Arbeitsverfahren für ein Massenspeichersystem, Massenspei- chersystem und Computerprogrammprodukt

Die Erfindung betrifft ein Arbeitsverfahren für ein Massenspeichersystem, insbesondere ein RAID-System, das wenigstens ein virtuelles Dateisystem für wenigstens einen Benutzer des Massenspeichersystems bereitstellt. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein zur Umsetzung des Verfahrens geeignetes Mas ^¬ senspeichersystem sowie ein Computerprogrammprodukt mit Pro ^¬ grammanweisungen zum Ausführen auf einer Datenverarbeitungseinheit eines elektronischen Datenverarbeitungssystems. Massenspeichersysteme, insbesondere RAID-Systeme, und zu ih ^¬ rem Betrieb geeignete Arbeitsverfahren sind aus dem Stand der Technik bekannt. Insbesondere ist aus dem Artikel "A Case For Redundant Arrays of Inexpensive Disks (RAID) " von David A. Patterson, Garth Gibson und Randy H. Cats, veröffentlicht in der International Conference on Management of Data, 1988, Chicago, der inzwischen allgemein als RAID-System bekannte Ansatz bekannt, Daten verteilt über mehrere Festplatten, die physikalisch unabhängig voneinander sind, zu speichern. Dabei nimmt ein Benutzer des Massenspeichersystems die physikali- sehe Aufteilung der einzelnen eingesetzten Massenspeicher nicht mehr wahr, sondern speichert seine Daten in einem logischen oder virtuellen Dateisystem, dessen zugehörige Daten physisch auf einem oder einer Mehrzahl von Massenspeichern abgelegt sind.

Die Verwendung von RAID-Systemen bietet im Allgemeinen eine Anzahl von Vorteilen. Insbesondere können umfangreiche Daten über mehrere physikalische Festplattenlaufwerke verteilt wer- den. Dies besitzt unter anderem den Vorteil, dass Schreib- /Lese-Zugriffe beschleunigt werden können, da die Datentrans- ferrate mehrerer physikalischer Massenspeichergeräte zur Verfügung steht. Des Weiteren kann auch eine Redundanz der Daten und somit eine Sicherheit gegenüber dem Ausfall eines einzi ^¬ gen Festplattenlaufwerks erreicht werden, indem Daten gleich ^¬ zeitig auf mehreren physikalischen Massenspeichern abgelegt werden. Die genannten Vorteile lassen sich in unterschiedlichen Betriebsarten, die allgemein als RAID-Level bekannt sind, zumindest teilweise auch miteinander kombinieren.

Ein Nachteil, der mit dem oben genannten RAID-Ansatz einhergeht, liegt darin, dass durch die Vorsehung einer Vielzahl von voneinander unabhängig betriebenen Massenspeichern ein erhöhter Energiebedarf entsteht. Bereits bei der Vorsehung von nur wenigen Festplattenlaufwerken, beispielsweise vier Festplattenlaufwerken mit je 250 GB Kapazität, gegenüber der Vorsehung eines einzigen Festplattenlaufwerks mit beispiels ^¬ weise 1 TB Kapazität entsteht durch die zusätzlich erforder- liehe Steuerelektronik und den Antrieb der jeweils vorhande ^¬ nen Plattenstapel ein nicht unerheblicher Mehrbedarf an elektrischer Energie. Dieser zusätzliche Energiebedarf erhöht sich weiter, wenn, wie oben beschrieben, redundante Datenhaltung gewünscht ist und somit weitere, zusätzliche Festplat- tenlaufwerke eingesetzt werden. Insbesondere im gewerblichen Umfeld, in dem heutzutage sehr große Datenmengen in zentralen Rechenzentren vorgehalten werden, erhöht sich das Problem noch weiter. Denn bei einem Einsatz von einigen hundert oder gegebenenfalls sogar etlichen tausend Festplattenlaufwerken fällt zusätzlich zu deren Betriebsenergie ein weiterer Auf ^¬ wand zu deren Kühlung im Betrieb an. Aus dem Stand der Technik sind Maßnahmen bekannt, die Energieaufnahme einzelner Plattenlaufwerke zu reduzieren. Bei ^¬ spielsweise ist es bekannt, durch ein Betriebssystem oder ei ^¬ nen internen Festplatten-Controller den Antrieb für einen Stapel mit rotierenden Speichermedien vorübergehend zu deaktivieren, wenn aktuell keine Zugriffe auf ein Laufwerk erfol ^¬ gen. Die an sich bekannte Abschaltung birgt jedoch eine Reihe von Nachteilen. Zum einen muss bei einem erneuten Zugriff auf einen derartig deaktivierten Massenspeicher der Plattenstapel zunächst wieder beschleunigt werden, bevor der gewünschte Zu ^¬ griff ausgeführt werden kann, was zu längeren Zugriffszeiten führt. Zum anderen führt das wiederholte Abschalten und er ^¬ neute Beschleunigen der Plattenstapel zu einem erhöhten mechanischen Verschleiß und somit einer geringeren Lebensdauer des Massenspeichers. Somit werden derartige Energiesparoptio ^¬ nen zumindest in Rechenzentren, bei denen eine Vielzahl von Dateien für eine Vielzahl von Nutzern in umfangreichen Massenspeichersystemen vorgehalten werden, in der Regel nicht oder nur selten verwendet.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein Arbeitsverfahren für ein Massenspeichersystem bzw. ein Massen- speichersystem zu beschreiben, das bei im Wesentlichen gleicher Leistung eine gegenüber bekannten Massenspeichersystemen reduzierte Energieaufnahme aufweist oder das bei gleichem Energiebedarf eine höhere Leistung zur Verfügung stellen kann. Bevorzugt soll sich das Massenspeichersystem aus Sicht seiner Benutzer wie ein konventionelles Massenspeichersystem verhalten .

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Arbeitsverfahren für ein Massenspeichersystem, insbesondere ein RAID- System, beschrieben. Es umfasst die Schritte: - Bereitstellen eines virtuellen Dateisystems für wenigstens einen Benutzer des Massenspeichersystems,

- Bestimmen einer Zugriffswahrscheinlichkeit für in dem virtuellen Dateisystem logisch gespeicherte Daten,

- verteiltes Speichern von Dateien, deren Zugriffswahrscheinlichkeit über einem vorbestimmten Grenzwert liegt, in einer Mehrzahl von voneinander unabhängigen ersten physikalischen Massenspeichern mit voneinander unabhängigen Schreib-/Leseeinheiten und

- gemeinsames Speichern von Dateien, deren Zugriffswahrscheinlichkeit unter dem vorbestimmten Grenzwert liegt, in wenigstens einem zusammenhängenden Speicherbereich wenigstens eines zweiten physikalischen Massenspeichers. Das genannte Arbeitsverfahren unterteilt in einem virtuellen Dateisystem eines Massenspeichersystems abgelegten Dateien anhand einer Zugriffswahrscheinlichkeit in wenigstens zwei Gruppen mit unterschiedlichen Zugriffswahrscheinlichkeiten. Dabei werden Dateien, auf die mit einer verhältnismäßig hohen Wahrscheinlichkeit zugegriffen wird, verteilt in einer Mehr ^¬ zahl voneinander unabhängiger erster physikalischer Massenspeicher abgelegt, um die Schreib-/Leseleistung der beteiligten Massenspeicher zum Vorteil des Benutzers wie bei konventionellen RAID-Systemen zu kombinieren. Dateien, deren Zu- griffswahrscheinlichkeit unter einem vorbestimmten Grenzwert liegt, werden dagegen zusammenhängend in einem Speicherbe ^¬ reich wenigstens eines zweiten physikalischen Massenspeichers abgelegt. Zumindest zum Speichern der letztgenannten Gruppe von Dateien ist daher in der Regel nur der Betrieb eines ein- zelnen physikalischen Massenspeichers erforderlich, sodass die Energieaufnahme des Massenspeichersystems gegenüber einem konventionellen RAID-System mit einer verteilten Speicherung aller Daten insgesamt reduziert wird. In einer bevorzugten Ausgestaltung wird der wenigstens eine zweite physikalische Massenspeicher in einen Betriebszustand mit gegenüber einem normalen Betriebszustand reduzierter Energieaufnahme geschaltet, wenn über einen vorbestimmten

