JP2001014201A - 共有ファイルシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】スプリットブレインが起こっても、ファイルシ
ステムを破壊しない共有システムを提供すること。 【解決手段】 各サーバ１０２には分散制御装置２０
２、ファイル操作モジュール２０１およびハートビート
アダプタ２０４が設けられる。アプリケーションからの
更新データ書き込み要求をに対して、分散制御装置２０
２は、共有ディスク装置１０１上の空き領域の番地をフ
ァイル操作モジュール２０１に出力する。ファイル操作
モジュール２０１は、共有ディスク装置１０１上の前記
分散制御装置２０２から得た空き領域の番地に更新デー
タを書き込む。分散制御装置２０２は、ハートビートア
ダプタ２０４を介して、サーバ１０２の故障を検知し、
故障サーバリスト３０４に故障したサーバを登録する。
この故障したサーバ１０２から書き込み完了通知が分散
制御装置２０２に出されると、分散制御装置２０２は、
このサーバ１０２が故障サーバリスト３０４に登録され
ているため、このサーバ１０２が書き込んだ領域をファ
イルインデックス４０１に登録しない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、共有ファイルシ
ステムに関し、特に分散環境における共有ファイルシス
テムに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、分散システムは急速に進歩しつつ
ある。分散システムは、１）負荷分散に基づく並列処理
による処理能率および応答時間特性の改善、２）負荷の
機能分散による処理能率および応答時間特性の改善、
３）複数の計算機が利用可能なことによる信頼性および
可用性の増大、４）負荷の増大に対し、計算機の増設で
容易に対処できる高い機能拡張性等の利点があり、特に
地理的分散システムでは、５）データの処理要求が発生
した地点（サイト）で処理を行えるため、通信回線コス
トの低減と応答時間特性の改善も可能になる。

【０００３】このような分散制御システムとして、ネッ
トワークファイルシステムが知られている。ネットワー
クファイルシステムは、ＬＡＮ(Local Area Network)上
でファイルを共有するシステムである。このようなネッ
トワークシステムにおいては、ＬＡＮ上に接続された複
数のサーバのうちのいずれか１台がマスタサーバとし
て、共有ディスクをアクセスできるように構成されてい
る。従って、他のサーバが共有ディスクをアクセスする
場合には、マスタサーバを介してデータの授受が行われ
る。

【０００４】ところで、従来のファイルシステムは、
１）データ領域および２）ファイルアロケーションテー
ブル（ＦＡＴ）の２つの要素から構成される。データ領
域は、ファイルの内容を記録する領域であり、数Ｋバイ
ト毎に区切られたブロックで構成され、各ブロックには
番地がつけられてる。また、ＦＡＴは、目的のファイル
がデータ領域のどの番地に記録されているかを記録する
テーブルである。あるファイルからデータを読み込む際
には、ＦＡＴを参照し、実際のデータがある番地を取得
して、その番地のデータを読取る。同様に、あるファイ
ルにデータを書き込む際には、ＦＡＴを参照し、データ
を書き込む番地を取得して、その番地にデータを書き込
む。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このようなファイルシ
ステムにおいては、スプリットブレインが起きたとき、
ファイルが壊されてしまう恐れがある。スプリットブレ
インとは、ネットワークにより同期を取って動いていた
複数台のコンピュータが、ネットワークの故障や高負荷
により同期が取れなくなり、２つの組に別れてしまうこ
とを言う。このような状態になったとき、お互いの組が
同じファイルをアクセスすると、一方のコンピュータが
書き換えた内容を他方のコンピュータが書き換えてしま
い、データが破壊されてしまうという問題が起きる。

