JP2008507771A - ブロックマップキャッシングおよびvfsスタック可能なファイルシステムモジュールに基づく分散型のストレージアーキテクチャ - Google Patents
ブロックマップキャッシングおよびvfsスタック可能なファイルシステムモジュールに基づく分散型のストレージアーキテクチャ Download PDFInfo
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Abstract
【選択図】 図1
Description
図1Aは、拡張可能なビデオサーバ複合体の例示を目的とした実施形態を示すものである。このような複合体は、リソースコントローラ10と、若干のコンテンツライタ12と(これの1つまたは複数が1若しくはそれ以上のファイルシステムを管理してもよい)、若干のビデオポンプ14を含む。コンポーネントの一部または全てが、イーサネットおよびファイバーチャネルスイッチ16および18を通じて、相互接続してもよい。前記ファイバーチャネルスイッチ18は、ビデオポンプ14と、コンテンツライタ12と、前記ストレージアレイ20との間で並行のノンブロッキングアクセスを提供する。
共有ストレージアーキテクチャは、前記ビデオポンプ14が前記コンテンツライタのローカルファイルシステムからストリームするのを可能にする。それは、ブロックマップ(bmap)キャッシング機構を使用して行われるが、これにより前記コンテンツライタ12が前記ビデオポンプ14にアセットデータブロックの場所を知らせることで可能になる。これにより、前記ビデオポンプ14は、前記ファイバーチャネルスイッチ18を通じて直接データブロックを読み込み、且つこれらからストリームできるようになる。前記システム中の1若しくはそれ以上のアセット用のブロックマップはそのアセットの存続期間の間、1若しくはそれ以上のビデオポンプ上のローカルファイルシステムでキャッシュされる。各々のビデオポンプで実行されるコンテンツsyncherプロセスは、前記ブロックマップキャッシュが前記コンテンツライタ12上のアセットの状態と一致した状態にあることを確保する。前記ビデオポンプ上のアセット用のブロックマップおよびヒントファイルを常時キャッシュすることにより、コンテンツライタ障害の際にストリーミングの続行を可能にする。
BCFSは、トランスペアレントなインタフェースをユーザーレベルのアプリケーションに提供する、薄型ファイルシステム層で、これにより、3次ストレージ上のアセットを、まるでローカルにあるかのように、オープンし、そこからストリームすることを可能にする。
1.安定コードへの変更は最低限に抑える。
新規なファイルシステム層を導入することによって、ストリーミングアプリケーションは、修正なしに共有ヒントファイルおよびアセットにアクセス可能になる。
2.キャッシュされたブロックマップとヒントファイル用に永続的な格納を提供する。
これは、前記ブロックマップキャッシュのRAM要件を減らし、システム再起動を通じでブロックマップが持続されるようにし、3次ストレージ上のアセットの存続期間中、アセットブロックマップがビデオポンプ14に保持されるのを可能にする。
3.ビデオポンプ14とコンテンツライタ12間のバッファキャッシュの一貫性。
未加工のメタデータの代わりにブロックマップを使用したアセットに共有アクセスを提供することにより、モードだけ共有された場合に起こるかもしれないキャッシュ一貫性の問題を回避することができる。
4.ビデオポンプ14およびコンテンツライタ12間のタイミング要件。
アクティブにインジェストしているコンテンツからストリームしている場合、ヒントファイルへの変更は、迅速に前記コンテンツライタから前記ビデオポンプに通知する必要がある。前記ヒントファイルデータがディスクに同期化するまで待機してから、それを読み込むことは許容外の遅延をもたらすことになる。
このセクションでは実施形態によって、ブロックマップまたはbmapの用語が意味するものを説明する。図3に示すように、ディスクに格納されたアセットは、ブロックと呼ばれる一連の隣接するセクタを含む。ファイルシステムのブロック配置ポリシーによって、ブロックは隣接して配置または、ディスクのアドレス空間の全域でなんらかの方法で分散される。