Zeitraum kein Zugriff auf den wenigstens einen zweiten physikalischen Massenspeicher durchgeführt wurde. Der wenigstens eine zweite physikalische Massenspeicher wird zurück in den normalen Betriebszustand geschaltet, wenn eine Zugriffsanfor- derung für wenigstens eine auf dem wenigstens einen zweiten physikalischen Massenspeicher gespeicherte Datei über das virtuelle Dateisystem erfasst wird. Die Vorsehung der oben genannten Schritte führt zu einer weiteren Energieeinsparung durch zumindest zeitweises Abschalten des zweiten physikali- sehen Massenspeichers. Die dabei grundsätzlich auftretenden

Nachteile einer verzögerten Zugriffszeit sowie eines erhöhten Verschleißes fallen in dem genannten Arbeitsverfahren weniger ins Gewicht als bei bekannten Massenspeichersystemen, da die Zugriffswahrscheinlichkeit auf den zweiten physikalischen Massenspeicher aufgrund der Verteilung von Dateien besonders niedrig ist, so dass der zweite physikalische Massenspeicher auch nur sehr selten in den normalen Betriebszustand geschaltet werden muss. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung werden die Dateien des virtuellen Dateisystems in Gruppen mit unterschiedlichen Zugriffswahrscheinlichkeitsbereichen aufgeteilt. Dabei können in einer weiteren Ausgestaltung Dateien einer ersten Gruppe mit einer verhältnismäßig hohen Zugriffswahrscheinlichkeit in Segmente vorbestimmter Größe aufgeteilt werden, wobei die

Segmente einer Datei mit mehr als einem Segment verteilt auf der Mehrzahl von voneinander unabhängigen Massenspeichern gespeichert werden. Wird auf diese Weise der Inhalt großer Da- teien, auf die häufig zugegriffen wird, auf mehrere physika ^¬ lische Massenspeicher verteilt, ergibt sich insgesamt eine erhöhte Performance des Massenspeichersystems gegenüber der Ablage einer entsprechenden Datei auf einem einzelnen physi- kaiischen Massenspeicher.

Die Zugriffswahrscheinlichkeit für eine Datei kann beispiels ^¬ weise basierend auf wenigstens einem Zeitpunkt der Erstellung der Datei, einem Zeitpunkt des letzten Schreibzugriffs auf die Datei, einem Zeitpunkt des letzten Lesezugriffs auf die

Datei und/oder einer Anzahl von Lese- und/oder Schreibzugriffen innerhalb eines vorbestimmten Zeitraums auf die Datei be ^¬ stimmt werden. Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Massenspei- chersystem, insbesondere ein RAID-System, beschrieben. Das System umfasst eine Mehrzahl von voneinander unabhängigen ersten physikalischen Massenspeichern mit voneinander unabhängiger Schreib-/Leseeinheiten, wenigstens einen zweiten physikalischen Massenspeicher und wenigstens eine Schnittstellenvorrichtung zum Bereitstellen eines virtuellen Dateisystems für wenigstens einen Benutzer des Massenspeichersys ^¬ tems. Das System umfasst des Weiteren wenigstens eine Steuer ^¬ vorrichtung zum wahlweisen Speichern der in dem virtuellen Dateisystem logisch gespeicherten Dateien auf den ersten physikalischen Massenspeichern oder dem wenigstens einen zweiten physikalischen Massenspeicher. Dabei ist die Steuervorrichtung dazu eingerichtet, für die in dem virtuellen Dateisystem logisch gespeicherten Daten eine Zugriffswahrscheinlichkeit zu bestimmen, Dateien, deren Zugriffswahrscheinlichkeit über einem ersten vorbestimmten Grenzwert liegt, in einer Mehrzahl von voneinander unabhängigen ersten physikalischen Massenspeichern mit voneinander unabhängigen Schreib-/Leseeinheiten verteilt zu speichern, und Dateien, deren Zugriffswahrscheinlichkeit unter dem vorbestimmten Grenzwert liegt, in wenigs ^¬ tens einem zusammenhängenden Speicherbereich des wenigstens einen zweiten physikalischen Massenspeichers gemeinsam zu speichern.

Ein derartiges Massenspeichersystem weist im Wesentlichen dieselben Vorteile auf wie das oben genannte Arbeitsverfahren gemäß dem ersten Aspekt.

Bevorzugt umfasst der wenigstens eine zweite physikalische Massenspeicher eine Antriebseinheit und wenigstens ein durch die Antriebseinheit rotatorisch antreibbares Speichermedium, wobei die Steuereinheit oder der wenigstens eine zweite phy- sikalische Massenspeicher dazu eingerichtet ist, die An ^¬ triebseinheit abzuschalten, wenn über einen vorbestimmten Zeitraum kein Zugriff auf den wenigstens einen zweiten physikalischen Massenspeicher erfolgt. Durch das Abschalten der in konventionellen Festplatten enthaltenen Spindeln mit rotie- renden Speichermedien kann deren Betriebsenergie in einem Bereitschaftszustand erheblich reduziert werden.

Gemäß vorteilhaften Ausgestaltungen werden die in dem Massenspeichersystem gespeicherten Daten redundant gespeichert, um eine Absicherung gegenüber dem Ausfall einzelner Massenspeicher zu schaffen. Zur redundanten Speicherung der Dateien mit niedriger Zugriffswahrscheinlichkeit umfasst das Massenspei ^¬ chersystem wenigstens zwei zweite physikalische Massenspei ^¬ cher, wobei auf einem ersten der wenigstens zwei zweiten phy- sikalischen Massenspeicher gespeichert Daten auf wenigstens einem zweiten der wenigstens zwei zweiten physikalischen Massenspeicher redundant gespeichert werden. Dies entspricht im Wesentlichen der bekannten RAID-Betriebsart 1 und weist den zusätzlichen Vorteil auf, dass beim Lesen von Daten nur eines der wenigstens zwei zweiten Massenspeicher in einen normalen Betriebszustand versetzt werden muss. Zur redundanten Spei ^¬ cherung der Dateien mit hoher Zugriffswahrscheinlichkeit wer- den auf einem ersten der Mehrzahl von ersten physikalischen Massenspeichern gespeicherte Dateien oder Segmente von Dateien auf wenigstens einem zweiten der Mehrzahl von ersten Massenspeichern redundant gespeichert. Dies entspricht im We ^¬ sentlichen den bekannten RAID-Betriebsarten 1, 3, 4, 5 oder 6 oder RAID-Kombinationen hiervon, wie beispielsweise ein RAID- 15-Verbund, und kombiniert die Vorteile hoher Zugriffsband ^¬ breite mit denen einer hohen Datensicherheit.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist bei dem Massenspeichersystem die Mehrzahl von ersten physikalischen Massenspeichern über eine erste, lokale Verbindungsstruktur mit einer ersten Bandbreite mit der wenigstens einen Schnitt ^¬ stellenvorrichtung verbunden und der wenigstens eine zweite physikalische Massenspeicher über eine zweite Verbindungs- struktur mit einer gegenüber der ersten Bandbreite geringeren zweiten Bandbreite mit der wenigstens einen Schnittstellenvorrichtung verbunden. Durch den Einsatz unterschiedlicher Verbindungsstrukturen für die ersten physikalischen Massenspeicher einerseits und den wenigstens einen zweiten physika- lischen Massenspeicher andererseits kann auch auf Ebene der