【０００６】この発明は、上記事情に鑑みてなされたも
ので、その目的は、スプリットブレインが起こってもフ
ァイルシステムを破壊しないようにした共有ファイルシ
ステムを提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明によれば、ネッ
トワークを介して接続された複数のコンピュータと、前
記複数のコンピュータとバスを介して接続された共有デ
ィスク装置とを有する共有ファイルシステムにおいて、
任意のファイルが格納される前記共有ディスク装置上の
位置を記録するファイルインデックスと、前記共有ディ
スク装置上の空き領域を記録する空き領域リストとを少
なくとも有し、アプリケーションからの前記共有ディス
ク装置への更新データの書き込み要求に対し、前記空き
領域リストを参照して前記共有ディスク装置上の空き領
域の番地を出力する分散制御装置と、前記分散制御装置
から出力された空き領域の番地に基づいて前記共有ディ
スク装置に更新データを書き込むファイル操作モジュー
ルとを具備したことを特徴とする。

【０００８】この発明によれば、アプリケーションから
更新データの書き込み要求がファイル操作モジュールに
出力される。ファイル操作モジュールは、サーバ番号を
引数として空き領域取得要求を分散制御装置に出力す
る。分散制御装置は、サーバ番号を引数として、故障サ
ーバリストを参照し、引数で示されるサーバが故障サー
バリストに登録されているか否かチェックする。登録さ
れていれば、分散制御装置は、エラー情報をファイル操
作モジュールに返す。この結果、更新データは共有ディ
スク装置に書き込まれない。一方、故障サーバリストに
登録されていなければ、空き領域リストを参照して、共
有ディスク装置上の空き領域の番地をファイル操作モジ
ュールに返す。この結果、ファイル操作モジュールは、
分散制御装置から得た番地に更新データを書き込む。こ
のように、この発明によれば、更新データは、更新前の
データが書かれた領域に上書きするのではなく、共有デ
ィスク装置上の空き領域に順次書き込むように構成した
ので、例え、スプリットブレインが起こってもファイル
を破壊する恐れが無い。しかも、更新データの書き込み
完了後、ファイル操作モジュールは、書き込み完了通知
を、分散制御装置に送り、分散制御装置はその段階にお
いても、故障サーバからの書き込み完了通知か否かを故
障サーバリストを参照してチェックし、故障サーバから
の書き込み完了通知である場合には、書き込んだ領域を
ファイルインデックスに登録しないので、その領域は次
に再利用される領域とはなり得ないので、スプリットブ
レインを起こしたサーバが書き込む領域に、他のサーバ
が書き込みを行う可能性はない。従って、ファイルの破
壊を防止することができる。

【０００９】また、正常なサーバからの書き込み完了通
知を受けた場合には、分散制御装置は、更新前のデータ
が書き込まれている領域を新たな空き領域として、空き
領域リストに登録し、再利用を図るので、空き領域が不
足するという恐れはない。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態を説明する。

【００１１】図１は、この発明の共有ファイルシステム
の一実施形態を示すブロック図である。同図において、
複数のコンピュータ（以下、サーバと呼ぶ）１０２が例
えばEthernet等のローカルエリアネットワーク（ＬＡ
Ｎ）を介して接続されている。さらに、これらの複数の
サーバ１０２は、例えばＳＣＳＩ(Small Computer Syst
em Interface)のバス１１２を介して共有ディスク装置
１０１に接続されている。各サーバ１０２はそれぞれ独
立して、共有ディスク装置１０１をアクセスすることが
できる。但し、複数のサーバ１０２が同時に共有ディス
ク装置１０１をアクセスすることはできないので、排他
制御が行われる。この排他制御は各サーバ１０２内に組
込まれた後述する分散制御装置２０２により制御され
る。

【００１２】図２はサーバ１０２の内部構成を示すブロ
ック図である。図２に示すように、各サーバ１０２は、
ハートビートアダプタ２０４、分散制御装置２０２、分
散制御装置２０２と内部ネットワーク２１１を介して接
続されたファイル操作モジュール２０１およびファイル
操作モジュール２０１と内部ネットワーク２１１を介し
て接続されたアプリケーション２０３を有する。なお、
図面の簡単のために、１台のサーバ１０２についてのみ
その内部構成を示しているが、他のサーバ１０２も同様
の構成を有する。

