JP2005316697A - ディスクアレイシステムおよびデータバックアップ方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
新たな装置を追加することなく、高速にバックアップを行うディスクアレイシステムを提供する。
【解決手段】
ディスクアレイシステムは、ディスクアレイと、ディスクアレイコントローラ１１と、テープ装置２４と、コンピュータ１０と、を備える。ディスクアレイは、データの読み出しに比べてデータの書込みの方が負荷が大きい第１のディスク群（ディスク２０、２１）および第２のディスク群（ディスク２２、２３）を含む。ディスクアレイコントローラ１１は、データのバックアップ期間に第１のディスク群から第２のディスク群に差分データをコピーするようにディスクアレイのアクセス制御を行う。コンピュータ１０は、ディスクアレイコントローラ１１とテープ装置２４との制御を行い、データのバックアップ期間に第１のディスク群からテープ装置２４にバックアップの対象となる全データをコピーする。
【選択図】
図１

Description

本発明は、ディスクアレイシステムおよびデータバックアップ方法に関し、特に、データを二重化して記憶するディスクアレイシステムおよびそのデータのバックアップ方法に関する。

近年、情報通信処理技術の進展に伴い、大量のデータを蓄積するディスクアレイシステムが多方面で用いられている。このようなディスクアレイシステムでは、データの信頼性を保つためにデータのバックアップをシステムの運用中に実行することが多い。大量のデータを扱うことから、バックアップの処理時間は、できるだけ短いほうが望ましく、従来より処理時間を短くする技術が知られている。

例えば、特許文献１には、バックアップ処理のために凍結しているデータの更新処理時間を短縮するデータバックアップ方式が開示されている。この方式は、通常データを格納する運用デバイスとは別にバックアップ時に使用する代替デバイスと運用／代替ファイル装置へのアクセス切替えとバックアップを制御する機能およびアクセスの切替えとバックアップ制御に使用するアドレス変換テーブルを有する。バックアップ対象データを一旦読みだして退避し、そこに更新データを書き込む代わりに、直接代替デバイスに書き込んだデータを読み出して運用デバイスに書き込めばよく、バックアップデバイスから読み出す必要がないので、バックアップ処理の対象となる領域のデータの更新処理時間を短縮できる。

また、特許文献２には、バックアップ対象データを高速にバックアップできるディスクアレイシステムが開示されている。このシステムは、一時更新データ記録手段に記録された更新データの本来の記録先と当該一時更新データ記録手段内の一時記録先との対応を表す更新データ管理情報（つまりフリーズ設定ディスク領域に書き戻すべき一時更新データの、一時記録手段内の一時記録先と、フリーズ設定ディスク領域内の書き戻し先との対応を表す、フリーズ設定以降に発生した更新処理の一覧である、差分バックアップ情報）が登録される管理情報テーブルを上記キャッシュメモリ上に備えることで、更新データ管理情報の参照、更新が高速に行えるようにしている。本発明によれば、バックアップ対象データの先読み、更にはバックアップ処理中におけるフリーズ設定ディスク領域への書き込み要求で指定されたデータのキャッシュメモリから一時更新データ領域への一括書き出しを行うことで、ディスクアクセス頻度を減らして、システムの負荷を下げて、バックアップ処理の高速化を図ることができる。

特開平１０−３４０２１５号公報（図１） 特開２０００−３３０７２９号公報（図２）

特許文献１および特許文献２に記載の方法は、バックアップ中の更新データを別のデバイスに保存しておくという方法であるが、バックアップ完了後に保存したデータを本来の位置に書き戻す必要があり、書き戻す時間まで含めるとバックアップ時間が長くなる。これを短縮するために、データレプリケーションを使ったバックアップという方法が知られている。

ところで、ディスクアレイシステムで使用されるディスクは、ＲＡＩＤ（Redundant Array of Inexpensive Disks）であることが多い。ＲＡＩＤでは、複数のディスクにアクセスする必要のある書込みの負荷（アクセス時間）が、一つのディスクにアクセスする読み出しに対する負荷に比べて大きい。バックアップの処理時間を短くするには、ディスク毎の負荷バランスを考慮してアクセスによる負荷が特定のディスク群に集中することを防ぐようなディスクアレイシステムを実現することが望ましい。

