JP2005301769A

JP2005301769A - データ多重化制御装置

Info

Publication number: JP2005301769A
Application number: JP2004118493A
Authority: JP
Inventors: Hideo Suzuki; 英雄鈴木
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2004-04-14
Filing date: 2004-04-14
Publication date: 2005-10-27

Abstract

【課題】ミラーリングされたディスク構成にて、アクセス性能を低下させずにハードディスク装置の故障による入れ替え、または１台単位で新規追加が可能なデータ２重化制御装置を提供する。
【解決手段】ハードディスク装置に割り当てられるマスタＩＤの他にミラーＩＤを設ける。ディスクコントローラは、このＩＤを使い動的にアクセス先を変更することにより、ホストからのリード要求をミラーリング再構築によるディスクアクセスを回避し、マスタＩＤ、ミラーＩＤを追加、変更するだけで１台単位でのハードディスク装置の追加が可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数台の記憶装置におけるデータ多重化を行うデータ多重化制御装置に関する。

記憶領域に使用されるハードディスク装置などの記憶装置は、装置の故障によるシステムダウン、重要データの喪失を防止するために、データを２重化するミラーリングを採用することが知られている。このミラーリングにより、例えばハードディスク装置ＡとＢに同一のデータを保持し、ハードディスク装置Ａが故障した場合でもハードディスク装置Ｂにあるデータを使用してシステムダウン、データの喪失を防ぐ事ができる。

しかし、従来のミラーリングでは、リード要求に対してどちらか一方のハードディスク装置しか動作しないため、アクセス性能の向上については考慮されていなかった。アクセス性能の向上を図るため、特開平６−６７８０８号公報では、ハードディスク装置Ａ、Ｂをストライピング方式により複数の領域に分割し、分割領域毎にお互いのデータをミラーリングするミラーリングシステムが開示されている。ストライピング方式により、ハードディスク装置Ａ、Ｂ共にアクティブとすることが可能となり、アクセス性能を向上させることができる。

特開平６−６７８０８号公報

従来の技術では、ミラーリングにおいて、ハードディスク装置を追加しようとした場合には、２台ずつ追加することになり、１台単位での追加が不可能であった。

特開平６−６７８０８号公報に開示されている技術では、ミラーリングを行ないながらアクセス性能を向上させることは可能であるが、ハードディスク装置の追加についての考慮はされていない。

また、特開平６−６７８０８号公報の多重化ディスク制御装置に対して、故障等によりハードディスク装置の入れ替えが必要となった場合、ハードディスク間のコピーによるアクセスが集中し、通常アクセスに対する性能が低下してしまうという問題がある。

本発明は、上記問題を鑑み、多重化ディスク制御装置においてハードディスク装置を１台単位で容易に追加することを可能とする。または、ハードディスク装置の入れ替え、追加によるアクセス性能の低下を軽減させることを目的とする。

本発明のデータ多重化制御装置は、記憶装置毎に設定されているマスタＩＤの他にミラーＩＤを使用する。ミラーＩＤを用いることにより、追加された記憶装置を容易にミラーリング内に取り込むことができる。本発明のデータ多重化制御装置は、ディスクコントローラはマスタＩＤ、ミラーＩＤを管理することにより、ディスクアクセスを監視し記憶装置へのアクセス軽減を行なう。

ミラーリングされたディスク構成に、１台単位で容易にハードディスク装置を追加することが可能となる。ハードディスク装置の故障による入れ替え、新規追加を行った場合に、データ修復により発生するディスクアクセスを回避し、他ミラーデータからアクセスすることにより、通常リード要求のアクセス性能を低下させないことができる。

図１は、本発明を適用したデータ多重化システムの構成の一例を示す図である。図１の例は、データ多重化システムは、３つのディスク装置を用いてデータを二重化するシステムである。

図１のデータ多重化システムは、上位ホストコンピュータ１０、ディスクコントローラ２０、バス３０と複数のハードディスク装置４００、４１０、４２０を有する。上位ホストコンピュータ１０は、リード、ライト要求を発行する。ディスクコントローラ２０は、上位ホストコンピュータ１０からのリード、ライト要求に対して、ディスク装置４００〜４２０との間でデータの授受を行なう。バス３０は、ディスクコントローラ２０と各ディスク装置４００〜４２０を接続し、各種コマンド、データを伝送する。ハードディスク装置４００、４１０、４２０は、ディスクコントローラ２０からのアクセスに従って、データの入出力を行なう。

