキャッシュ専用のキャッシュ制御機構である。また、仮想マシン４０内で動作するリードキャッシュ制御部４２はリードキャッシュ専用のキャッシュ制御機構である。

なお、ＨＤＤ１０の代わりに、仮想ＨＤＤファイルを使用した仮想ＨＤＤであっても良いし、ネットワークやＵＳＢなどのインタフェースで接続されたＨＤＤであっても良い。ＳＳＤ２０は、非キャッシュデバイスであるＨＤＤ１０のキャッシュデバイスである。ＳＳＤ２０は、フラッシュメモリを有するため、書き換え回数に制限がある。

ＳＳＤ２０には、後述する仮想マシン４０からのリードアクセスに対するキャッシュデータが格納される仮想キャッシュ領域２２と、後述するホストＯＳからのライトアクセスに対するキャッシュデータが格納される物理キャッシュ領域２１とが設定されている。

ライトキャッシュ制御部３１は、ＳＳＤ２０の物理キャッシュ領域２１をＨＤＤ１０のライトバックキャッシュとして使用する、ライトキャッシュ専用のキャッシュ制御手段である。すなわち、ライトキャッシュ制御部３１は、仮想マシンモニタ３０からＨＤＤ１０へのライト要求に対してＳＳＤの物理キャッシュ領域２１を最大限に活用してライト性能を向上させるが、仮想マシンモニタ３０からＨＤＤ１０へのリード要求に対してキャッシュにミスしても、リード要求があったデータをキャッシュしない。

ライトキャッシュ制御部３１は、キャッシュディレクトリやビットマップなどのデータをメモリ５０に格納する。このメモリ５０は、オペレーティングシステム等が実行されるメインメモリとは異なるメモリである。このメモリのＤＤＲ２ＳＤＲＡＭ（Double-Data-Rate2 Synchronous Dynamic Random Access Memory）等の揮発性メモリで構成される。シャットダウン時、ライトキャッシュ制御部３１は、メモリ内のデータをＳＳＤ２０内に書き込む処理を行う。また、次の起動時に、ライトキャッシュ制御部３１は、ＳＳＤ２０に書き込まれたデータをメモリ５０に書き戻す処理を行う。

なお、ハングアップ、クラッシュ、不意の電源断等の障害が発生した場合に、メモリ５０の記憶内容は、バッテリ６０によって保持される。そして、復旧後にライトキャッシュ制御部３１は、メモリ５０内のデータを参照し、ＳＳＤ２０内のＨＤＤ１０に書き込まれていないキャッシュデータをＨＤＤ１０に書き込む復元処理を行う。

なお、ＲＡＩＤ（Redundant Array Of Inexpensive Disks）システムの場合、ハングアップ、クラッシュ、不意の電源断等の障害に備えて、バッテリによって記憶内容が保護されるＲＡＩＤカードに設けられたメモリを有する。ライトキャッシュ制御部は、ＲＡＩＤシステムに設けられるメモリに上述した管理情報を格納するようにしても良い。

仮想マシン４０には、仮想マシンモニタ３０によって仮想的な仮想ＨＤＤ３２と仮想ＳＳＤ３３とが割り当てられている。仮想ＳＳＤ３３は、非キャッシュデバイスである仮想ＨＤＤ３２のキャッシュデバイスである。仮想ＨＤＤ３２の実体は、ＨＤＤ１０の領域に割り当てられている仮想ＨＤＤ領域１２内に配置された仮想ディスクファイル１３などのファイルである。また、仮想ＳＳＤ３３の実体は、ＳＳＤ２０の一部に割り当てられる仮想キャッシュ領域２２に配置された仮想ディスクファイル２３などである。すなわち、仮想マシン４０から仮想ＨＤＤ３２および仮想ＳＳＤ３３へのリード・ライト要求は、仮想マシンモニタ３０がそれぞれＨＤＤ１０およびＳＳＤ２０へのリード・ライト要求として処理する。

なお、仮想マシンモニタ３０上で複数の仮想マシンが動作する場合、それぞれの仮想マシンに専用の仮想ＳＳＤが割り当てられる。

リードキャッシュ制御部４２は、仮想ＳＳＤ３３を仮想ＨＤＤ３２のリードキャッシュとして使用するリード専用のキャッシュ制御手段である。すなわち、ゲストＯＳ４１から仮想ＨＤＤ３２へのリード要求は、仮想ＳＳＤ３３を最大限に活用してリード性能を向上させるが、ゲストＯＳ４１から仮想ＨＤＤ３２へのライト要求があったデータは、仮想ＨＤＤ３２に直接書き込まれる。なお、リードキャッシュ制御部４２は、最も長い時間アクセスされていないキャッシュを捨てるＬＲＵ(Least Recently Used)アルゴリズムを用いる。

上記計算機１によれば、ゲストＯＳ４１からのリード要求はリードキャッシュ制御部４２によりリード性能が向上し、ゲストＯＳ４１のライト要求はライトキャッシュ制御部３１によりライト性能が向上する。

