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特許7580398ストレージ・システム内の選択されたボリュームのキャッシュ・ヒット率の改善方法、システム、プログラム
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-10-31
(45)【発行日】2024-11-11
(54)【発明の名称】ストレージ・システム内の選択されたボリュームのキャッシュ・ヒット率の改善方法、システム、プログラム
(51)【国際特許分類】
G06F 3/06 20060101AFI20241101BHJP
G06F 12/0866 20160101ALI20241101BHJP
G06F 12/126 20160101ALI20241101BHJP
G06F 13/10 20060101ALI20241101BHJP
【ＦＩ】
G06F3/06 302A
G06F3/06 301P
G06F3/06 301Z
G06F12/0866 100
G06F12/126
G06F13/10 340B
【請求項の数】
15
(21)【出願番号】P 2021567777
(86)(22)【出願日】2020-04-28
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2022-07-12
(86)【国際出願番号】 IB2020053990
(87)【国際公開番号】W WO2020229921
(87)【国際公開日】2020-11-19
【審査請求日】2022-09-22
(31)【優先権主張番号】16/409,826
(32)【優先日】2019-05-12
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】390009531
【氏名又は名称】インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション
【氏名又は名称原語表記】ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ ＢＵＳＩＮＥＳＳ ＭＡＣＨＩＮＥＳ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
【住所又は居所原語表記】Ｎｅｗ Ｏｒｃｈａｒｄ Ｒｏａｄ， Ａｒｍｏｎｋ， Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ １０５０４， Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ
(74)【代理人】
【識別番号】100112690
【弁理士】
【氏名又は名称】太佐 種一
(72)【発明者】
【氏名】グプタ、ローケーシュ、モハン
(72)【発明者】
【氏名】ピーターソン、ベス、アン
(72)【発明者】
【氏名】アシュ、ケヴィン
(72)【発明者】
【氏名】アンダーソン、カイラー
【審査官】北村 学
(56)【参考文献】
【文献】特開平１１－３３８７７５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００２－１４９４９２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００２－３２４０００（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２００９／００５５５９５（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１８／０２７５８８４（ＵＳ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１５／１４５７６２（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
ＩＰＣ Ｇ０６Ｆ ３／０６ － ３／０８
Ｇ０６Ｆ １２／００ － １２／１２８
Ｇ０６Ｆ １３／１０ － １３／１４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
プロセッサと、前記プロセッサに動作可能に結合されているメモリ・デバイスを有するシステムにおいて、同期Ｉ／Ｏの使用時の選択されたボリュームのキャッシュ・ヒット率を改善するための方法であって、前記方法が、キャッシュにおいて、非優先ストレージ・エリアからの非優先ストレージ要素の第１の組を確立することと、
前記キャッシュにおいて、優先ストレージ・エリアからの優先ストレージ要素の第２の組を確立することと、
前記非優先ストレージ要素が前記キャッシュ中に存在することになる推定寿命を計算し、前記推定寿命にレジデンシ乗数N（ここでN≧２）を乗じて、前記優先ストレージ要素が前記キャッシュに存在するレジデンシ時間を決定することと、
前記非優先ストレージ要素の第1の組を第1のＬＲＵリストに記録し、前記優先ストレージ要素の第2の組を第2のＬＲＵリストに記録することであって、
前記第２のＬＲＵリスト中の最も古い優先ストレージ要素のレジデンシ時間が、前記非優先ストレージ要素の推定寿命よりも大きい場合、前記第２のＬＲＵリスト中の最も古い優先ストレージ要素をキャッシュからエビクトし、
前記第２のＬＲＵリスト中の最も古い優先ストレージ要素のレジデンシ時間が、前記非優先ストレージ要素の推定寿命よりも小さい場合には、前記第１のＬＲＵリスト中の最も古い非優先ストレージ要素をキャッシュからエビクトすることと、
同期Ｉ／Ｏプロセスを介して、前記優先ストレージ要素にアクセスすることと、
非同期Ｉ／Ｏプロセスを介して、前記非優先ストレージ要素にアクセスすること
を含む、方法。
【請求項2】
前記レジデンシ乗数Nは、前記優先ストレージ・エリアからの優先ストレージ要素が前記キャッシュ中に存在する時間を、前記非優先ストレージ・エリアからの非優先ストレージ要素が前記キャッシュ中に存在する時間で除算した値であり、前記値が２未満は２として計算される、請求項1に記載の方法。
【請求項3】
前記非優先ストレージ・エリアは非優先ボリュームであり、前記優先ストレージ・エリアは優先ボリュームである、請求項１に記載の方法。
【請求項4】
前記優先ストレージ要素を非優先ストレージ要素よりもキャッシュ中に長く存在させる、請求項１に記載の方法。
【請求項5】
前記推定寿命を計算することは、前記第１の組中の最も過去に使用された非優先ストレージ要素のタイムスタンプを、前記第１の組中の直近に使用された非優先ストレージ要素のタイムスタンプから減算することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項6】
前記非優先ストレージ要素の第１の組は第１のＬＲＵリストにおいてドキュメント化され、前記優先ストレージ要素の第２の組は第２のＬＲＵリストにおいてドキュメント化される、請求項１に記載の方法。
【請求項7】
前記非優先ストレージ・エリアまたは優先ストレージ・エリアあるいはその両方は、オンライン・コマンドおよび構成ファイルの少なくとも一方を使用して確立される、請求項１に記載の方法。
【請求項8】
請求項１～７の何れか１項に記載の方法をコンピュータに実行させる、コンピュータ・プログラム。
【請求項9】
請求項８に記載の前記コンピュータ・プログラムを記録した、コンピュータ可読記憶媒体。
【請求項10】
同期Ｉ／Ｏの使用時の選択されたボリュームのキャッシュ・ヒット率を改善するためのシステムであって、少なくとも１つのプロセッサと、
前記少なくとも１つのプロセッサ上で実行される命令を保存している、前記少なくとも１つのプロセッサに動作可能に結合されている少なくとも１つのメモリ・デバイスと
を備え、前記命令は前記少なくとも１つのプロセッサに、
キャッシュにおいて、非優先ストレージ・エリアからの非優先ストレージ要素の第１の組を確立することと、
前記キャッシュにおいて、優先ストレージ・エリアからの優先ストレージ要素の第２の組を確立することと、
前記非優先ストレージ要素が前記キャッシュ中に存在することになる推定寿命を計算し、前記推定寿命にレジデンシ乗数N（ここでN≧２）を乗じて、前記優先ストレージ要素が前記キャッシュに存在するレジデンシ時間を決定することと、
前記非優先ストレージ要素の第1の組を第1のＬＲＵリストに記録し、前記優先ストレージ要素の第2の組を第2のＬＲＵリストに記録することであって、
前記第２のＬＲＵリスト中の最も古い優先ストレージ要素のレジデンシ時間が、前記非優先ストレージ要素の推定寿命よりも大きい場合、前記第２のＬＲＵリスト中の最も古い優先ストレージ要素をキャッシュからエビクトし、