【００１３】ハートビートアダプタ２０４は各サーバ１
０２の対応するハートビートアダプタ２０４と通信し合
うことにより、各サーバ１０２が互いに連携してあたか
も１つの装置であるかのように動作することができる。
このハートビートアダプタ２０４により、通信できなく
なったサーバ１０２は、故障と判断される。

【００１４】分散制御装置２０２は、複数台のサーバ１
０２を連携する装置である。各サーバ１０２の分散制御
装置２０２は、ハートビートアダプタ２０４により、互
いに通信し合い、あたかも１つの装置であるかのように
動作する。すなわち、分散制御装置２０２上におかれる
情報はもちろん、実行されるプログラムについても１つ
の装置２０２上で実行しているかのように動作する。分
散制御装置２０２は、例えば、ネットワーク環境におい
て、分散ノードを連携し、高信頼、高可用、かつスケー
ラブルなシステムを構築するためのミドルウエアで構成
される。各サーバ１０２は、多重化されているので、ど
のサーバ１０２が故障しても、共有ファイルシステムは
全体として動作しつづける。また、前記ハートビートア
ダプタ２０４により、連動しているサーバ１０２の故障
を検知するので、障害に対する対処が容易に行える。

【００１５】図３に分散制御装置２０２の内部構成を示
す。

【００１６】同図において、分散制御装置２０２上は、
共通制御モジュール３０１、およびそれぞれ内部ネット
ワーク２１１を介して接続された、ファイルインデック
ス３０２、空き領域リスト３０３、および故障サーバリ
スト３０４を有する。共通制御モジュール３０１は、す
べてのサーバ１０２で同じ動作をする。ファイルインデ
ックス３０２は、任意のファイルが共有ディスク装置１
０１上のどの位置に格納されているかを記録する。ファ
イルインデックス３０２は複数のインデックスリストか
ら構成され、各インデックスリストはファイル毎に作ら
れる。

【００１７】共有ディスク装置１０１は、図５に示すよ
うに例えば、４Ｋバイト毎のデータブロック５０２に分
割されている。各データブロック５０２には、それぞれ
ディスク番地５０１が割り付けられている。今、図４
（ａ）に示すように、ファイルインデックス３０２の中
の符号４０１で示されるファイル番号が「１」で、かつ
符号４０２で示されるファイル位置が「１」のデータが
「１１」である場合、図５において、符号５０１で示す
ディスク番地が「１１」番地のデータブロック５０２に
ファイルが記録されているということを表す。

【００１８】空き領域リスト３０３は、共有ディスク装
置１０１上のどの領域が空き領域かを記録するもので、
図４（ｂ）に示すように、ファイルインデックス３０２
と同様、ディスク番地５０１を記録する。また、故障サ
ーバリスト３０４は、故障したサーバを記録するもの
で、図４（ｃ）に示すように、各サーバにあらかじめ与
えられたサーバ番号４０３を記録する。

【００１９】図２のアプリケーション２０３は、共有デ
ィスク装置１０１に格納されたファイルに対するアクセ
スを行うプログラムである。ファイル操作モジュール２
０１は、アプリケーション２０３からの読み込みおよび
書き込み要求に応答して、分散制御装置２０２と連携を
取りながら、共有ディスク装置１０１をアクセスするモ
ジュールである。

