DE4221073A1 - Datenspeichersystem und -verfahren mit geraeteunabhaengigen dateiverzeichnissen - Google Patents

Description

Die folgende Erfindung betrifft allgemein die Datenspeicher­ verwaltung in Computersystemen mit mehreren Speichergerä­ ten, und insbesondere ein Dateiverzeichnissystem und ein zugehöriges Verfahren, das es ermöglicht, Dateien unter den Speichergeräten des Computersystems in einer Art zu vertei­ len, die für die Benutzer des Computersystems transparent ist.

Große, kommerzielle Computersysteme (die manchmal auch als Datencenter bezeichnet werden) haben typischerweise viele Arten von Datenspeichergeräten und -Einrichtungen. Solche Datenspeichergeräte sind z. B. Festkörperplatten (RAM-Disks), billige und langsame Magnetplatten bzw. Platten­ laufwerke, teure und schnelle Magnetplattenlaufwerke, ge­ streifte Platten (striped disk), Schattenplatten bzw. -Lauf­ werke (shadowed disk), optische Platten, Bandlaufwerke usw.

Wenn eine Datei in einem Computersystem mit mehreren Plat­ ten bzw. Plattenlaufwerken erzeugt wird, wählt das Datei­ system des Computers eine Platte bzw. ein Laufwerk aus, auf dem die Datei gespeichert werden soll. Bei bekannten Syste­ men ist, wenn einmal eine Datei erzeugt und auf einer der Platten des Dateisystems abgespeichert ist, die Datei perma­ nent an diese Platte gebunden, bis sie gelöscht wird. An­ ders ausgedrückt, die Datei ist einrichtungsabhängig bzw. geräteabhängig.

Dies nutzt die Platten bzw. Laufwerke des Dateisystems nicht effektiv aus. Z.B. können manche Platten voll sein wohingegen andere fast leer sind. Der Systemverwalter (sy­ stem administrator) muß explizite und störende bzw. unter­ brechende Aktionen unternehmen, um die Dateien unter den Platten bzw. Speichersystemen des Computersystems erneut zu verteilen. Dies kann ein Kopieren (und erneut Benennen) der Dateien oder ein erneutes Initialisieren des Dateisystems erfordern.

Ein anderes Beispiel für ein Problem, das mit bekannten Dateisystemen zusammenhängt, besteht darin, daß einige Plat­ ten sehr aktiv sein können, wohingegen andere Platten oder Laufwerke kaum eine Aktivität aufweisen. Dies passiert, wenn die gemeinsam am meisten benutzten Dateien nur einer oder einigen Platten des Dateisystems zugewiesen sind, wäh­ rend die übrigen Platten alte und selten benutzte Dateien enthalten. Wieder muß der Systemverwalter ausdrückliche und störende bzw. unterbrechende Aktionen durchführen, um die Dateien unter den Platten des Systems aufzuteilen.

Vorliegende UNIX-Dateisysteme können nur ein einziges Volu­ men oder sogar nur einen Teil eines Volumens aufweisen bzw. unterstützen. Ein Volumen können eine oder mehrere physika­ lische Platten sein, aber das Dateisystem behandelt ein Volumen mit vielen Platten als eine einzelne große Platte. Deshalb weisen die UNIX-Dateisysteme technisch nur eine Platte auf, was bedeuten soll, daß die UNIX-Dateisysteme Plattenspeicher wie einfache Dateisysteme verwenden, die mehrere Platten aufweisen und Dateien in einer geräteabhän­ gigen Art zuweisen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die oben stehen­ den Probleme zu lösen und insbesondere ein Dateisystem anzu­ geben, bei dem die Dateien unabhängig von dem Speichergerät zugeordnet werden.

Diese Aufgabe wird durch das Dateisystem nach Anspruch 1 bzw. durch das Verfahren zum Zuweisen von Speicherplatz in einem Computersystem nach Anspruch 5 gelöst.

Die vorliegende Erfindung löst diese Probleme also dadurch, indem sie einem Dateisystem erlaubt, einfach und transpa­ rent (d. h. daß Benutzer und Anwendungen die Dateibewegung nicht bemerken bzw. sie nicht wissen) und automatisch die Dateien unter den Platten zu verteilen bzw. wiederzuvertei­ len. Um Dateien unter mehreren Platten transparent zu bewe­ gen, weist das System der vorliegenden Erfindung Dateien in einer geräteunabhängigen Art und Weise zu.

Die vorliegende Erfindung in ihrer breitesten Form beruht in einem Verfahren bzw. einem Dateisystem für selektives Neuverteilen der Dateien, das in einem Computersystem mit einer Zentralverarbeitungseinheit und einer Vielzahl von unterschiedlichen Datenspeichergeräten einsetzbar ist, auf denen Dateien gespeichert sind. Eine Vielzahl von Dateiver­ zeichnissen (file directories) ist vorgesehen, die auf ver­ schiedenen Speichereinheiten der Vielzahl von Datenspeicher­ geräten gespeichert sind und von denen jedes Verzeichnis einen Satz an Dateiverzeichniseinträgen (entries) aufweist, die jeweils einen Dateinamen und einen entsprechenden Kenn­ zeichnungswert (tag value) angeben. Dabei können mehrere Dateinamen, die einer einzelnen Datei zugeordnet sind, in mehreren Dateiverzeichnissen dieser Dateiverzeichnisse ge­ speichert sein. Eine separate Dateibeschreibungstabelle für jedes Datenspeichergerät ist vorgesehen, wobei jede Dateibe­ schreibungstabelle einen Dateibeschreibungseintrag für jede in dem zugeordneten Datenspeichergerät gespeicherte Datei aufweist. Das Dateisystem weist weiterhin ein Kennzeichen­ verzeichnis (tag directory) auf, das auf einer ausgewählten Datenspeichereinrichtung aus der Vielzahl von Datenspeicher­ geräten abgespeichert wird und Kennzeicheneinträge für ei­ nen definierten Satz an Kennzeichenwerten enthält, wobei jede Datei, die auf der Vielzahl von Datenspeichergeräten abgespeichert ist, durch einen eindeutigen bzw. eigenen Kennzeicheneintrag vertreten wird und wobei der Kennzeichen­ eintrag die eine Datenspeichereinrichtung aus der Vielzahl von Datenspeichereinrichtungen bezeichnet, auf der die Da­ tei entsprechend des Kennzeicheneintrags gespeichert ist. Das Dateisystem umfaßt weiterhin eine Dateibewegungseinrich­ tung (file moving means), die von der zentralen Verarbei­ tungseinheit betrieben bzw. gebildet wird, zum Bewegen ei­ ner spezifizierten Datei von einem ersten aus der Vielzahl der Datenspeichergeräte zu einem zweiten aus der Vielzahl der Datenspeichergeräte, wobei eine Einrichtung zum Kopie­ ren der spezifizierten Datei in die zweite Einrichtung aus der Vielzahl von Datenspeichereinrichtungen vorgesehen ist, ein Dateibeschreibungseintrag für die kopierte Datei in der Dateibeschreibungstabelle für die zweite Datenspeicherein­ richtung aus der Vielzahl von Datenspeichereinrichtungen erzeugt wird und wobei der Kennzeicheneintrag in dem Kenn­ zeichenverzeichnis entsprechend der spezifizierten Datei geändert wird, so daß der Kennzeicheneintrag die zweite Datenspeichereinrichtung aus der Vielzahl der Datenspeicher­ einrichtungen bezeichnet. Dadurch kann eine Datei von einer ersten Datenspeichereinrichtung zu einer zweiten Datenspei­ chereinrichtung aus der Vielzahl der Datenspeichereinrich­ tungen bewegt bzw. umgeladen bzw. verschoben werden, ohne daß alle entsprechenden Dateiverzeichniseinträge lokali­ siert und aktualisiert werden müssen.