しかしながら、従来知られている技術では、ディスクの負荷バランスを考慮することについて開示しておらず、アクセスによる負荷が特定のディスク群に集中することを防いで、高速なバックアップを実現することができなかった。

したがって、本発明の目的は、新たな装置を追加することなく、高速にバックアップを行うディスクアレイシステムおよびデータバックアップ方法を提供することにある。

前記目的を達成する本発明の一つのアスペクトに係るディスクアレイシステムは、データの読み出しに比べてデータの書込みの方が負荷が大きい第１および第２のディスク群を含むディスクアレイを備える。また、データのバックアップ期間に、第１のディスク群から読み出した第１のデータを第２のディスク群に書き込み、第１のディスク群から第２のデータを読み出すようにディスクアレイのアクセス制御を行うディスクアレイコントローラを備える。さらに、読み出された第２のデータが書き込まれるバックアップ装置と、ディスクアレイコントローラとバックアップ装置との制御を行うコンピュータと、を備える。

第１のデータは、第１のディスク群と第２のディスク群とに記録されているデータの差分データであってもよい。

また、第２のデータは、バックアップの対象となる全データであってもよい。

さらに、コンピュータは、バックアップ期間前の運用期間には第１のディスク群に対し読み出しまたは書込みを行い、バックアップ期間およびバックアップ期間終了後には第２のディスク群に対し読み出しまたは書込みを行うようにしてもよい。

また、バックアップ期間前の運用期間には、第１のディスク群がマスタボリュームを形成し、第２のディスク群が複製ボリュームを形成し、バックアップ期間およびバックアップ期間終了後には、第１のディスク群が複製ボリュームを形成し、第２のディスク群がマスタボリュームを形成するようにしてもよい。

さらに、第１および第２のディスク群は、ＲＡＩＤ（Redundant Array of Inexpensive Disks）であってもよい。

本発明の他のアスペクトに係るデータバックアップ方法は、データの読み出しに比べてデータの書込みの方が負荷が大きい第１および第２のディスク群を含むディスクアレイシステムによりデータをバックアップする方法である。この方法は、第１のディスク群から第１のデータを読み出すステップと、第１のデータを第２のディスク群に書き込むステップと、を含む。また、第１のディスク群から第２のデータを読み出すステップと、第２のデータをバックアップ装置に書き込むステップと、を含む。

本発明によれば、新たな装置を追加することなく、マスタボリュームとレプリケーションボリュームとを論理的に交換してバックアップを行うので、特定のディスク群にアクセスによる負荷が集中することを防ぎ、高速にバックアップを行うことができる。

本発明の実施形態に係るディスクアレイシステムは、ディスクアレイ（図１の２０、２１、２２、２３）と、ディスクアレイコントローラ（図１の１１）と、テープ装置等のバックアップ装置（図１の２４）と、コンピュータ（図１の１０）と、を備える。ディスクアレイは、データの読み出しに比べてデータの書込みの方が負荷が大きい第１および第２のディスク群を含む。ディスクアレイコントローラは、データのバックアップ期間に第１のディスク群から読み出した第１のデータを第２のディスク群に書き込むようにディスクアレイのアクセス制御を行う。コンピュータは、ディスクアレイコントローラとバックアップ装置との制御を行い、データのバックアップ期間に第１のディスク群から読み出された第２のデータをバックアップ装置に書き込む。

次に、実施例に基づき、図面を参照してより詳しく説明する。図１は、本発明の第１の実施例に係るディスクアレイシステムの構成を示すブロック図である。図１において、ディスクアレイシステムは、ホストコンピュータ１０と、ディスクアレイコントローラ１１と、ディスク２０、２１、２２、２３と、テープ装置２４とを備える。ホストコンピュータ１０は、ディスクアレイコントローラ１１とテープ装置２４とに接続される。

ディスクアレイコントローラ１１は、ＳＣＳＩ（Small Computer System Interface）やファイバチャネル等のような汎用バスでホストコンピュータ１０と接続するインタフェースチップ１２と、ＳＣＳＩやファイバチャネル等のような汎用バスでディスク２０、２１、２２、２３と接続するインタフェースチップ１５と、インタフェースチップ１２とインタフェースチップ１５との間でリードデータおよびライトデータを格納するバッファメモリ１３と、インタフェースチップ１２とインタフェースチップ１５とバッファメモリ１３とを制御するメモリコントローラ１４と、メモリコントローラ１４を総括的に制御するマイクロプロセッサ１６と、マイクロプロセッサ１６により実行されるマイクロコードや制御情報を格納するローカルメモリ１７と、を備える。なお、ディスクの台数は、４台以上あっても構わないが、以下の説明では４台として説明する。

