CN100504746C - 数据存储方法及数据存储装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种可以长期保持初期的可靠度的数据存储装置。该数据存储装置设有以下步骤：把要存储的数据分割为多个分割数据的步骤；生成与分割数据相对应的校验数据的步骤；将分割数据以及校验数据分配给多个存储单元来进行存储的步骤；对所述多个存储单元的某一个不能再进行存取的情况进行响应，根据剩下的存储单元存储的数据，对不能再进行存取的存储单元在不能存取之前所存储的数据进行还原的步骤；将被还原的数据分割为多个分割还原数据的步骤；生成与分割还原数据相对应的校验数据的步骤；以及将分割还原数据和与其对应的校验数据分配给可以进行存取的多个存储介质来进行存储的步骤。

Description

数据存储方法及数据存储装置
技术领域
本发明涉及一种使数据分发的数据存储方法以及装置。本发明特别适用于硬盘的数据存储。
背景技术
近年来，磁盘装置的用途不仅限于计算机的外部存储装置，而且还扩展到包括汽车的导航系统以及挂在脖下的便携式音乐播放器在内的各种设备。随着这一趋势，需要设想到的使用环境应当包括温度和湿度变化非常大或者会遇到不特定方向的大的冲击等严酷的环境。如上所述，即便使用方式变得多样化，防止数据的消失仍旧非常重要。
具有硬盘的磁盘装置被构成为防止尘埃附着到磁盘上的密封结构。但是，该密封结构实际上通过过滤器而使内部与外部相通。密封的理由是：对于旋转的磁盘，仅使磁头上浮10nm左右极其微小的距离来进行存储和再现。这样的密封结构体被称为磁盘柜，简称为DE。磁头悬架组件(HGA)、音圈马达(VCM)、前置放大器(HDA)以及主轴马达(SPM)等和磁盘一起被收存在DE中。也有为了增加存储量而收存多个磁盘的情况。
作为通过磁盘装置来提高数据存储的可靠性的技术，公知有将多台磁盘装置组合在一起的RAID(Redundant Arrays of Inexpensive Disks，独立磁盘冗余阵列)。通常所采用的RAID给数据赋予冗余度并将数据分配给多台磁盘装置进行存储。例如，在日本专利文献特开2003—223289号公报中公开有如下系统：该系统由N台磁盘装置构成，生成与要存储的数据对应的(N—1)个分割数据和1个校验数据，并将这些共计N个的数据分别存储在一台磁盘装置中。根据这样的RAID，即使某一台磁盘装置发生故障，数据也可以恢复，从而可以防止数据丢失。
专利文献1：日本专利文献特开2003-223289号公报。
在现有的RAID系统中，当构成系统的多台磁盘装置中的某一台发生故障时，如果不将发生故障的磁盘装置换成正常的磁盘装置就不能进行数据的冗余化，因此可靠性下降。而且，如果不对故障采取措施而继续使用并且又有一台发生故障的话，系统就不能再使用了。即，在现有技术中，为了维持初期的可靠度，需要在每次发生故障时进行维护以使正常工作的磁盘装置的台数恢复为原台数。
这种维护的必要性对于汽车导航和音乐播放器等个人使用的设备来说很不好。因为这就等于在使用者身上强加了委托销售店等进行修理的麻烦以及更换部件的费用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够长期维持初期可靠度的数据存储装置。
为了实现所述目的，本发明的数据存储方法使数据分发在可以独立存取的多个存储单元中，其具有以下步骤：把要存储的数据分割为多个分割数据的步骤；生成与所述多个分割数据相对应的校验数据的步骤；将所述多个分割数据的每一个以及所述校验数据分配给所述多个存储单元来进行存储的步骤；对所述多个存储单元的某一个不能再进行存取的情况进行响应，根据剩下的存储单元存储的数据，对不能再进行存取的存储单元在不能存取之前所存储的数据进行还原的步骤；将被还原的数据分割为多个分割还原数据的步骤；生成与所述多个分割还原数据相对应的校验数据的步骤；以及将所述多个分割还原数据中的每一个和与其对应的所述校验数据分配给可以进行存取的多个存储单元来进行存储的步骤。