前記第２のＬＲＵリスト中の最も古い優先ストレージ要素のレジデンシ時間が、前記非優先ストレージ要素の推定寿命よりも小さい場合には、前記第１のＬＲＵリスト中の最も古い非優先ストレージ要素をキャッシュからエビクトすることと、
同期Ｉ／Ｏプロセスを介して、前記優先ストレージ要素にアクセスすることと、
非同期Ｉ／Ｏプロセスを介して、前記非優先ストレージ要素にアクセスすること
を行わせる、システム。
【請求項11】
前記レジデンシ乗数Nは、前記優先ストレージ・エリアからの優先ストレージ要素が前記キャッシュ中に存在する時間を、前記非優先ストレージ・エリアからの非優先ストレージ要素が前記キャッシュ中に存在する時間で除算した値であり、前記値が２未満は２として計算される、請求項１０に記載のシステム。
【請求項12】
前記非優先ストレージ・エリアは非優先ボリュームであり、前記優先ストレージ・エリアは優先ボリュームである、請求項１０に記載のシステム。
【請求項13】
前記優先ストレージ要素を非優先ストレージ要素よりもキャッシュ中に長く存在させる、請求項１０に記載のシステム。
【請求項14】
前記推定寿命を計算することは、前記第１の組中の最も過去に使用された非優先ストレージ要素のタイムスタンプを、前記第１の組中の直近に使用された非優先ストレージ要素のタイムスタンプから減算することを含む、請求項１０に記載のシステム。
【請求項15】
前記非優先ストレージ要素の第１の組は第１のＬＲＵリストにおいてドキュメント化され、前記優先ストレージ要素の第２の組は第２のＬＲＵリストにおいてドキュメント化される、請求項１０に記載のシステム。【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ストレージ・システム内の選択されたボリュームのキャッシュ・ヒット率を高めるためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【0002】
アプリケーションによってＩ／Ｏリクエストが実行されるとき、そのリクエストを完了するためにいくつかのプロセスが実行され得る。これらのプロセスは、アプリケーション応答時間のかなりの部分となり得るＩ／Ｏレイテンシに影響する。ｚＨｙｐｅｒＬｉｎｋは、ホスト・システムとストレージ・システムの間に高速で信頼性の高い直接の通信経路を提供することによって、Ｉ／Ｏレイテンシを低減するように設計された技術である。このことは、ｚ／ＯＳホスト・システムおよびストレージ・システムにｚＨｙｐｅｒＬｉｎｋアダプタをインストールすること、ならびに、ｚＨｙｐｅｒＬｉｎｋケーブルを使用して構成要素を１つに接続することによって、達成される。この構成はホスト・システムとストレージ・システムの間のポイント・ツー・ポイントの接続を作り出し、これによりＩ／Ｏ応答時間がｚ Ｈｉｇｈ－Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ＦＩＣＯＮ（Ｒ）（ｚＨＰＦ）と比較して最低で１０分の１まで低減される。そのような短い応答時間は同期Ｉ／Ｏリクエストを使用することによって達成され、これにより、Ｉ／Ｏ割り込み動作およびｚ／ＯＳディスパッチ動作などのいくつかの機能のために必要な時間の量が低減される。
【0003】
ｚＨＰＦなどの技術を使用して利用可能な標準的なＩ／Ｏ処理では、Ｉ／Ｏ動作が、ｚ／ＯＳディスパッチング、割り込み操作、ＣＰＵキューイング、およびＬ１／Ｌ２プロセッサ・キャッシュ・リローディングなどの、一連の時間のかかるタスクを実行する必要がある。これらのタスクおよびＩ／Ｏ処理に必要な他のタスクによって、Ｉ／Ｏ応答時間が、１３０マイクロ秒超の応答時間に割り込み操作およびＣＰＵディスパッチの時間を加えたものとなり、仮想ストレージ内でのデータの転送と比較して比較的長くなる可能性がある。
【0004】
一般にｚＨｙｐｅｒＬｉｎｋまたは同期Ｉ／Ｏを使用すると、同期Ｉ／Ｏ動作が行われるとき、ホスト・システム上のＣＰＵは、Ｉ／Ｏが完了するかまたはタイムアウト値に達するまで待機または「スピン」する。ｚＨｙｐｅｒＬｉｎｋはＩ／Ｏを完了するために必要な時間を大きく低減し得るが、その理由は、ディスパッチ、割り込み操作、ＣＰＵキュー時間、およびＣＰＵキャッシュ・リロードの動作がもはや必要なくなるからである。このことにより、通常のＩ／Ｏ動作に含まれる２つのコンテキスト・スワップ、スレッドをスリープにしその後それを再ディスパッチすること、およびＩ／Ｏ割り込みを実行することと関連付けられたプロセッサ時間が節減される。
【0005】
同期Ｉ／Ｏ（例えば、ｚＨｙｐｅｒＬｉｎｋ）と関連付けられたＩ／Ｏ応答時間の改善を達成するためには、Ｉ／Ｏを処理するために使用されるコード経路を高度に最適化する必要がある。キャッシュ・ミスなどの同期Ｉ／Ｏ動作を遅延させるいかなる状態によっても、ホスト・システムに通知が返され、ｚＨＰＦなどのより遅い通信経路を使用して動作がリトライされる可能性がある。同期Ｉ／Ｏが成功するのは、マイクロコードが１０～３０マイクロ秒などの非常に少ない量の時間で同期Ｉ／Ｏ動作を完了できるときのみである。その量の時間で同期Ｉ／Ｏ動作を完了できない場合、それが失敗する可能性があり、ホスト・システムがＦＩＣＯＮなどの最適ではない経路を介して動作をリトライする必要のある場合がある。
【0006】
上記を考慮すると、必要とされているのは、ｚＨｙｐｅｒＬｉｎｋなどの同期Ｉ／Ｏ技術の使用時の、選択されたボリュームのキャッシュ・ヒット率を改善するためのシステムおよび方法である。そのようなシステムおよび方法は、同期Ｉ／Ｏ動作の実行を妨げる可能性がある遅延を理想的に低減または防止するものである。
【発明の概要】
【0007】
本発明は、現状の技術に応じて、特に現在利用できるシステムおよび方法ではまだ完全には解決されていない当技術分野の課題および必要に応じて、開発された。これを受けて、システムおよび方法は、同期Ｉ／Ｏプロセスの使用時の選択されたボリュームのキャッシュ・ヒット率を改善するように開発されている。本発明の特徴および利点は、以下の説明および添付された特許請求の範囲からより十分に明らかになるであろうし、または、以下に記載するような本発明の実施によって理解され得る。
【0008】
上記に従って、同期Ｉ／Ｏの使用時の選択されたボリュームのキャッシュ・ヒット率を改善するための方法が開示される。一実施形態では、そのような方法は、キャッシュにおいて、非優先ストレージ・エリアからの非優先ストレージ要素の第１の組を確立することを含む。方法は更に、キャッシュにおいて、優先ストレージ・エリアからの優先ストレージ要素の第２の組を確立する。方法は、非優先ストレージ要素がエビクション（退去：ｅｖｉｃｔｉｏｎ）の前にキャッシュ中に存在することになる推定寿命（ｌｉｆｅ ｅｘｐｅｃｔａｎｃｙ）を計算する。方法は更に、キャッシュに関するエビクション・ポリシーを実行し、優先ストレージ要素が非優先ストレージ要素の推定寿命の少なくとも数倍の間キャッシュ中に維持される。特定の実施形態では、方法は、第１の組中の最も過去に使用された非優先ストレージ要素のタイムスタンプを、第１の組中の直近に使用された非優先ストレージ要素のタイムスタンプから減算することによって、推定寿命を計算する。開示される方法によって、優先ストレージ・エリアへのアクセス時に、同期Ｉ／Ｏ（例えば、ｚＨｙｐｅｒＬｉｎｋ）プロセスの動作を損ない得る遅延が低減または防止される。
【0009】
本明細書において、対応するシステムおよびコンピュータ・プログラム製品もまた開示され、特許請求される。
【0010】
本発明の利点が容易に理解されるように、添付された図面に図示されている特定の実施形態を参照して、上で簡潔に記載した本発明のより具体的な説明を行うことができる。これらの図面は本発明の典型的な実施形態を描いているに過ぎず、したがってその範囲を限定するものではないと理解した上で、本発明の実施形態について、以下の添付の図面の使用を通して、更に具体的かつ詳細に記載し説明する。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】本発明に係るシステムおよび方法が実装されるネットワーク環境の一例を示す、高レベルのブロック図である。
【図3】ホスト・システムとストレージ・システムの間の異なる通信経路を示す高レベルのブロック図である。
【図4】同期Ｉ／Ｏの使用時の選択されたボリュームのキャッシュ・ヒット率を改善するためのシステムを示す、高レベルのブロック図である。
【図5】本発明に係る最適化モジュール内の様々な例示的なサブ・モジュールを示す、高レベルのブロック図である。
【図6】優先ストレージ要素を選好（ｐｒｅｆｅｒｅｎｃｅ）しながらキャッシュ中のスペースを解放するためにキャッシュからストレージ要素をエビクトする（ｅｖｉｃｔ）ための方法の一実施形態を示すフロー図である。