Eine bevorzugte Ausführungsform stellt ein Dateisystem für einen Computer zur Verfügung, der eine Vielzahl von unter­ schiedlichen Plattenspeichervorrichtungen aufweist. Das Dateisystem enthält eine Vielzahl von Dateiverzeichnissen, die auf unterschiedlichen Platten gespeichert sind. Jedes Dateiverzeichnis wird eingesetzt, um Dateinamen in entspre­ chende Kennzeichenwerte umzusetzen. Für jede Platte bzw. jedes Laufwerk gibt es eine Dateibeschreibungstabelle mit einem Dateibeschreibungseintrag für jede Datei, die auf der Platte gespeichert ist. Ein einziges Kennzeichenverzeichnis enthält einen Kennzeicheneintrag für jede Datei, die in dem System abgespeichert ist.

Das Kennzeichenverzeichnis wird von dem Dateisystem verwen­ det, um eine Datei zu finden, indem ein Kennzeichenwert in einen Zeiger (pointer) auf eine Platte, auf der die Datei gespeichert ist, und in einen Zeiger auf den Dateibeschrei­ bungseintrag der Datei umgesetzt wird. Um die Datei von einer ersten Platte auf eine zweite Platte zu "bewegen (move)", wird die Datei auf die zweite Platte kopiert, wird ein neuer Dateibeschreibungseintrag für die kopierte Datei in der Dateibeschreibungstabelle der zweiten Platte er­ zeugt, werden die Kopie der Datei auf der ersten Platte und ihr Dateibeschreibungseintrag aufgehoben und der Kennzei­ cheneintrag für die Datei wird aktualisiert, damit er auf die zweite Platte und auf den neuen Dateibeschreibungsein­ trag zeigt. Somit kann eine Datei von einer ersten Platte auf eine zweite Platte bewegt werden, ohne daß alle zugeord­ neten Dateiverzeichniseinträge lokalisiert und aktualisiert werden müssen.

Eine bevorzugte Ausführungsform des Dateisystems enthält ein Programm bzw. eine Routine, die das Plattenladen und die nichtverwendete Plattenkapazität überwacht. Sie be­ stimmt, wann ein Plattengebrauch unausgewogen ist und be­ wegt automatisch Dateien zwischen den Platten, um damit besser den Plattengebrauch auszugleichen bzw. einem ver­ teilt gleichmäßigen Plattengebrauch zu ermöglichen.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfin­ dung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vor liegen­ den Erfindung sind aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung in Verbin­ dung mit den Zeichnungen ersichtlich. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockdiagramm eines Computersystems mit mehreren Datenspeichergeräten und einem Dateiverwaltungssystem;

Fig. 2 ein schematisches Blockdiagramm eines bekannten Da­ teisuchsystems (file lookup system) mit einem einzigen Ni­ veau;

Fig. 3 ein schematisches Blockdiagramm eines Dateisuchsy­ stems mit zwei Niveaus in Übereinstimmung mit einer bevor­ zugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4 ein Flußdiagramm, das die Bewegung einer Datei von einer ersten Platte auf eine andere Platte in Übereinstim­ mung mit einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Er­ findung darstellt;

Fig. 5 ein Blockdiagramm der Datenstruktur des Kennzeichen-Ver­ zeichnisses;

Fig. 6 ein Flußdiagramm einer Plattengebrauchsüberwachung und einer ausgleichenden Routine.

Fig. 1 zeigt ein Computersystem 100 mit einer Zentralver­ arbeitungseinheit 102, die über einen Systembus 104 mit einem Sekundärspeicher 106 (der Magnetplattenspeichergeräte 108 bis 112 aufweist), mit einem Primärspeicher 120 (d. h. einem Speicher mit wahlfreiem Zugriff hoher Geschwindigkeit (RAM = random access memory), mit einer virtuell Speicher­ verwaltung 124 und mit einem oder mehreren Benutzerschnitt­ stellen 126 verbunden ist. In dem Primärspeicher 120 sind Anwendungsprogramme 130, die gegenwärtig ausgeführt werden, und Betriebssystemsoftware gespeichert, wie z. B. das Datei­ system 140 des Computers (das manchmal auch als Dateiverwal­ tungsprogramm bzw. Dateimanagerprogramm bezeichnet wird).