在本发明中，每当不能存取的存储单元的个数增加时，变更要存储的数据的“冗余度”。在这里，将“冗余度”定义为：m/(M+m)，其中，m为校验数据的个数，(M+m)为与某一个应存储的数据相对应的分割数据的个数M与校验数据的个数m的和。
根据本发明，可以实现能够长期保持初期的可靠度的、寿命很长的数据存储装置。
附图说明
图1是本发明的磁盘装置的结构的示意图；
图2是表示本发明的存储控制的简要情况的流程图；
图3是本发明的冗余度可变的数据存储的说明图；
图4是表示本发明对可靠度的维持的示意图；
图5是表示本发明对寿命的提高的示意图；
图6是装置结构的变形例的示意图。
具体实施方式
图1示出了本发明的磁盘装置的结构。
磁盘装置1具有：相同结构的4个磁盘柜(以下称为DE)11、12、13、14、主轴马达(SPM)20、音圈马达(VCM)30、选择器(Sel.)40、前置放大器(HDA)50、读取通道60、伺伏电路70、控制器(HDC)80、以及接口90。
DE 11～14分别相当于本发明的存储单元。在例示的DE 11中收存有作为存储介质的至少一个磁盘和磁头悬架组件。同样，在DE 12～14中也收存有磁盘和HGA。用于磁盘旋转的主轴马达20和用于寻道操作的音圈马达(VCM)30均只有1个并被配置在4个DE 11～14之外。主轴马达20使DE 11～14全部磁盘一并旋转，音圈马达30一并驱动DE 11～14的所有的磁头悬挂组件。
选择器40从DE 11～14中选择控制器80所指定的1个。前置放大器50放大数据信号。读取通道60进行存储和再现的调制及解调、波形均衡、信号个别处理等。伺伏电路70控制磁盘旋转。控制器80承担包括本发明特有的数据存储的相关处理在内的对装置整体的控制。接口90则承担与外部的数据处理装置之间的数据及控制信号的收发。
在如本例的磁盘装置1这样的通过1个主轴马达20而使介质旋转的结构中，由于DE之间的旋转同步，所以可以高速地进行存储和再现。在提高耐冲击性方面，磁盘直径小是有利的。
图2是表示本发明的存储控制的简要情况的流程图，图3是本发明的冗余度可变的数据存储的说明图。
上述控制器80进行图2的存储控制。该存储控制根据预先存储在控制器80中的程序来实现。
控制器80从外部装置接收到存储请求后，将通过接口90读入的要存储的数据分割为以下个数的数据：所述个数为此时正常工作的DE的数目减1(图2的#11、#12)。接着，生成与得到的分割数据相对应的校验数据(#13)。接着，将分割数据和校验数据分配并写入DE(#14)。
例如，在如图3的(A)所示的4个DE 11～14全部正常工作的初期状态下，要存储的数据D1被分割为3(＝4—1)个分割数据D1—1、D1—2、D1—3，并通过异或运算生成校验数据D1—p。接着，分割数据D1—1被写入DE11，分割数据D1—2被写入DE12，分割数据D1—3被写入DE 13，校验数据D1—p被写入DE14。当写入结束时，预先设置在各DE11～14中的FAT(File Allocation Tables，文件分配表)被更新。
这样的处理与现有技术相同，每当有来自外部的存储请求时执行。图3的(A)的斜线部分是在写入分割数据D1—1至D1—3以及校验数据D1—p之前被写入的数据。既可以固定写入校验数据的DE，也可以进行适当的变更。
回到图2，从监视存储和再现操作是否完成的处理接到DE11～14中的某一个发生故障的通知后(#15)，检查可以进行存取的DE是否为2个以上(#16)。当可以进行存取的DE为1个时，即已经有2个发生了故障而这次的故障为第3个时，由于不能使数据存储冗余化从而存在所存储的数据消失的危险，所以对外部装置进行警告处理，以委托其向用户发送通知(#21)。
另一发面，如果可以进行存取的DE有2个以上，则进行本发明特有的存储整编。
首先，根据剩余的存储单元存储的数据而对不能存取之前被存储在不能再进行存取的存储单元中的数据进行还原(#17)。接着，将被还原的数据分割为以下数目的数据：该数目为此时正常工作的DE的数目减1(#18)，并生成与得到的多个或单个分割还原数据相对应的校验数据(#19)。接着，将分割还原数据和校验数据分配给可以进行存取的多个存储单元存储(#20)。