1.ブロックが前記ファイルシステムによって連続配置される場合は、ブロックマップのサイズは更に縮小可能である。
このセクションは、bmapファイルのサンプル形式を記載する。前記bmapファイルは、ヘッダとその後にブロックディスクリプタのリストを含んでもよい。
ブロックディスクリプタは、ディスク上の単一の連続データブロックの位置とサイズを定義する。論理ブロックアドレス(LBA)および、fs−ブロックサイズの倍数である長さが、ブロックの位置を定義する。
前記bmapファイルはアセットがロードされる時にコンテンツライタ12上に生成される。前記ビデオポンプ14上のコンテンツsyncherは、/assets/cache上の前記bmapファイルが前記コンテンツライタ上のファイルに対して最新であることを確保にする。ストリームがビデオポンプに割り当てられる際、あたかもアセットがローカルに格納されるかのように、前記ストリーミングサーバプロセスは前記アセットをオープンし、ファイルから読み込む。
ヒントファイルは、「トリックモード」(例えば早送り、巻戻し)を実行するためのアセットメタデータを含む。前記ヒントファイルは、アセットがストレージへロードされるときに、ソフトウェアによってビデオポンプ上に生成されてもよい。それらは、アセットの特定の場面へのポインタを含む。
上述したように、前記マルチサーバ複合体のビデオポンプ14は、3階層のコンテンツストレージおよびキャッシングを使用する。階層キャッシングの目的は、2つあるが、まず、アセットストレージ帯域幅からストリーミング帯域幅を切り離すことである。前記キャッシュの追加によって、「ホットスポット」またはアレイ間でのロードの不均衡を回避することができる。アセットの人気度にばらつきがあるため、キャッシングなしでは特定ストレージアレイから要求されるストリームの数が不均等になるのでロードの不均衡が容易に発生可能である。もう1つは、アセットの人気度の多様さを利用して、最も経済的なメディアタイプから、異なる人気度のアセットからのストリームを供給することにより、ストリーム毎のコストを減らすことである。たとえば、人気度が高い単一のアセットはRAMから供給されるのが最も費用効率がよいのは、これのストレージ要件は低いが、帯域幅要件が高いからである。アクセスの頻度が低いコンテンツの大きなライブラリは、ストレージ容量が高いが帯域幅要件が低い安価な低速ハードドライブから供給されるのが最も費用効果が高い。階層キャッシングの実装により、現時点におけるアセットの人気度に基づいて最も経済的なメディアからアセットが動的および自動的に供給される。
このセクションでは、1次RAMキャッシングのアルゴリズムの可能な1実装を概説する。このアルゴリズムについては、拡張可能なサーバ複合体をサポートするためにどのように前記1次キャッシュが他のキャッシュ階層と連動して作動するかを示すためにここで説明する。
前記2次キャッシュの目的は、アセットが外部ストレージ20から読み込まれる際にこれらのアセット全てをキャッシュすることにより、アセットストレージ帯域幅をストリーミング帯域幅から切り離すことである。それは、複製およびファイルシステムを有さない未加工のブロックレベルストレージとして管理される大型ローカルドライブアレイを含んでもよい。それは、「格納及び転送」タイプのキャッシュでもよく、すなわち、前記キャッシュコンテンツは前記ブロックが読み込まれるにつれて書き込まれ、前記保存操作は、外部ストレージからのデータフローに影響を与えないものである。IP2160メディアサーバ(Midstream Technologies)において、たとえば、前記2次キャッシュは、前記内部ドライブ・アレイの一部に内在する。
前記ストリームサービスリクエストを処理するためにビデオポンプ14を選択する際、前記リソースコントローラ10は前記アセットをすでにキャッシュに有する可能性が最も高いサーバを検索するが、前記複合体中のリソースの最適な利用を行うために前記複合体中の別のサーバにリクエストを送る場合がある。たとえば、単一の非常に人気があるアセットが1ビデオポンプの1次RAMキャッシュから供給され、このアセットを要求しているビューワストリームの数が、前記ビデオポンプの帯域幅ストリーミング容量を飽和させているとする。