JPH08202595A - ファイルシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ファイルシステムが具備する限られた高速記
憶装置と低速記憶装置とを有効利用しつつデータアクセ
スの遅延を解消しうるファイルシステムを提供する。 【構成】 高速デバイスと低速デバイスを有するファイ
ルシステムにおいてファイルの書込みを行う際、高速デ
バイスにファイルの全データが格納可能であれば、デー
タを書き込む。全データの格納が可能でなければ、低速
デバイスの遅延隠蔽できるだけの格納領域が確保できる
かを判断し、可能であれば、その分のデータ量を高速デ
バイスに格納し、その残りのデータを低速デバイスに格
納する。また、高速デバイスに遅延隠蔽できるだけの格
納領域がない場合は、最後のアクセスから最も時間の経
過したファイルのうち低速デバイスの遅延隠蔽できるだ
けのデータ量を高速デバイスに残し、その残りのデータ
を低速デバイスに移動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、計算機システムにおい
て２次記憶の管理を行うファイルシステムに関し、特に
大量データを保有するファイルの管理に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来からデータの大容量化に対応するた
めに、複数の記憶装置を階層構造とし経済的で高性能な
計算機システムの構築が図られている。一般に、記憶装
置は、その特性により、記憶容量当たりの単価が高価で
あるが処理速度が高速である高速記憶装置と、単価が安
価であるが処理速度が低速である低速記憶装置と、に大
別でき、これらを組み合わせて経済的で高性能な計算機
システムの構築が図られてきた。

【０００３】昨今、例えばビデオサーバのような極めて
大量のデータを扱うシステムにおいて、階層構造の記憶
装置という考え方は、バックアップ等を主目的とする２
次記憶装置にも適用され、テープや光ディスクなどの記
憶装置に記憶されたファイルは、ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ等
高速にデータアクセス可能な記憶装置にいったんコピー
された後に利用されている。

【０００４】ところで、特開平６−１１０７６６号公報
には、ファイルを複数のファイルシステムに分割格納し
てストレージシステムへの負荷分散を図る構成が開示さ
れているが、このように、単一ファイルを複数の記憶装
置に分割して格納することで、記憶装置の低速な処理速
度をカバーしファイルシステムの処理速度の向上を図る
システムが構築されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ように、低速記憶装置あるいは２次記憶装置に単一のフ
ァイル全体を記憶し、この単一ファイルをいったん高速
記憶装置にコピーしてアクセスさせるというような緩衝
記憶装置として高速記憶装置を利用する場合、上記ファ
イルを最初にアクセスするときにはいったん高速記憶装
置にコピーしなくてはならない。例えば、ビデオサーバ
システムにおいて、まだアクセスされていないビデオデ
ータを送信する場合は、そのビデオデータの格納されて
いる低速記憶装置からのデータ読出しが必要となる。こ
の低速記憶装置におけるデータアクセス時間が、ビデオ
サーバシステムにおけるビデオデータ送信要求受付から
送信開始までの遅延要因となってしまう。

【０００６】特に、低速記憶装置がたとえ安価であると
はいっても書込みを一度しか許さないライトワンスデバ
イスの場合、効果的な利用方法が望まれる。

【０００７】本発明は以上のような問題を解決するため
になされたものであり、その目的は、ファイルシステム
が具備する限られた高速記憶装置と低速記憶装置とを有
効利用しつつデータアクセスの遅延を解消しうるファイ
ルシステムを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】以上のような目的を達成
するために、請求項１記載の発明は、データ入出力性能
や容量の異なる複数のストレージデバイスにより構成さ
れ、ファイルの利用方法によりファイルデータを分割し
て前記ストレージデバイスに割り当てることを特徴とす
る。

【０００９】請求項２記載の発明は、複数回読み書きを
許す高速デバイス及び書込みを一度しか許さない低速デ
バイスから構成される請求項１記載のファイルシステム
において、ファイルの書込みは、容量の許す限り前記高
速デバイスを利用し、前記高速デバイスに必要量の容量
がない場合に前記低速デバイスを利用することを特徴と
する。

