JP2005108040A - ディスク装置のデータ保護方法及びディスク装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 指定されたデータのみを２重化することでデータ領域が極端に減少することを防ぎ、２重化の処理を磁気ディスク装置単体でアクセスが無い時に行うことでライトの処理性能を低下させないようなデータ保護機能を有するディスク装置のデータ保護法方及びディスク装置を提供する
【解決手段】 ホストからのコマンドにより指定されるデータを２重化するディスク装置のデータ保護方法であって、前記ディスク装置に前記ホストからのアクセス履歴を保存するステップと、前記ディスク装置に保存された前記アクセス履歴に基づいて前記ディスク装置にアクセスの無い時間に、前記ホストから指定されたデータの２重化処理を行うステップとからなる。
【選択図】 図９

Description

この発明は、データ保護技術に関し、特に磁気ディスク装置単体でデータの２重化を行うデータ保護機能を有する磁気ディスク装置のデータ保護法方及び磁気ディスク装置に関する。

従来は、ディスク装置に格納するデータの格納時の信頼性を向上させる技術として、データをディスクに格納する際にパリティチェックを行う技術が存在していた。
先行技術文献である特開平９−３４６４８には、ＯＳ（オペレーション・システム）による特別な制御や磁気ディスク装置の増設を必要とせずに、磁気ディスク装置内の複数のヘッドを同時に利用して、データのアクセスを高速化させると共に、複数のディスク媒体面の一つをデータのパリティ格納用として用いることで、データの信頼性をアップさせる技術が開示されている。この先行技術文献では、交換可能なディスク媒体を利用することで、ディスク媒体に障害が発生した場合、交換部位をディスク媒体のみに限定でき、ディスク制御機構等の正常動作可能な部位の継続利用を可能にし、安価なシステムの構築が可能としている。

具体的説明すると、先行技術文献の図３はデータ分割格納手順を示す図であり、１つのデータを分割して得られた分割データＤ１〜Ｄ９をディスク媒体４の両面及びディスク媒体５の片面に、データヘッド２ａ〜２ｄを用いて、同時又は順次格納する状態を示す説明図である。また、図３において、Ｐ０〜Ｐ２はパリティデータであり、パリティデータＰ０は分割データＤ１〜Ｄ３に基づいて形成され、パリティデータＰ１は分割データＤ４〜Ｄ６に基づいて形成され、パリティデータＰ３は分割データＤ６〜Ｄ９に基づいて形成されるものである。

また、データのライト要求が発生し、例えばデータヘッド２ａに対応するディスク媒体面の２セクタ目にデータを書き込むことを考えた場合、図３に示すように、上記２セクタ目に書き込みを行う前のデータＤ７と、データヘッド２ｄに対応するディスク媒体面の２セクタ目のデータＰ２と、新たに書き込むデータの排他的論理和を計算することでパリティを計算し、データヘッド２ａとデータヘッド２ｄに対応するディスク面の２セクタ目に、新しいデータ（Ｄ７）とパリティデータ（Ｐ２）を同時に書き込む様にしている。

特開平９−３４６４８号公報（概要、図３）

上述した先行技術文献の場合には、ディスク面を1つパリティーデータ用として確保しているため、例えばディスク枚数が１枚でデータヘッドが４つの磁気ディスク装置の場合にはデータ容量が３／４となってしまい現実的ではない。また、データライト時にパリティーの書き込みも同時に行うため、データ読み取りの時間やパリティー計算の時間等が余計に掛かり、ライトの処理性能が悪くなる可能性があった。

すなわち、従来技術では、１つのディスク面をパリティー専用のデータ領域とする方式となっていたため、容量が大幅に減少し、またパリティー生成をデータライト時に同時に行っているため処理に時間がかかるという問題があった。

この発明の目的は上記の問題を解決するためになされたものであり、指定されたデータのみを２重化することでデータ領域が極端に減少することを防ぎ、２重化の処理を磁気ディスク装置単体でアクセスが無い時に行うことでライトの処理性能を低下させないようなデータ保護機能を有する磁気ディスク装置及び及びデータ保護法方を提供することにある。