この場合、前記ビデオポンプは、3次外部ストレージインタフェースまたは内部2次ディスクドライブを利用しないので、結果として、これらの階層から発せられる大域ストリーム・ロードのよい高いパーセンテージは前記複合体の他のビデオポンプ14に置かれることになる。ビデオポンプ上の2次ローカルキャッシュディスク帯域幅には限度があるので、他のビデオポンプ14上にキャッシュされたストリームの結果として生じた増加は、これらの2次ディスク帯域幅を上回り、実質的に前記複合体がサポートできるストリームの数を制限する可能性がある。前記複合体の全体としての処理能力を最大にするために、図5において示されるような比率で、キャッシュ可及びキャッシュ不可のアセットのバランスのとれたミックスが、各ビデオポンプで維持される必要がある。
1.ストリームリクエストが、リソースコントローラ10にとどく。
2.前記リソースコントローラ10は、どのビデオポンプ14が最後に該当アセットを配信したかを判定する。
3.どのビデオポンプ14も前記アセットを配信していない場合は、前記リソースコントローラ10は最も使用可能なストリーミング帯域幅を有するビデオポンプに、前記リクエストを誘導する。
4.そうではなく、ビデオポンプ14が見つかった場合は、前記リソースコントローラ10は、前記ビデオポンプ上のこのアセットの現在有効な計数が定義済みのしきい値未満であるかどうかを確認する。
b.前記しきい値を上回った場合、前記コントローラ10は、最も使用可能なストリーミング帯域幅を有するビデオポンプに前記リクエストを誘導する。
請求項は、本明細書において開示された例示の実施形態に限定されるものではない。
たとえば、ブロックマップキャッシング及びVFSスタック可能ファイルシステムモジュールに基づく分散型のストレージアーキテクチャ、更に、階層キャッシングに基づく拡張可能なストリーミングビデオ・サーバ複合体の前述の開示では、コンテンツライタ、ビデオポンプ、コントローラなどの用語が使用されるが、それらは本出願の保護範囲を制限するためであると、または本明細書で記載される前記システム、デバイスおよび方法は開示された前述の特定の方法および装置に限定されることを意味すると、解釈されるべきではない。さらに、当業者によって理解されるように、本明細書で開示される多くの発明の観点は、ストリーミングメディアまたはビデオ・オン・デマンド以外の目的のために使用されるコンピュータシステムにおいても適用可能である。同様に、本発明は、上述されたような、VFSスタック可能ファイルシステムモジュールおよび/またはブロックマップを使用するシステム、または、特定タイプのコンピュータ、プロセッサ、スイッチ、ストレージデバイス、メモリ、アルゴリズム、その他を使用したシステムに限定されるものではない。前記コンテンツライタ、ビデオポンプ、リソースコントローラ等は、基本的にはプログラム可能なコンピュータであり、本明細書で開示された発明の概念から逸脱することなしに様々な形式を取り得るものである。デジタル処理、ネットワークおよびストレージ機能の急速なコスト低下により、前記システムの発明のオペレーションを変更することなしに、例えば、特定機能用の処理と格納を本明細書で記載された機能要素の1つから別の機能要素に移すことが容易に可能である。多くの場合、本明細書において記載されている実装箇所(すなわち機能要素)は、単に設計者の好みであって、厳密な必要条件ではない。したがって、それらが明白に限定されない限り、保護の範囲が上述された特定の実施形態に限定されるべきものではない。
Claims (50)
- データのストリーミングのための分散型ストレージシステムであって、前記システムは、
1若しくはそれ以上のアセットファイルを第1のストレージデバイス上のローカルファイルシステム内に格納し、前記アセットファイル用のブロックマップを作成することができる第1のコンピュータと、
前記ブロックマップのコピーを第2のコンピュータに連結した第2のストレージデバイス上に格納することができるプロセスであって、前記第2のコンピュータは前記第1のストレージデバイスにも連結している、前記プロセスと、
前記第2のコンピュータが前記第1のストレージデバイス上の前記アセットファイルにアクセスするのを可能にするファイルシステムと、
を有する、分散型ストレージシステム。 - 請求項1記載の分散型ストレージシステムにおいて、前記ブロックマップは、前記第1のストレージデバイスにおいて前記アセットファイルが格納される場所の境界に関する情報を含むものである。