Verbindungsstrukturen eine leistungsgerechte Entkopplung zwischen Dateien mit einer hohen Zugriffswahrscheinlichkeit und Dateien mit einer niedrigen Zugriffswahrscheinlichkeit vorge ^¬ nommen werden. Beispielsweise können die Dateien der ersten Gruppe bevorzugt gemäß dem Fibre Channel Protokoll oder einem Remote Direct Memory Acess (RDMA) Protokoll, insbesondere ei ^¬ nem RDMA over Infiniband Protokoll, wie zum Beispiel dem SCSI RDMA Protokoll (SRP), dem Socket Direct Protokoll (SDP) oder dem nativen RDMA Protokoll, oder einem RDMA over Ethernet Protokoll, wie zum Beispiel dem RDMA over Converged Ethernet (RoCE) oder dem Internet Wide Area RDMA (iWARP) Protokoll, zum Zugriff auf lokale Massenspeicher mit einer besonders ho- hen Datenübertragungsrate gelesen und geschrieben werden, während Daten der zweiten Gruppe mit einem anderen, leistungsschwächeren Protokoll, beispielsweise einem TCP/IP- basierten Protokoll für den Zugriff auf entfernte Speicherme ^¬ dien, gelesen oder geschrieben werden können.

In einer bevorzugten Ausgestaltung wird die Mehrzahl von ersten physikalischen Massenspeichern von der Steuervorrichtung über ein gemeinsames, verteiltes erstes Dateisystem verwaltet und der wenigstens eine zweite physikalische Massenspeicher wird über ein für den Massenspeicher spezifisches zweites Da ^¬ teisystem verwaltet. Die Vorsehung unterschiedlicher Dateisysteme ermöglicht eine einfache Implementierung und leistungs ^¬ gerechte Verwaltung der unterschiedlichen Massenspeicher. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung werden einzelne Untergruppen von Dateien des virtuellen Dateisystems unterschiedlichen physikalischen Massenspeichern zugeordnet, wobei die Zugriffsgeschwindigkeit der jeweils verwendeten Massenspeicher der Zugriffswahrscheinlichkeit der entspre- chenden Gruppe angepasst ist. Beispielsweise ist es möglich, Dateien, auf die besonders häufig zugegriffen wird, auf be ^¬ sonders leistungsfähigen Halbleiter-Massenspeichern, insbesondere so genannte SSD-Laufwerken, abzulegen, während Datei ^¬ en mit einer mittleren Zugriffswahrscheinlichkeit auf Massen- Speicher mit rotierenden Speichermedien, wie insbesondere

SCSI- und SATA-Festplattenlaufwerken abgelegt sind. Daten mit besonders niedriger Zugriffswahrscheinlichkeit können auf physikalisch extern angeordneten Massenspeichermedien, insbe- sondere so genannten Network Attached Storage (NAS) oder Di- rect Attached Storage (DAS) Speicherlaufwerken abgelegt wer ^¬ den . Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird ein Computerprogrammprodukt mit Programmanweisungen zur Ausführung auf einer Datenverarbeitungseinheit eines elektronischen Daten ^¬ verarbeitungssystems gemäß Patentanspruch 15 beschrieben. Das Computerprogrammprodukt weist im Wesentlichen dieselben Vor- teile auf wie das Arbeitsverfahren gemäß dem ersten Aspekt und das Massenspeichersystem gemäß dem zweiten Aspekt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen sowie der nachfolgenden ausführli chen Beschreibung von Ausführungsbeispielen dargestellt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispie len unter Bezugnahme auf die angehängten Figuren im Detail beschrieben. In den Figuren zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung eines Massenspeicher

System gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung,

Figur 2 ein Ablaufdiagramm eines ersten Arbeitsverfahrens zum Betrieb eines Massenspeichersystems ,

Figur 3 ein Ablaufdiagramm eines zweiten Arbeitsverfahrens zum Betrieb eines Massenspeichersystems,

Figur 4 ein Ablaufdiagramm eines Bestimmungsverfahrens für und eine schematische Darstellung von unterschied ^¬ licher Zugriffswahrscheinlichkeiten, Figur 5 eine schematische Darstellung eines RAID-Systems gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung und

Figur 6 eine schematische Darstellung von Dateisystemen ei- nes erfindungsgemäßen Massenspeichersystems .

Figur 1 zeigt ein Massenspeichersystem 100 gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung. Das Massenspeichersystem 100 um- fasst eine Netzwerkschnittstelle 110, eine Steuervorrichtung 120 und einen internen Speicher zum Ablegen von Steuerdaten, insbesondere von Metadaten über in dem Massenspeichersystem 100 gespeicherte Daten in Form einer Datenbank 130. Darüber hinaus umfasst das Massenspeichersystem 100 zwei erste physi ^¬ kalische Massenspeicher 142 und 144 sowie einen zweiten phy- sikalischen Massenspeicher 150. Die ersten physikalischen Massenspeicher 142 und 144 bilden zusammen einen primären Speicherverbund 140 und sind über eine lokale primäre Verbin ^¬ dungsstruktur 160, insbesondere eine besonders leistungsfähi ^¬ ge Fibre-Channel- oder RDMA-Verbindung, mit der Steuervor- richtung 120 verbunden. Der zweite physikalische Massenspei ^¬ cher 150 ist über eine sekundäre Verbindungsstruktur 170, insbesondere eine verhältnismäßig preisgünstige Internet- Protokoll-Verbindung, z.B. eine TCP/IP-Verbindung über 1 GBit/s Ethernet, mit der Steuervorrichtung 120 verbunden. Des Weiteren ist die Steuervorrichtung 120 funktionsfähig mit der Netzwerkschnittstelle 110 verbunden, die das Massenspeicher ^¬ system 100 über ein Netzwerk 180 mit einem Client Computer 190 verbindet. Im Betrieb greift der Client Computer 190 mittels eines ge ^¬ eigneten Netzwerkprotokolls über das Netzwerk 180 und die Netzwerkschnittstelle 110 auf die Daten des Massenspeicher- systems 100 zu. Hierzu werden Schreib- und Leseanforderungen der Client Computer 190 durch die Steuervorrichtung 120 analysiert und entsprechend den angeforderten Daten an die Mas ^¬ senspeicher 142, 144 und/oder 150 weitergeleitet. Für die Ermittlung, welche Daten auf welchen der Massenspeicher 142, 144, 150 angeordnet sind, dienen neben eventueller Datei- Informationen der jeweiligen eingesetzten Dateisysteme der Massenspeicher 142, 144 und 150 im Ausführungsbeispiel zu ^¬ sätzlich oder alternativ die in der Datenbank 130 enthaltenen Metadaten. Dabei kann die Datenbank 130 selbst auf den Mas- senspeichern 142 und/oder 144 des primären Speicherverbunds 140 oder einem sonstigen internen Massenspeicher oder dem Hauptspeicher des Massenspeichersystems 100 gespeichert sein.