【００２０】以下、この発明の一実施形態の動作につい
て説明する。

【００２１】アプリケーション２０３は、ファイル操作
モジュール２０１に対してファイルへの読み込みおよび
書き込みを要求する。すなわち、読み出し動作の場合、
アプリケーション２０３は、引数として、１）読み込む
ファイルの番号および２）ファイル内の読み込む位置を
設定し、ファイル操作モジュール２０１に読み込みを要
求する。これに対し、ファイル操作モジュール２０１
は、サーバ番号、読み込むファイルの番号および読み込
む位置を引数として、分散制御装置２０２にディスク番
地取得要求を出力する。分散制御装置２０２の共通制御
モジュール３０１は、ディスク番地取得要求に応答し
て、まず、サーバ番号を引数として故障サーバリスト３
０４を参照して、引数で示されるサーバ番号が記録され
ているか否かチェックする。記録されている場合には、
そのサーバは故障していると他のサーバ１０２に認識さ
れているので、アクセスを認めると共有ディスク装置１
０１上のデータが破壊される恐れがある。このため、共
通制御モジュール３０１は、アクセスエラーを示す情報
をファイル操作モジュール２０１に返す。一方、引数で
示されるサーバ番号が故障サーバリスト３０４に記録さ
れていなければ、共通制御モジュール３０１は、ファイ
ルインデックス３０２を参照し、引数で指定されたファ
イル番号で示されるファイルの指定された読み込み位置
がどのディスク番地に書き込まれているかを調べ、その
ディスク番地をファイル操作モジュール２０１に返す。
ファイル操作モジュール２０１は、共有ディスク装置１
０１をリードアクセスし、分散制御装置２０２から得た
ディスク番地からファイルデータをリードし、戻り値と
して、アプリケーション２０３に出力する。

【００２２】一方、書き込み動作の場合、アプリケーシ
ョン２０３は、引数として１）書き込むファイルの番
号、２）書き込む位置、および３）書き込むデータを指
定し、ファイル操作モジュール２０１に書き込み要求を
行う。

【００２３】ファイル操作モジュール２０１は、サーバ
番号を引数として、分散制御装置２０２に対して空き領
域取得要求を出力する。分散制御装置２０２の共通制御
モジュール３０１は空き領域取得要求に応答して、ま
ず、サーバ番号を引数として、故障サーバリスト３０４
を参照し、引数で示されるサーバ番号が記録されている
か否か調べる。記録されていれば、上述したようにエラ
ー情報をファイル操作モジュール２０１に返す。

【００２４】一方、引数で示されるサーバ番号が、サー
バ故障リスト３０４に記録されていなければ、次に、空
き領域リスト３０３を参照し、空き領域のディスク番地
を得た後、空き領域リストからこの空き領域を削除し、
空き領域のディスク番地をファイル操作モジュール２０
１に出力する。ファイル操作モジュール２０１は、共有
ディスク装置１０１にアクセスし、共通制御モジュール
３０１から得た空き領域のディスク番地に目的のデータ
を書き込み、書き込みを完了すると、書き込み完了通知
を共通制御モジュール３０１に出力する。

【００２５】共通制御モジュール３０１は、書き込み完
了通知に応答して、サーバ番号を引数として故障サーバ
リスト３０４を参照し、引数のサーバ番号が故障サーバ
リスト３０４に記録されているか否かチェックする。記
録されている場合には、上述したように、エラーを示す
情報をファイル操作モジュール２０１に返す。一方、故
障サーバリスト３０４に記録されていなければ、次に、
共通制御モジュール３０１は、引数で示されるファイル
番号のファイル位置の内容が引数で示されるディスク番
地に格納されていることをファイルインデックス３０２
に登録する。そして、共通制御モジュール３０１は、元
のディスク番地、すなわち更新前のデータが書き込まれ
ていたディスク番地を空き領域リスト３０３に追加す
る。そして、共通制御モジュール３０１は、書き込み完
了通知に対する処理が完了したことを示す情報をファイ
ル操作モジュール２０１に返す。

【００２６】ファイル操作とは非同期に、分散制御装置
２０２は常に各サーバ１０２が動作しているかをハート
ビートアダプタ２０４により監視している。ハートビー
トアダプタ２０４は、各サーバ１０２に信号（ハートビ
ート）を出すことにより、自分が動作していることを示
し、それぞれのサーバから信号（ハートビート）を受け
取ることにより、そのサーバが動作していることを知
る。サーバからの信号が途絶え、そのサーバが故障した
と判断したときは、そのサーバ（サーバ番号）を故障サ
ーバリスト３０４に追加する。