- 請求項1記載の分散型ストレージシステムにおいて、前記ファイルシステムは、仮想ファイルシステム(VFS)を有し、前記VFSは、前記第2のコンピュータが前記ブロックマップのコピーを使用して、前記第1のストレージデバイス上にある前記アセットファイルへアクセスすることを可能にするものである。
- 請求項1記載の分散型ストレージシステムにおいて、前記第1のコンピュータが前記アセットファイルを格納する時に、前記ローカルファイルシステムは、ブロック配置アルゴリズムを使用して、複数ローカルファイルシステムブロックを連続的に書き込むことができるものである。
- 請求項1記載の分散型ストレージシステムにおいて、この分散型ストレージシステムは、さらに、前記第1のコンピュータと、前記第2のコンピュータと、前記ストレージデバイスとの間で並行のノンブロッキングアクセスを提供可能なスイッチを有するものである。
- 請求項1記載の分散型ストレージシステムにおいて、前記プロセスは、前記アセットファイルの位置へのポインタを含むヒントファイルを作成することができるものである。
- 請求項1記載の分散型ストレージシステムにおいて、前記第1のストレージデバイスは3次ストレージメカニズムを提供することができ、前記第2のコンピュータは1次および2次ストレージメカニズムを有するものである。
- 請求項7記載の分散型ストレージシステムにおいて、前記1次ストレージメカニズムはランダムアクセスメモリ(RAM)を有し、前記2次ストレージメカニズムはディスクストレージを有するものである。
- 請求項1記載の分散型ストレージシステムにおいて、前記VFSはスタック可能な仮想ノードインタフェースと少なくとも1つの仮想ノードを有するものである。
- 請求項1記載の分散型ストレージシステムにおいて、この分散型ストレージシステムは、さらに前記第2のコンピュータに連結する前記第2のストレージデバイス上のブロックマップファイルのコピーが前記第1のストレージデバイス上の対応するアセットファイルの名前と実質的に同じ名前になるように調整することができるコンテンツ同期(syncher)プロセスを有するものである。
- 請求項1記載の分散型ストレージシステムにおいて、
前記ブロックマップは、前記アセットファイルが前記第1のストレージデバイスに格納される場所の境界に関する情報を含み、
前記ファイルシステムは、前記第2のコンピュータが前記ブロックマップのコピーを使用して、前記第1のストレージデバイス上にある前記アセットファイルにアクセスすることを可能にする仮想ファイルシステム(VFS)と、スタック可能な仮想ノードインターフェースと、少なくとも1つの仮想ノードとを有し、
前記プロセスは、前記アセットファイルの位置へのポインタを有するヒントファイルを作成することができるものである。 - 請求項11記載の分散型ストレージシステムにおいて、前記第1のストレージデバイスは3次ストレージメカニズムを提供することができ、前記第2のストレージデバイスは2次ストレージメカニズムを提供し、且つ、前記第2のコンピュータは1次ストレージメカニズムを有しており、前記1次ストレージメカニズムはランダムアクセスメモリ(RAM)を有し、前記2次ストレージメカニズムはディスクストレージを有するものである。
- 請求項11記載の分散型ストレージシステムにおいて、この分散型ストレージシステムは、さらに前記第2のストレージデバイス上のブロックマップフィルのコピーが前記第1のストレージデバイス上の対応するアセットファイルの名前と関連する名前を持つように調整することができるコンテンツ同期(syncher)プロセスを有するものである。
- 請求項11記載の分散型ストレージシステムにおいて、この分散型ストレージシステムは、さらに前記第1のコンピュータと、前記第2のコンピュータと、前記ストレージデバイスとの間で並行のノンブロッキングアクセスを提供可能なスイッチを有するものである。
- 第1のコンピュータにインターフェースする第1のストレージデバイス上の第1のファイルシステム中に格納されている複数のデータブロックを有するファイルを第2のコンピュータが読み込むのを可能にする仮想ファイルシステムであって、
スタック可能なvnodeインタフェースと、