【図7】どのボリュームを優先および非優先として扱うべきかを指定するために、コマンドまたはリストあるいはその両方をストレージ・システムに送るホスト・システムを示す、高レベルのブロック図である。
【図8】優先ストレージ要素を選好しながらキャッシュ中のスペースを解放するためにキャッシュからストレージ要素をエビクトするための代替の方法を示すフロー図である。
【図9】どの程度の強さのキャッシュ選好を優先ボリュームに適用すべきかを示すためのレジデンシ乗数（ｒｅｓｉｄｅｎｃｙ ｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ）をストレージ・システムに送るホスト・システムを示す、高レベルのブロック図である。
【図10】優先ボリュームについてのキャッシュ選好を調整するための選好調整モジュールを示す、高レベルのブロック図である。
【図11】優先ボリュームおよび関連付けられたレジデンシ乗数のリストの第１の例を示す、高レベルのブロック図である。
【図12】優先ボリュームおよび関連付けられたレジデンシ乗数のリストの第２の例を示す、高レベルのブロック図である。
【図13】同じレジデンシ乗数を有する優先ボリュームの各グループについてのＬＲＵリスト、および非優先ボリュームについてのＬＲＵリストを示す、高レベルのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
本明細書の図において一般的に記載され図示されているが本発明の構成要素は、多種多様な異なる構成で配置および設計できることが、容易に理解されるであろう。したがって、図に表されている本発明の実施形態の以下のより詳細な説明は、特許請求される本発明の範囲を限定することは意図しておらず、本明細書で企図されている本発明に係る実施形態の特定の例を表しているに過ぎない。本明細書に記載する実施形態は、図面を参照することによって最もよく理解されるであろう。これらの図面では、全体を通して同様の部分は同様の数字で指定されている。
【0013】
本発明は、システム、方法、またはコンピュータ・プログラム製品あるいはそれらの組合せとして具現化され得る。コンピュータ・プログラム製品は、プロセッサに本発明の態様を実行させるためのコンピュータ可読プログラム命令を有する、コンピュータ可読記憶媒体を含んでもよい。
【0014】
コンピュータ可読記憶媒体は、命令実行デバイスによって使用される命令を保持および保存できる有形のデバイスであってもよい。コンピュータ可読記憶媒体は、例えば、電子ストレージ・デバイス、磁気ストレージ・デバイス、光ストレージ・デバイス、電磁ストレージ・デバイス、半導体ストレージ・デバイス、または以上の任意の好適な組合せであり得るが、これらに限定されない。コンピュータ可読記憶媒体のより具体的な例の非網羅的なリストには、以下、すなわち、ポータブル・コンピュータ・ディスケット、ハード・ディスク、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、読取り専用メモリ（ＲＯＭ）、消去可能プログラマブル読取り専用メモリ（ＥＰＲＯＭもしくはフラッシュ・メモリ）、スタティック・ランダム・アクセス・メモリ（ＳＲＡＭ）、ポータブル・コンパクト・ディスク読取り専用メモリ（ＣＤ－ＲＯＭ）、デジタル・バーサタイル・ディスク（ＤＶＤ）、メモリ・スティック、フロッピー（Ｒ）・ディスク、命令が記録されているパンチ・カードまたは溝の中の隆起構造などの機械的に符号化されたデバイス、および以上の任意の好適な組合せが含まれる。本明細書において使用されるコンピュータ可読記憶媒体は、電波もしくは他の自由に伝播する電磁波、導波路もしくは他の伝送媒体を通じて伝播する電磁波（例えば、光ファイバ・ケーブルを通過する光パルス）、または配線を介して伝送される電気信号などの、一過性の信号そのものであると解釈されるべきではない。
【0015】
本明細書に記載するコンピュータ可読プログラム命令は、コンピュータ可読記憶媒体からそれぞれのコンピューティング／処理デバイスに、あるいは、ネットワーク、例えば、インターネット、ローカル・エリア・ネットワーク、ワイド・エリア・ネットワーク、もしくはワイヤレス・ネットワーク、またはその組合せを経由して外部のコンピュータまたは外部ストレージ・デバイスに、ダウンロードされ得る。ネットワークは、銅伝送ケーブル、光伝送ファイバ、ワイヤレス伝送、ルータ、ファイアウォール、スイッチ、ゲートウェイ・コンピュータ、またはエッジ・サーバ、あるいはそれらの組合せを備え得る。各コンピューティング／処理デバイス内のネットワーク・アダプタ・カードまたはネットワーク・インターフェースが、ネットワークからコンピュータ可読プログラム命令を受信し、それらのコンピュータ可読プログラム命令を、それぞれのコンピューティング／処理デバイス内のコンピュータ可読記憶媒体に保存されるように転送する。
【0016】
本発明の動作を実行するためのコンピュータ可読プログラム命令は、アセンブラ命令、命令セット・アーキテクチャ（ＩＳＡ）命令、マシン命令、マシン依存型命令、マイクロコード、ファームウェア命令、状態設定データ、または、Ｓｍａｌｌｔａｌｋ（Ｒ）、Ｃ＋＋などのオブジェクト指向プログラミング言語、および「Ｃ」プログラミング言語もしくは類似のプログラミング言語などの従来の手続き型プログラミング言語を含む、１つもしくは複数のプログラミング言語の任意の組合せで書かれた、ソース・コードもしくはオブジェクト・コードのいずれかであり得る。
【0017】
コンピュータ可読プログラム命令は、専らユーザのコンピュータ上で、スタンド・アロン・ソフトウェア・パッケージとして部分的にユーザのコンピュータ上で、部分的にユーザのコンピュータ上でかつ部分的に遠隔のコンピュータ上で、または専ら遠隔のコンピュータもしくはサーバ上で、実行することができる。後者のシナリオでは、遠隔のコンピュータを、ローカル・エリア・ネットワーク（ＬＡＮ）もしくはワイド・エリア・ネットワーク（ＷＡＮ）を含む任意の種類のネットワークを介して使用者のコンピュータに接続してもよく、または、外部のコンピュータへの接続を（例えば、インターネット・サービス・プロバイダを利用してインターネットを介して）行ってもよい。いくつかの実施形態では、例えばプログラマブル・ロジック回路、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）、またはプログラマブル・ロジック・アレイ（ＰＬＡ）を含む電子回路は、本発明の態様を行うために、コンピュータ可読プログラム命令の状態情報を利用することによって、コンピュータ可読プログラム命令を実行して電子回路を個人化することができる。
【0018】
本明細書には、本発明の実施形態に係る方法、装置（システム）、およびコンピュータ・プログラム製品のフローチャート図またはブロック図あるいはその両方を参照して、本発明の態様が記載されている。フローチャート図またはブロック図あるいはその両方の各ブロック、およびフローチャート図またはブロック図あるいはその両方におけるブロックの組合せを、コンピュータ可読プログラム命令によって実施できることが、理解されるであろう。
【0019】
これらのコンピュータ可読プログラム命令は、コンピュータまたは他のプログラム可能データ処理装置のプロセッサを介して実行される命令が、フローチャートまたはブロック図あるいはその両方の１つまたは複数のブロックに指定される機能／動作を実施する手段を作り出すべく、汎用コンピュータ、専用コンピュータ、または他のプログラム可能データ処理装置のプロセッサに提供されてマシンを作り出すものであってよい。これらのコンピュータ可読プログラム命令はまた、命令が保存されたコンピュータ可読記憶媒体が、フローチャートまたはブロック図あるいはその両方の１つまたは複数のブロックに指定される機能／動作の態様を実施する命令を含んだ製品を備えるように、コンピュータ可読記憶媒体に保存され、コンピュータ、プログラム可能なデータ処理装置、または他のデバイス、あるいはそれらの組合せに特定の方式で機能するように指示できるものであってもよい。
【0020】
コンピュータ可読プログラム命令はまた、コンピュータ、他のプログラム可能装置、または他のデバイスで実行される命令が、フローチャートまたはブロック図あるいはその両方の１つまたは複数のブロックに指定される機能／動作を実施するように、コンピュータによって実行されるプロセスを作り出すべく、コンピュータ、他のプログラム可能データ処理装置、または他のデバイスにロードされ、コンピュータ、他のプログラム可能装置、または他のデバイス上で一連の動作ステップを実行させるものであってもよい。
【0021】