再参照图3来说明以上的操作。
如图3的(A)所示，分割数据D1—1至D1—3和校验数据D1—p被存储后，假设例如图3的(B)所示的DE13发生故障。实际上，在分割数据D1—1至D1—3和校验数据D1—p被存储后并且在DE13发生故障以前，通常分割数据和校验数据再次被存储在各DE11～DE14中。但是，在这里，为了便于理解，着眼于图中示出的分割数据D1—1至D1—3并说明对它们的处置。该处置对其他已经被存储的分割数据也同样进行。
由于DE 13发生故障，所以根据其他的DE11、DE12、DE14所存储的分割数据D1—1、D1—2和校验数据D1—p并通过异或运算来还原发生故障之前被存储在DE13中的分割数据D1—3。将被还原的分割数据D1—3分割为2(＝3—1)个分割还原数据D1—3—1和D1—3—2，并生成与其对应的校验数据D1—3—p。接着，将分割还原数据D1—3—1、D1—3—2以及校验数据D1—3—p分配给DE11、DE12、DE14存储。
即，如图3的(A)和(B)所示，与DE 11～14中的某一个发生故障相呼应，将发生故障以前DE11～14存储的所有信息分配给没有发生故障的剩余的DE11、DE12、DE14并重新存储。在故障发生以前，分割数据个数M为3，校验数据个数m为1，冗余度为1/4。与此相对，故障发生后，冗余度为1/3。虽然伴随着冗余度的增加存储区的利用率下降，但是保持了已经存储的信息，同时可以获得与之前同样的可靠度。即，即使再有某个DE发生故障，也可以避免数据消失。
进一步，设想例如图3的(C)所示的DE12发生故障的情况。
由于DE12发生故障，所以根据剩余的DE11、DE14存储的还原分割数据D1—3—1和校验数据D1—3—p来还原DE发生故障以前所存储的分割还原数据D1—3—2。对被还原的还原分割数据D1—3—2和DE 11存储的还原分割数据D1—3—1进行合成并再现分割数据D1—3。根据再现的分割数据D1—3以及DE 11和DE 14分别存储的分割数据D1—1和校验数据D1—p来还原分割数据D1—2。然后，将所还原的分割数据D1—2和与其对应的校验数据D1—2p分配给DE11、DE14进行存储，并将所还原的还原分割数据D1—3—2和与其对应的校验数据D1—3—2p分配给DE11、DE14进行存储。与此相伴，冗余度变为1/2。
如果如图3的(D)所示DE 14再发生故障的话，则变为仅有1个DE11能够进行存取的末期状态。即使在该状态下，也可以根据DE11存储的数据来还原分割数据D1—2并再现原来的数据D1。但是，冗余度为0，如果后来DE11发生故障的话，则所有的信息消失。因此，优选最迟在变为末期状态的时刻，将装置寿命接近终止的情况通知给用户。也可以在变为末期状态之前的阶段进行通知。
图4是表示本发明对可靠度的维持的示意图，图5是示出本发明对寿命的提高的示意图。图4和图5的示例是磁盘装置由6个DE构成的情况，该6个DE具有与现有的典型的磁盘装置相同的平均故障间隔时间MTBF(Mean TimeBetween Failure)。在这里，可靠度的容许下限为0.98。
通过如上所述地来改变冗余度并继续数据存储操作，维持了数据保管的可靠度并延长了寿命。如图4中的点划线所示，在现有的硬盘驱动器中，从使用开始经过两年后，可靠度下降至0.98附近。与此相对，在应用本发明的磁盘装置中，经过4至5年时可靠度才下降至0.98。此时，如果1个DE发生故障的话，冗余度改变并且可靠度变得比0.98大。进而，随着时间的过去可靠度第二次下降至0.98。如果冗余度再次改变的话，可靠度将再次变得比0.98大。通过这样的重复，直至冗余度为1/3并且可靠度变为0.98为止，其使用年限为10年以上，高可靠度持续的时间为现有技术的5倍。