Datenstrukturen 150, die Plattenspeicher betreffen, die von dem Dateisystem 140 aufrechterhalten werden, enthalten vie­ le Dateiverzeichnistabellen 152, Dateibeschreibungstabellen 154 (eine pro logischem Plattenvolumen) und ein Kennzei­ chenverzeichnis 156, das eine neue Datenstruktur ist, wel­ che durch die vorliegende Erfindung eingeführt wird. Die Datenstrukturen 150 werden in dem Sekundärspeicher 106 ge­ speichert. Insbesondere kann das System eine virtuell unbe­ grenzte Anzahl von Dateiverzeichnissen 152 enthalten, die mehr oder weniger zufallsmäßig über die gesamten Platten des Sekundärspeichers verteilt sind. Die Dateiverzeichnisse 152 werden durch die Benutzer des Systems erzeugt, und zwar zu ihrer Bequemlichkeit, um Sätze aus Plattendateien zu gruppieren. Die Benutzer greifen auf existierende Dateien zu, indem sie auf einem bestimmten Dateinamen eines spezifi­ zierten Dateiverzeichnisses 152 Bezug nehmen. Die Nachfrage des Benutzers wird an das Dateisystem 140 übergeben, wel­ ches dann bestimmt, wo im Sekundärspeicher 106 die spezifi­ zierte Datei lokalisiert ist, und dann entweder die Datei öffnet oder irgendeine andere spezifizierte Aufgabe (task) durchführt, wie z. B. das Erstellen einer Kopie der Datei, das Drucken einer Datei, das Löschen einer Datei usw.

Wie nachfolgend beschrieben wird, hat jede Platte 108 bis 112 eine Dateibeschreibungstabelle 154, die einen Eintrag für jede Datei, die auf der Platte gespeichert ist, ent­ hält. Schließlich gibt es genau ein Kennzeichenverzeichnis 156 in dem System, das für gewöhnlich auf einer einzigen Platte gespeichert wird, obwohl es gemäß einer bevorzugten Ausführungsform einen "Sekundär-Abschnitt" des Kennzeichen­ verzeichnisses 156 gibt, der abgetrennt sein kann und ir­ gendwo anders abgespeichert sein kann.

Das Dateisystem 140 enthält einen modifizierten Satz von Programmen 160 für solche normalen Dateisystemaufgaben wie z. B. das Zuweisen von Bereich bzw. Speicherbereich, das Öffnen und Schließen existierender Dateien usw. Zudem enthält das Dateisystem 140 der vorliegenden Erfindung ein Dateibewegungsprogramm 162 und ein Programm für "Gebrauchs­ überwachen der Platten und Ausgleichen" 164. Das Dateibewe­ gungsprogramm 162 bewegt eine spezifizierte Datei von einer Platte zur anderen. Das Programm für Gebrauchsüberwachen und Ausgleichen 164 überwacht, was nachfolgend genauer be­ schrieben wird, das Vollsein von Plattenspeichergeräten 106 bis 110 des Systems und ihre relativen Niveaus bzw. Zustän­ de der Platteneingabe/ausgabe-Aktivität. Auf der Basis des beobachteten Plattengebrauchs, wird ein Ungleichgewicht des Gebrauchs (imbalances in usage), das die Systemleistungs­ fähigkeit und -Geschwindigkeit negativ beeinflußt, automa­ tisch korrigiert, indem Dateien von einer Plattenspeicher­ einrichtung zu einer anderen bewegt werden, und zwar auf eine Art und Weise, die für die Benutzer des Systems 100 transparent ist.

Dateisuchen mit Einzelniveau

Wie Fig. 2 zeigt, verwenden die meisten bekannten Dateisy­ steme einen Dateisuchmechanismus mit Einzelniveau zum Loka­ lisieren von Dateien in einem Dateisystem. Diese Dateisyste­ me verwenden Datei-Verzeichnisse (DIR) 152, um Dateinamen in einzelne Dateiidentifizierer oder Plattenadressen umzu­ setzen, die dazu verwendet werden können, den Deskriptor der Datei 170, der auch als Dateikopf (file header oder file descriptor entry) bezeichnet wird, in einer Tabelle bzw. einem Speicherbereich zu lokalisieren, die als Datei­ beschreibungstabelle 154 (file descriptor table) bezeichnet wird. Jede Platte oder jedes logische Plattenvolumen des Systems enthält seine eigene Dateibeschreibungstabelle 154, die auf Platte gespeichert ist. Die Dateibeschreibungstabel­ le 154 speichert Dateibeschreibungseinträge 170 ab, die jede Datei beschreiben, die auf der speziellen Platte bzw. Diskette oder dem logischen Plattenvolumen gespeichert ist. Jeder Dateibeschreibungseintrag 170 definiert Attribute der Datei und enthält eine Speicherzuordnung (storage map) oder deren Äquivalent.

Es wird angemerkt, daß ein "logisches Plattenvolumen" mehr als eine physikalische Platte enthalten kann, aber von ei­ nem Computersystem für Speicherzwecke als ein einziges Plat­ tenlaufwerk behandelt wird. Für die Zwecke der vorliegenden Beschreibung sollen die Ausdrücke "Platte" und "Plattenspei­ chergerät" irgendein logisches Plattenvolumen bezeichnen, und zwar unabhängig davon, ob das logische Volumen aus ei­ ner physikalischen Platte oder vielen physikalischen Plat­ ten besteht.

Wie in Fig. 2 gezeigt wird, können zwei oder mehr Applika­ tionsprogramme 172 bis 176, die typischerweise in unter­ schiedlichen Prozessen laufen, auf eine einzelne Datei 178 entweder zur gleichen Zeit oder zu unterschiedlichen Zeit­ punkten Zugriff haben.

Des weiteren kann jedes Programm oder jeder Prozeß einen unterschiedlichen Namen für die gleiche Datei verwenden für jeden solchen Dateinamen gibt es einen unterschiedlichen Verzeichniseintrag 180 in eines der Dateiverzeichnisse 152 des Computersystems. Es gibt jedoch nur einen Datei-Deskriptor 170 für jede Datei und somit können zwei oder mehr Da­ teiverzeichnis-Einträge auf den gleichen Datei-Deskriptor 170 zeigen. Ein solches Dateiteilen (file sharing) ist ziem­ lich oft der Fall.