図１を参照すると、ネットワーク環境１００の一例が示されている。ネットワーク環境１００は、本発明に係るシステムおよび方法が実装され得る環境の一例を示すように提示されている。ネットワーク環境１００は限定ではなく例として提示されている。実際、本明細書に開示するシステムおよび方法は、示されているネットワーク環境１００の他に、多様な異なるネットワーク環境に適用可能であり得る。
【0022】
示されているように、ネットワーク環境１００は、ネットワーク１０４によって相互接続された１つまたは複数のコンピュータ１０２、１０６を含む。ネットワーク１０４は、例えば、ローカル・エリア・ネットワーク（ＬＡＮ）１０４、ワイド・エリア・ネットワーク（ＷＡＮ）１０４、インターネット１０４、イントラネット１０４、などを含み得る。特定の実施形態では、コンピュータ１０２、１０６は、クライアント・コンピュータ１０２およびサーバ・コンピュータ１０６（本明細書では「ホスト・システム」１０６とも呼ぶ）の両方を含み得る。一般に、クライアント・コンピュータ１０２は通信セッションを開始し、一方で、サーバ・コンピュータ１０６はクライアント・コンピュータ１０２からのリクエストを待機する。特定の実施形態では、コンピュータ１０２またはサーバ１０６あるいはその両方を、１つまたは複数の内部または外部のダイレクト・アタッチト・ストレージ・システム１１０ａ（例えば、ハード・ディスク・ドライブのアレイ、ソリッド・ステート・ドライブ、テープ・ドライブ、等）に接続することができる。これらのコンピュータ１０２、１０６およびダイレクト・アタッチト・ストレージ・システム１１０ａは、例えばＡＴＡ、ＳＡＴＡ、ＳＣＳＩ、ＳＡＳ、Ｆｉｂｒｅ Ｃｈａｎｎｅｌなどのプロトコルを使用して通信することができる。
【0023】
ネットワーク環境１００は、特定の実施形態では、サーバ１０６の背後に、（例えば、ネットワークに取り付けられるストレージの使用時の）ストレージ・エリア・ネットワーク（ＳＡＮ）１０８またはＬＡＮ１０８などの、ストレージ・ネットワーク１０８を含み得る。このネットワーク１０８は、サーバ１０６を、例えばハード・ディスク・ドライブまたはソリッド・ステート・ドライブのアレイ１１０ｂ、テープ・ライブラリ１１０ｃ、個々のハード・ディスク・ドライブ１１０ｄまたはソリッド・ステート・ドライブ１１０ｄ、テープ・ドライブ１１０ｅ、ＣＤ－ＲＯＭライブラリなどの、１つまたは複数のストレージ・システムに接続することができる。ストレージ・システム１１０にアクセスするために、ホスト・システム１０６は、ホスト１０６上の１つまたは複数のポートからストレージ・システム１１０上の１つまたは複数のポートまでの物理的接続を介して通信し得る。接続は、スイッチ、ファブリック、直接接続などを介したものであり得る。特定の実施形態では、サーバ１０６およびストレージ・システム１１０は、Ｆｉｂｒｅ Ｃｈａｎｎｅｌ（ＦＣ）などのネットワーク標準を使用して通信し得る。
【0024】
図２を参照すると、ハード・ディスク・ドライブ２０４またはソリッド・ステート・ドライブ２０４あるいはその両方のアレイを含む、ストレージ・システム１１０の一実施形態が示されている。示されているように、ストレージ・システム１１０は、ストレージ・コントローラ２００と、１つまたは複数のスイッチ２０２と、ハード・ディスク・ドライブ２０４またはソリッド・ステート・ドライブ２０４（例えばフラッシュ・メモリ・ベースのドライブ２０４）などの、１つまたは複数のストレージ・ドライブ２０４とを含む。ストレージ・コントローラ２００は、１つまたは複数のホスト１０６（例えば、ｚ／ＯＳ、ｚＶＭなどのオペレーティング・システムを実行する、オープン・システム・サーバ１０６またはメインフレーム・サーバ１０６あるいはその両方）が、１つまたは複数のストレージ・ドライブ２０４内のデータにアクセスするのを可能にし得る。
【0025】
選択された実施形態では、ストレージ・コントローラ２００は、１つまたは複数のサーバ２０６を含む。ストレージ・コントローラ２００はまた、ストレージ・コントローラ２００をホスト・デバイス１０６およびストレージ・ドライブ２０４にそれぞれ接続するための、ホスト・アダプタ２０８およびデバイス・アダプタ２１０も含み得る。複数のサーバ２０６ａ、２０６ｂによって、接続されたホスト１０６にとってデータが常に利用可能であることを保証するための冗長性を提供することができる。この結果、一方のサーバ２０６ａが故障した場合、他方のサーバ２０６ｂが故障したサーバ２０６ａのＩ／Ｏ負担を引き受けることができ、ホスト１０６とストレージ・ドライブ２０４の間でＩ／Ｏが継続可能となることが保証される。このプロセスを「フォールオーバー」と呼ぶ場合がある。
【0026】
選択された実施形態では、各サーバ２０６は、１つまたは複数のプロセッサ２１２とメモリ２１４とを含み得る。メモリ２１４は、揮発性メモリ（例えば、ＲＡＭ）、および不揮発性メモリ（例えば、ＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ハード・ディスク、フラッシュ・メモリ、等）を含み得る。揮発性および不揮発性メモリは、特定の実施形態では、プロセッサ２１２上で実行されストレージ・ドライブ２０４中のデータにアクセスするために使用される、ソフトウェア・モジュールを保存し得る。これらのソフトウェア・モジュールは、ストレージ・ドライブ２０４中の論理ボリュームへの全ての読み出しおよび書き込みリクエストを管理し得る。
【0027】
選択された実施形態では、メモリ２１４は、ＤＲＡＭキャッシュ２１８などのキャッシュ２１８を含む。ホスト１０６（例えば、オープン・システム・サーバまたはメインフレーム・サーバ１０６）が読み出し動作を行うときは常に、その読み出しを行うサーバ２０６は、ストレージ・ドライブ２０４からデータをフェッチし、そのデータをそれが再び必要な場合にそのキャッシュ２１８にセーブすることができる。ホスト１０６によってデータが再び要求される場合、サーバ２０６は、ストレージ・ドライブ２０４からデータをフェッチする代わりに、キャッシュ２１８からデータをフェッチすることができ、時間およびリソースの両方が節減される。同様に、ホスト１０６が書き込みを行うとき、書き込みリクエストを受信するサーバ１０６はそのキャッシュ２１８に書き込みを保存し、後から書き込みをストレージ・ドライブ２０４にデステージすることができる。キャッシュ２１８に書き込みが保存されると、その書き込みは、第１のサーバ２０６が故障した場合に対となるサーバ２０６によって書き込みを回復できるように、対となるサーバ２０６の不揮発性ストレージ（ＮＶＳ）２２０にも保存され得る。特定の実施形態では、ＮＶＳ２２０は、対となるサーバ２０６内にバッテリ・バックアップ式メモリとして実装される。
【0028】
図２に示すものと類似したアーキテクチャを有するストレージ・システム１１０の一例は、ＩＢＭ ＤＳ８０００（商標）エンタープライズ・ストレージ・システムである。ＤＳ８０００（商標）は、連続動作をサポートするように設計されているディスク・ストレージを提供する、高性能、大容量のストレージ・コントローラである。ただし、本明細書に開示するシステムおよび方法は、ＩＢＭ ＤＳ８０００（商標）エンタープライズ・ストレージ・システム１１０を用いた運用に限定されず、システム１１０と関連付けられた製造者、製品名、または構成要素もしくは構成要素名に関わらず、任意の同等または類似のストレージ・システム１１０を用いて運用することができる。また更に、本発明の１つまたは複数の実施形態から利益を得る可能性のある任意のストレージ・システムは、本発明の範囲内にあるものと見なされる。したがって、ＩＢＭ ＤＳ８０００（商標）は例として提示されており、限定を行うようには意図されていない。
【0029】
図３を参照すると、ホスト・システム１０６上に存在するアプリケーションによってＩ／Ｏリクエストが実行されるとき、そのリクエストを完了するためにいくつかのプロセスが実行され得る。これらのプロセスは、Ｉ／Ｏレイテンシおよびアプリケーション応答時間に影響し得る。ｚＨｙｐｅｒＬｉｎｋは、ホスト・システムとストレージ・システム１１０の間に高速で信頼性の高い直接の通信経路３００を提供することによって、Ｉ／Ｏレイテンシを低減するように設計された技術である。このことは、ホスト・システム１０６およびストレージ・システム１１０にｚＨｙｐｅｒＬｉｎｋアダプタをインストールすること、ならびに、ｚＨｙｐｅｒＬｉｎｋケーブルを使用して構成要素を接続することによって、達成され得る。この構成は、ホスト・システム１０６とストレージ・コントローラ２００の間に、ポイント・ツー・ポイントの接続３００を作り出す。この技術によって、従来の通信経路３０２、例えばｚ Ｈｉｇｈ－Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ＦＩＣＯＮ（Ｒ）（ｚＨＰＦ）通信経路３０２を使用する場合と比較して、Ｉ／Ｏ応答時間を最低で１０分の１まで低減できる。そのような短い応答時間は同期Ｉ／Ｏリクエストを使用することによって達成することができ、これにより、Ｉ／Ｏ割り込み動作およびＩ／Ｏディスパッチ動作などのいくつかの機能のために必要な時間の量が低減される。