【００２７】いま、スプリットブレインが起こり、ある
サーバ１０２がある共有ディスク装置１０１のある領域
にファイルデータを書き込もうとした瞬間に一時停止
し、このサーバがいつ再始動し、この領域に書き込みを
するかはわからないとする。一時停止しているサーバ１
０２はハートビートを出せなくなるので、分散制御装置
２０２は、そのサーバが故障したと判断し、故障サーバ
リスト３０４に追加し、以降このサーバからの要求は受
け付けられない。他のサーバ１０２は平常通りファイル
へ読み書きを行う。もちろん、一時停止しているサーバ
１０２が書き込もうとしているファイルに対しても読み
書きを行う。この状態において、一時停止していたサー
バ１０２が再始動して、共有ディスク装置１０１に書き
込みを行ったとする。このサーバ１０２が書き込んだ領
域は、まだ空き領域リスト３０３に追加されていないの
で、他のサーバ１０２が、この領域にデータを書き込ん
でいる可能性はない。すなわち、上述したように、この
サーバ１０２が空き領域取得要求を出した時点で、この
領域は空き領域リスト３０３から削除されているので、
他のサーバがデータを書き込むために、空き領域取得要
求を出しても、この領域を取得する可能性は無い。書き
込みが完了し、分散制御装置２０２に書き込み番地を返
しても、このサーバはすでに故障サーバリスト３０４に
登録されているため、この要求は受け付けられない。そ
のため、ファイルインデックス３０２にこの領域が登録
されることはない。すなわち、ファイルが書き込まれて
いるデータを書き換える可能性は無く、またファイルイ
ンデックス３０２を書き換える可能性も無い。

【００２８】なお、ファイルに対する更新データは、元
のデータに上書きするのではなく、ディスクの空き領域
に書き込まれるため、ディスク領域が足りなくなるので
はないかという懸念が生じるが、更新データを空き領域
に書き込み後、更新前のデータが書かれていた領域は、
空き領域リスト３０３に加えられ、空き領域として再利
用される。このため、使用中のディスク領域は、実際に
データが入っている領域と、現在書き込み中の領域のみ
であり、利用できるディスク領域が足りなくなるという
ことはない。

【００２９】

【発明の効果】この発明によれば、分散制御装置２０２
は、ハートビートアダプタ２０４によりサーバ１０２の
故障を検知し、故障サーバリスト３０４に登録する。こ
のため、仮に、サーバ１０２が、例えば過負荷等の何ら
かの原因で一時的に停止した状態となり、その後再始動
し、空き領域にデータを書き込み、書き込み完了通知を
分散制御装置２０２に出力しても、分散制御装置２０
２、故障サーバリスト３０４にこのサーバ１０２が登録
されているため、エラーをサーバ１０２に返す。従っ
て、スプリットブレインが起こっても、ファイルシステ
ムを破壊する恐れがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の順次記録型共有ファイルシステムの
一実施形態を示すシステムブロック図である。

【図２】図１に示すサーバの内部構成を示すブロック図
である。

【図３】図２に示す分散制御装置の内部構成を示すブロ
ック図である。

【図４】分散制御装置上に保持される情報を示し、
（ａ）は、ファイルインデックスを、（ｂ）は空き領域
リストを、（ｃ）は故障サーバリストをそれぞれ示す。

【図５】図１に示す共有ディスク装置１０１の領域の構
成を示す概念図である。

【符号の説明】

１０１…共有ディスク装置 １０２…サーバ １１１…ＬＡＮ １１２…ＳＣＳＩ ２０１…ファイル操作モジュール ２０２…分散制御装置 ２０３…アプリケーション ２０４…ハートビートアダプタ ２１１…内部ネットワーク ３０１…共通制御モジュール ３０２…ファイルインデックス ３０３…空き領域リスト ３０４…故障サーバリスト ４０１…ファイル番号 ４０２…ファイル位置 ４０３…サーバ番号 ５０１…ディスク番地 ５０２…データブロック