図１は、３つのディスク装置４００〜４２０を用いて、データの２重化を行なうシステムの例を示している。従って、それぞれのディスク装置は、２分割され、１つの分割領域をオリジナルのデータを格納するマスタ領域４０１、４１１、４２１とし、他方の分割領域をコピーのデータを格納するミラー領域４０２、４１２、４２２の２つとして有する。

ここで、各ディスク装置にはＩＤが付されており、例えば、ディスク装置４００のＩＤを０、ディスク装置４１０のＩＤを１、ディスク装置４２０のＩＤを２とする。分割された領域は、マスタＩＤとミラーＩＤを付されることにより分類される。マスタＩＤとは、あるディスク装置のマスタ領域にそのディスク装置のＩＤを付したものである。ミラーＩＤとは、あるディスク装置のミラー領域に、ミラーリング先であるマスタＩＤのＩＤ＃が設定されるものである。図１のシステムでは、あるディスクのミラー領域は、異なるディスク装置のマスタ領域のデータを格納するように割り当てられる。通常、マスタ領域をアクセス先として優先される通常使用領域として使用する。これらマスタ領域とミラー領域の対応関係をしめした、各マスタＩＤに対するミラーＩＤ設定情報２１は、ディスクコントローラ２０が保持する。また、通常使用領域がマスタＩＤかミラーＩＤのどちらかを示す情報も合わせて格納するものとする。なお、各領域へのアクセスの可否を示すフラグをそれぞれのＩＤに追加して有する構成としてもよい。

図１において、ディスクコントローラ２０が有するミラーＩＤ設定情報は、下記の通り
ＩＤ＃：マスタＩＤ＃：ミラーＩＤ＃
０：０：１
１：１：２
２：２：０
と設定されるものとする。ミラーＩＤ設定情報は、ディスクコントローラ２０のメモリ等の記憶装置に格納され、ディスクコントローラ２０の処理部２２によってアクセスされ、または、書換えられるものとする。その場合、ミラーＩＤ設定情報２１に設定された情報を用いて、ディスクコントローラ２０が、データのミラーリングを行なう。例えば、ディスク装置４００（ＩＤ＃０）のミラーＩＤには１と設定してあり、マスタＩＤ＃１と設定されているデータ領域４１１に格納されたデータＢのコピーが、ミラー領域４０２に保持される。ディスク装置４１０（ＩＤ＃１）のミラーＩＤには２と設定してあり、マスタＩＤ＃２と設定されたデータ領域４２１に格納されたデータＣのコピーが、ミラー領域４１２に格納される。ディスク装置４２０（ＩＤ＃２）のミラーＩＤには０と設定してあり、マスタＩＤ＃０と設定されたデータ領域４０１に格納されたデータＡのコピーが、ミラー領域４２２に格納される。

図１のデータ多重化システムは、通常、マスタＩＤ＃が付されたデータ領域４０１、４１１、４２１からデータを読み出すリード処理を行なう。マスタＩＤが付されたデータ領域へのデータを書き込むライト処理が要求された場合は、そのミラー領域のデータも更新して、ミラーリングを維持する。例えば、データＡへのライト処理が要求された場合は、マスタＩＤが付されたデータ領域４０１とミラーＩＤが付されたデータ領域４２２に対してライト処理を行なう。

なお、上記説明においては、各ディスクが、マスタ領域とミラー領域に予め分割され、これらの領域に対してデータが格納される構成としたが、本発明の実施はこの構成に限られない。例えば、各データに対してマスタＩＤとミラーＩＤが付される構成としてもよい。

図２は、ディスク装置４００、４１０、４２０が故障した場合のフローチャートである。図１の構成のデータ多重化システムにおいて、ハードディスク装置４２０が故障した場合の処理を説明する。