Ein Problem des Suchmechanismus mit einem einzigen Niveau, der in Fig. 2 gezeigt wird, besteht darin, daß er es er­ schwert, eine Datei zu einer anderen Platte zu bewegen. Es gibt zwei Wege, wie solch ein Dateisystem eine Datei bewe­ gen kann. Bei dem ersten Verfahren, würde es einen neuen Datei-Deskriptor auf der neuen Platte zuordnen und die Da­ tei und die Inhalte des alten Datei-Deskriptors 170 auf die neue Platte kopieren. Dann würde das Dateisystem den alten Datei-Deskriptor löschen und das Dateiverzeichnis 152 auf der alten Platte aktualisieren, so daß es auf den neuen Deskriptor zeigt. Das Problem bei dieser Lösung besteht darin, daß viele Dateisysteme eine Vielzahl von Verzeichnis­ einträgen pro Datei unterstützen, wie in Fig. 2 gezeigt wird. Dies bedeutet, daß das Dateisystem entweder zu aufwen­ dig alle Dateiverzeichnisse 152 des gesamten Computersy­ stems nach allen möglichen Einträgen, die zu der bewegten Datei gehören, suchen würde, was ganz einfach in großen Computersystemen, die hunderte oder tausende von Dateiver­ zeichnissen haben, nicht praktikabel bzw. durchführbar ist, oder es müßte irgendwie allen Verzeichniseinträgen 180 für jede Datei nachspüren bzw. Schritt halten können, was ein nichttriviales Problem ist.

Ein zweites Verfahren zum Bewegen einer Datei zu einer ande­ ren Platte geht vom gleichen Anfangsschritt aus: ordne ei­ nen neuen Datei-Deskriptor auf der neuen Platte zu und ko­ piere die Datei und die Inhalte des alten Datei-Deskriptors 170 auf die neue Platte. Dann wird das Dateisystem den al­ ten Dateideskriptor 170 modifizieren, so daß er auf die neue Platte zeigt. Das Problem bei dieser Lösung besteht darin, daß sie die Platten des Systems mit "Nachsendeadreß"-Da­ teideskriptoren anfüllt. Anders ausgedrückt, die Dateibe­ schreibungstabelle 154 einer Platte kann schließlich viele Einträge 170 enthalten, die Nachsendeadressen (forwarding adress) auf andere Platten enthalten. Dies verbraucht Plat­ tenspeicherbereich und macht es nahezu unmöglich, eine Plat­ te aus dem Dateisystem zu entfernen, da die Dateibeschrei­ bungseinträge 170 mit Nachsendeadressen benötigt werden, um alle Dateien zu lokalisieren, die früher auf der Platte gespeichert wurden.

Damit besteht ein Hauptnachteil bekannter Dateisysteme da­ rin, daß sie permanent eine Datei an eine bestimmte Plat­ te binden, bis die Datei gelöscht wird.

Dateisuchen mit zwei Niveaus

Gemäß Fig. 3 fügt das Dateisystem 140 der vorliegenden Er­ findung ein weiteres Niveau bzw. Merkmal in den Dateisuchme­ chanismus ein, so daß das Dateisystem geräteunabhängige Dateien unterstützen kann. Die bevorzugte Ausführungsform führt dies aus, indem ein Kennzeichen-Verzeichnis zwischen dem Dateiverzeichnis und der Dateibeschreibungstabelle hin­ zugefügt wird.

Das Dateisystem 140 verwendet modifizierte Dateiverzeich­ nisse 202-1, 202-2 mit modifizierten Dateiverzeichnis-Ein­ trägen 204, um einen Dateinamen in einen Identifizierer umzusetzen, der hier als Kennzeichen (TAG) bezeichnet wird, und auf einen Kennzeicheneintrag 208 in einem Kennzeichen-Ver­ zeichnis 156 zeigt. Anders ausgedrückt enthalten die Dateiverzeichniseinträge 204 gemäß der vorliegenden Erfin­ dung einen Kennzeichenwert anstatt eines Zeigers auf einen Dateibeschreibungseintrag.

Es gibt nur ein einziges Kennzeichen-Verzeichnis 156 für das gesamte Dateisystem 140, und zwar vollkommen unabhängig von der Anzahl der Platten des Dateisystems. Der Ort des Kennzeichen-Verzeichnisses 156 im Sekundärspeicher wird durch das Dateisystem 140 aufrechterhalten. Wenn eine Datei mehrfache Verzeichniseinträge 204 hat, dann haben alle die Verzeichniseinträge den gleichen Kennzeichenwert. Das Datei­ system verwendet das Kennzeichen-Verzeichnis 156, um den Kennzeichen-Wert (der in den Dateiverzeichnissen gefunden wird), in eine Plattenadresse für einen Eintrag in die Be­ schreibungstabelle 154 auf einer spezifizierten Platte umzu­ setzen. Diese Umsetzung wird einfach dadurch durchgeführt, daß der Kennzeichen-Eintrag 208, der dem spezifizierten Kennzeichen-Wert zugeordnet ist, gefunden wird, und indem dann der Plattenidentifizierer und Plattendeskriptor-Index­ wert, der in diesem Kennzeicheneintrag 208 gespeichert ist, wiedergewonnen bzw. -geholt wird. Somit identifiziert jeder Kennzeichen-Eintrag 208 die Platte, auf der die Datei ge­ speichert ist, und bezeichnet einen Dateideskriptor 170, der spezifisch die Datei auf der Platte lokalisiert.

Unter Verwendung des oben beschriebenen Suchmechanismusses (Fig. 4) bewegt die Dateibewegungsroutine 162 des Dateisy­ stems eine spezifizierte Datei zu einer anderen Platte in­ dem die nachfolgenden Schritte, die nicht notwendigerweise in dieser Reihenfolge sein müssen, verwendet werden:

A. Zuordnen eines neuen Dateibeschreibungseintrags auf der neuen Platte, d. h. der Platte, zu der die Datei bewegt wur­ de (Schritt 210).

B. Kopieren der Datei und des Dateibeschreibungseintrags von der alten Platte zu der neuen Platte (Schritt 212).

C. Aufheben bzw. Streichen des alten Dateibeschreibungsein­ trags und des Plattenbereichs der Datei (Schritt 214).

D. Aktualisieren des Kennzeicheneintrags der Datei, so daß er auf den neuen Dateibeschreibungseintrag zeigt (Schritt 216).

Typischerweise werden, wie in jedem großen Computersystem, Transaktionsprotokolleinträge (transactional log entries) von dem Dateisystem während des Prozesses erzeugt, so daß das System wiederhergestellt werden kann, ohne daß Daten nach einem Systemabsturz während irgendeines Zeitpunkts des oben beschriebenen Dateibewegungsvorgangs verloren gehen. Diese Transaktionswiederherstellungstechniken sind nicht Teil der vorliegenden Erfindung und sind bekannt.