【0030】
ｚＨＰＦなどの技術を使用して利用可能な標準的なＩ／Ｏ処理では、Ｉ／Ｏ動作が、ｚ／ＯＳディスパッチング、割り込み操作、ＣＰＵキューイング、およびＬ１／Ｌ２プロセッサ・キャッシュ・リローディングなどの、一連の時間のかかるタスクを実行する必要がある。これらのタスクおよびＩ／Ｏ処理に必要な他のタスクによって、Ｉ／Ｏ応答時間が、１３０マイクロ秒超の応答時間に割り込み操作およびＣＰＵディスパッチの時間を加えたものとなり、仮想ストレージ内でのデータの転送と比較して比較的長くなる可能性がある。
【0031】
ｚＨｙｐｅｒＬｉｎｋを使用すると、より高性能の通信経路３００を介して同期Ｉ／Ｏが行われるとき、ホスト・システム１０６上のＣＰＵは、Ｉ／Ｏが完了するかまたはタイムアウト値に達するまで待機または「スピン」することができる。ｚＨｙｐｅｒＬｉｎｋはＩ／Ｏを完了するために必要な時間を大きく低減し得るが、その理由は、ディスパッチ、割り込み操作、ＣＰＵキュー時間、およびＣＰＵキャッシュ・リロードの動作がもはや必要なくなるからである。このことにより、通常のＩ／Ｏ動作における２つのコンテキスト・スワップ、スレッドをスリープにしその後それを再ディスパッチすること、およびＩ／Ｏ割り込みを実行することを実行するために必要なプロセッサ時間が低減される。
【0032】
同期Ｉ／Ｏと関連付けられたＩ／Ｏ応答時間の改善を達成するためには、Ｉ／Ｏを処理するために使用されるコード経路を高度に最適化する必要がある。キャッシュ・ミスなどの同期Ｉ／Ｏ動作を遅延させるいかなる状態によっても、ホスト・システム１０６に通知が返され、ｚＨＰＦなどのより遅い通信経路３０２を介して動作がリトライされる可能性がある。より高性能の通信経路３００を介した同期Ｉ／Ｏが成功するのは通常、マイクロコードが、１０～３０マイクロ秒などの非常に少ない量の時間で同期Ｉ／Ｏ動作を完了できるときのみである。その量の時間で同期Ｉ／Ｏ動作を完了できない場合、同期Ｉ／Ｏ動作が失敗する可能性があり、ホスト・システム１０６がＦＩＣＯＮなどの最適ではない経路３０２を介して動作をリトライする必要のある場合がある。
【0033】
全体に図３を引き続き参照しながら、図４を参照すると、ストレージ・システム１１０のボリューム３０４に保存されているデータに同期Ｉ／Ｏを実行するためには、要求されるデータはキャッシュ２１８内に収容されるのが理想的である。キャッシュ・ミスによって同期Ｉ／Ｏ動作が失敗し、ｚＨＰＦなどのより遅い通信経路３０２を介してリトライされる可能性がある。同期Ｉ／Ｏを使用してアクセスされるデータのキャッシュ・ヒット率を改善するために、特定の実施形態では、ストレージ・システム１１０上のボリューム３０４を、優先ボリューム３０４ａおよび非優先ボリューム３０４ｂへと分割することができる。優先ボリューム３０４ａは、同期Ｉ／Ｏを使用してアクセスされるのが好ましいボリューム３０４であり得る。これらは、より重要もしくは決定的と見なされるか、または能力が重要もしくは決定的であるデータ（例えば、ディレクトリ、等）を含む、ボリューム３０４であり得る。非優先ボリューム３０４ｂは対照的に、優先ボリューム３０４ａとして指定されない任意のボリューム３０４であり得る。
【0034】
図４に示されているように、ボリューム３０４は、トラックなどのストレージ要素４０２で構成され得る。優先ボリューム３０４ａからのストレージ要素４０２を、優先ストレージ要素４０２ａとして指定することができ、一方で、非優先ボリューム３０４ｂからのストレージ要素４０２を、非優先ストレージ要素４０２ｂとして指定することができる。所与の任意の時間において、ストレージ・システム１１０のキャッシュ２１８は、非優先ボリューム３０４ｂからの非優先ストレージ要素４０２ｂの第１の組４０４ｂと、優先ボリューム３０４ａからの優先ストレージ要素４０２ａの第２の組４０４ａとを保存し得る。優先ボリューム３０４ａは同期Ｉ／Ｏの使用が選好されるボリューム３０４であるので、優先ストレージ要素４０２ａはキャッシュ２１８中で非優先ストレージ要素４０２ｂよりも選好される可能性がある。このことにより優先ストレージ要素４０２ａのキャッシュ・ヒット率が理想的に高まることになり、この結果、同期Ｉ／Ｏが最適化され、首尾よく完了する同期Ｉ／Ｏ動作のパーセンテージが高まる。
【0035】
キャッシュ２１８中で非優先ストレージ要素４０２ｂよりも優先ストレージ要素４０２ａを選好して処理するために、最適化モジュール４００が提供され得る。とりわけ、最適化モジュール４００は、どのボリューム３０４が優先および非優先であるかを指定するための機能性を提供すること、ならびに、優先ストレージ要素４０２ａがキャッシュ２１８中に非優先ストレージ要素４０２ｂよりも長く存在するキャッシュ・エビクション・ポリシーを実装することができる。最適化モジュール４００およびその機能性を、図５と関連させてより詳細に検討する。
【0036】
図５を参照すると、最適化モジュール４００および関連付けられたサブ・モジュールを示す高レベルのブロック図が示されている。最適化モジュール４００および関連付けられたサブ・モジュールは、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの組合せにおいて実装され得る。最適化モジュール４００および関連付けられたサブ・モジュールは、限定ではなく例として提示されている。異なる実施形態ではより多いまたはより少ないサブ・モジュールを提供してもよい。例えば、いくつかのサブ・モジュールの機能を組み合わせて単一のもしくはより少ない数のサブ・モジュールにしてもよく、または、単一のサブ・モジュールの機能をいくつかのサブ・モジュールにわたって分散させてもよい。最適化モジュール４００および関連付けられたサブ・モジュールはストレージ・システム１１０内に示されているが、あらゆる機能性が必ずしもストレージ・システム１１０内で実装される訳ではなく、ストレージ・システム１１０内での実装に限定される訳でもない。したがって、最適化モジュール４００および関連付けられたサブ・モジュールの場所は、限定ではなく例として提供されている。
【0037】
示されているように、最適化モジュール４００は、確立モジュール５００、調節モジュール５０２、推定寿命判定モジュール５０４、レジデンシ判定モジュール５０６、およびキャッシュ・エビクション・モジュール５０８のうちの１つまたは複数を含む。確立モジュール５００は、既に検討したような優先ボリューム３０４ａおよび非優先ボリューム３０４ｂを指定するように構成され得る。特定の実施形態では、ホスト・システム１０６は、これらの指定をストレージ・システム１１０に通信する。特定の実施形態では、優先／非優先ボリューム３０４は、オンライン・コマンドまたは構成リストを使用して確立される。他の実施形態では、ホスト・システム１０６に、どのボリューム３０４を優先／非優先とすべきかを判定するための機能を組み込むことができる。例えば、ホスト・システム１０６はＩ／Ｏパターンを観察することができ、特定のボリューム３０４により速い同期Ｉ／Ｏプロセスを使用してアクセスするべきであるか、またはそうすることが好ましいと判定することができる。ホスト・システム１０６は、これらのボリューム３０４を、優先ボリューム３０４ａの組に追加することができる。
【0038】
調節モジュール５０２は、どのボリューム３０４が優先／非優先であるかを調節することができる。例えば、時間の経過と共に、ボリューム３０４についてのアクセス・パターンまたはデータ重要度が変化する場合がある。調節モジュール５０２は、特定の実施形態では、これらのアクセス・パターンまたはデータ重要度が変化するときに、どのボリューム３０４が優先／非優先と見なされるかを調節し得る。別法として、調節モジュール５０２は、優先または非優先と見なされるボリューム３０４をユーザが手動で調節するのを可能にし得る。特定の実施形態では、図７と関連してより詳細に説明するように、ホスト・システム１０６は、どのボリューム３０４が優先または非優先と見なされるかを変更または更新するために、コマンドまたはリストあるいはその両方をストレージ・システム１１０に周期的に送る。
【0039】