上位ホストコンピュータ１０からデータ領域４２１へのアクセスを受け、ハードディスク装置４２０が使用不可、故障と検知した場合（ステップ２００）、ディスクコントローラ２０は、ミラーＩＤ設定情報を参照し、ミラー先であるミラー領域の有無を検出する（ステップ２０１）。アクセスができなかったマスタ領域のＩＤに対応するＩＤを持つミラー領域がある場合は、ミラー領域４１２を通常使用領域としてアクセスを行なう（ステップ２０２）。なお、ミラーＩＤ設定情報がアクセス可否を示すフラグを有する場合は、ディスク装置４２０の領域すべてがアクセスエラーの場合、ディスク装置４２０のミラー領域４２２のミラーＩＤに対応するマスタＩＤを有するマスタ領域４０１において、ミラー領域４２２がアクセス不可である旨のフラグをミラーＩＤ設定情報に格納する構成とすることも可能である。

図３は、故障したハードディスク装置を入れ替える場合の回復フローチャートである。図４は、図３で故障したハードディスク装置４２０を入れ替えて、回復処理を行なう構成を示した図である。図３、４を参照して、ハードディスク装置入れ替え処理を説明する。

故障が発生したディスク装置４２０を新しいディスク装置４２０‘に入れ替えた後の処理について説明する。入れ替え直後のため、新たなディスク装置のデータ領域４２１’、４２２‘にはデータが格納されていない。図１のミラーＩＤ設定情報で規定された関係を維持する場合、データ領域４２１’へは、マスタＩＤとミラーＩＤが一致するミラー領域４１２のデータＣがコピーされる（ステップ３００）。データＣがミラー領域４２１‘へコピー中は、ハードディスク装置４１０、４２０’間でアクセスが集中している。従って、このコピー中にデータＢへのリード要求が来た場合、ディスクコントローラ２０は、データ領域４１１に登録されているデータＢに対するアクセスを避けることが望ましい。従って、コピー元のディスク装置４１０のマスタ領域が通常使用領域と設定されているか否かを、ミラーＩＤ設定情報２１を参照して判断する（ステップ３０１）。例えば、ディスク装置４１０のマスタ領域４１１が通常使用領域である場合は、ディスクコントローラはミラー領域４２１‘へのコピー処理を行なう際に、データＢの通常使用領域を、アクセスが少ないと予想されるハードディスク装置４００のミラー領域４０２に変更する（ステップ３０２）。ただし、データＣへのリードは、ミラーデータを持っていないので、ミラー領域４１２からアクセスする。

ここまでの処理を示したのが、図４（１）である。図４（１）は、データＣをディスク装置４１０から新たなディスク装置４２０‘へコピー中の、各データのアクセスを示している。データＡのアクセスの場合は、ディスク装置４００のマスタ領域へのアクセスが実行される。データＢのアクセスの場合は、ディスク装置４１０のマスタ領域ではなく、ディスク装置４００のミラー領域４０２へのアクセスが実行される。データＣのアクセスは、ディスク装置４１０のミラー領域４１２にアクセスされる。

図３において、入れ替えたハードディスク装置のマスタ領域のデータコピーが終了した後（ステップ３０３）は、ミラー領域のデータコピーを行なう（ステップ３０４）。データ領域４２２‘へは、マスタＩＤとミラーＩＤが一致するミラー領域４０１のデータＡがコピーされる。この場合は、ディスク装置４００とディスク装置４２１‘のアクセスが多くなり、ディスク装置４１０のアクセスは比較的少なくなるものと予想される。従って、データ領域４０２に登録されているデータＢを避けることが望ましい。すなわち、データＢのアクセス要求、例えばリード要求が上位ホストコンピュータ１０からあった場合、ディスクコントローラ２０は、アクセスの少ないハードディスク装置４１０のデータ領域４１１へアクセスするよう通常使用領域へ変更する（ステップ３０５、３０６）。データＡへのリードは、ミラーデータを持っていないので、データ領域４０１からアクセスする。

図４の（２）は、図３のステップ３０３からステップ３０６の処理を示した図である。すなわち、ディスク装置４００のマスタ領域４０１からディスク装置４２０‘のミラー領域４２２’にデータＡがコピーされている間、データＢとＣへのアクセスは、ディスク装置４１０に対して行なわれる。