前記第2のコンピュータによって使用される第2のファイルシステムに格納されたブロックマップファイルを使用して前記ファイルを表すものである、vnodeと、
を有する仮想ファイルシステム。 - 請求項15記載の仮想ファイルシステムにおいて、前記ブロックマップファイルは、論理ブロックアドレスと、隣接するセクターの計数を含むブロック長とを含むブロックディスクリプタを含むものである。
- 請求項16記載の仮想ファイルシステムにおいて、前記ブロックディスクリプタは、前記ファイルのデータブロックを含む論理格納位置を表すものである。
- 請求項16記載の仮想ファイルシステムにおいて、前記ブロックマップファイルは、さらに前記ストレージデバイスのパラメータを有するヘッダを含むものである。
- 請求項18記載の仮想ファイルシステムにおいて、前記パラメータは小型コンピューターシステムインターフェース(SCSI)のターゲット識別子を含むものである。
- 請求項18記載の仮想ファイルシステムにおいて、前記パラメータは小型コンピューターシステムインターフェース(SCSI)の論理装置番号を含むものである。
- 請求項18記載の仮想ファイルシステムにおいて、前記パラメータはディスクスライスを含むものである。
- 請求項18記載の仮想ファイルシステムにおいて、前記パラメータは前記第1のファイルシステムのブロックサイズを含むものである。
- 請求項18記載の仮想ファイルシステムにおいて、前記パラメータは前記ブロックマップファイルのブロックディスクリプタの計数を含むものである。
- 請求項15記載の仮想ファイルシステムにおいて、前記データブロックのサイズは前記第1のファイルシステムのブロックサイズの倍数である。
- 請求項15記載の仮想ファイルシステムにおいて、前記ブロックマップファイルは、前記ファイルが前記ストレージデバイス上に格納されるときにプロセスにより作成されるものである。
- 請求項25記載の仮想ファイルシステムにおいて、前記プロセスは前記第1のコンピュータで実行可能である。
- 請求項15記載の仮想ファイルシステムにおいて、前記第1および第2のファイルシステムのタイプは同一のものである。
- 第1のストレージデバイスに格納された第1のファイルからデータを読み込む方法であって、
ブロックマップを第2のファイルに格納する工程であって、前記ブロックマップは論理ブロックアドレスのリストを有し、且つ前記リスト中の少なくとも1つの論理ブロックアドレスは前記第1のファイルにデータを格納するために使用されるセクタを識別するものである、前記格納する工程と、
前記第1のファイルと関連付けられた仮想ファイルからデータを読み込むためのシステムコールを発行する工程と、
前記データと関連付けられた論理ブロックアドレスを取り出す工程と、
前記関連した論理ブロックアドレスを使用して前記第1のストレージデバイスからデータを読み込む工程と、
を有する方法。 - 請求項28記載の方法において、この方法は、さらに、前記第1のファイルが前記第1のストレージデバイスに格納される時に、前記ブロックマップを作成する工程を有するものである。
- 請求項28記載の方法において、この方法は、さらに、前記第1のファイルへのポインタを有するヒントファイルを作成する工程を有する。
- 請求項28記載の方法において、前記第2のファイルは第2のストレージデバイスに格納されるものである。
- 請求項31記載の方法において、この方法は、さらに、前記第1のストレージデバイスを第1のコンピュータおよび第2のコンピュータに連結させる工程と、前記第2のストレージデバイスを前記第2のコンピュータに連結させる工程とを有するものである。
- 請求項28記載の方法において、前記リストは、さらに、各論理ブロックアドレスに関連付けられたブロック長を有し、前記ブロック長は前記識別されたセクタに続く連続セクタの計数を表すものである。
- 請求項33記載の方法において、この方法は、さらに、関連したブロック長を取り出す工程を有し、前記データブロックは前記取り出された論理ブロックアドレスおよび前記関連したブロック長によって識別される論理記憶領域に含まれるものである。
- コンピュータ可読命令を有するコンピュータ可読媒体であって、