Aus Gründen einer einfacheren Darstellung wird im Folgenden stets von auf den Massenspeichern 142, 144 und 150 gespeicherten "Dateien" gesprochen. Dabei kann es sich beispielsweise um in einem hierarchischen Dateisystem angeordnete und über einen vollständigen Pfad und Dateinamen identifizierbare Dateien handeln. An dieser Stelle wird jedoch darauf hinge- wiesen, dass sich das nachfolgend beschriebene System auch für andere Massenspeichersysteme eignet, die anstelle von Da ^¬ teien andere Arten von Objekten und anstelle von Pfaden und Dateinamen andere Kennungen verwenden. Unter dem Begriff "Datei" ist daher jede inhaltlich zusammengehörige Dateneinheit zu verstehen, die mittels einer geeigneten Kennung aus einem Massenspeichersystem abrufbar ist. Beispiele solcher Dateneinheiten sind auch Objekte eines Objektspeichersystems oder vordefinierter Bereiche eines Massenspeichersystems. Unter dem Begriff "Dateisystem" ist entsprechend jede geeignete Zu- griffsstruktur für derartige Dateneinheiten zu verstehen, also auch Tabellen oder andere Mechanismen zum Zuordnen einer Kennung zu einer Dateneinheit. Im beschriebenen Ausführungsbeispiel werden sämtliche von dem Client Computer 190 empfangenen Schreibanforderungen über die Fibre-Channel- oder RDMA-Verbindung 150 auf die physikali ^¬ schen Massenspeicher 142 und 144 verteilt. Dabei kann die Verteilung beispielsweise derart erfolgen, dass Schreibanforderungen abwechselnd an den physikalischen Massenspeicher 142 und an den physikalischen Massenspeicher 144 weitergeleitet werden, sodass eine erste Schreibanforderung für den physikalische Massenspeicher 142 eine nachfolgende Schreibanforde- rung für den weiteren physikalischen Massenspeicher 144 nicht blockiert .

Alternativ ist es jedoch auch möglich, die Bearbeitung einer einzigen Anfrage über die beiden physikalischen Massenspei- eher 142 und 144 des primären Speicherverbunds zu verteilen. Dies bietet sich insbesondere beim Speichern von besonders umfangreichen Dateien an. Bei diesem so genannten "Data Sli- cing" werden in der Regel gleich große Blöcke von Daten einer umfangreichen Datei über physikalische Speichersektoren von mehreren Massenspeichern, in diesem Fall den physikalischen

Massenspeichern 142 und 144, verteilt, sodass auch der Datendurchsatz beim Bearbeiten einer einzelnen Schreibanforderung erhöht wird. Selbstverständlich können dieselben Daten oder die Daten und zugehörige Redundanzinformationen wie etwa Paritätswerte, auch auf mehreren physikalischen Massenspeichern 142 und 144 oder redundant an unterschiedlichen Stellen der physikalischen Massenspeicher 142 oder 144 des primären Speicherver- bunds 140 gespeichert werden, um die gespeicherten Daten ge ^¬ gen den Ausfall eines gesamten Massenspeichers 142 oder 144 oder einzelner Sektoren des Massenspeichers 142 oder 144 zu schützen. Derartige Verfahren zur redundanten Datenspeiche- rung sind aus dem Stand der Technik bekannt und werden daher hier nicht im Detail beschrieben.

Leseanforderungen an das Massenspeichersystem 100 werden im Ausführungsbeispiel in Abhängigkeit des Speicherortes der an ^¬ geforderten Datei durchgeführt. Hierzu greift die Steuervor ^¬ richtung 120 zunächst auf die Datenbank 130 zu, in der im Ausführungsbeispiel für jede gespeicherte Datei-Ressource hinterlegt ist, ob sie in dem primären Speicherverbund 140 gespeichert ist oder auf dem zweiten physikalischen Massenspeicher 150 gespeichert ist. Die Datenbank 130 ermittelt ei ^¬ ne logische oder physikalische Speicheradresse der angefor ^¬ derten Daten in dem primären Speicherverbund 140 bzw. dem zweiten Massenspeicher 150 und liefert diese an die Steuer- Vorrichtung 120 zurück.

Die Verteilung der Dateien über die Massenspeicher 142, 144, 150 wird nachfolgend anhand der Figuren 3 und 4 im Detail be ^¬ schrieben. Zum Verständnis des hier dargestellten Massenspei- chersystems 100 genügt es zunächst, dass Dateien, auf die be ^¬ sonders häufig zugegriffen wird, auf den physikalischen Massenspeichern 142, 144 abgelegt sind und weitere Dateien, auf die seltener zugegriffen wird, auf dem zweiten physikalischen Massenspeicher 150 abgelegt sind. Je nach ermitteltem Spei- cherort ruft die Steuervorrichtung 120 die entsprechenden gespeicherten Daten von den ersten physikalischen Massenspeichern 142 und 144 oder dem zweiten physikalischen Massenspeicher 150 ab. Beim Abrufen von Daten von den ersten physikalischen Massenspeichern 142, 144 kann dabei, wie oben bezüglich des Schreibens beschrieben, ein so genanntes "Data Slicing" Anwendung finden, sodass beispielsweise Datenblöcke abwech ^¬ selnd von dem ersten physikalischen Massenspeicher 142 und dem ersten physikalischen Massenspeicher 144 gelesen werden, um die zum Lesen zur Verfügung stehende Bandbreite über die Bandbreite eines einzelnen Massenspeichers 142 oder 144 zu erhöhen. Dateien, die auf dem zweiten physikalischen Massenspeicher 150 abgelegt sind, sind dagegen zusammenhängend ge- speichert und werden von der Steuervorrichtung 120 unabhängig von ihrem Umfang als eine komplette Datei eingelesen und über die Netzwerkschnittstelle 110 an den anfragenden Client Com ^¬ puter 190 weitergeleitet. Die Verarbeitung von Schreib- oder Leseanfragen des Client

Computers 190 durch ein Arbeitsverfahren 200 für das Massen- speichersystem 100 ist im Ablaufdiagramm nach Figur 2 schematisch dargestellt. In einem ersten Schritt 210 wird eine Anfrage bezüglich einer Datei durch die Steuervorrichtung 120 empfangen. Beispielsweise kann es sich um eine Anfrage gemäß einem Netzwerkspei ^¬ cherprotokoll wie beispielsweise dem Server Message Block (SMB) Protokoll, dem Network File System (NFS) Protokoll, dem Amazon S3 (Simple Storage Service) Protokoll oder einem loka ^¬ len Dateizugriffsprotokoll handeln, die über die Netzwerk ^¬ schnittstelle 110 von dem logischen oder physikalischen Client Computer 190 empfangen wird. In einem nachfolgenden Schritt 220 überprüft die Steuervorrichtung 120 zunächst, ob es sich um eine Schreibanfrage oder Leseanfrage handelt, was sich in der Regel unmittelbar aus dem zur Kommunikation mit dem Client Computer 190 eingesetzten Protokoll ergibt.

Aktuell geschriebene Daten besitzen statistisch gesehen eine besonders hohe Zugriffswahrscheinlichkeit für einen nachfol ^¬ genden Lese- oder (Über- ) Schreibvorgang, sodass die Daten ei- nes Schreibzugriffs im Ausführungsbeispiel ohne weitere Über ^¬ prüfung in dem primären Speicherverbund 140 gespeichert wer ^¬ den. Hierzu erfolgt in einem optionalen Schritt 230 zunächst eine Aufteilung der von dem Client Computer 190 übertragenen Daten in gleich große Dateisegmente, die in nachfolgenden Schritten 232 und 234 auf den Massenspeicher 142 bzw. den Massenspeicher 144 geschrieben werden.