推定寿命判定モジュール５０４は、キャッシュ２１８中のストレージ要素（例えば、トラック）の推定寿命（すなわち、レジデンシ時間）を判定するように構成され得る。例えば、特定の実施形態では、推定寿命判定モジュール５０４は、エビクトされる前に非優先ストレージ要素４０２ｂがキャッシュ２１８中に存在することになる時間の量を判定するように構成される。この推定寿命は、時間上のある点の数字、または時間間隔にわたる平均であり得る。特定の実施形態では、推定寿命は、キャッシュ２１８中の最も過去に使用された非優先ストレージ要素４０２ｂのタイムスタンプを、キャッシュ２１８中の直近に使用された非優先ストレージ要素４０２ｂのタイムスタンプから減算することによって計算され、これらのタイムスタンプは、非優先ストレージ要素４０２ｂが直近にアクセスされた時点を示す。
【0040】
レジデンシ判定モジュール５０６は対照的に、特定のストレージ要素がどれくらいの間キャッシュ２１８中に存在したかを判定することができる。レジデンシ時間は、例えば、ストレージ要素４０２のタイムスタンプ（ストレージ要素４０２が直近にアクセスされた時間を示す）を現在の時間から減算することによって計算され得る。
【0041】
推定寿命判定モジュール５０４によって計算された推定寿命およびレジデンシ判定モジュール５０６によって計算されたレジデンシ時間を使用して、キャッシュ・エビクション・モジュール５０８は、優先ストレージ要素４０２ａが非優先ストレージ要素４０２ｂの推定寿命よりも長い間キャッシュ２１８中に維持されるような、キャッシュ・エビクション・ポリシーを実行することができる。例えば、キャッシュ・エビクション・ポリシーは、優先ストレージ要素４０２ａが、非優先ストレージ要素４０２ｂの推定寿命の２倍の間、キャッシュ２１８中に維持されることを要求し得る。他の倍数（すなわち、１よりも大きい数、小数、または分数）が可能であり、それらは本発明の範囲内にある。キャッシュ・エビクション・モジュール５０８によって実行され得る方法６００の一例が、図６と関連させて記載されている。
【0042】
図６は、キャッシュ２１８中のスペースを解放するべくキャッシュ２１８からエントリをエビクトするための方法６００の一実施形態を示す。方法６００は、図４と関連して既に記載した、非優先ストレージ要素４０２ｂの第１の組４０４ｂ、および優先ストレージ要素４０２ａの第２の組４０４ａを参照する。特定の実施形態では、非優先ストレージ要素４０２ｂの第１の組４０４ｂは第１のＬＲＵ（最も過去に使用された）リスト（すなわち、「非優先」ＬＲＵリスト）においてドキュメント化され、優先ストレージ要素４０２ａの第２の組４０４ａは、第２のＬＲＵリスト（すなわち、「優先」ＬＲＵリスト）においてドキュメント化される。
【0043】
示されているように、方法６００は最初に、キャッシュ２１８から１つまたは複数のストレージ要素４０２をエビクトするべきときであるかどうかを判定する６０２。このステップ６０２は、特定の実施形態では、キャッシュ２１８の空き領域が少ないかどうかを判定することを含む。キャッシュ２１８からエントリをエビクトするべきときである場合、方法６００は、「優先」ＬＲＵリストが空であるかどうかを判定する６０４。空である場合、方法６００は、キャッシュ２１８から、「非優先」ＬＲＵリスト中に列挙された最も古い非優先ストレージ要素４０２ｂ（すなわち、最も古いタイムスタンプを有する非優先ストレージ要素４０２ｂ）をエビクトする６０６。「優先」ＬＲＵリストが空でない場合、方法６００は、「非優先」ＬＲＵリストが空であるかどうかを判定する６０８。空であれば、方法６００は、キャッシュ２１８から、「優先」ＬＲＵリスト中に列挙された最も古い優先ストレージ要素４０２ａをエビクトする６１０。
【0044】
「非優先」ＬＲＵリストも「優先」ＬＲＵリストも空でない場合、方法６００は、「非優先」ＬＲＵリスト中の最も古い非優先ストレージ要素４０２ｂが、「優先」ＬＲＵリスト中の最も古い優先ストレージ要素４０２ａよりも古いタイムスタンプを有するかどうかを判定する６１２。有する場合は、方法６００は、キャッシュ２１８から、「非優先」ＬＲＵリスト中の最も古い非優先ストレージ要素４０２ｂをエビクトする６１４。有さない場合は、方法６００はステップ６１６に進む。ステップ６１６において、方法６００は、キャッシュ２１８中の最も古い優先ストレージ要素４０２ａのレジデンシ時間（すなわち、「優先」ＬＲＵリスト中の最も古い優先ストレージ要素４０２ａがキャッシュ２１８中に存在している時間の量）が、倍数Ｎにキャッシュ２１８中の非優先ストレージ要素４０２ｂの推定寿命を乗算したものよりも小さいかどうかを判定する６１６。小さい場合は、方法６００は、キャッシュ２１８から、「非優先」ＬＲＵリスト中の最も古い非優先ストレージ要素４０２ｂをエビクトする６１８。対照的に、「優先」ＬＲＵリスト中の最も古い優先ストレージ要素４０２ａについてのレジデンシ時間が、Ｎ＊（キャッシュ２１８中の非優先ストレージ要素４０２ｂの推定寿命）よりも大きい場合、方法６００は、キャッシュ２１８から「優先」ＬＲＵリスト中の最も古い優先ストレージ要素４０２ａをエビクトする６２０。変数Ｎはレジデンシ乗数であり、その詳細は以下でより詳細に説明する。
【0045】
図７を参照すると、既に述べたように、ホスト・システム１０２は、どのボリューム３０４が優先または非優先と見なされるか、およびその結果どのストレージ要素４０２にキャッシュ選好が与えられるかを変更または更新するために、コマンドまたはリストあるいはその両方をストレージ・システム１１０に周期的に送ることができる。特定の実施形態では、ホスト・システム１０２は、ストレージ・システム１１０に、優先すべきボリューム３０４のリスト７００と共に、コマンドを周期的に送る。ボリューム３０４のこのリスト７００は、ホスト・システム１０２がストレージ・システム１１０にコマンドを発行するたびに変化し得る。リスト７００中であるボリューム３０４が既に優先として指定されているが、新しいリスト７００ではそのように指定されていない場合、ストレージ・システム１１０は、ボリューム３０４の状態を非優先に変更し、ボリューム３０４にキャッシュ選好を与えるのを停止することができる。
【0046】
特定の実施形態では、ホスト・システム１０２は、特定のボリューム３０４に対して、ホスト・システム１０２がボリュームの状態を断定的に非優先に変えるまではボリューム３０４がその優先状態を保持することになることを示すインジケータ（例えば、「優先キャッシュを強制（ＦＯＲＣＥ ＦＡＶＯＲＥＤ ＣＡＣＨＥ）」インジケータ）を設定することができる。ホスト・システム１０２は、ボリューム３０４の状態を優先から非優先に変更するための「優先キャッシュを削除（ＲＥＭＯＶＥ ＦＡＶＯＲＥＤ ＣＡＣＨＥ）」コマンドを使用し得る。特定の実施形態では、「優先キャッシュを強制」インジケータには、ボリューム３０４が非優先状態に戻る前にどれくらいの間優先状態を有するべきかを示す継続時間を添付することができる。継続期間が終わりボリューム３０４がもはやリスト７００中に含まれなくなると、ボリューム３０４がキャッシュ選好を受けなくなるように、ボリューム３０４の状態を自動的に非優先に変化させることができる。
【0047】
図８を参照すると、ボリューム３０４が優先状態から非優先状態へとおよびその逆へと動的に変化し得るため、あるボリュームの状態が変わっていた可能性のあることが考慮されるように、図６の方法６００に対して様々な修正を行うことができる。この状態変化は、「非優先」ＬＲＵリストから「優先」ＬＲＵリストへのまたはその逆へのストレージ要素４０２の移動の根拠となり得る。
【0048】
図８は、キャッシュ２１８中のスペースを解放するべくキャッシュ２１８からエントリ（すなわち、ストレージ要素４０２）をエビクトするための方法８００の一実施形態を示す。この方法８００は図６に示す方法６００と類似しているが、方法８００は優先状態から非優先状態へとおよびその逆へと変化している可能性のあるボリューム３０４を考慮するように修正されている点が異なる。図６の方法６００と同じである方法８００のステップは同じ番号付けで示されており、一方で新しいステップ（すなわち、ステップ８０２、８０４、および８０６）は新しい番号付けを割り当てられている。図６の方法６００と比較した方法８００の流れもまた、新しいステップ８０２、８０４、および８０６を説明するためにいくらか変更されている。
【0049】
図８に示されているように、「非優先」ＬＲＵリストが空であるかどうかを判定した６０８後で、方法８００は、「優先」ＬＲＵリストの最も古いエントリがもはや優先されないかどうかを判定する８０２ことができる。言い換えれば、方法８００は、「優先」ＬＲＵリスト中の最も古いエントリ（すなわち、ストレージ要素４０２）の状態が優先から非優先へと変更されたかどうかを判定する８０２ことができる。変更された場合は、方法８００は、キャッシュ２１８から「優先」ＬＲＵリスト中の最も古いエントリをエビクトする６１０。
【0050】