図３において、ディスク装置４２０‘のミラー領域４２２’へのデータコピーが終了すると、ディスクコントローラ２０は、各ディスク装置のマスタ領域を通常使用領域とする設定変更を行ない、正常状態に戻る（ステップ３０７）。この処理を行なった後の構成を図４（３）に示す。図４（１）、（２）で、アクセス先を変更していたが、データ修復が完了すると、データ領域４０１、４１１、４２１が通常アクセスされる。

このように、新たなディスク装置４２０‘へのデータ復旧処理を行う場合は、関係するディスク装置以外のディスク装置でアクセスが代用できるように、通常使用領域の変更を行なう。このような構成によって、復旧処理中のアクセスの密集を防ぎ、スループットを向上させることが可能となる。本構成は、ディスク装置が３以上のデータ多重化システムにおいて有効である。データ２重化の場合は、図４に示すようにコピー処理に関与するディスク装置へのアクセスは避けられないが、ディスク装置が３以上でデータを３重化する場合は、図５に示すように、コピー処理に関与しないディスク装置だけのアクセスでまかなうことができる。図５は、ディスク装置が４つで、データを３重化する場合の復旧処理中の他のデータへのアクセスを示している。すなわち、ディスク装置４２０をディスク装置４２０’に入れ替えた場合、コピーが必要なデータは、データＣ、Ｄ、Ａである。これらのデータは、ディスク装置４２０‘以外に二つのディスク装置にそれぞれ格納されているため、二つのうちどちらかをディスク装置４２０’へのコピー処理に用いることとし、残りの装置で上位ホストコンピュータ１０からのアクセス要求に対応することが可能となる。なお、どちらを用いるかは、予め優先度を設定しておくことで対応することも可能であるし、ディスク装置のＩＤの小さいものをコピー処理に用いる固定設定とすることもできるものとする。

なお、図３において、各データのコピー中にアクセスが生じた場合に、通常使用領域の変更処理を行なう構成としているが、本発明はこの構成に限られない。たとえば、各データのコピー処理を始める前に、通常使用領域の変更設定を行なう構成としてもよい。すなわち、ディスク装置４２０’のマスタ領域４２１‘のコピー処理の開始前に、コピー処理に関与しないディスク装置４００のマスタ領域４０１、ミラー領域４０２の両領域ともに、通常使用領域とする。次に、ディスク装置４２０’のミラー領域４２２‘のコピー処理の開始前に、コピー処理に関与しないディスク装置４１０のマスタ領域４１１、ミラー領域４１２をともに通常使用領域とする構成としてもよい。

次に、ディスク装置を新たに追加する場合の処理を説明する。図６は、追加処理のフローチャートである。図７は、図１の構成から新たにハードディスク装置４３０を新規に追加、ミラーリングの再構築を行う構成を示した図である。図６、７を参照して、ハードディスク装置追加の処理を説明する。

まず、ミラーＩＤ設定情報２１に追加したディスク装置のＩＤ（＃３）を設定する（ステップ６００）。設定方法は、ディスクコンロローラ２０に接続する、図示しない入力装置を用いて行うものとする。図６、図７の例では、新たなディスク装置４３０のミラー領域４３２にディスク装置４２０のミラー領域４２２のデータＡを移動させる。そのために、ミラーＩＤ設定情報２１の内容を変更する（ステップ６０１）。変更内容は以下の通りである。
ＩＤ＃：マスタＩＤ＃：ミラーＩＤ＃
０：０：１
１：１：２
２：２：０→３（ミラーＩＤを＃０から＃３へ変更）
３：３：０（新規に設定追加）
ディスク装置、マスタ領域４３１のデータをミラー領域４２２にコピーする。この例ではデータ２重化を例として用いているため、ディスク装置の追加処理の際にデータ移動を少なくさせるためには、ある１つのディスク装置におけるミラー領域のデータを新たなディスク装置のミラー領域に移動させ、移動元のミラー領域と新たなディスク装置のマスタ領域を対応させることが好ましい。