Nachfolgend werden in einem Schritt 236 Metadaten der durch- geführten Schreibvorgänge in der Datenbank 130 gespeichert, um nachfolgende Leseanfragen auf die gespeicherten Daten zu ermöglichen. Beispielsweise kann eine physikalische Blockad ^¬ resse der gespeicherten Dateisegmente auf den physikalischen Massenspeichern 142 und 144 oder eine logische Adresse der Datei in einem Clusterdateisystems des primären Speicherver ^¬ bunds 140 insgesamt in der Datenbank 130 erfasst werden. Zu ^¬ sätzlich werden statistische Daten wie etwa der Zeitpunkt des Schreibvorgangs in der Datenbank 130 erfasst. Mit einer optionalen Replizierung der Daten im Schritt 238 auf denselben oder weiteren Massenspeichern des primären Speicherverbunds 140 wird die Bearbeitung der Schreibanfrage beendet . Wurde im Schritt 220 jedoch festgestellt, dass es sich bei der Anfrage um eine Leseanfrage handelt, werden in einem nachfolgenden Schritt 250 Metadaten zur Bestimmung einer Position der gespeicherten Daten innerhalb des Massenspeicher- systems 100 von der Datenbank 130 angefordert.

Zur Positionsbestimmung wird in einer Entscheidung 260 anhand der Daten der Datenbank 130 zunächst überprüft, ob die ange ^¬ forderte Datei auf dem primären Speicherverbund 140 oder dem Massenspeicher 150 gespeichert ist. Dies kann entweder unmit ^¬ telbar anhand von in der Datenbank 130 abgelegten Adressdaten oder mittelbar anhand der Ermittlung einer Zugriffswahrscheinlichkeit anhand von gespeicherten Metadaten erfolgen.

Handelt es sich um eine Datei mit einer hohen Zugriffswahrscheinlichkeit, wird eine Leseanforderung an die physikali ^¬ schen Massenspeicher 142 und 144 weitergeleitet. Im optionalen Schritt 270 erfolgt dabei gegebenenfalls eine Aufteilung der Anfragen in Teilanfragen bezüglich einzelner über die physikalischen Massenspeicher 142 und 144 verteilt gespeicherte Dateisegmente. Diese werden in nachfolgenden Schritte 272 bzw. 274 von den physikalischen Massenspeichern 142 bzw. 144 eingelesen. Mit dem Übermitteln einer gegebenenfalls kom- binierten Rückantwort in Schritt 276 endet die Leseanforde ^¬ rung .

Wurde in Schritt 260 dagegen festgestellt, dass die Anforde ^¬ rung auf eine Datei mit einer geringen Zugriffswahrschein- lichkeit gerichtet ist, die auf dem zweiten physikalischen Massenspeicher 150 abgelegt ist, wird die Datei in einem Schritt 280 von dem zweiten physikalischen Massenspeicher 150 angefordert. Sofern der Massenspeicher sich zu diesem Zeitpunkt in einem Energiesparzustand befindet, wird der Massen- Speicher beispielsweise durch Hochfahren eines Antriebs für einen Speicherplattenstapel zunächst in einen normalen Be ^¬ triebszustand versetzt. Nachfolgend kann die angeforderte Da ^¬ tei in der Regel aus einem zusammenhängen Speicherbereich des Massenspeichers 150 eingelesen und zurück an den Client Com- puter 190 übermittelt werden.

In einem nachfolgenden, optionalen Schritt 290 erfolgt gegebenenfalls eine Reorganisation der in dem Massenspeichersys- tem 100 gespeicherten Daten. Grund dafür ist, dass durch den Zugriff auf die zuvor als Datei mit niedriger Zugriffswahrscheinlichkeit eingeordnete Datei die Wahrscheinlichkeit für einen weiteren Zugriff statistisch erhöht wird, sodass zumin- dest bezüglich der zugegriffenen Datei gegebenenfalls eine Reorganisation des Massenspeichersystems 100 erforderlich sein könnte.

In der Figur 3 ist schematisch ein mögliches Verfahren 300 zur Reorganisation der Daten des Massenspeichersystems 100 dargestellt .

In einem Schritt 310 wird zunächst überprüft, ob ein Anlass zur Reorganisation der in dem Massenspeichersystem 100 ge- speicherten Dateien gegeben ist. Beispielsweise kann im

Schritt 310 basierend auf einem Zeitgeber regelmäßig eine Re ^¬ organisation nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitspanne ausgelöst werden. Beispielsweise kann eine Reorganisation zu ei ^¬ ner festen Tageszeit, beispielsweise nachts wenn besonders wenige Zugriffe auf die in dem System 100 gespeicherten Daten zu erwarten sind, vorgenommen werden. Alternativ ist es auch möglich, die Reorganisation beim Eintreten eines vorbestimmten Ereignisses, beispielsweise beim Lesen einer Datei von dem zweiten physikalischen Massenspeicher 150 oder beim Er- reichen einer vorbestimmten Speicherkapazitätsgrenze eines der Massenspeicher 144, 142 oder 150, auszulösen. Ebenfalls kann eine Regorganisation nach einer bestimmten Anzahl von Zugriffen auf das Massenspeichersystem 100 insgesamt oder den zweiten physikalischen Massenspeicher 150 ausgelöst oder ma- nuell von einem Administrator des Systems 100 angefordert werden. Der Schritt 310 wird zyklisch wiederholt, bis ein entsprechender Anlass gegeben ist. Wenn eine Reorganisation des Massenspeichersystems 100 ge ^¬ wünscht oder erforderlich ist, wird in einem nachfolgenden Schritt 320 zunächst überprüft, ob weitere Daten zur Reorga ^¬ nisation zur Verfügung stehen. Das Verfahren 300 zur Reorga- nisation kann sich grundsätzlich auf alle in dem Massenspeichersystem 100 gespeicherte Dateien, Dateien einzelner Massenspeicher 142, 144 und/oder 150 oder auch nur ausgewählte oder einzelne Dateien beziehen. Beispielsweise ist es mög ^¬ lich, die Zugriffswahrscheinlichkeit für eine einzelne Datei anlassbezogen, dass heißt bei einem bezüglich der Figur 2 beschriebenen Zugriff im Schritt 290 zu überprüfen.

Steht eine Datei zur Reorganisation an, wird in einem nachfolgenden Schritt 330 die Zugriffswahrscheinlichkeit für die in dem Massenspeichersystem 100 gespeicherte Datei bestimmt. Die Zugriffswahrscheinlichkeit wird in der weiteren Beschrei ^¬ bung anschaulich auch als "Temperatur" T der zu analysierenden Datei bezeichnet. Dabei steht eine "hohe Dateitemperatur" anschaulich für eine hohe Zugriffswahrscheinlichkeit, also für Dateien, auf die besonders häufig zugegriffen wird. Umge ^¬ kehrt steht eine "niedrige Dateitemperatur" für solche Datei ^¬ en, die nur selten oder überhaupt nicht mehr von dem Massenspeichersystem 100 abgerufen werden. Zur Bestimmung der Temperatur T einer Datei sind unterschiedliche Mechanismen denkbar. Einer davon wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figur 4 im Detail beschrieben. Allgemein gilt, dass die Wahrscheinlichkeit eines Zugriffs auf eine Da ^¬ tei höher ist, wenn auf die Datei bereits in der Vergangen- heit häufig zugegriffen wurde oder der letzte Schreib- oder

Lesezugriff nur eine verhältnismäßig kurze Zeitspanne zurück ^¬ liegt. Umgekehrt gilt für Dateien, die in der Vergangenheit nicht oder in einem jüngeren Zeitraum nur sehr selten ange- fordert wurden, dass sie auch in der voraussehbaren Zukunft wahrscheinlich nicht angefordert werden und daher eine nied ^¬ rigere Dateitemperatur aufweisen. Ist die Temperatur T einer Datei bestimmt, wird das Verfahren in Schritt 320 mit der Ermittlung fortgesetzt, ob die Tempe ^¬ ratur für weitere Dateien bestimmt werden muss.