ところで、仮想マシン４０がリードキャッシュ制御部４２を持たず、仮想マシンモニタ３０がリードキャッシュを行い、最も長い時間アクセスされていないキャッシュを捨てるＬＲＵアルゴリズムを用いるキャッシュ制御部を持っている場合を考える。複数の仮想マシンからリードアクセスがある場合、ＬＲＵアルゴリズムを用いているので、最も長い時間アクセスされていないキャッシュを捨ててしまう。そのため、アクセス頻度が低い仮想マシンがあると、当該仮想マシンのキャッシュは捨てられてしまう恐れがある。

ところが、本計算機１の場合、仮想マシン４０に割り当てられている仮想ＳＳＤ３３は仮想マシン４０専用のキャッシュであり、仮想マシン４０内のリードキャッシュ制御部４２は割り当てられている仮想ＳＳＤ３３にキャッシュする。他の仮想マシン内で動作するリードキャッシュ制御部は専用の仮想ＳＳＤにキャッシュし、仮想マシン４０専用の仮想ＳＳＤ３３にキャッシュすることがない。従って、ゲストＯＳ４１のリード要求が他の仮想マシンで稼働するゲストＯＳよりもアクセス頻度がまばらであってもキャッシュデータが捨てられることがない。そのため、仮想マシン４０のアクセス頻度の低くても、キャッシュの効果を享受することが可能になる。

また、仮想マシン４０のリードキャッシュ制御部４２はリード専用のキャッシュであり、仮想マシンモニタ３０のライトキャッシュ制御部３１はライト専用のキャッシュであるため、仮想マシン４０のリードキャッシュ制御部４２からリード要求があっても、ライトキャッシュ制御部３１はリード要求に対して物理キャッシュ領域２１にキャッシュしない。従って、キャッシュがＳＳＤに二重に書き込まれなくなるために、ＳＳＤ２０の寿命を減らすことを抑制することが可能になる。

また、ハングアップ、クラッシュが発生した場合でも、ライトキャッシュ制御部３１によって復元処理が行われるために、仮想ＳＳＤには仮想ＨＤＤへの未書き込みデータが存在しない。従って、本計算機１は、キャッシュ制御機構がないときと同じ信頼性を有する。

実マシンのハングアップ、クラッシュ、不意の電源断が発生した場合でも、ライトキャッシュ制御部３１がバッテリによって記録内容が保持されるメモリ５０内に記録されているデータに基づいて復元処理を行う復元機能を有するため、ＨＤＤ１０への未書き込みデータを復元することができ、信頼性が向上する。

なお、ライトキャッシュ制御部３１は、ライトキャッシュ専用のキャッシュ制御手段である例について説明したが、ＨＤＤ１０の領域に応じてリードキャッシュを行うようにしても良い。例えば、ライトキャッシュ制御部３１は、ＨＤＤ１０の物理ＨＤＤ領域１１へのリード要求があった場合に物理キャッシュ領域２１を最大限に活用してリード性能を向上させるが、仮想ＨＤＤ領域１２へのリード要求に対してキャッシュにミスしてもリード要求があったデータのキャッシュを行わない。上述した実施形態では、仮想マシンモニタ３０からＨＤＤ１０の物理ＨＤＤ領域１１へのリード要求に対してリード性能が向上しないのに対し、仮想マシンモニタ３０からの物理ＨＤＤ領域１１へのリード要求に対してリード性能が向上する。

（第２の実施形態）
なお、本計算機１の仮想マシンをレンタルサーバとして契約ユーザに提供しても良い。レンタルサーバとして提供する場合、仮想マシンに仮想ＳＳＤに割り当てるかによって使用料金を変更すると良い。

図２を参照して、本発明の第２の実施形態に係わる仮想マシンをインターネット上のコンピュータにレンタルする計算機システムの構成を説明する。

計算機１は、ネットワーク９１およびネットワークゲートウエイ９０を介してインターネット９３に接続されている。また、ネットワーク９１には、料金演算装置８０が接続されている。なお、この料金演算装置８０は、コンピュータとして実現されている。また、料金演算装置８０は、仮想マシンモニタ３０上で動作する仮想マシンによって実現されても良い。

計算機１の仮想マシンモニタ３０上では仮想マシン４０および仮想マシン７０が稼働している。仮想マシン４０には、仮想マシンモニタ３０によって仮想ＨＤＤ３２および仮想ＳＳＤ３３が割り当てられている。仮想マシン４０内では、ゲストＯＳ４１およびリードキャッシュ制御部４２が動作している。仮想マシン７０には、仮想マシンモニタ３０によって仮想ＨＤＤ３４が割り当てられている。仮想マシン７０内では、ゲストＯＳ７１が動作している。

仮想マシン４０は、インターネット９３に接続されている例えばパーソナルコンピュータ（ＰＣ）１１１を利用するユーザにレンタルされている。仮想マシン７０は、インターネット９３に接続されている例えばパーソナルコンピュータ（ＰＣ）１１２を利用するユーザにレンタルされている。