Der Kennzeichenverzeichnis-Mechanismus 156 der vorliegenden Erfindung erzeugt einen einzelnen Eintrag, der aktualisiert werden muß, wenn eine Datei bewegt wird, was beim Aktuali­ sieren mehrfacher Dateiverzeichniseinträge, wie es bei be­ kannten Dateisystemen der Fall ist, nicht vorgesehen ist. Wenn die Platte, die das Kennzeichen-Verzeichnis 156 ent­ hält, aus dem Dateisystem entfernt werden muß oder wenn das Kennzeichen-Verzeichnis 156 aus irgendeinem Grund verscho­ ben bzw. verlagert werden muß, kann das Kennzeichen-Ver­ zeichnis 156 auf eine andere Platte bewegt werden. Das Kenn­ zeichenverzeichnis wird einfach auf eine neue Platte ko­ piert und dann wird der Kennzeichen-Verzeichnis-Ort, der von dem Dateisystem aufrechterhalten wird, dementsprechend aktualisiert.

Gemäß Fig. 5 ist das Kennzeichen-Verzeichnis 156 als ein Feld 230 aus Seiten 232 organisiert, wo jede Seite 232 ei­ nen Kopf (nicht gezeigt) und ein Feld aus Kennzeichen-Zei­ gern (tag pointers) enthält. Logisch ist das Kennzeichen-Ver­ zeichnis 156 einfach ein Feld aus Kennzeichen-Einträgen, wobei jeder Kennzeichen-Eintrag ein Kennzeichen wiedergibt und Einträge in auf steigender Reihenfolge sortiert sind, wobei mit dem Kennzeichen 1 begonnen wird.

Kennzeichen werden in aufsteigender Reihenfolge zugeordnet und sie werden niemals erneut benutzt, (d. h. wenn einmal eine Datei gelöscht ist, wird ihr Kennzeichen nicht wieder­ verwendet).

Die einfache Organisation bzw. der einfache Aufbau des Kennzeichen-Verzeichnisses erleichtert eine schnelle und effiziente Kennzeichensuche (tag lookup). Wenn ein Kennzei­ chen gesucht werden soll, braucht man nur die Seitennummer des Kennzeichens (TAG) und die Position des Kennzeichens innerhalb der Seite zu berechnen. Die folgenden Formeln werden dazu verwendet:

KENNZEICHEN_SEITE = GANZE ZAHL {(KENNZEICHEN - 1)/KENNZEICHEN_PRO_SEITE)}

KENNZEICHEN_INDEX = (KENNZEICHEN - 1) - KENNZEICHEN_SEITE × KENNZEICHEN_PRO_

Wenn Dateien gelöscht werden, werden ihre zugeordneten Kenn­ zeichen ungültig. Da Kennzeichen niemals wiederverwendet werden, werden die Kennzeichen-Verzeichnis-Seiten mit der Zeit einen gewissen Prozentsatz an ungültigen Einträgen aufweisen, die niemals wiederverwendet werden können. Schließlich können einige Seiten des Kennzeichen-Verzeichnis­ ses 156 nur noch sehr wenige aktive Kennzeichen-Einträge enthalten. Während Seiten mit nichtgültigen Kennzeichen-Ein­ trägen einfach gelöscht werden können, verbrauchen bzw. verschwenden Seiten mit gerade nur wenigen aktiven Einträ­ gen Plattenspeicherplatz für einen langen Zeitabschnitt, wenn die übrigen Kennzeichen-Einträge zu Dateien gehören, die nicht gelöscht werden bzw. sind.

In einer bevorzugten Ausführungsform, werden immer dann, wenn eine Kennzeichen-Verzeichnis-Seite 230 weniger gültige Einträge als eine spezifizierte Anzahl von gültigen Einträ­ gen enthalten (z. B. weniger als fünf gültige Einträge für Seiten, die 1000 Kennzeichen-Einträge halten), werden die übrigen gültigen Kennzeichen-Einträge in ein Sekundär-Kenn­ zeichen-Verzeichnis 240 geschrieben und die Kennzeichen-Ver­ zeichnis-Seite 230 wird aufgehoben bzw. gelöscht. Es gibt nur ein Sekundär-Kennzeichen-Verzeichnis 240 in dem Datei­ system und dieses Verzeichnis ist als dichtgeordnetes Feld mit Kennzeichen-Einträgen implementiert. Anders ausge­ drückt, es gibt nur wenig oder keinen unbenutzten Speicher­ platz in dem Sekundär-Kennzeichen-Verzeichnis 240, wodurch ein verschwendeter Plattenspeicherplatz verhindert wird. Dies kann entweder durch das Speichern der Kennzeichen in einem Verzeichnis 240 in strikter ansteigender Reihenfolge oder unter Verwendung einer binären Suche zum Finden von Einträgen realisiert werden oder durch den Einsatz einer Suchtabelle (hash table), um schnell Einträge bzw. Daten in dem Sekundär-Kennzeichen-Verzeichnis 240 zu finden bzw. zu lokalisieren. Auf das Sekundär-Kennzeichen-Verzeichnis 240 wird nur zugegriffen, wenn ein Kennzeichen in dem Primär- Kennzeichen-Verzeichnis-Feld 230 nicht gefunden wird.

Der Prozeß, der von dem Dateisystem verwendet wird, um eine Datei zu lokalisieren, wenn der Name der Datei angegeben ist, ist wie folgt. Zuerst verwendet der Prozeß das Datei­ verzeichnis, um den Dateinamen in ein Kennzeichen umzuset­ zen. Im zweiten Schritt verwendet der Prozeß das Primär- Kennzeichen-Verzeichnis-Feld 230, um das Kennzeichen in einen Plattenidentifizierer (disk identifier) und einen Index oder Zeiger auf den geeigneten Gegenstand bzw. Daten­ satz (item) der Dateibeschreibungstabelle 154 umzusetzen. Drittens, wenn das Kennzeichen nicht in dem Primären-Kenn­ zeichen-Verzeichnis-Feld 230 gefunden wird, wird auf das Sekundär-Kennzeichen-Verzeichnis 240 zugegriffen, um das Kennzeichen in einem Plattenidentifizierer und einen Zeiger auf den Datei-Deskriptor-Eintrag umzusetzen.