前記命令は、ブロックマップを第2ファイルに格納する工程であって、前記ブロックマップは論理ブロックアドレスのリストを有し、且つ前記リスト中の少なくとも1つの論理ブロックアドレスは第1のファイルにデータを格納するために使用されるセクタを識別するものである、前記格納する工程と、
前記第1のファイルに関連した仮想ファイルからデータを読み込むためのシステムコールを発行する工程と
前記データに関連付けられた論理ブロックアドレスを取り出す工程と、
前記関連付けられた論理ブロックアドレスを使用して、第1のストレージデバイスからデータを読み込む工程とのためのものである、
コンピュータ可読媒体。 - 請求項35記載のコンピュータ可読媒体において、このコンピュータ可読媒体は、さらに、前記第1のファイルが前記第1のストレージデバイスに格納される際に前記ブロックマップを作成するためのコンピュータ可読命令を有するものである。
- 請求項35記載のコンピュータ可読媒体において、このコンピュータ可読媒体は、さらに、前記第1のファイルへのポインタを有するヒントファイルを作成するためのコンピュータ可読命令を有するものである。
- 請求項35記載のコンピュータ可読媒体において、前記第2のファイルは第2のストレージデバイスに格納されるものである。
- 請求項35記載のコンピュータ可読媒体において、前記リストは、さらに、各論理ブロックアドレスに関連付けられたブロック長を有し、前記ブロック長は前記識別されたセクタに続く連続セクタの計数を表すものである。
- 請求項39記載のコンピュータ可読媒体において、このコンピュータ可読媒体は、さらに、関連したブロック長を取り出す工程のためのコンピュータ可読命令を有し、前記データブロックは、前記取り出された論理ブロックアドレスおよび前記関連したブロック長によって識別される論理記憶領域に含まれるものである。
- 階層キャッシュシステムであって、
デジタルアセットを格納可能な3次キャッシュメモリと、
前記3次キャッシュメモリに連結された複数のサーバとを有し、
1若しくはそれ以上のサーバは、前記3次キャッシュメモリからのアセットのコピーを受け取り、ストリームを出すことができる2次キャッシュメモリと、
前記2次キャッシュメモリからのアセットのコピーを受け取り、複数のストリームを出すことができる1次キャッシュメモリと、
を有する階層キャッシュシステム。 - 請求項41記載の階層キャッシュシステムにおいて、前記複数のサーバは複数のビデオポンプを有するものである。
- 請求項41記載の階層キャッシュシステムにおいて、この階層キャッシュシステムは、さらに、前記アセットをストリームするために前記複数のビデオポンプの内から1ビデオポンプを選択することができるリソースコントローラをさらに有するものである。
- 請求項41記載の階層キャッシュシステムにおいて、前記3次キャッシュメモリはディスクストレージを有するものである。
- 請求項41記載の階層キャッシュシステムにおいて、前記3次キャッシュメモリはディスクアレイを有するものである。
- 請求項41記載の階層キャッシュシステムにおいて、前記2次キャッシュメモリはディスクストレージを有するものである。
- 請求項41記載の階層キャッシュシステムにおいて、前記1次キャッシュメモリはランダムアクセスメモリ(RAM)を有するものである。
- 3次キャッシュと複数のサーバとを有する階層キャッシュシステム中のアセットをストリームするための方法であって、前記サーバの各々は前記3次キャッシュに連結され、1次キャッシュおよび2次キャッシュを含むものであり、
前記複数のサーバの内で、前記3次キャッシュから前記アセットをストリームさせている最後のサーバと、前記最後のサーバの第1次および第2次キャッシュからのアセットのストリーム計数とを決定する工程と、
前記計数が予め定められたしきい値未満の場合は、前記最後のサーバから前記アセットをストリームさせる工程と、
そうでない場合は、最大の使用可能なストリーミング帯域幅を有するサーバから前記アセットをストリームさせる工程と
を有するものである方法。 - 請求項48記載の方法において、前記サーバはビデオポンプとして構成されるものである。
- 請求項48記載の方法を実行するためのコンピュータ可読命令を有するコンピュータ可読媒体。
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