【００１０】請求項３記載の発明は、請求項２記載のフ
ァイルシステムにおいて、前記高速デバイスに記憶され
たファイルのアクセス履歴に基づいて選出されたファイ
ルデータを分割して前記高速デバイス及び前記低速デバ
イスに再配置することを特徴とする。

【００１１】

【作用】本発明においては、アプリケーションプログラ
ムからファイルシステムへのファイルの書込み要求があ
ると、容量の許す限り高速デバイスに対して書込みを行
う。高速デバイスに必要量の容量がない場合、高速デバ
イスに記憶されたファイルのアクセス履歴に基づいて一
のファイルを選出する。そのファイルのデータを分割し
て高速デバイス及び低速デバイスに再配置する。これに
より、より経済的なストレージデバイスの使用、動画デ
ータの途中からの読出しなどのある程度のアクセスパタ
ーンの変動に対応できる。また、ライトワンスデバイス
を有効利用することができる。

【００１２】アプリケーションプログラムからファイル
システムにファイル読出しの要求があると、ファイルシ
ステムは、高速デバイスと低速デバイスに同時にアクセ
ス要求を出すが、速度の速い分、高速デバイスからのデ
ータを先に読み出し、その後に低速デバイスのデータを
読み出すことになる。これにより、大量データの読出し
を必要とするビデオサーバ等のアプリケーションに対
し、より小さい遅延時間でデータを提供することができ
る。

【００１３】

【実施例】以下、図面に基づいて、本発明の好適な実施
例を説明する。

【００１４】図１は、本実施例におけるファイルシステ
ムを利用した計算機システムの構成図である。計算機シ
ステムは、高速記憶装置（以下、高速デバイスという）
２と前述した低速記憶装置としてのライトワンスデバイ
ス（以下、低速デバイス）４というデータ入出力性能や
容量の異なるストレージデバイスで構成されるファイル
システムの他に、ＣＰＵ６、メモリ８、ＬＡＮと接続す
る通信インタフェイス１０とを有している。本実施例に
おいては高速デバイス２と低速デバイス４とが各１台ず
つ搭載されている例で説明するが、この台数に限られる
ものではない。本実施例における高速デバイス２は、通
常のディスク装置であり何度でも読み書き可能であり、
ファイルシステムの空き領域管理情報やファイルのデー
タ配置管理情報を記憶する。なお、本実施例において用
いるファイルは、追加書込みを一切許さず、また、読出
しは、全てのデータを先頭から読み出すものとする。

【００１５】図２は、本実施例における書込み処理を示
したフローチャートであり、以下、この図を用いてファ
イルシステムへのファイル書込み処理について説明す
る。

【００１６】アプリケーションプログラムからファイル
システムへのファイルの書込み要求があると、そのファ
イルが高速デバイス２上に格納可能かを判断する（ステ
ップ１０１）。なお、アプリケーションプログラムはＣ
ＰＵ６により実行される。高速デバイス２にファイルの
全データが格納可能であれば、そのためのデータ領域を
確保し（ステップ１０７）、アプリケーションプログラ
ムからデータを順次受け取り書込みを行う（ステップ１
０８）。低速デバイス４を利用せずに容量の許す限り高
速デバイス２を利用して全データを格納することでデー
タ読出し時の高速化が図れる。

【００１７】高速デバイス２にファイルの全データが格
納可能でなければ、遅延隠蔽できるだけの格納領域が確
保できるかを判断する（ステップ１０２）。遅延隠蔽で
きるだけの格納領域は、低速デバイス４の遅延隠蔽に必
要なデータ量に相当する。

【００１８】ここで、遅延隠蔽に必要なデータ量につい
て説明する。前述したように、ファイルシステムにおい
て高速記憶装置を緩衝記憶装置として利用する場合、ま
だアクセスされていないファイルをアクセスするときに
発生する遅延は、低速デバイス４に対する処理速度の遅
さにより生じるものである。この遅延時間は、低速デバ
イス４に対してデータ読出し要求を出してから完了する
までにかかる時間に相当し、低速デバイス４のデータ読
出し処理速度に依存する。つまり、遅延隠蔽に必要なデ
ータ量は、低速デバイス４の読出し速度とアプリケーシ
ョンプログラムの処理速度によって決定される。本実施
例では、システムパラメータとしてファイルシステムが
記憶している。なお、より厳密にいえば、遅延隠蔽に必
要なデータ量を決定する遅延時間長は、システム環境、
負荷等により変動するが、この条件は本実施例に限られ
たことではないので特記しない。