上記した課題を解決するために、この発明に係るディスク装置のデータ保護方法は、ホストからのコマンドにより指定されるデータを２重化するディスク装置のデータ保護方法であって、前記ディスク装置に前記ホストからのアクセス履歴を保存するステップと、前記ディスク装置に保存された前記アクセス履歴に基づいて前記ディスク装置にアクセスの無い時間に、前記ホストから指定されたデータの２重化処理を行うステップとからなることを特徴とするものである。

また、本発明のディスク装置は、ホストからのコマンドにより指定されるデータを２重化する２重化手段を有するディスク装置であって、前記ディスク装置に前記ホストからのアクセス履歴を保存するアクセス履歴保存手段と、前記ディスク装置のアクセス履歴保存手段により前記ディスク装置に保存された前記アクセス履歴に基づいて前記ディスク装置にアクセスの無い時間に、前記ホストから指定されたデータの２重化処理を行う２重化処理手段とを具備することを特徴とするものである。

この発明によれば、上記のような構成にすることで、重要なデータを別の領域に２重に保存することにより、一方のデータが万が一失われた場合でも、他方のデータを利用して再生が可能となるため磁気ディスク装置そのものの信頼性を控除言うすることが可能となる。また、全てのデータをバックアップするのではなく、重要なデータを選択的にバックアップするため、バックアップデータのためにデータ領域が極端に少なくなることを防止することが可能となる。更には、重要なデータを選択的にバックアップするため、磁気ディスク装置のデータの書き込み処理に多くの時間が費やされることを防止することが可能となる。

以下、この発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
以下、この発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
本発明の実施形態に係るディスク装置である磁気ディスク装置（ＨＤＤ）の構造を図１を用いて説明する。
磁気ディスク装置１は、上面の開口した矩形箱状のベース２と、複数のねじによりベースにねじ止めされてベースの上端開口を閉塞する（図示しない）トップカバーを有している。

ベース２内には、ディスク状の記録媒体（ディスク媒体）としての二枚の磁気ディスク３、この磁気ディスク３を支持および回転させる駆動手段としてのスピンドルモータ４、磁気ディスク３に対して情報の書き込み・読み出しを行う複数の磁気ヘッド５、これらの磁気ヘッド５を磁気ディスク４に対して移動自在に支持したヘッドアクチュエータ６、ヘッドアクチュエータ６を回転および位置決めするボイスコイルモータ（以下、ＶＣＭと称する）７、磁気ヘッド５が磁気ディスク４の最外周の退避位置に移動した際、磁気ヘッド５を磁気ディスク４から離間した位置に保持するランプロード機構８、ヘッドアクチュエータ６を退避位置に保持するイナーシャラッチ機構９、およびヘッドＩＣ等を有する基板ユニット１０などが収納されている。

前記ＶＣＭは、磁性体から成るトップヨーク９１およびボトムヨーク９２（図示しない）ボイスコイルモータ用マグネット、ヘッドアクチュエータ６の磁気ヘッド８が搭載される端部と逆の端部に設けられた（図示しない）ボイスコイルで構成されている。

イナーシャラッチ機構９は、回転中心からずれた位置に重心を有することで外部からの衝撃加速度により正逆両方向に回転するイナーシャアーム、およびこのイナーシャアームの回転により付勢されて一方向に回転するラッチアームを有し、非動作時における衝撃発生時、ラッチアームの回動の先端に突設されたラッチ爪がヘッドアクチュエータ６と係合することによりヘッドアクチュエータ６を退避位置に保持するような構造になっている。

まず、一般的なデータ保護の方法として、ＲＡＩＤ装置のように複数の磁気ディスクをミラーリング等により冗長化させるという方法が知られているが、本発明では特に１つの磁気ディスク装置１自身で、すなわち、磁気ディスク装置１単体でのデータ保護を可能にするものである。

磁気ディスク装置１単体で全てのデータを２重化しようとする場合には、処理時間が掛かりすぎるという問題と、容量が極端に減少するという問題があり、この方法を単純に採用することは現実的ではない。

そこで本発明では、特定の重要なデータのみを選択的に２重化してデータ保護を行うようにした。これにより、全てのデータのバックアップをとり、２重化する方式によって起こる磁気ディスクのデータ領域が極端な減少を防止することが可能となる。