ディスクコントローラ２０は、追加したディスク装置４３０のミラーＩＤとステップ６０１で変更する前のミラーＩＤが同じであれば、すなわち、変更したミラーＩＤに対応するミラー領域に格納されたデータがコピー元として使用可能であることを示している場合は、変更したミラーＩＤに対応するミラー領域からデータをコピーする（ステップ６０４）。上記の例では、ディスク装置４２０のミラー領域４２２から、新たなディスク装置４３０のミラー領域４３２にデータをコピーする。

追加したディスク装置４３０のミラーＩＤとステップ６０１で変更する前ミラーＩＤが同じでない場合、すなわち、他のディスク装置のミラー領域のデータがコピー元として使用出来ない場合は、ディスク装置４３０のミラーＩＤと同じＩＤを持つマスタ領域から、ディスク装置４３０のミラー領域４３２にデータをコピーする（ステップ６０３）。このように、他のディスク装置のマスタ領域からのコピーではなく、ミラー領域からのコピーを優先することで、追加処理に関与するディスク装置の数を少なくすることができる。

コピー中に上位ホストコンピュータ１０より、アクセス要求があった場合は、図３と同様に通常使用領域を変更する処理を行なう（ステップ６０５）。すなわち、コピー元のディスク装置４２０のマスタ領域に対応するミラー領域を通常使用領域とする（ステップ６０６）。

ここまでの処理を図７（１）に示す。図７（１）において、マスタＩＤ＃２に設定されているハードディスク装置４２０のミラー領域をミラーＩＤ＃０から＃３へ変更し（ステップ６０１）、新規に追加したハードディスク装置４３０のミラー領域をミラーＩＤ＃０へ設定する（ステップ６００）。ステップ６００で追加したミラーＩＤと、ステップ６０１で変更したミラーＩＤが一致した場合（ステップ６０２）、ミラー領域４２２にあるデータＡをミラー領域４３２へコピーを実施する（ステップ６０４）。ミラーＩＤが一致しなかった場合は、マスタ領域４０１からコピーを実施する（ステップ６０３）。このとき、データＣへのリード要求が来た場合、ディスクコントローラ２０は、ハードディスク装置４２０、４３０間でアクセスが集中しているため、データ領域４２１に登録されているデータＣに対するアクセスを避け、アクセスの少ないハードディスク装置４１０のミラー領域４１２を通常使用領域へ変更しアクセスする（ステップ６０５、６０６）。

図６の新たに追加したディスク装置４３０のミラー領域４３２のコピーが終了した後の説明に戻る。新たに追加したディスク装置４３０のマスタ領域４３１にデータがある場合（ステップ６０７）は、そのデータをミラーリングするために、ディスク装置４２０のミラー領域４２２にコピーする処理を行なう（６０８）。その際に、ディスク装置４２０へのアクセスがある場合、すなわち、データＣへのアクセスが上位ホストコンピュータ１０より要求された場合は、ディスク装置４２０のマスタ領域４２１に対応するディスク装置４１０のミラー領域４１２を通常使用領域として再設定する（ステップ６１０）。

この処理を示したのが、図７（２）である。

図７（２）は、図７（１）で行ったデータＡのコピーが終了し、データＤのコピーを行う状態を示している。データ領域４２２へは、マスタＩＤとミラーＩＤが一致するデータ領域４３１のデータＤがコピーされる（ステップ６０８）。このとき、データＣへのリード要求が来た場合、ディスクコントローラ２０は、ハードディスク装置４２０、４３０間でアクセスが集中しているため、データ領域４２１に登録されているデータＣのアクセスを避け、アクセスの少ないハードディスク装置４１０のミラー領域４１２へアクセスするよう通常使用領域へ変更する（ステップ６０９、６１０）。

図７の（３）では、ハードディスク装置追加後、ミラーリングの再構築が完了した状態を示している。図７（１）、（２）で、アクセス先を変更していたが、ミラーリングの再構築が完了すると、データ領域４０１、４１１、４２１、４３１が通常アクセスされる（ステップ６１１）。

このように、このように、データ２重化の際は、１つのディスク装置と新たに追加されたディスク装置の間でデータを移動及びコピーすることによって、追加処理に携わるディスク装置の数を減少させることができる。また、通常処理領域を再設定することによって、追加処理中に、他のディスク装置へアクセスを分散させることができる。このような構成によって、追加処理中のアクセスの密集を防ぎ、スループットを向上させることが可能となる。本構成は、ディスク装置が３以上のデータ多重化システムにおいて有効である。