同様に、決定ステップ６１６が実行された後で、方法８００は、「非優先」ＬＲＵリスト中の最も古いエントリが現時点で優先であるかどうかを判定する８０６。言い換えれば、方法８００は、「非優先」ＬＲＵリスト中の最も古いエントリ（すなわち、ストレージ要素４０２）の状態が非優先から優先へと変更されたかどうかを判定する８０６。変更された場合は、方法８００は、「非優先」ＬＲＵリストから「優先」ＬＲＵリストの直近に使用された末尾へとエントリを移動させ８０４、方法８００はステップ６１２に戻る。変更されなかった場合は、方法８００は、キャッシュ２１８から「非優先」ＬＲＵリスト中の最も古いエントリをエビクトする６１８。
【0051】
図９を参照すると、既に述べたように、ホスト・システム１０２は、ストレージ・システム１１０に、優先されるべきボリューム３０４を含むリスト７００を含むコマンドを周期的に送ることができる。特定の実施形態では、ホスト・システム１０２は、リスト７００と共に、どの程度の強さのキャッシュ選好を優先ボリューム３０４ａに適用すべきかを示す、レジデンシ乗数９０２を含み得る。レジデンシ乗数９０２が大きいほどキャッシュ選好が強くなり、この結果優先ボリューム３０４ａは、非優先ボリューム３０４ｂと比較してキャッシュ２１８中に保持される時間がより長くなる。レジデンシ乗数９０２が小さいほどキャッシュ選好が弱くなり、この結果優先ボリューム３０４ａは、非優先ボリューム３０４ｂと比較してキャッシュ２１８中に保持される時間がより短くなる。特定の実施形態では、リスト７００中の全ての優先ボリューム３０４ａについて、単一のレジデンシ乗数９０２が提供される。他の実施形態では、図１０および図１１と関連してより詳細に説明するように、異なる優先ボリューム３０４ａには異なるレジデンシ乗数９０２が提供される。
【0052】
ホスト・システム１０２または別のシステムには、どのボリューム３０４を優先ボリューム３０４ａとして扱うべきかを判定する、および優先ボリューム３０４ａの各々についてレジデンシ乗数９０２を判定するための、選好調整モジュール９００が提供され得る。一般に、選好調整モジュール９００は、ストレージ・システム１１０上のボリューム３０４へのＩ／Ｏを追跡し、この追跡情報に基づいて、どのボリューム３０４を優先として扱うべきかを判定することができる。追跡情報を使用して、選好調整モジュール９００はまた、個々のまたは全体としての優先ボリューム３０４ａにとって、キャッシュ選好の強さがどの程度であるべきかを判定することもできる。
【0053】
図１０を参照すると、選好調整モジュール９００および関連付けられたサブ・モジュールを示す高レベルのブロック図が示されている。選好調整モジュール９００および関連付けられたサブ・モジュールは、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの組合せにおいて実装され得る。選好調整モジュール９００および関連付けられたサブ・モジュールは、限定ではなく例として提示されている。異なる実施形態ではより多いまたはより少ないサブ・モジュールを提供してもよい。例えば、いくつかのサブ・モジュールの機能を組み合わせて単一のもしくはより少ない数のサブ・モジュールにしてもよく、または、単一のサブ・モジュールの機能をいくつかのサブ・モジュールにわたって分散させてもよい。選好調整モジュール９００および関連付けられたサブ・モジュールはホスト・システム１０２内に示されているが、あらゆる機能性が必ずしもホスト・システム１０２内で実装される訳ではなく、またホスト・システム１０２内での実装に限定される訳でもない。したがって、選好調整モジュール９００および関連付けられたサブ・モジュールの場所は、限定ではなく例として提供されている。
【0054】
示されているように、選好調整モジュール９００は、Ｉ／Ｏ追跡モジュール１０００、ボリューム・ランク付けモジュール１０１０、リスト作成モジュール１０１２、レジデンシ時間判定モジュール１０１４、乗数計算モジュール１０１６、および送信モジュール１０１８のうちの、１つまたは複数を含む。
【0055】
Ｉ／Ｏ追跡モジュール１０００は、ホスト・システム１０２からストレージ・システム１１０に発行されるＩ／Ｏを追跡するように構成され得る。このＩ／Ｏは、どのボリューム３０４が優先されより速い同期Ｉ／Ｏプロセスを介してアクセスされるべきかを示し得る。例えば、ボリューム３０４に対してより量の大きいＩ／Ｏは、ボリューム３０４に対してジョブを実行中であり、そのジョブを同期Ｉ／Ｏを使用してより速くおよびより効率的に実行できることを示している場合がある。そのようなシナリオでは、ボリューム３０４に、キャッシュ２１８中のそのデータのより多くをより長い量の時間の間保持するためのキャッシュ選好を付与することができ、このことにより、ボリューム３０４へのアクセス時のより高いキャッシュ・ヒット率が保証される。
【0056】
Ｉ／Ｏをボリューム３０４まで追跡するとき、Ｉ／Ｏ追跡モジュール１０００は、タイプの異なるＩ／Ｏを区別することができる。例えば、Ｉ／Ｏ追跡モジュール１０００は、トランザクション内の読み出し１００２、トランザクション内の書き込み１００４、トランザクション外の読み出し１００６、およびトランザクション外の書き込み１００８を追跡し得る。特定の実施形態では、Ｉ／Ｏ追跡モジュール１０００は、ボリューム３０４に対するこれらのタイプの異なるＩ／Ｏの各々の量を追跡するために、カウンタを利用することができる。
【0057】
Ｉ／Ｏ追跡モジュール１０００によって集められた情報を使用して、ボリューム・ランク付けモジュール１０１０は、ストレージ・システム１１０上のボリューム３０４をランク付けすることができる。例えば、ボリューム・ランク付けモジュール１０１０は、式Ａ＊Ｌ＋Ｂ＊Ｍ＋Ｃ＊Ｐ＋Ｄ＊Ｑを使用して各ボリューム３０４をランク付けすることができ、この式で、Ａはトランザクション内の読み出し用のボリューム３０４へのアクセスの数、Ｂはトランザクション内の書き込み用のボリューム３０４へのアクセスの数、Ｃはトランザクション外の読み出し用のボリューム３０４へのアクセスの数、Ｄはトランザクション外の書き込み用のボリューム３０４へのアクセスの数である。Ｌ、Ｍ、Ｐ、およびＱは重み係数（例えば、Ｌ＝４、Ｍ＝３、Ｐ＝２、Ｑ＝１）であり、ここでＬ＞Ｍ＞Ｐ＞Ｑである。言い換えれば、キャッシュ選好を確立する目的のために、トランザクション内のボリューム３０４へのアクセスは、トランザクション外のボリューム３０４へのアクセスよりも重く重み付けされ得る。また、キャッシュ選好を確立する目的のために、ボリューム３０４に対する読み出しは、ボリューム３０４への書き込みよりも重く重み付けされ得る。
【0058】
各ボリューム３０４についての上記した計算の出力を使用して、ボリューム・ランク付けモジュール１０１０は、ストレージ・システム１１０上のボリューム３０４を、それらの出力値の大きさによってランク付けすることができる。Ｉ／Ｏの量がより多いボリューム３０４は一般により大きい出力値を有し、したがって同じ時間期間内でＩ／Ｏの量がより少ないボリューム３０４よりも、上位にランク付けされる可能性がある。リスト作成モジュール１０１２は次いで、優先されキャッシュ選好が与えられるべきボリューム３０４のリスト７００を作成することができる。これは、特定の数の最も上位にランク付けされたボリューム３０４、特定の閾値を超える出力値を有するボリューム３０４、などであり得る。
【0059】
レジデンシ時間判定モジュール１０１４は、キャッシュ２１８内の非優先ボリューム３０４ｂのストレージ要素４０２のレジデンシ時間（すなわち、推定寿命）を判定することができる。乗数計算モジュール１０１６は次いで、優先ボリューム３０４ａについてのレジデンシ乗数９０２を判定することができる。例えば、優先ボリューム３０４ａのストレージ要素４０２が、キャッシュ２１８中に非優先ボリューム３０４ｂのストレージ要素４０２の２倍の時間の量の間存在することになる場合、レジデンシ乗数９０２は２に設定され得る。特定の実施形態では、レジデンシ乗数９０２は、優先ボリューム３０４ａから上記した出力値を取り出し、これを非優先ボリューム３０４ｂからの出力値で除算してある率を得ることによって、判定される。所望であれば、この率に関わらず、特定の値（例えば、２）を下回らないようなレジデンシ乗数９０２の最低値を設定してもよい。このことにより、優先ボリューム３０４ａのストレージ要素４０２がキャッシュ２１８中に、非優先ボリューム３０４ｂのストレージ要素４０２の少なくとも２倍の時間の量の間保持されることが保証されることになる。
【0060】