Das Primär-Kennzeichen-Verzeichnis-Feld 230 verzichtet auf eine wirksame Verwendung von Plattenplatz, um eine schnelle Kennzeichen-Suche zu ermöglichen, wohingegen das Sekundär- Kennzeichen-Verzeichnis 140 auf einem bestimmten Grad an Kennzeichen-Such-Geschwindigkeit verzichtet, um die Effi­ zienz bei der Verwendung des Plattenspeichers bzw. -Platzes zu verbessern.

Automatische Plattenüberwachung und Dateibewegung

Unter Berücksichtigung der vorteilhaften Fähigkeit der vor­ liegenden Erfindung, Dateien transparent (d. h. ohne die Benutzer des Systems in Anspruch zu nehmen) zu bewegen, kann ein menschlicher Systemverwalter periodisch die ver­ bleibende Kapazität jeder Platte des Dateisystems überprü­ fen und dann Dateien umladen, um die Plattenkapazität auszu­ gleichen, um dadurch zu verhindern, daß irgendeine der Plat­ ten oder irgendein Satz von Platten platzmäßig bzw. spei­ chermäßig überladen wird. Der menschliche Systemverwalter kann auch versuchen, periodisch die Belastung jeder der Platten des Dateisystems (d. h., die Rate von Eingangs/Aus­ gangsoperationen auf die Platten) zu überwachen und Dateien so zu bewegen, daß die Belastung verschiedener Platten aus­ balanciert wird. Das Belastungsausbalancieren kann wichtig sein, da jeder Plattenarm -Stellmotor eines Plattenspeicher­ geräts nicht mehr als eine Satzzahl von Eingabe/Ausgabe-Ope­ rationen pro Sekunde bewerkstelligen bzw. durchführen kann, wobei eine typische Grenze dafür ungefähr bei 25 Einga­ be/Ausgabe-Operationen pro Sekunde pro Plattenarm liegt. Wenn zuviele der am meisten aktiv verwendeten Dateien auf einer Platte lokalisiert sind, kann die Systemleistungsfä­ higkeit bzw. Systemgeschwindigkeit wegen eines Eingabe/Aus­ gabe-Engpasses an der bestimmten Platte verschlechtert wer­ den.

Da jedoch die Fähigkeit zum Bewegen von Dateien von einer Platte zur anderen durch die Verwendung der vorliegenden Erfindung ermöglicht wird, ist es auch durchführbar, die Überwachung von Platten-Eingabe/Ausgabe-Belastungen und der Plattenkapazität automatisch durchzuführen und Dateien auto­ matisch zwischen den Platten zu bewegen, so daß entweder die Plattenbelastungen oder die Plattenkapazität oder bei­ des ausgeglichen bzw. über das System gleichmäßig verteilt werden kann.

Gemäß Fig. 6 hat das Dateisystem in einer bevorzugten Aus­ führungsform eine Platten-Verwendung-Überwachung und -Aus­ gleichungsroutine 164, die nicht nur die Plattenkapazitäten und Plattenbelastungen überwacht, sondern auch über die Zeit gemittelte statistische Werte berechnet, wie z. B. die Standardabweichungen dieser zwei Plattenverwendungsparame­ ter (Schritt 250). Die Standardabweichungswerte für den Prozentsatz der verfügbaren Kapazität und der Plattenbela­ stung sind Indikatoren für die Ungleichheit der Plattenver­ wendung. Es ist wichtig, daß diese Werte zeitliche Mittel­ werte oder Tiefpaß-gefilterte Werte sind, so daß kurze Aus­ schläge bzw. Spitzen der Plattenaktivität oder ein kurzfri­ stiger Prozeß, der nur kurz einen großen Bereich an Platten­ speicher belegt, nicht unnötigerweise bewirkt, daß eine unnötig große Anzahl von Dateien umgeladen werden muß.

Wenn die Standardabweichung der Plattenbelastung einen ent­ sprechenden vorgegebenen Schwellenwert (Schritt 252) über­ schreitet, der die Unterteilungslinie zwischen annehmbaren und nicht annehmbaren Systemleistungsfähigkeiten bzw. -ge­ schwindigkeiten angibt, bewegt das Programm 164 Dateien von der Platte, die am stärksten belastet wird, zu einer ver­ gleichbaren Platte (d. h. bezüglich der Zugriffsgeschwindig­ keit, der Verfügbarkeit usw.), die weniger stark belastet wird (Schritt 254). In ähnlicher Weise, wenn der Plattenka­ pazitätsparameter einen entsprechenden vorgegebenen Schwel­ lenwert (Schritt 256) überschreitet, bewegt das Programm 164 Dateien von einer Platte, die viel weniger als eine durchschnittlich verbleibende Kapazität aufweist, zu einer vergleichbaren Platte mit der größten noch verbleibenden Kapazität (Schritt 258). Dann startet der Prozeß von neuem. Wenn die Plattenverwendung immer noch unausgeglichen ist, werden weitere Dateien bewegt, bis die berechneten Platten­ verwendungs-Statistiken die Schwellenwertkriterien für eine annehmbare Systemleistungsfähigkeit bzw. Geschwindigkeit nicht mehr verletzen. Die Anzahl der Dateien, die während irgendeines Schrittes dieses Prozesses bewegt werden, sol­ lte möglichst klein sein, um unnötige Dateibewegungen zu verhindern.

In anderen Ausführungsformen werden andere Kriterien als die Standardabweichung oder die Plattenkapazität und die Plattenbelastung eingesetzt, um zu bestimmen, wann Dateien umgeladen werden sollen.