In einem nachfolgenden oder parallel ausgeführten Schritt 340 wird ein Grenzwert T _REF bezüglich der Abgrenzung zwischen Dateien mit hoher Zugriffswahrscheinlichkeit bzw. -temperatur und Dateien mit geringer Zugriffswahrscheinlichkeit bzw.

-temperatur festgelegt. Dabei kann der Grenzwert T _REF entweder fest vorgegeben oder durch einen Systemadministrator frei wählbar sein.

Alternativ ist es auch möglich, den Grenzwert T _REF in Schritt 340 dynamisch, insbesondere anhand der Auslastung der Spei ^¬ cherkapazität der Massenspeicher 142, 144 und 150 festzule- gen. Beispielsweise kann in Schritt 340 der Grenzwert T _REF so gewählt werden, dass jeweils die 20 % der gespeicherten "hei ^¬ ßen" Daten auf dem ersten Massenspeicher 142 oder dem zweiten Massenspeicher 144 abgelegt sind, während die verbleibenden 80 % "kälterer" Daten auf dem zweiten physikalischen Massen- Speicher 150 abgelegt sind. Neben einem festen Verhältnis kann das Verhältnis selbstverständlich auch dynamisch, insbesondere in Abhängigkeit der absoluten Speicherkapazität oder einer verbleibenden Speicherkapazität der Massenspeicher 142, 144 und/oder 150 gewählt werden.

Umgekehrt werden Dateien, deren in Schritt 330 bestimmte Tem ^¬ peratur unterhalb der in Schritt 340 bestimmten Grenztempera ^¬ tur liegt, die jedoch in dem primären Speicherverbund 140 ge- speichert sind, von dort im optionalen Schritt 360 auf den zweiten physikalischen Massenspeicher 150 verschoben.

In einem nachfolgenden Schritt 350 werden dann die Dateien, deren in Schritt 330 bestimmte Temperatur T über der in

Schritt 340 bestimmten Grenztemperatur T _REF liegt, die jedoch auf dem zweiten physikalischen Massenspeicher 150 gespeichert sind, im Schritt 350 auf den ersten physikalischen Massenspeicher 142 und/oder 144 des Speicherverbunds 140 verscho- ben. Bezüglich des Schreibens der Daten wird auf die obigen

Ausführungen zu den Schritten 230 bis 238 der Figur 2 verwiesen .

Ist die Reorganisation abgeschlossen, endet das Verfahren 300, wobei gegebenenfalls nicht mehr benötigte Speicherberei ^¬ che der Massenspeicher 142, 144 und 150 zur neuerlichen Verwendung freigegeben werden.

Figur 4 zeigt schematisch ein vereinfachtes Verfahren 400 zur Festlegung einer Temperatur einer Datei in vier unterschiedliche, vorgegebene Temperaturbereiche, die jeweils einer Gruppe von Dateien mit einer ähnlichen Zugriffswahrscheinlichkeit zugeordnet sind. Gemäß dem Verfahren 400 wird in einem ersten Schritt 410 überprüft, ob auf die in Frage stehende Datei innerhalb eines vorbestimmten Zeitraums tl schreibend zugegriffen wurde. Wurde die Datei beispielsweise innerhalb der letzten Minute erst angelegt oder überschrieben, handelt es sich um eine aktiv in Bearbeitung stehende Datei, die einer ersten Gruppe 420 mit "am heißesten" Dateien zugeordnet wird. Wurde die Datei nicht aktuell geschrieben, wird in einem nachfolgenden Schritt 430 überprüft, wann der letzte Lesezu ^¬ griff auf die Datei erfolgt ist. Erfolgte der letzte Lesezu ^¬ griff innerhalb eines Zeitraums t2, beispielsweise innerhalb der letzten Stunde, wird sie einer weiteren Gruppe 440 mit "heißen Dateien" zugeordnet.

Ist auch dies nicht der Fall, wird in einer weiteren Überprü ^¬ fung 450 festgestellt, wie oft insgesamt auf die Datei zuge- griffen wurde. Liegt die festgestellte Anzahl von Zugriffen über einem vorbestimmten Grenzwert N, beispielsweise drei Le ^¬ sezugriffen seit dem letzten Schreibzugriff, wird sie einer Gruppe 460 mit "warmen Dateien" zugeordnet. Anderenfalls wird sie einer letzten Gruppe 470 mit "kalten Dateien" zugeordnet.

Die Aufteilung gemäß dem Verfahren nach Figur 4 kann selbstverständlich in vielfältiger Weise abgewandelt oder verfeinert werden. Insbesondere können die für eine Datei in einem Dateisystem typischerweise erfassten Metadaten in vielfälti- ger Weise miteinander kombiniert werden, um eine mehr oder weniger kontinuierliche Verteilung von Dateitemperaturen bzw. Zugriffswahrscheinlichkeiten zu bestimmen.

Durch die pyramidenförmige Darstellung der Gruppen wird die übliche Verteilung von Zugriffswahrscheinlichkeiten angedeutet. Empirischen Studien zu Folge machen die am häufigsten verwendeten Dateien nur einen kleinen Teil der gesamten Speicherkapazität aus und umgekehrt. In der Figur 4 ist zusätz ^¬ lich auch der Schwellwert T _REF angedeutet, der zur oben be- schriebenen Ungleichbehandlung des oberen und unteren Teils der Pyramide führt. Figur 5 zeigt eine mögliche Implementierung eines Massenspei- chersystems in Form eines RAID-Systems 500 zum Abspeichern von Dateien, die vier unterschiedlichen Gruppen mit unterschiedlichen Zugriffswahrscheinlichkeiten zugeordnet sind.

Das RAID-System 500 umfasst eine Mehrzahl von so genannten NAS-Heads 510, die die in dem RAID-System 500 gespeicherten Dateien gemäß einem allgemein bekannten Protokoll, beispielsweise dem vom UNIX her bekannten Dateisystem NFS, über ein IP-Netzwerk 515 einer Mehrzahl von Clients 520 anbieten. Intern sind die NAS-Heads 510 im dargestellten Ausführungsbei ^¬ spiel über eine so genannte Fibre Channel over Ethernet

(FCoE) Interconnect-Struktur 530 mit einer Vielzahl von primären Massenspeichern 542, 544 und 546 eines primären Spei- cherverbunds 540 verbunden. Alternativ könnte die Inter ^¬ connect-Struktur 530 auch als Infiniband und/oder Ethernet- Verbindung ausgestaltet sein.