【００１９】従って、高速デバイス２に遅延隠蔽できる
だけの格納領域が確保できると判断した場合は、そのデ
ータ量分の領域を高速デバイス２に確保する。そして、
その残りのデータを格納できる領域を低速デバイス４に
確保する（ステップ１０６）。その後、アプリケーショ
ンプログラムからデータを順次受け取り、所定量のデー
タの書込みを高速デバイス２あるいは低速デバイス４に
対して行う（ステップ１０８）。このようにして、高速
デバイス２に必要量の格納領域が確保できない場合にの
み低速デバイス４を利用することになるので、より経済
的なストレージデバイスの使用を行うことができる。

【００２０】ステップ１０２において、高速デバイス２
上に遅延隠蔽できるだけの格納領域が確保できないと判
断された場合、全データを高速デバイス２上に記憶され
ているファイルの中から最後のアクセスから最も時間の
経過したファイルを選択する。この選択されたファイル
において、前述した遅延隠蔽に必要なデータ量を高速デ
バイス２に残し、その他のデータを低速デバイス４に移
動可能かどうかを判断する（ステップ１０３）。低速デ
バイス３に当該他のデータを格納可能な空き領域がなけ
れば、次に時間の経過しているファイルを選択する。一
つも該当するファイルが存在しなければ、エラー報告を
アプリケーションプログラムに対して行う（ステップ１
０４）。アプリケーションプログラムは、このエラー報
告を受けるとファイルシステムが満杯であると判断す
る。

【００２１】ステップ１０３において、低速デバイス４
にデータの移動可能な空き領域が存在すると判断した場
合、遅延隠蔽できるデータ量を引いた残りのデータを低
速デバイス４に移動する（ステップ１０９）。もし、必
要であれば、高速デバイス２上でガーベージコレクショ
ンを行う。

【００２２】なお、ステップ１０２において、最後のア
クセスから最も時間の経過したファイルを選択している
が、これはファイル管理データを参照することで可能と
なる。

【００２３】図３は、本実施例におけるファイルシステ
ムで用いるファイル管理データに含まれるデータフォー
マット及びその数値例である。このファイル管理データ
２０は、ファイル毎に割り付けられており、デバイス種
別２１、２４、ブロック開始位置２２、２５、ブロック
数２３、２６及び当ファイルへ最後にアクセスのあった
ときのタイムスタンプ２７を各領域に格納する。図３に
は、領域２１〜２３で高速デバイス（＝０）にアドレス
０から１００ブロックのサイズかつ領域２４〜２６で低
速デバイス（＝１）にアドレス０から１０００ブロック
のサイズを持ち、領域２７で最後にアクセスされたのは
１０２４９０の時であるというファイルの例が示されて
いる。このデータフォーマットには、ファイルのアクセ
ス履歴のうち最新のデータのみが領域２７に格納されて
いる。

【００２４】次に、本実施例におけるファイルの読出し
処理について図４に示されたフローチャートを用いて説
明する。

【００２５】アプリケーションプログラムからファイル
システムに対してファイルの読出し要求があると、当該
ファイルに対応したファイル管理データのタイムスタン
プの更新登録を行い、読出しを実行する（ステップ２０
１）。読み出されるデータは、アプリケーションプログ
ラムに高速デバイス２からあるいは高速デバイス２及び
低速デバイス４から順次送出される。

【００２６】ここで、当該ファイルが高速デバイス２及
び低速デバイス４に分割して記憶されている場合は、タ
イムスタンプ直後に高速デバイス２及び低速デバイス４
の両方に読出し命令を同時発行する。高速デバイス２か
らのデータ読出しは、早々に完了し、アプリケーション
プログラムにデータを送出する。この送出されるデータ
量は、低速デバイス４の遅延隠蔽できる量である。従っ
て、高速デバイス２からのデータ送出完了とほぼ同時に
低速デバイス４におけるデータ読出しは完了し、高速デ
バイス２からのデータに続いて低速デバイス４からデー
タがアプリケーションプログラムに対して送出されるこ
とになる。ファイルシステムは、低速デバイス４に格納
されたデータが大きい場合もアプリケーションプログラ
ムへのデータ送出が完了する前に低速デバイス４からの
データ読出しが完了するようなタイミング及び量の読出
し命令を低速デバイス４に対して発行することにより、
低速デバイス４の処理遅延を隠蔽する。