如果比较可以存储和再现的容量则如图5所示。初期的容量比冗余度高一点的、点划线所示的现有例少。但是，假设可靠度变为0.98时平均地发生故障的话，则在现有例中经过2.5年左右时突然变得不能进行存储和再现，与此相对，在本发明的磁盘装置中，虽然容量不断减少，但即使在冗余度为1/3时放弃使用，能够进行存储和再现的年限也为10年以上。即，可知其寿命长。
图6为装置结构的变形例的示意图。在图6中，对与图1对应的要素标注与图1相同的标号。
图6的(A)所示的磁盘装置1b的特征在于，4个DE11b、12b、13b、14b分别具有主轴马达20、音圈马达30以及前置放大器50。
图6的(B)所示的磁盘装置1c的特征在于，相对于4个DE11b、12b、13b、14b分别设置有读取通道60和伺伏电路70。
图6的(C)所示的磁盘装置1d的特征在于，4个DE11c、12c、13c、14c分别具有音圈马达30以及前置放大器50，并且这些DE设置有1个主轴马达20。
图6的(D)所示的磁盘装置1e的特征在于，与图1的例子相同地具有DE11～DE14，并且相对于这些DE11～DE14的每一个配置有音圈马达30和前置放大器50。由于在本例的DE11～DE14的外部配置电路，所以适于电路集成化。
在以上实施方式中，也可以将具有与磁盘装置1同样结构的多个磁盘装置组合起来构成与现有技术相同的RAID系统。也可以将磁盘装置1作为1个存储装置来构成。DE11～14的个数不限于例示的4个，可以是3个以上的任意值。
本发明适用于硬盘，也可适用于具有磁盘以外的任意的存储介质的存储装置，所述磁盘包括光盘、光磁盘、半导体存储器。
工业实用性
本发明有助于提供包括磁盘装置在内的各种数据存储装置的高便利性的使用方式。

Claims (6)

1.一种数据存储方法，该数据存储方法将数据分发给可以独立进行存取的多个存储单元，其特征在于，包括以下步骤：
把要存储的数据分割为多个分割数据的步骤；
生成一个与所述多个分割数据相对应的校验数据的步骤；
将所述多个分割数据以及所述校验数据向所述多个存储单元各分配一个来分别单独进行存储的步骤；
对所述多个存储单元的某一个不能再进行存取的情况进行响应，根据剩下的存储单元所存储的数据，对不能再进行存取的存储单元在不能存取之前所存储的数据进行还原的步骤；
将被还原的数据分割为多个分割还原数据的步骤；
生成一个与所述多个分割还原数据相对应的校验数据的步骤；以及
将所述多个分割还原数据和与其对应的所述校验数据向可以进行存取的多个存储单元各分配一个来分别单独进行存储的步骤。
2.如权利要求1所述的数据存储方法，其特征在于，直到可以进行存取的存储单元变为1个为止，每当1个存储单元变得不能进行存取时，对不能存取的存储单元中的数据进行还原、分割，并将分割还原数据和校验数据分配给可进行存取的多个存储单元中来存储。
3.一种数据存储装置，具有可以独立进行存取的多个存储单元以及使所述多个存储单元存储数据的控制器，其特征在于，所述控制器包括：
把要存储的数据分割为多个分割数据的单元；
生成一个与所述多个分割数据相对应的校验数据的单元；
将所述多个分割数据以及所述校验数据向所述多个存储单元各分配一个来分别单独进行存储的单元；
对所述多个存储单元的某一个不能再进行存取的情况进行响应，根据剩下的存储单元存储的数据，对不能再进行存取的存储单元在不能存取之前所存储的数据进行还原的单元；
将被还原的数据分割为多个分割还原数据的单元；
生成一个与所述多个分割还原数据相对应的校验数据的单元；以及
将所述多个分割还原数据和与其对应的所述校验数据向可以进行存取的多个存储单元各分配一个来分别单独进行存储的单元。
4.如权利要求3所述的数据存储装置，其特征在于，所述多个存储单元分别为在其内部收存有存储介质的密封结构体。
5.如权利要求4所述的数据存储装置，其特征在于，所述多个存储单元具有作为存储介质的一个或多个硬盘。
6.如权利要求3所述的数据存储装置，其特征在于，具有当可以进行存取的存储单元的个数减少为设定数时对该情况进行报告的单元。
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