Die primären Massenspeicher 542, 544 und 546 sind im Ausfüh- rungsbeispiel gemäß Figur 5 in drei Gruppen mit jeweils un ^¬ terschiedlicher Leistungsfähigkeit aufgeteilt. Die erste Gruppe umfasst physikalische Massenspeicher 542 in Form von so genannten SSD-Halbleiter-Speicherlaufwerken . Die zweite Gruppe umfasst physikalische Massenspeicher 544 in Form von Massenspeicher mit rotierenden Speichermedien, die mit einer Schnittstelle gemäß dem Serial Attached SCSI (SAS) Standard ausgestattet sind. Die dritte Gruppe umfasst physikalische Massenspeicher 546 in Form von Massenspeichern mit rotierenden Speichermedien mit verhältnismäßig einfachen seriellen ATA (SATA) Schnittstellen. Die Massenspeicher 542, 544 und 546 weisen unterschiedliche Zugriffsgeschwindigkeiten auf, die beispielsweise den Gruppen 420, 440 und 460 von am hei ^¬ ßesten, heißen und warmen Dateien zugeordnet sind. Auf diese Weise kann für jede Art von Dateien ein bezüglich der Kosten und der Zugriffsleistung optimierter Ausgleich gefunden werden . Das RAID-System 500 ist des Weiteren über eine so genannte IP-Interconnect-Schicht 560 mit einer Mehrzahl von externen Massenspeichern 550 verbunden. Bei den externen Massenspeichern 550 handelt es sich im Ausführungsbeispiel um so ge ^¬ nannte Direct Attached Storage (DAS) Laufwerke, die jeweils mindestens eine Recheneinheit 570 aufweisen, die dem primären Speicherverbund 540 eine NAS-Schnittstelle anbieten. Optional sind die Recheneinheiten 570 auch dazu eingerichtet, die an die DAS-Laufwerke gerichteten Daten zu komprimieren und/oder zu deduplizieren und entsprechend zu speichern. Die externen Massenspeicher 550 sind zwar räumlich benachbart zu dem RAID- System 500 in demselben Rack angeordnet, werden jedoch davon unabhängig betrieben und über die IP-Interconnect-Schicht 560 angesprochen. Wegen der dazwischen liegenden IP-Verbindung ist die Übertragungsbandbreite zwischen den NAS-Heads 510 und den externen Massenspeichern 550 deutlich geringer als die Bandbreite zwischen den NAS-Heads 510 und den internen Mas ^¬ senspeichern 542, 544 oder 546. Dennoch können die in den externen Massenspeichern 550 abgelegten Daten innerhalb einer für den Benutzer kaum wahrnehmbaren Zeit über die NAS-Heads 510 bereitgestellt werden. Insbesondere erfolgt die Bereit ^¬ stellung deutlich schneller als bei bekannten Archivsystemen, bei denen nicht länger in einem internen Massenspeicher zwischengespeicherte Daten erst über ein Bandlaufwerk von einem Magnetband oder von einem sonstigen Wechselspeichermedium eingelesen werden müssen.

Im beschriebnen Beispiel sind die einzelnen Komponenten des RAID-System 500 am selben Ort aufgestellt. Je nach eingesetz- ten Interconnect-Strukturen 530 und/oder 560 können dessen Komponenten jedoch auch über mehrere Standorte verteilt werden, um eine geografische Redundanz und damit einen verbes ^¬ serten Schutz gegenüber katastrophalen Ereignissen wie Brän- den, Erdbeben etc. zu erreichen.

Da auf die externen Massenspeicher 550 nur sehr selten zugegriffen wird, werden diese Massenspeicher 550 bevorzugt in einen Energiesparzustand versetzt, wenn über einen vorbe- stimmten Zeitraum von beispielsweise mehreren Minuten oder Stunden kein Zugriff auf den jeweiligen Massenspeicher 550 mehr stattgefunden hat. Da statistisch gesehen die meisten Daten, die von einem Massenspeichersystem 100 vorgehalten werden, der Gruppe 470 von kalten Dateien zugeordnet werden können, empfiehlt es sich weiterhin, diese Daten gegebenenfalls in einem deduplizierten und komprimierten oder zumindest komprimierten Zustand vorzuhalten. Zu diesem Zweck sind zwischen der IP-Interconnect-Schicht 560 und den eigentlichen physikalischen Massenspeichern 550 die Recheneinheiten 570 vorgesehen, die für eine Deduplizierung der Daten vor deren Speicherung auf den externen Massenspeichern 550 sorgen. Der mit der Duplizierung einhergehende zusätzliche Aufwand muss nur einmal oder zumindest nur verhältnismäßig selten erbracht werden, sofern die Daten erwartungsgemäß nicht wieder von dem RAID-System 500 abgerufen oder geändert werden.

Das RAID-System 500 gemäß der Figur 5 verteilt die in ihm ge ^¬ speicherten Daten wie zuvor unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 4 beschrieben, basierend auf einer statistisch zu er- wartenden Zugriffswahrscheinlichkeit. Dabei werden besonders heiße Dateien durch den Einsatz besonders leistungsfähiger Hardware schnell verfügbar vorgehalten. Kalte Dateien können dagegen besonderes energiesparend auf einfacher Hardware vor- gehalten werden, ohne dass die geschilderten Nachteile bekannter Archivlösungen für den Benutzer spürbar werden. Für den Betreiber des Systems ergibt sich der weitere Vorteil, dass sich mit moderatem wirtschaftlichem bzw. technischem Aufwand ein RAID-System mit einer aus Benutzersicht sehr ho ^¬ hen Gesamtleistung aufbauen lässt.

Figur 6 zeigt eine logische Ansicht von in einem Massenspei ^¬ chersystem 600, beispielsweise dem Massenspeichersystem 100 oder dem RAID-System 500, abgelegten Daten. Darin ist insbesondere das Zusammenwirken unterschiedlicher Dateisysteme zu erkennen .

Für einen Benutzer des Massenspeichersystems 600 ist nach au- ßen nur ein einziges Dateisystem 610 sichtbar. Bei dem Dateisystem 610 handelt es sich im technischen Sinne um ein virtuelles oder logisches Dateisystem, da in dem Massenspeichersystem 600 kein physikalischer Datenträger existiert, auf dem sämtliche in dem Dateisystem 610 erfassten Dateien abgelegt sind. Der Zugriff auf das Dateisystem 610 erfolgt in an sich bekannter Weise, beispielsweise über das NFS-Protokoll .

In der Figur 6 ist angedeutet, dass in dem Dateisystem 610 zwei Dateien 620 und 630 gespeichert sind. Die Dateien 620 bzw. 630 umfassen dabei neben ihrem eigentlichen Inhalt 622 bzw. 632 zusätzliche Metainformationen . Beispielsweise sind in dem virtuellen Dateisystem 610 für die Dateien 620 und 630 ein Zeitpunkt des letzten Zugriffs 624 bzw. 634 sowie ein Zeitpunkt des letzten Schreibens 626 bzw. 636 festgehalten. Darüber hinaus können weitere, in der Figur 6 nicht darge ^¬ stellte Metainformationen wie Zugriffsrechte und Zugriffshäu ^¬ figkeiten und weitere Attribute zu jeder Datei gespeichert werden. Die Metadateien müssen dabei nicht vollständig über das virtuelle Dateisystem 610 für einen Benutzer zugänglich sein, sondern können auch nur der internen Organisation innerhalb des Massenspeichersystems 600 dienen. Weiter ist in Figur 6 dargestellt, dass die eigentlichen Inhalte 622 bzw. 632 der ersten Datei 620 bzw. der zweiten Datei 630 logisch und physisch in mehrere Datensegmente 628 bzw. 638 mit Inhalten Dl, D2, D3 und D4 bzw. D5, D6 und D7 aufgeteilt werden können. Bei den Dateisegmenten 628 und 638 kann es sich um Datenblöcke einer festen Größe, beispielswei ^¬ se einer üblichen Blockgröße von 512 Byte, 4 kByte oder eine sonstige an die Struktur der verwendeten Massenspeicher ange- passte Blockgröße handeln. Selbstverständlich können auch von einem Systemadministrator vorgegebene Blockgrößen oder rela- tive Blockgrößen, beispielsweise jeweils ein bestimmter

Bruchteil der Gesamtgröße einer Datei, gewählt werden.

Im in der Figur 6 dargestellten Zustand ergibt sich aus den Zeitpunkten 624 und 626 der ersten Datei 620, dass es sich um eine so genannte heiße Datei mit einer hohen Zugriffswahr ^¬ scheinlichkeit handelt. Bildlich dargestellt liegt die Tempe ^¬ ratur Tl der ersten Datei 620 über einer vorgegebenen Referenztemperatur T _REF . Deshalb wird die Datei 620 durch das Mas- senspeichersystem 600 auf ein verteiltes Clusterdateisystem 650 abgebildet, über das physikalische Massenspeicher 642,

644 und 646 eines primären Speicherverbunds 640 angesprochen werden .