【００２７】このように、高速デバイス２と低速デバイ
ス４に一つのファイルを分割して格納する際、高速デバ
イス２に低速デバイス４からのデータ読出し開始までに
かかる時間で読出し可能なデータ量を記憶させておくよ
うにしたので、ファイルの読出し処理の無駄な待ち時間
を著しく軽減することができる。また、低速デバイス４
に対して高価な高速デバイス２の使用量を最小限に抑え
ることができるのでより安価なファイルシステムを提供
することができる。

【００２８】ところで、本実施例のように低速デバイス
４が書込みを一度しか許さないデバイス上のファイルを
削除する場合、その削除するデータ格納領域は使用不可
となる。一方、高速デバイス２上の領域は再利用でき
る。本実施例における書込み処理は、最初に高速デバイ
ス２上にファイルの全データが格納可能であるかを調
べ、その領域が確保できないときのみ低速デバイス４に
対して書込みを行うようにしている。すなわち、高速デ
バイス２に空き領域がある場合は、ファイルの全データ
を高速デバイス２に格納することで処理の高速化を実現
し、高速デバイス２に空き領域が少なくなってきたとき
には、処理の遅延を隠蔽しうるデータ量のみを高速デバ
イス２に残し、他のデータのみを低速デバイス４に移動
させるようにすることで、処理の遅延を最小限に抑えつ
つかつ書込みを一度しか許さない低速デバイス４の使用
量をも軽減させることができる。本実施例においては、
このようにファイルシステムの持つ記憶装置の特性を生
かしつつその有効利用が図られている。

【００２９】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、大量デー
タの読出しにおいて、低速デバイスをストレージとして
主に利用する場合においても、高速デバイスに低速デバ
イスの遅延隠蔽できるだけのデータ量のみを格納してお
くようにすれば、アプリケーションプログラムによるデ
ータ読出し要求からデータ送出までに要する時間を著し
く軽減することが可能となる。

【００３０】請求項２記載の発明によれば、高速デバイ
スに必要量の容量がない場合にのみ低速デバイスを利用
するようにしたので、低速デバイスにおける使用不可領
域の発生を最小限に抑えることが可能となる。

【００３１】請求項３記載の発明によれば、使用頻度の
高いファイルは高速デバイス上により多くのデータを保
管することが可能となり、多様なアクセスパターンにお
いても請求項１記載の発明と同等な効果を奏することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係るファイルシステムを利用した計
算機システムの一実施例を示した構成図である。

【図２】 本実施例における書込み処理を示したフロー
チャートである。

【図３】 本実施例におけるファイルシステムで用いる
ファイル管理データに含まれるデータフォーマット及び
その数値例を示した図である。

【図４】 本実施例における読出し処理を示したフロー
チャートである。

【符号の説明】

２ 高速デバイス、４ 低速デバイス、６ ＣＰＵ、８
メモリ、１０ 通信インタフェイス。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 データ入出力性能や容量の異なる複数の
   ストレージデバイスにより構成され、ファイルの利用方
   法によりファイルデータを分割して前記ストレージデバ
   イスに割り当てることを特徴とするファイルシステム。
2. 【請求項２】 複数回読み書きを許す高速デバイス及び
   書込みを一度しか許さない低速デバイスから構成される
   請求項１記載のファイルシステムにおいて、 ファイルの書込みは、容量の許す限り前記高速デバイス
   を利用し、前記高速デバイスに必要量の容量がない場合
   に前記低速デバイスを利用することを特徴とするファイ
   ルシステム。
3. 【請求項３】 請求項２記載のファイルシステムにおい
   て、 前記高速デバイスに記憶されたファイルのアクセス履歴
   に基づいて選出されたファイルデータを分割して前記高
   速デバイス及び前記低速デバイスに再配置することを特
   徴とするファイルシステム。