また、予めホストから磁気ディスク装置１へのアクセスの履歴を記録しておき、２重化処理をこのアクセス履歴を元に後で行う、すなわち、磁気ディスク装置の空き時間等を利用して行うことにより、通常の書き込み性能、すなわち書き込み処理速度を維持したまま磁気ディスク装置の信頼性を向上することが可能となる。以下に具体的な処理について説明する。

まず、ホストから磁気ディスク装置１に書き込みの要求が成されるデータが重要かどうかについては、新たなコマンドを規定してホスト側がそのコマンドを使用することにより判別するよう規定する。

そのコマンドの形態としては、ライト系コマンドに置き換わるものを新たに規定し、そのコマンドにより書かれたデータは２重化による保護の対象とするよう定義する。また別の形態として、ＳＥＴ ＦＥＡＴＵＲＥコマンドのサブコマンドを用いてデータを選択的に２重化するかどうかを切りかえることも可能である。

すなわち、サブコマンドにより２重化が有効（ｅｎａｂｌｅ）になっている間に発行されたライトコマンドによって書き込まれるデータをすべて重要なデータとして２重化の対象とするものである。

再び通常の状態へ戻すには同じようにサブコマンドにより無効（ｄｉｓａｂｌｅ）に設定すればよい。
次に、本発明のデータの保護機能について以下に説明する。
図２はこのデータ保護機能をホスト側がどのように利用するかを説明する図である。このホストからのコマンドはＯＳ（オペレーションシステム）のファイルシステムにより使用されることを想定している。ユーザはＯＳ（オペレーションシステム）を通してどのファイルが重要であるかを指定する。その指定された情報をもとにして、磁気ディスク装置１側でデータを保存する際にファイルシステムがどのコマンドにより書き込みを行うかを判断する。

上述の新たに規定するコマンドの仕様は、通常のライトコマンドに準ずるものである。すなわち、アドレスやブロック数の指定の方法は従来の通常のライトコマンドの通り行えるようにし、コマンドコードの変更のみでデータを２重化の対象とすることが可能となる。

次に、アクセス履歴の記録手順について図３を用いて以下に説明する。
データを後で、すなわち、磁気ディスク装置１に書き込み、あるいは読み出し等のコマンドが発行されていない空き時間に、予め履歴として記憶しておいた重要なデータを２重化できるようにアクセスログを残すものである。

ログの形式として、磁気ディスク媒体３上に２重化処理を行うべきデータがあるかどうかなどの管理情報を格納した管理用のログ領域３１と、２重化データのアドレス情報などを格納したアドレスログ領域（ログ情報セクタ）３２との２種類を用意する。

図３はこれらのログを磁気ディスク媒体３上のどの領域に格納するかを示した図である。
管理情報３１に関する管理用ログは、磁気ディスク媒体３の外周側にシステム領域を確保してその中に配置し、高速にアクセスできるようにする。一般的に、磁気ディスク媒体３が一定の回転数で回転している場合、外周側に方が内周側より周速が早くなるため、データへのアクセス速度が内周よりも高速になる。

複製データのアドレス情報に関するログは、各トラックにこのログ用の情報領域を確保してその領域内に作成する。このような情報の領域は図７で示されるような初期化処理によって形成される。

この初期化処理について図７のフローチャートを用いて説明する。
この初期化処理を開始するためのコマンドを用意し、このコマンドにより初期化が開始される（Ｓ７１）と、管理情報領域３１の確保と各トラック内の情報セクタの初期化が行われる。

図４は２種類のログ情報によりデータの２重化がどのように実現されるかを示した図である。管理情報領域３１には未処理データの管理テーブル３１１を保持し、そのテーブル内に未処理データの先頭位置のアドレス３２１を格納する。また２重化処理が途中で中断された場合には、中断されたアドレスの情報３１２もこの領域に書く。また複製データの保存可能な領域リスト３１３についてもテーブルをこの領域に格納する。２重化処理の際にはまずこの管理情報領域３１を参照して処理を開始する。

図４に示すように保護対象データが存在する場合には、複製データ格納可能領域３１３を参照して複製データの書き込みアドレスを決定し、そのアドレスを各トラック内の情報セクタに格納してから複製データを作成する。データの読み取りの際にエラーとなった場合には、このアドレス情報を参照して複製データを読み取る。