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ネットワークを介して接続された複数の
   コンピュータと、前記複数のコンピュータとバスを介し
   て接続された共有ディスク装置とを有する共有ファイル
   システムにおいて、 任意のファイルが格納される前記共有ディスク装置上の
   位置を記録するファイルインデックスと、前記共有ディ
   スク装置上の空き領域を記録する空き領域リストとを少
   なくとも有し、アプリケーションからの前記共有ディス
   ク装置への更新データの書き込み要求に対し、前記空き
   領域リストを参照して前記共有ディスク装置上の空き領
   域の番地を出力する分散制御装置と、 前記分散制御装置から出力された空き領域の番地に基づ
   いて前記共有ディスク装置に更新データを書き込むファ
   イル操作モジュールと、 を具備したことを特徴とする共有ファイルシステム。
2. 【請求項２】 前記各コンピュータは、各々他のコンピ
   ュータの故障を検知するためのハートビートアダプタを
   有し、 前記分散制御装置はさらに故障したコンピュータを記録
   する故障コンピュータリストを更に有し、 前記分散制御装置は、前記ハートビートアダプタにより
   前記コンピュータの故障を検知すると、故障したコンピ
   ュータを示す情報を前記故障サーバリストに登録するこ
   とを特徴とする請求項１記載の共有ファイルシステム。
3. 【請求項３】 前記ファイル操作モジュールは、アプリ
   ケーションからの要求に応答して、前記分散制御装置に
   対してコンピュータ同定情報を引数として空き領域取得
   要求を出力し、 前記分散制御装置は、前記空き領域取得要求に対し、前
   記取得コンピュータリストに、前記引数で与えられた故
   障コンピュータが登録されているか否かを調べ、登録さ
   れている場合には、エラー情報を前記ファイル操作モジ
   ュールに返し、登録されていない場合には、前記空き領
   域を参照して空き領域の番地を前記ファイル操作モジュ
   ールに返すことを特徴とする請求項２記載のファイル共
   有システム。
4. 【請求項４】 前記ファイル操作モジュールは、アプリ
   ケーションからの書き込み要求に対して、前記共有ディ
   スク装置上の空き領域に書き込みを行ない、書き込みが
   完了すると、サーバ情報を引数として書き込み完了通知
   を前記分散制御装置に出力し、 前記分散制御装置は、前記故障コンピュータリストを参
   照して、前記引数で与えられたコンピュータが登録され
   ているか否か調べ、登録されている場合には、その故障
   コンピュータが書き込んだ前記共有ディスク装置上の書
   き込み領域を示す位置情報を前記ファイルインデックス
   に登録せず、エラー情報を前記ファイル操作モジュール
   に返し、登録されていない場合には、書き込んだ領域を
   示す共有ディスク装置上の位置を前記ファイルインデッ
   クスに登録することを特徴とする請求項２記載のファイ
   ル共有システム。
5. 【請求項５】 前記分散制御装置は、前記書き込んだ領
   域を前記ファイルインデックスに登録した後、さらに、
   更新前のデータが書き込まれている前記共有ディスク装
   置上の領域を前記空き領域リストに登録することを特徴
   とする請求項２記載のファイル共有システム。
6. 【請求項６】 前記ファイル操作モジュールは、アプリ
   ケーションからの読み込み要求に応答して、前記分散制
   御装置にコンピュータ同定情報、ファイル番号、および
   ファイル位置情報を引数として番地取得要求を前記分散
   制御装置に出力し、 前記分散制御装置は、前記番地取得要求に応答して、前
   記故障コンピュータリストに、前記引数で与えられたコ
   ンピュータが登録されているか否か調べ、登録されてい
   る場合には、エラー情報を前記ファイル操作モジュール
   に返し、登録されていない場合には、前記ファイルイン
   デックスを参照し、引数として与えられたファイル番号
   のファイル位置の内容が書かれている前記共有ディスク
   装置上の番地を前記ファイル操作モジュールに返すこと
   を特徴とする請求項２記載のファイル共有システム。