仮想マシン４０および仮想マシン７０の使用料金は、料金演算装置８０によって演算される。

料金演算装置８０は、料金演算部８１等を有している。料金演算部８１は、仮想マシンモニタ３０および仮想マシン４０，７０の設定が記述されている仮想マシン設定８２および、設定に応じた料金が記述されている料金設定８３を参照することによって使用料金を演算する。例えば、仮想ＳＳＤ３３が割り当てられ、リードキャッシュ制御部４２が動作する仮想マシン４０の使用料金は、仮想ＳＳＤが割り当てられていない仮想マシン７０の使用料金より安い料金を演算する。

また、料金設定には仮想マシンに割り当てられる仮想ＳＳＤの容量に応じた料金が設定されている。料金演算部８１、仮想マシン４０に割り当てられる仮想ＳＳＤ３３の容量に応じた仮想マシン４０の使用料金を加算して演算する。

なお、図２では、メモリ５０およびバッテリ６０の図示を行っていないが、メモリ５０およびバッテリ６０を設け、第１の実施形態と同様に障害発生時にメモリ５０の記憶内容を保護し、ライトキャッシュ制御部３１によって復元処理を行うようにしても良い。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…計算機，１０…ハードディスクドライブ，１０…ＨＤＤ，２０…ＳＳＤ，２１…物理キャッシュ領域，２２…仮想キャッシュ領域，２３…仮想ディスクファイル，３０…仮想マシンモニタ，３１…ライトキャッシュ制御部，３２…仮想ＨＤＤ，３３…仮想ＳＳＤ，３４…仮想ＨＤＤ，４０…仮想マシン，４１…ゲストＯＳ，４２…リードキャッシュ制御部。

Claims

仮想マシンモニタが稼働する計算機であって、
第１の記憶装置と、
第２の記憶装置とを具備し、
前記仮想マシンモニタ上で仮想マシンが稼働し、
前記仮想マシンモニタは、前記第１の記憶装置の一部の領域を第３の記憶装置として前記仮想マシンに割り当て、
前記仮想マシンは、前記第２の記憶装置の一部の領域の第４の記憶装置を前記第３の記憶装置のリードキャッシュとして用いる第１のキャッシュ制御手段を有し、
前記仮想マシンモニタは、前記第２の記憶装置の内の仮想マシンに割り当てられていない領域の一部を、前記第１の記憶装置の内の仮想マシンに割り当てられていない領域のキャッシュとして用いる第２のキャッシュ制御手段を有する、
計算機。
前記第２のキャッシュ制御手段は、前記第２の記憶装置の内の仮想マシンに割り当てられていない領域の一部を前記第１の記憶装置のライトキャッシュとして用いる、または前記第２の記憶装置の内の仮想マシンに割り当てられていない領域のリードキャッシュとして用いる、
請求項１の計算機。
メモリと、前記計算機に障害が発生した場合に前記メモリの記憶内容を保護するためのバッテリとを有し、
前記ライトキャッシュ制御手段は、前記第２の記憶装置に書き込まれ前記第１の記憶装置に書き込まれていないデータを示す管理情報を前記メモリに格納し、
前記計算機に障害が発生した後に、前記管理情報に基づいて前記第１の記憶装置に書き込まれていないデータを前記第１の記憶装置に書き込む請求項１記載の計算機。
仮想マシンモニタ上で、第１仮想マシンおよび第２仮想マシンが稼働する計算機を有する計算機システムであって、
前記計算機は、第１の記憶装置と、フラッシュメモリを有する第２の記憶装置とを具備し、
前記仮想マシンモニタは、前記第１の記憶装置の一部の領域を第３の記憶装置として前記第１仮想マシンに割り当て、前記第１の記憶装置の一部の領域を第４の記憶装置として前記第２仮想マシンに割り当て、
前記第１仮想マシンは、前記第２の記憶装置の一部の領域の第５の記憶装置を前記第３の記憶装置のリードキャッシュとして用いる第１のキャッシュ制御手段を有し、
前記仮想マシンモニタは、前記第２の記憶装置の内の仮想マシンに割り当てられていない領域の一部を、前記第１の記憶装置の内の仮想マシンに割り当てられていない領域のキャッシュとして用いる第２のキャッシュ制御手段を有する、
計算機システム。
前記第２のキャッシュ制御手段は、前記第２の記憶装置の内の仮想マシンに割り当てられていない領域の一部を前記第１の記憶装置のライトキャッシュとして用いる、または前記第１の記憶装置の内の仮想マシンに割り当てられていない領域のリードキャッシュとして用いる
請求項４に記載の計算機システム。
前記計算機システムは、前記第１の仮想マシンの使用料金として前記第１のキャッシュ制御手段ある場合に対応する第１の使用料金を演算し、前記第２の仮想マシンの使用料金として前記第１のキャッシュ制御手段がない場合に対応する第２の使用料金を演算する、料金演算装置をさらに具備する
請求項５に記載の計算機システム。
前記料金演算装置は、前記第１の仮想マシンの使用料金として前記第４の記憶装置の容量に応じた第３の使用料金を演算する請求項６記載の計算機システム。