図５は各トラック内の情報セクタの構成内容を示した図である。この情報領域には、保護の対象となるデータの有無５１、２重化処理が完了しているかどうか５２、保護すべきデータの開始セクタ番号５５と終了セクタ番号５６、同一のコマンドにより書かれたデータが書き込まれた次のアドレス５８、もしくはデータがこのトラックで終了であるという印５９、複製データのアドレス情報５７などを書きこむ。保護すべきデータが離れた位置に複数ある場合は開始セクタ番号５５と終了セクタ番号５６を複数書きこむ。

図６は複製データの記録位置決定アルゴリズムのフローチャートである。ディスク媒体３が複数枚で構成される場合には異なるディスク媒体とし、またヘッド５はディスク媒体３に対して反対側に位置しているものを選択する。さらにディスク媒体３内の記録位置ができるだけ遠い位置を計算する。例えば内周側のデータは、外周側に複製データを記録する。複製データ保存先が保存しても良い場所であるかどうかの判定は、各トラック内の情報領域にフラグを立てることで行う。保存先の領域は予め各ヘッド、各領域毎に確保して置く。ただし領域の残りが少なくなった場合には拡張をする。

なお、上記実施例では複製データのアドレス情報に関するログは、各トラックにこのログ用の情報領域を確保してその領域内に作成しているが、他の領域に確保しても同様の効果が得られる。

図８は２重化処理を開始するタイミングを判断する処理のフローチャートである。データを２重化するタイミングは、磁気ディスク装置１にアクセスが無く比較的余裕のある時である。具体的には磁気ディスク装置１がスタンバイ状態に移行するタイミング、もしくはアイドル状態になってから予め規定した時間以上の時間が経過したタイミングで処理を開始する。自動的にスタンバイ状態に移行するような設定になっている場合には、スタンバイ状態に移行する前に２重化の処理を行い、終了後にスタンバイ状態へ移行する。予め規定した時間が経過したタイミングで移行する場合には、処理の終了後に再びアイドル状態に戻る。

図９は２重化の処理についてのフローチャートである。未処理データの２重化の手順は、まず管理情報のテーブルから未処理データを探し、その位置に移動する（Ｓ９１）。複製データの保存先アドレスを計算（Ｓ９４）してデータのコピーを行い、コピー完了後にトラック内の情報領域にコピー先アドレスを書きこみ、２重化完了のフラグを立てる（Ｓ９５）。そして情報領域に次の未処理データアドレスが書かれている場合にはそのデータについて同様の処理を行う。このトラックで未処理データが終了である場合（Ｓ９７のＹ）には処理を終了し、管理テーブルからこの処理に関する項目を1件削除する（Ｓ９８）。また処理の途中でホストからのアクセス等により処理が中断された場合には、中断処理に関するテーブルに処理が中断したアドレスを書きこみ、管理テーブルのこの処理に関する項目にフラグを立てる。

図１０はリード時のアルゴリズムを示したものである。２重化により保護されたデータに欠損があった場合（Ｓ１０３、Ｓ１０４、Ｓ１０５）には、複製データを読み取る（Ｓ１０９〜Ｓ１０１１）ことでデータ損失を防ぐことができる。

図１１は保護データを削除する場合のフローチャートである。この処理を開始するために新たなコマンドを設け、必要な処理を実行する。
このようにすることで、重要なデータを別の領域に２重に保存することにより、一方のデータが万が一失われた場合でも、他方のデータを利用して再生が可能となるため磁気ディスク装置そのものの信頼性を控除言うすることが可能となる。また、全てのデータをバックアップするのではなく、重要なデータを選択的にバックアップするため、バックアップデータのためにデータ領域が極端に少なくなることを防止することが可能となる。更には、重要なデータを選択的にバックアップするため、磁気ディスク装置のデータの書き込み処理に多くの時間が費やされることを防止することが可能となる。

なお、本発明は、磁気ディスク装置に限らず、情報をディスク状の媒体に記録する他のディスク装置、例えば、光磁気ディスク装置、オプティカルディスク装置にも適用可能であることは言うまでもない。