まず、ディスクアレイシステムで実行されるデータレプリケーションについて説明する。データレプリケーションとは運用で使用するボリュームの複製を作成する機能であり、運用で使用するマスタボリューム（以下、ＭＶと称する）と、複製先のレプリケーションボリューム（以下、ＲＶと称する）との間でデータの読み書きが行われる。運用開始時にＭＶとＲＶとを関連付けることによってＭＶからＲＶにデータを全てコピーしてＲＶに複製を作成し、以降はＭＶに対してホストアクセスが発生してＭＶとＲＶとの差分が発生した時にこの差分だけをコピーすることで複製状態を保つことができる。

図２は、データレプリケーションの動作を表す図である。図２において、ディスク２０とディスク２１とからなるディスク群でＲＡＩＤ（Redundant Array of Inexpensive Disks）１を構成してＭＶ３０とし、ディスク２２とディスク２３とからなるディスク群でＲＡＩＤ１を構成してＲＶ３１とする。ＲＡＩＤ１は、データをミラーリングして記憶する技術であり、データをライトする時には２つのディスクにライトし、データをリードする時には２つのいずれか一方のディスクからリードする。このため、ライトは、リードに対し２倍のディスク負荷がかかることとなる。

次に、ディスクアレイシステムの動作について、図３、図４を用いて説明する。図３は、本発明の第１の実施例に係るディスクアレイシステムの動作を示すフローチャート図である。また、図４は、本発明の第１の実施例に係るディスクアレイシステムの動作を説明する模式図である。

図３のステップＳ１０において、ディスクアレイシステムは、運用状態にあるものとする。この状態では、ホストコンピュータ１０は、ディスクアレイコントローラ１１を介してＭＶ３０Ａにアクセスする。なお、運用中は、差分コピーによる性能低下を防止するため、図４のＭＶ３０ＡとＲＶ３１Ａとを論理的に切り離して差分の複製を保留している。

ステップＳ１１において、ディスクアレイシステムは、ユーザからの指示、所定時刻の到来などによってホストコンピュータ１０が動作することでバックアップ状態となる。この状態では、ＭＶ３０ＡとＲＶ３１Ａとがホストコンピュータ１０に接続される。

ステップＳ１２において、ＭＶとＲＶを論理的に交換し、図４に示すようにＭＶ３０ＡをＲＶ３０Ｂとし、ＲＶ３１ＡをＭＶ３１Ｂとする（ＭＶ３０ＡとＲＶ３０Ｂとは同一のディスク群であり、ＲＶ３１ＡとＭＶ３１Ｂとは同一のディスク群である）。

ステップＳ１３において、ＲＶ３０Ｂから差分データを読み出してＭＶ３１Ｂに書込むことで差分コピーを行う。なお、バックアップを起動した後のＭＶの内容の変更は、バックアップの対象としないようにする必要があるため、バックアップ中にＭＶに対しホストアクセスがあった場合、ホストアクセスがあった部分の差分コピーを終了させた後にＭＶであるＭＶ３１Ｂにホストアクセスを実施する。

ステップＳ１４において、ＲＶ３０Ｂから対象となる全データを読み出してテープ装置２４に書込むことでフルコピーを行いバックアップをとる。

ステップＳ１５において、差分コピー及びバックアップが終了すると、ディスクアレイシステムは、バックアップ状態を終了し、運用状態となる。この時、ＭＶ３１Ｃ（ＭＶ３１Ｂと同一のディスク群である）には、バックアップ起動時のデータと起動後のＭＶのホストアクセスデータとが蓄えられ、ＲＶ３０Ｃ（ＲＶ３０Ｂと同一のディスク群である）とテープ装置２４には、バックアップ起動時のデータが蓄えられている。

ステップＳ１６において、ディスクアレイシステムは、運用状態であって、ホストコンピュータ１０がＭＶ３１Ｃにアクセスする。

ディスクアレイシステムは、以上のように動作して、バックアップ状態において、ＲＶ３０Ｂでは、差分コピーのリードとフルコピーのリードとが行われ、ＭＶ３１Ｂでは、差分コピーのライトのみが行われる。