リスト７００が作成されレジデンシ乗数９０２が判定されると、送信モジュール１０１８は、リスト７００およびレジデンシ乗数９０２を、ホスト・システム１０２からストレージ・システム１１０へと送信することができる。既に説明したように、特定の実施形態では、リスト７００中の全ての優先ボリューム３０４ａについて、単一のレジデンシ乗数９０２が計算され得る。他の実施形態では、図１１に示すように、リスト７００中の各優先ボリューム３０４ａについて、異なるレジデンシ乗数９０２（Ｎ）が計算され得る。図１１に図示されているように、リスト７００は、優先されることになるボリューム３０４を、ランク付けの順序で（すなわち、上記した計算を使用したそれらの出力値の順序で）ドキュメント化する。各優先ボリューム３０４ａは、それらと関連付けられた異なるレジデンシ乗数９０２を有する。ボリューム３０４のランクが上位であるほど、レジデンシ乗数９０２は大きくなる。既に述べたように、優先ボリューム３０４ａのストレージ要素４０２がキャッシュ２１８中に保持されるべき時間の量を判定するために、レジデンシ乗数９０２に、非優先ボリューム３０４ｂのストレージ要素４０２の推定寿命を乗算することができる。
【0061】
図１２を参照すると、特定の実施形態では、リスト７００中の優先ボリューム３０４ａは同じレジデンシ乗数９０２を共有し、この結果選好された同じキャッシュ・レジデンシ時間を有し得る。例えば、優先ボリューム３０４ａの第１の組（すなわち、ボリュームＡ、Ｂ、およびＣ）には第１のレジデンシ乗数Ｎ１を割り当てることができ、優先ボリューム３０４ａの第２の組（すなわち、ボリュームＤおよびＥ）には第２のレジデンシ乗数Ｎ２を割り当てることができ、優先ボリューム３０４ａの第３の組（すなわち、ボリュームＦおよびＧ）には第３のレジデンシ乗数Ｎ３を割り当てることができ、ここでＮ１＞Ｎ２＞Ｎ３である。各レジデンシ乗数９０２は、優先ボリューム３０４ａのそれに対応するグループについて、キャッシュ選好（すなわち、選好されるキャッシュ・レジデンシ時間）の強さがどの程度であるべきかを示す。特定の実施形態では、ＩＢＭ ＤＳ８０００（商標）エンタープライズ・ストレージ・システム１１０などのストレージ・システム１１０において、各ボリューム３０４についてのレジデンシ乗数９０２は、レジデンシ乗数９０２がリブート、電源喪失、障害などの間に失われないように、グローバル状態エリア（例えば、より永続的なストレージ・ドライブ２０４にミラーリングされる、キャッシュ２１８中のエリア）に保存される。
【0062】
図１３を参照すると、特定の実施形態では、各レジデンシ乗数９０２および優先ボリューム３０４ａの関連付けられたグループについて、ＬＲＵリスト１３００が作成される。全ての非優先ボリューム３０４ｂ（すなわち、レジデンシ乗数９０２を有さないかまたは１のレジデンシ乗数９０２を有するボリューム３０４）について、ＬＲＵリスト１３００ｄも作成することができる。キャッシュ２１８に無修正のストレージ要素４０２（例えば、無修正のトラック）が追加される場合、ストレージ要素４０２と関連付けられたボリューム３０４は、それが優先ボリューム３０４ａであるかどうか、および、そうであれば、そのボリューム３０４についてのレジデンシ乗数９０２は何か、を判定するようにチェックされ得る。ボリューム３０４についてのレジデンシ乗数９０２（またはその不在）に基づいて、無修正のストレージ要素４０２と関連付けられたエントリを、適切なＬＲＵリスト１３００の直近に使用された（ＭＲＵ）末尾に追加することができる。ボリューム３０４と関連付けられたレジデンシ乗数９０２についてＬＲＵリスト１３００が存在しない場合、レジデンシ乗数９０２についてのＬＲＵリスト１３００を作成することができ、この新しく作成されたＬＲＵリスト１３００に、無修正のストレージ要素４０２と関連付けられたエントリを追加することができる。
【0063】
図１４は、図１３に図示したもののようなＬＲＵリスト１３００を使用してキャッシュ２１８からストレージ要素をエビクトするための方法１４００を示す。示されているように、方法１４００は最初に、キャッシュ２１８から１つまたは複数のストレージ要素４０２をエビクトするべきときであるかどうかを判定する１４０２。このステップ１４０２は、特定の実施形態では、キャッシュ２１８の空き領域が少ないかどうかを判定することを含む。キャッシュ２１８からエントリをエビクトするべきときである（例えば、キャッシュ２１８の空き領域が少ない）場合、方法１４００は、優先ボリューム３０４ａ（以降は「優先」ＬＲＵリスト１３００と呼ぶ）と関連付けられたＬＲＵリスト１３００が全て空であるかどうかを判定する１４０４。全て空であれば、方法１４００は、キャッシュ２１８から、非優先ボリューム３０４ｂについてのＬＲＵリスト１３００（以降は「非優先」ＬＲＵリスト１３００と呼ぶ）中の最も古いエントリ（すなわち、ＬＲＵリストのＬＲＵ末尾にあるエントリ）と関連付けられたストレージ要素４０２をエビクトする１４０６。
【0064】
他方で、「優先」ＬＲＵリスト１３００が完全に空ではない場合、方法１４００は、空ではない「優先」ＬＲＵリスト１３００について、「要求されるレジデンシ時間を超える時間（ｔｉｍｅ ａｂｏｖｅ ｒｅｑｕｉｒｅｄ ｒｅｓｉｄｅｎｃｙ ｔｉｍｅ）」を演算する１４１０。特定の実施形態では、「要求されるレジデンシ時間を超える時間」は、「優先」ＬＲＵリスト１３００中の最も古いエントリのレジデンシ時間を判定し、この値から「推定寿命」にレジデンシ乗数９０２を乗算したものを減算することによって計算され得る。既に説明したように、「推定寿命」は、エビクトされる前に非優先ストレージ要素４０２ｂがキャッシュ２１８中に存在することになる時間の量と等価であり得る。一般に、ステップ１４１０は、「優先」ＬＲＵリスト１３００中の最も古いエントリが、キャッシュ２１８中でのその選好されるレジデンシ時間を上回った（または下回った）量を判定する。
【0065】
方法１４００は次いで、最も古いエントリについての「要求されるレジデンシ時間を超える時間」が最も大きい「優先」ＬＲＵリスト１３００を選び出す１４１２。方法１４００は次いで、この「要求されるレジデンシ時間を超える時間」が負である（「優先」ＬＲＵリスト１３００中の最も古いエントリと関連付けられたストレージ要素が、その選好されるレジデンシ時間よりも少ないある時間の量の間、キャッシュ２１８中に存在していることを意味する）かどうかを判定する１４１４。「要求されるレジデンシ時間を超える時間」が負である場合、方法１４００は、「非優先」ＬＲＵリスト１３００が空であるかどうかを判定する１４１６。これが空でない場合、方法１４００は、キャッシュ２１８から、「非優先」ＬＲＵリスト１３００中の最も古いエントリと関連付けられたストレージ要素４０２をエビクトする１４０６。
【0066】
ステップ１４１４において、「要求されるレジデンシ時間を超える時間」が負でない（「優先」ＬＲＵリスト１３００中の最も古いエントリが、その選好されるレジデンシ時間以上のある時間の量の間、キャッシュ２１８中に存在していることを意味する）場合、方法１４００は、キャッシュ２１８から、最大の「要求されるレジデンシ時間を超える時間」を有する「優先」ＬＲＵリスト１３００中の最も古いエントリと関連付けられたストレージ要素をエビクトする１４０８。同様に、ステップ１４１６において「非優先」ＬＲＵリスト１３００が空であると分かった場合、方法１４００はやはり、キャッシュ２１８から、最大の「要求されるレジデンシ時間を超える時間」を有する「優先」ＬＲＵリスト１３００中の最も古いエントリをエビクトする１４０８。
【0067】
図中のフローチャートおよびブロック図には、本発明の様々な実施形態に係るシステム、方法、およびコンピュータ・プログラム製品の、可能な実装形態のアーキテクチャ、機能、および動作が説明されている。この関連において、フローチャートまたはブロック図内の各ブロックは、指定されたロジック機能を実施するための１つまたは複数の実行可能命令を備える、モジュール、セグメント、またはコードの一部分を表すことができる。いくつかの代替的実装形態において、ブロック内に記された機能は、図に記されたものとは異なる順序で行われることにも留意すべきである。例えば連続して示される２つのブロックは、実際は実質的に並行して実行され、またはこれらのブロックは時には関わる機能に応じて、逆の順序で実行され得る。他の実装形態では、所望の機能を達成するために、開示される全てのステップを必要としない場合がある。ブロック図またはフローチャート図あるいはその両方の各ブロック、およびブロック図またはフローチャート図あるいはその両方におけるブロックの組合せは、指定された機能もしくは動作を実行する専用ハードウェア・ベースのシステム、または専用ハードウェアとコンピュータ命令の組合せによって実装されることもまた、留意されるであろう。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】