本発明の実施形態に係る磁気ディスク装置（ＨＤＤ）の構造を示す斜視図 本実施形態に係るデータ保護機能をホスト側で利用する動作を説明する概念図 本実施形態に係る磁気ディスク媒体上での管理情報領域、ログ情報領域の配置を説明する概念図 本実施形態に係る２種類のログ情報によるデータの２重化の状態を説明する概念図 本実施形態に係るディスク媒体上の各トラック内の情報セクタの構成を示す概念図 本実施形態に係る複製データの記録位置決定アルゴリズムを説明するフローチャート 本実施形態に係る磁気ディスク装置での初期化処理を説明するフローチャート 本実施形態に係る２重化処理を開始するタイミングを判断する処理を説明するフローチャート 本実施形態に係る２重化処理のアルゴリズムを説明するフローチャート 本実施形態に係る磁気ディスク装置でのリード動作のアルゴリズムを説明するフローチャート 本実施形態に係る保護データを削除する処理のアルゴリズムを説明するフローチャート

符号の説明

１……磁気ディスク装置
２……ベース
３……磁気ディスク媒体
４……スピンドルモータ（ＳＰＭ）
５……磁気ヘッド
６……アクチュエータ
７……ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）
８……ランプ機構
９……イナーシャラッチ機構
１０……回路基板
３１……管理情報領域
３１１……未処理の保護対象データのアドレス領域
３１２……処理が中断した時の中断アドレス領域
３１３……複製データの格納領域
３２……ログ情報領域
３２１……保護データ開始マーク
３２２……保護対象データ領域
３２３……保護データ終了マーク
３２４……複製データ
３２５……複製データ格納領域
５１……保護対象データが存在するかどうかのフラグ領域
５２……２重化処理が完了しているかどうかのフラグ領域
５３……保護対象データの開始トラックが存在するかどうかのフラグ領域
５４……複製データの書き込みが可能かどうかのフラグ領域
５５……開始セクタ
５６……終了セクタ
５７……複製データのアドレス領域
５８……データのつづきのアドレス領域
５９……保護対象データの終了を示すフラグ領域

Claims (11)