Das erfindungsgemäße Computerdatei-System mit einer Viel­ zahl von unterschiedlichen bzw. einzelnen Datenspeicherein­ richtungen enthält eine Vielzahl von Dateiverzeichnissen, die auf verschiedenen Platten abgespeichert sind. Jedes Dateiverzeichnis wird eingesetzt, um Dateinamen in entspre­ chende Kennzeichenwerte umzusetzen. Für jede Platte gibt es eine Dateibeschreibungs-Tabelle mit einem Datei-Beschrei­ bungs-Eintrag für jede Datei, die auf der Platte gespei­ chert ist. Ein einzelnes Kennzeichen-Verzeichnis enthält einen Kennzeicheneintrag für jede Datei, die in dem System gespeichert ist. Das Kennzeichen-Verzeichnis wird von dem Dateisystem eingesetzt, um eine Datei durch Umsetzen eines Kennzeichen-Wertes in einen Zeiger auf eine Platte auf der die Datei gespeichert ist und in einen Zeiger auf den Datei­ beschreibungseintrag der Datei zu finden. Um eine Datei von einer ersten Platte zu einer zweiten Platte zu bewegen, wird die Datei auf die zweite Platte kopiert, wird ein neu­ er Dateibeschreibungseintrag für die kopierte Datei in der Dateibeschreibungstabelle für die zweite Platte erzeugt, wird die Kopie der Datei auf der ersten Platte aufgehoben und der Kennzeicheneintrag für die Datei wird aktualisiert, um auf die zweite Platte und auf den neuen Dateibeschrei­ bungseintrag der Datei zu verweisen bzw. zu zeigen. Damit kann eine Datei von einer ersten Platte zu einer zweiten Platte bewegt werden, ohne daß alle zugeordneten Dateiver­ zeichnis-Einträge lokalisiert und aktualisiert werden müs­ sen. In einer bevorzugten Ausführungsform, enthält das Da­ teisystem ein Programm, das die Plattenbelastung und die nichtverwendete Plattenkapazität überwacht. Es bestimmt, wann der Plattengebrauch unausgeglichen ist und bewegt auto­ matisch Dateien unter den Platten, damit der Plattenge­ brauch besser verteilt wird.

Claims (8)

1. Dateisystem für selektive Neuverteilung bzw. Verteilung von Dateien zur Verwendung in einem Computersystem mit ei­ ner Zentralverarbeitungseinheit und einer Vielzahl von un­ terschiedlichen Datenspeichergeräten, auf denen Dateien gespeichert sind, wobei das System aufweist:
eine Vielzahl von Datei-Verzeichnissen, die auf verschie­ denen Einrichtungen aus der Vielzahl der Datenspeicher-Ein­ richtungen gespeichert sind und die jeweils einen Satz von Dateiverzeichnis-Einträgen aufweisen, die jeweils einen Da­ teinamen und einen zugeordneten Kennzeichenwert bezeichnen, wobei mehrere Dateinamen, die einer einzelnen Datei zugeor­ dnet sind, in mehreren Verzeichnissen der Dateiverzeichnis­ se abgespeichert sein können;
eine separate Dateibeschreibungstabelle für jede Datenspei­ chereinrichtung, wobei jede Dateibeschreibungstabelle einen Dateibeschreibungseintrag für jede Datei aufweist, die auf der zugehörigen Datenspeichereinrichtung gespeichert ist;
ein Kennzeichen-Verzeichnis, das auf der ausgewählten Spei­ chereinrichtung aus der Vielzahl der Speichereinrichtungen gespeichert ist und Kennzeicheneinträge für einen definier­ ten Satz von Kennzeichenwerten enthält, wobei jede Datei, die in der Vielzahl von Datenspeichereinrichtungen gespei­ chert ist, durch einen einzigartigen dieser Kennzeichen-Ein­ träge repräsentiert ist und wobei der Kennzeicheneintrag die eine Datenspeichereinrichtung aus der Vielzahl der Da­ tenspeichereinrichtungen bezeichnet, auf der die Datei, die dem Kennzeicheneintrag zugeordnet ist, gespeichert ist; und
eine Dateibewegungseinrichtung, die von der Zentralverarbei­ tungseinrichtung betrieben wird, zum Bewegen einer spezifi­ zierten Datei von einer ersten Datenspeichereinrichtung zu einer zweiten Datenspeichereinrichtung aus der Vielzahl der Datenspeichereinrichtungen mit einer Einrichtung zum Kopie­ ren der spezifizierten Datei in die zweite Datenspeicherein­ richtung aus der Vielzahl der Datenspeichereinrichtungen, zum Erzeugen eines Dateibeschreibungseintrags für die ko­ pierte Datei in der Dateibeschreibungstabelle der zweite Datenspeichereinrichtung aus der Vielzahl der Datenspei­ chereinrichtungen und zum Ändern des Kennzeichen-Eintrags in dem Kennzeichen-Verzeichnis entsprechend der spezifizier­ ten Datei, so daß der Kennzeichen-Eintrag die zweite Daten­ speichereinrichtung aus der Vielzahl der Datenspeicherein­ richtungen bezeichnet;
wobei eine Datei von einer ersten Datenspeichereinrichtung zu einer zweiten Datenspeichereinrichtung aus der Vielzahl von Datenspeichereinrichtungen bewegt werden kann, ohne daß alle entsprechenden Dateiverzeichniseinträge lokalisiert und aktualisiert werden müssen.

2. Dateisystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Überwachungseinrichtung für die Verwendung bzw. den Ge­ brauch der Datenspeicher, die durch die Zentralverarbei­ tungseinheit ausgeführt wird, zum Überwachen der Verwendung der Vielzahl von Datenspeichereinrichtungen, zum Berechnen entsprechender statistischer Werte, die angeben, ob die Verwendung unausgeglichen ist, zum Vergleichen der berech­ neten statistischen Werte mit vorgegebenen Kriterien und, wenn die vorgegebenen Kriterien eingehalten werden, zum automatischen Bewegen der Dateien unter der Vielzahl von Datenspeichereinrichtungen, so daß ihre Verwendung besser untereinander ausgeglichen werden kann.

3. Dateisystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Überwachungseinrichtung für die Verwendung der Datenspei­ chereinrichtungen, die durch die zentrale Verarbeitungsein­ heit ausgeführt wird, zum Überwachen der nichtverwendeten Kapazität jeder Datenspeichereinrichtung aus der Vielzahl der Datenspeichereinrichtungen, zum Berechnen statistischer Werte, die angeben, ob die unbenutzte Kapazität ungleich unter der Vielzahl von Datenspeichereinrichtungen verteilt ist, zum Vergleichen der berechneten statistischen Werte mit vorgegebenen Kriterien und, wenn die vorgegebenen Kri­ terien eingehalten werden, zum automatischen Bewegen der Dateien unter der Vielzahl von Datenspeichereinrichtungen, um die unbenutzte Kapazität unter der Vielzahl der Daten­ speichereinrichtungen gleichmäßiger zu verteilen.

4. Dateisystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungseinrichtung für die Verwendung der Da­ tenspeicher weiterhin eine Einrichtung zum Überwachen der Belastung jeder Datenspeichereinrichtung aus der Vielzahl der Datenspeichereinrichtungen aufweist, zum Berechnen zeit­ lich gemittelter statistischer Werte, die angeben, ob die Belastung ungleichmäßig unter der Vielzahl der Datenspei­ chereinrichtungen verteilt ist, zum Vergleichen der berech­ neten statistischen Werte mit vorgegebenen Kriterien und, wenn die vorgegebenen Kriterien eingehalten sind, zum auto­ matischen Bewegen der Dateien unter der Vielzahl von Daten­ speichereinrichtungen, damit die Belastung unter der Viel­ zahl der Datenspeichereinrichtungen gleichmäßiger verteilt wird.

5. Verfahren zum Zuweisen von Speicherplatz in einem Compu­ tersystem mit einer Vielzahl von einzelnen Datenspeicherein­ richtungen, das aufweist:
Speichern auf verschiedenen Datenspeichereinrichtungen aus der Vielzahl der Datenspeichereinrichtungen eine Vielzahl von Dateiverzeichnissen, von denen jedes einen Satz aus Dateiverzeichniseinträgen aufweist, die jeweils einen Datei­ namen und einen zugeordneten Kennzeichenwert bezeichnen, wobei mehrfache Dateinamen, die einer einzelnen Datei zuge­ ordnet sind, in mehreren Verzeichnissen der Dateiverzeich­ nisse abgespeichert sein können;
Speichern auf jeder Datenspeichereinrichtung aus der Viel­ zahl der Datenspeichereinrichtungen eine getrennte bzw. eigene Dateibeschreibungstabelle, wobei jede Dateibeschrei­ bungstabelle einen Dateibeschreibungseintrag für jede Datei enthält, die auf der zugeordneten Datenspeichereinrichtung gespeichert ist;
Speichern auf einer ausgewählten Datenspeichereinrichtung aus der Vielzahl der Datenspeichereinrichtungen ein Kennzei­ chen-Verzeichnis, das Kennzeichen-Einträge für einen defi­ nierten Satz von Kennzeichenwerten enthält, wobei jede Da­ tei, die in der Vielzahl von Datenspeichereinrichtungen abgespeichert ist, durch einen einzigartigen Eintrag der Kennzeicheneinträge repräsentiert ist, wobei jeder Kennzei­ cheneintrag die Datenspeichereinrichtung aus der Vielzahl der Datenspeichereinrichtungen kennzeichnet, auf der die Datei gespeichert ist, die dem Kennzeicheneintrag zugeord­ net ist; und
Bewegen einer spezifizierten Datei von einer ersten Daten­ speichereinrichtung zu einer zweiten Datenspeichereinrich­ tung aus der Vielzahl der Datenspeichereinrichtungen, ein­ schließlich Kopieren der spezifizierten Datei auf die zwei­ te Datenspeichereinrichtung aus der Vielzahl von Datenspei­ chereinrichtungen, Erzeugen eines Datenbeschreibung-Ein­ trags für die kopierte Datei in die Dateibeschreibungsta­ belle für die zweite Datenspeichereinrichtung aus der Viel­ zahl der Datenspeichereinrichtungen und Ändern des Kennzei­ chen-Eintrags in dem Kennzeichen-Verzeichnis, das der spezi­ fizierten Datei zugeordnet ist, so daß der Kennzeichen-Ein­ trag die zweite Datenspeichereinrichtung aus der Vielzahl der Datenspeichereinrichtungen bezeichnet;
wobei eine Datei von einer ersten Datenspeichereinrichtung zu einer zweiten Datenspeichereinrichtung aus der Vielzahl der Datenspeichereinrichtungen bewegt werden kann, ohne daß alle zugeordneten Dateiverzeichniseinträge lokalisiert und aktualisiert werden müssen.

6. Verfahren zum Zuweisen von Speicherplatz gemäß Anspruch 5, gekennzeichnet durch ein Überwachen der Verwendung der Vielzahl der Datenspeichereinrichtungen, ein Berechnen der entsprechenden statistischen Werte, die angeben, ob die Verwendung unausgeglichen ist, ein Vergleichen der berech­ neten statistischen Werte mit vorgegebenen Kriterien und, wenn die vorgegebenen Kriterien eingehalten sind, ein auto­ matisches Bewegen der Dateien unter der Vielzahl der Daten­ speichereinrichtungen, damit die Verwendung besser ausgegli­ chen bzw. verteilt wird.

7. Verfahren zum Zuweisen von Speicherplatz nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch ein Überwachen nicht verwendeter Kapazität auf jeder der Vielzahl der Datenspeichereinrich­ tungen, ein Berechnen statistischer Werte, die angeben, ob die nicht verwendete Kapazität ungleichmäßig unter den Datenspeichereinrichtungen, verteilt ist, ein Vergleichen der berechneten statistischen Werte mit vorgegebenen Krite­ rien und, wenn die vorgegebenen Kriterien eingehalten sind, ein automatisches Bewegen der Dateien unter der Vielzahl der Datenspeichereinrichtungen, so daß die nicht verwendete Kapazität unter der Vielzahl der Datenspeichereinrichtungen gleichmäßiger verteilt wird.

8. Verfahren zum Zuweisen von Speicherplatz nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch ein Überwachen der Belastung jeder aus der Vielzahl der Datenspeichereinrichtungen, ein Berech­ nen von zeitlich gemittelten statistischen Werten, die ange­ ben, ob die Belastung ungleichmäßig unter der Vielzahl der Datenspeichereinrichtungen verteilt ist, ein Vergleichen der berechneten statistischen Werte mit vorgegebenen Krite­ rien und, wenn die vorgegebenen Kriterien eingehalten sind, ein automatisches Bewegen der Dateien unter der Vielzahl der Datenspeichereinrichtungen, so daß die Belastung unter der Vielzahl der Datenspeichereinrichtungen gleichmäßiger verteilt wird.