３重化以上のデータＮ重化以上の場合においても、ディスク装置を１つ追加する際の処理には、Ｎ−１台のディスク装置が関与することになり、またデータ移動を行なっているディスク装置以外のディスク装置においてアクセスが可能となる。なお、どのディスク装置にアクセスするかについては、予め優先度を設定しておくことで対応することも可能であるし、ディスク装置のＩＤの小さいものをアクセスに用いる固定設定とすることもできるものとする。

なお、図３において、各データのコピー中にアクセスが生じた場合に、通常使用領域の変更処理を行なう構成としているが、本発明はこの構成に限られない。たとえば、各データのコピー処理を始める前に、通常使用領域の変更設定を行なう構成としてもよい
以上、本発明の各種実施例について説明したが、これらの実施例は例であり、これらに限定されるものではない。よって、本発明の範囲は実施例に限定されず、請求項に定義された特殊事項および等価的特殊事項にそって定義される。

本発明の構成図の一例を示す図である。本発明におけるディスク装置が１台故障した場合にディスクコントローラが処理を行う手順のフローチャートである。本発明における故障によるディスク装置の入れ替え処理のフローチャートである。本発明におけるハードディスク入れ替えの一例を示す構成図である。本実施例の他の構成におけるディスク装置の入れ替え処理を説明する図である。本発明におけるディスク装置の追加処理のフローチャートである。本発明におけるディスク装置追加の一例を示す構成図である。

符号の説明

１０：上位ホスト装置
２０：ディスクコントローラ
２１：ミラーＩＤ設定情報
２２：処理部
３０：バス
４００：ＩＤ＃０のハードディスク装置
４０１：マスタＩＤ＃０のデータ領域
４０２：ＩＤ＃０のミラー領域（１）
４０３：ＩＤ＃０のミラー領域（２）
４１０：ＩＤ＃１のハードディスク装置
４１１：マスタＩＤ＃１のデータ領域
４１２：ＩＤ＃１のミラー領域（１）
４１３：ＩＤ＃１のミラー領域（２）
４２０：ＩＤ＃２のハードディスク装置
４２１：マスタＩＤ＃２のデータ領域
４２２：ＩＤ＃２のミラー領域（１）
４２３：ＩＤ＃２のミラー領域（２）
４３０：ＩＤ＃３のハードディスク装置
４３１：マスタＩＤ＃３のデータ領域
４３２：ＩＤ＃３のミラー領域（１）
４３３：ＩＤ＃３のミラー領域（２）

Claims

複数の記憶装置を用いてデータの多重化制御を行なうデータ多重化制御装置において、
前記複数の記憶装置の各々を、通常アクセスされるマスタ領域と他の記憶装置のマスタ領域に格納されるデータのコピーを格納する少なくとも１つのミラー領域に分割した複数の領域の間の対応関係を保持するメモリと、
前記複数の記憶装置の１つを新たな記憶装置に入れ替える際に、
入れ替えの前の記憶装置の各領域へのデータをコピーするコピー元となる記憶装置の各々のマスタ領域に対するアクセスの優先度を低くする処理部を有するデータ多重化制御装置。
複数の記憶装置を用いてデータの多重化制御を行なうデータ多重化制御装置において、
前記複数の記憶装置の各々を、通常アクセスされるマスタ領域と他の記憶装置のマスタ領域に格納されるデータのコピーを格納する少なくとも１つのミラー領域に分割した複数の領域の間の対応関係に関する情報を保持するメモリと、
新な記憶装置を追加する際に、
当該新たな記憶装置をマスタ領域と少なくとも１つのミラー領域に分割し前記対応関係に関する情報を変更する処理部を有するデータ多重化制御装置。
請求項２に記載のデータ多重化制御装置において、
前記処理部は、
前記対応関係に関する情報の変更によって対応付けられた他の記憶装置から
前記新たな記憶装置のミラー領域にデータの移動の際に、
前記対応付けられた他の記憶装置のマスタ領域に対するアクセスの優先度を低くすることを特徴とするデータ多重化制御装置。