1. ホストからのコマンドにより指定されるデータを２重化するディスク装置のデータ保護方法であって、
   前記ディスク装置に前記ホストからのアクセス履歴を保存するステップと、
   前記ディスク装置に保存された前記アクセス履歴に基づいて前記ディスク装置にアクセスの無い時間に、前記ホストから指定されたデータの２重化処理を行うステップと
   からなることを特徴とするディスク装置のデータ保護方法。
2. 前記ディスク装置はデータを保持するディスク媒体と、
   前記ディスク媒体上に、前記アクセス履歴として、前記ホストから指定されたデータを２重化処理すべきかどうかの管理情報を格納する管理情報ログ領域と、前記ホストから指定された２重化データのアドレス情報を格納したアドレス情報ログ領域とを有し、
   前記各領域に格納された前記管理情報と前記アドレス情報に基づいて、前記ディスク媒体上に前記ホストから指定されたデータの２重化をするステップと
   からなることを特徴とする請求項１記載のディスク装置のデータ保護方法。
3. 前記管理情報ログ領域は、前記ディスク媒体の外周側のシステム領域内に配置され、
   前記管理情報には未処理データの管理テーブルを保持してそのテーブル内に未処理データの先頭位置のアドレスを格納するステップと、
   前記２重化処理が中断された場合、前記中断された２重化データのアドレス情報を前記管理情報ログ領域に格納するステップと、
   前記２重化処理により複製された複製データの保存可能な領域をリスト形式で前記管理情報ログ領域に格納するステップと
   からなることを特徴とする請求項２記載のディスク装置のデータ保護方法。
4. 前記アドレス情報ログ領域には、前記２重化処理の対象となるデータの有無と、前記２重化処理が完了しているかどうか、前記２重化処理すべきデータの開始セクタ番号と終了セクタ番号、前記２重化処理により同一のコマンドで書かれたデータが書き込まれた次のアドレス、もしくはデータがこのトラックで終了である情報を格納すると共に、
   前記２重化処理すべきデータが、複数の非連続セクタに格納された場合、前記格納されたデータの開始セクタ番号と終了セクタ番号を複数書き込むステップと
   からなることを特徴とする請求項２記載のディスク装置のデータ保護方法。
5. 前記ディスク媒体が複数枚で構成される場合には異なるディスクを選択するステップと、
   同一のディスク媒体が選択された場合には当該ディスク媒体の各面に対向するヘッドが前記ディスク媒体に対して反対側に位置するものを選択するステップと、
   前記ディスク媒体内の前記２重化データの記録位置が、できるだけ離れた位置に配置するように前記２重化データの記録位置を決定するステップと
   からなることを特徴とする請求項２記載のディスク装置のデータ保護方法。
6. 前記管理情報に、前記２重化データの記録位置が、前記２重化データの格納を許可する領域であるか否かを判定する情報として、前記各トラック内の情報領域にフラグとして格納するステップと、
   前記２重化データの記録位置を、事前に前記ヘッド毎及び前記領域毎に確保するステップと、
   前記領域が所定の量より少なくなった場合には、前記領域を拡張するステップと
   からなることを特徴とする請求項２記載のディスク装置のデータ保護方法。
7. 前記ディスク装置のアクセスの無い時間として、前記ディスク装置がスタンバイ状態に移行するタイミング、若しくは前記ディスク装置がアイドル状態になってから所定の時間以上経過したタイミングで前記２重化処理を開始するステップを含む
   ことを特徴とする請求項１記載のディスク装置のデータ保護方法。
8. 管理情報の未処理データに関するテーブルから未処理データを探してその位置に移動するステップと、
   前記２重化データの保存先アドレスを計算して前記２重化データをコピーするステップと、
   前記ステップの後、前記トラック内の情報領域にコピー先アドレスを書き込むステップと、
   前記２重化処理の完了を示すフラグを前記アドレス領域に格納するステップと、
   前記情報領域に次の未処理データアドレスが格納されている場合には、前記未処理データについて、前記コピーステップ、アドレス書込みステップ、フラグ格納ステップを行うステップと、
   前記未処理データが、現在のトラックで終了である場合には、前記コピーステップ、アドレス書込みステップ、フラグ格納ステップを中断し、前記管理テーブルから前記管理情報を１件分削除するステップと、
   前記処理の途中で、前記ホストからの前記処理の中断が指定された場合、前記中断時のアドレスを前記管理情報ログ領域に書きこむステップと、
   前記管理テーブルの前記中断が指定された処理に関する項目にフラグを立てるステップと
   からなることを特徴とする請求項１記載のディスク装置のデータ保護方法。
9. ホストからのコマンドにより指定されるデータを２重化する２重化手段を有するディスク装置であって、
   前記ディスク装置に前記ホストからのアクセス履歴を保存するアクセス履歴保存手段と、
   前記ディスク装置のアクセス履歴保存手段により前記ディスク装置に保存された前記アクセス履歴に基づいて前記ディスク装置にアクセスの無い時間に、前記ホストから指定されたデータの２重化処理を行う２重化処理手段と
   を具備することを特徴とするディスク装置。
10. 前記ディスク装置はデータを保持するディスク媒体と、
    前記ディスク媒体上に、前記アクセス履歴として、前記ホストから指定されたデータを２重化処理すべきかどうかの管理情報を格納する管理情報ログ領域と、前記ホストから指定された２重化データのアドレス情報を格納したアドレス情報ログ領域とを有し、
    前記２重化処理手段は、前記各領域に格納された前記管理情報と前記アドレス情報に基づいて、前記ディスク媒体上に前記ホストから指定されたデータの２重化をする実行する手段と
    を含む請求項９記載のディスク装置。
11. 前記管理情報ログ領域は、前記ディスク媒体の外周側のシステム領域内に配置されると共に、未処理データの管理テーブルを保持してそのテーブル内に未処理データの先頭位置のアドレスを格納する先頭位置アドレス格納手段と、
    前記２重化処理が中断された場合、前記中断された２重化データのアドレス情報を前記管理情報ログ領域に格納する２重化データアドレス情報格納手段と、
    前記２重化処理により複製された複製データの保存可能な領域をリスト形式で前記管理情報ログ領域に格納する複製データ保存可能領域情報格納手段と
    を具備することを特徴とする請求項９記載のディスク装置。

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