Auch bei dem Cluster-Dateisystem 650 handelt es sich um ein logisches oder virtuelles Dateisystem, weil die darüber adressierbaren Daten nicht physikalisch auf einem einzigen Massenspeicher existieren, sondern über die zwei physikalischen Massenspeicher 642 und 644 verteilt gespeichert werden. Beispielsweise kann ein erstes Dateisegment 628 mit Inhalt Dl der ersten Datei 620 auf dem Massenspeicher 642 und ein zweites Dateisegment 628 mit dem Inhalt D2 der Datei 620 auf dem physikalischen Massenspeicher 644 gespeichert werden. Weitere Dateisegmente 628 der Datei 620 werden in ähnlicher Weise ebenfalls abwechselnd über die physikalischen Massenspeicher 642 und 644 des primären Speicherverbunds 640 verteilt.

Zusätzlich ist in der Figur 6 angedeutet, dass weitere zuge- hörige Daten der Datei 620, insbesondere der mit den auf den Massenspeichern 642 und 644 gespeicherten Datensegmente 628 verknüpfte Paritätsdaten D12 und D34 auf einem weiteren Massenspeicher 646 des primären Speicherverbunds 140 abgelegt werden können. Alternativ können auch weitere Kopien der Seg- mente selbst in einem weiteren Massenspeicher gespeichert werden. Durch die zusätzlichen Daten auf dem zusätzlichen Massenspeicher 646 kann eine Redundanz der gespeicherten Datei 620 und somit eine Sicherheit gegen einen Ausfall eines der Massenspeicher 642 oder 644 geschaffen werden. Die dabei eingesetzten Verfahren zum redundanten Speichern von Daten und deren Wiederherstellung bei Ausfall eines oder mehrerer Massenspeicher sind aus dem Stand der Technik bekannt und werden daher hier nicht im Detail beschrieben. In der Figur 6 ist weiter ersichtlich, dass basierend auf dem Lesezeitraum 634 und dem Schreibzeitraum 636 für die zweite Datei 630 ermittelt wurde, dass es sich um eine so genannte kalte Datei handelt, die höchstwahrscheinlich nicht oder nur noch sehr selten von dem Massenspeichersystem 600 abgerufen wird. Diese Datei 630 ist zusammenhängend auf einem sekundä ^¬ ren Massenspeicher 660 gespeichert. Zusammenhängend heißt in diesem Fall in erster Linie, dass sämtliche Dateisegmente 638 der zweiten Datei in einer ge ^¬ meinsamen Partition des sekundären Massenspeichers 660 abgelegt sind und/oder über ein gemeinsames, für den Massenspei- eher 660 spezifisches Dateisystem 662 abrufbar sind. Bevorzugt sind diese Dateisegmente in logisch aufeinander abfol ^¬ genden Blöcken gespeichert, wobei diese entsprechend dem Steueralgorithmus des Massenspeichers 660 durchaus über räum ^¬ lich getrennte Speichersektoren verteilt sein können.

Um auch bezüglich der in dem Massenspeicher 660 gespeicherten Daten eine Redundanz und somit eine Sicherheit gegenüber dem Ausfall des Massenspeichers 660 sicherstellen zu können, sind die darin gespeicherten Daten auf einem zweiten sekundären Massenspeicher 670 mit einem dafür spezifischen Dateisystem 672 gespiegelt. Somit sind die Daten der zweiten Datei 630 auch auf dem zweiten Massenspeichers 670 zusammenhängend ge ^¬ speichert, der beim Ausfall des ersten sekundären Massenspei ^¬ chers 660 dessen Funktion übernehmen kann.

Anstelle der oben beschriebenen Spiegelung auf einem zweiten sekundären Massenspeicher 670 kann diese auch auf ein an sich aus der Archivierung bekanntes, relativ langsames tertiäres Speichermedium wie ein Magnetband oder mittels Cloud-Storage erfolgen. Der zum Wiedereinlesen des Speichermediums erforderliche Zeitaufwand ist dabei fast ohne praktische Bedeu ^¬ tung, da auf die Dateien des sekundären Massenspeichers 660 ohnehin nur sehr selten zugegriffen wird und selbst dann das Rücksichern vom Band beim ohnehin nur unwahrscheinlichen Aus- fall des sekundären Massenspeichers 660 zur selben Zeit er ^¬ forderlich wäre. Statistisch gesehen ist ein Aufeinandertreffen dieser unkorrelierten Ereignisse sehr unwahrscheinlich, so dass es keine spürbare Auswirkung auf den Normalbetrieb des Massenspeichersystems 600 hat.

Zusammengefasst können die Massenspeichersysteme 100 und 600 bzw. das RAID-System 500 umfangreiche Daten zentral auf be ^¬ sonders energieeffiziente und leistungsfähige Weise spei ^¬ chern. Dabei dient eine Gruppierung von Dateien gemäß gleicher oder ähnlicher Zugriffswahrscheinlichkeit bzw. Dateitemperatur dazu, dass Dateien, auf die besonders häufig zuge- griffen wird, in besonders schnellen, leistungsfähigen und damit teuren Datenspeichern abgelegt werden können. Umgekehrt werden solche Dateien, auf die nie oder nur selten zugegriffen wird, in verhältnismäßig großen und kostengünstigen, daher jedoch auch verhältnismäßig leistungsschwachen Massen- speichern abgelegt. Neben der bereits dadurch erreichten Performance-Verbesserung dient die Gruppierung von Daten auch dazu, dass Dateien mit besonders niedriger Dateitemperatur, also Dateien, auf die wahrscheinlich nie wieder zugegriffen wird, auf einem gemeinsamen physikalischen Massenspeicher ge- speichert werden. Für diesen physikalischen Massenspeicher führt eine zumindest vorübergehende Abschaltung somit zu ei ^¬ ner signifikanten Energieeinsparung, ohne dass dadurch die Leistung des Gesamtsystems für einen Benutzer erkennbar einbricht .

Bezugs zeichenliste

100 Massenspeichersystem

110 Netzwerkschnittstelle

120 Steuervorrichtung

130 Datenbank

140 primärer Speicherverbund

142 physikalischer Massenspeicher

144 physikalischer Massenspeicher 150 physikalischer Massenspeicher

160 primäre Verbindungsstruktur

170 sekundäre Verbindungsstruktur

180 Netzwerk

190 Client Computer

200 Verfahren

210 - 290 Verfahrensschritte

300 Verfahren

310 - 360 Verfahrensschritte

400 Verfahren

410 Verfahrensschritt

420 Gruppe

430 Verfahrensschritt

440 Gruppe

450 Verfahrensschritt

460 Gruppe

470 Gruppe

500 RAID-System

510 NAS-Head

515 IP-Netzwerk 520 Client

530 Interconnect-Struktur

540 primärer Speicherverbund

542 primärer Massenspeicher

544 primärer Massenspeicher

546 primärer Massenspeicher

550 externer Massenspeicher

560 IP-Interconnect-Schicht

570 Recheneinheit

600 Massenspeichersystem

610 virtuelles Dateisystem

620 erste Datei

622 Dateninhalt

624 Lesedatum

626 Schreibdatum

628 Dateisegment

630 zweite Datei

632 Dateiinhalt

634 Lesedatum

636 Schreibdatum

638 Dateisegment

640 primärer Speicherverbund

642 physikalischer Massenspeicher 644 physikalischer Massenspeicher

646 physikalischer Massenspeicher

650 Clusterdateisystem

660 Massenspeicher

662 Dateisystem

670 Massenspeicher

672 Dateisystem