次に、バックアップ中のＭＶ及びＲＶの負荷を検証する。ＲＡＩＤ１の特徴であるリードとライトの負荷の違いを考慮して、リードの負荷を１、ライトの負荷を２とすると、図４のバックアップ中のＭＶ３１Ｂは、差分コピーのライトのみが行われるので負荷が２であり、ＲＶ３０Ｂは、差分コピーのリードとフルコピーのリードとが行われるので負荷が合計２である。

一方、図５には本発明を適用しない場合のバックアップ動作を示す。運用中は、差分コピーによる性能低下を防止するため、ＭＶ３０ＤとＲＶ３１Ｄとを切り離して差分の複製を保留している。バックアップをとる時に再接続してＭＶ３０Ｅ（ＭＶ３０Ｄと同一のディスク群である）からＲＶ３１Ｅ（ＲＶ３１Ｄと同一のディスク群である）に差分コピーを行い複製状態とする。同時に、ＲＶ３１Ｅからテープ装置２４にフルコピーを行い、バックアップをとる。このフルコピーにおいて、まだ差分コピーを実施していない箇所をコピーする場合は、その部分の差分コピーを先に実施し、後にフルコピーのためのリードを実施する。また、バックアップを起動した後のＭＶの変更は、バックアップに入れないようにする必要があるため、バックアップ中にＭＶにホストアクセスがあった場合はアクセスのあった部分の差分コピーを終了させた後にＭＶ３０Ｅにホストアクセスを実施する。差分コピー及びバックアップが終了すると、ＭＶ３０Ｆ（ＭＶ３０Ｄと同一のディスク群である）は、バックアップ起動時のデータとバックアップ後のＭＶのホストアクセスデータとが蓄えられ、ＲＶ３１Ｆ（ＲＶ３１Ｄと同一のディスク群である）とテープ装置２４は、バックアップ起動時のデータが蓄えられている。

本発明を適用した場合（図４）と適用しない場合（図５）とにおけるバックアップ中のＭＶ及びＲＶの負荷を比較する。本発明を適用しない場合の図５のバックアップ中のＭＶ３０Ｅは、差分コピーのリードのみなので負荷が１で、ＲＶ３１Ｅは、差分コピーのライトとフルコピーのリードなので負荷が合計３となる。すなわち、バックアップ時にＭＶとＲＶとを論理的に交換しない場合、ＲＶ３１Ｅに対する負荷が大きくなり、バックアップ時にＭＶとＲＶとを論理的に交換する場合に比べて高速にアクセスすることができない。

以上説明したように本発明を適用した場合には、新たな装置を追加することなく、ＭＶとＲＶとを論理的に交換することによってディスク毎の負荷バランスが良くなる。すなわちアクセスによる負荷が特定のディスク群に集中することを防ぎ、その結果として高速にバックアップを行うことができる。

本発明のディスクアレイシステムでは、ＲＡＩＤ１以外のＲＡＩＤタイプでも適用可能である。例えば、実施例２では、ＲＡＩＤ５のディスク群を備えるディスクアレイシステムについて説明する。

ＲＡＩＤ５は、複数のデータディスクに対して１台のパリティディスクを持つ構成であり、例えば４Ｄ＋１Ｐ（４台のデータディスクに対して１台のパリティディスクを有する）の場合、リードの負荷を１とすると、差分コピーのような部分的なライトは、旧データと旧パリティをリードして新データと新パリティをライトするため合計の負荷が４になる。

図６は、本発明の第２の実施例に係るディスクアレイシステムの動作を説明する模式図である。図６において、データバックアップ方法におけるディスクの負荷を示している。バックアップ中の負荷を換算すると、本発明のデータバックアップ方法を適用した場合、図６に示すようにバックアップ中のＭＶ３１Ｈは、差分コピーのライトのみなので負荷が４であり、ＲＶ３０Ｈは、差分コピーのリードとフルコピーのリードなので負荷が合計２である。

一方、本発明のデータバックアップ方法を適用しない場合、図７に示すようにバックアップ中のＭＶ３０Ｋは、差分コピーのリードのみなので負荷が１であり、ＲＶ３１Ｋは、差分コピーのライトとフルコピーのリードなので負荷が合計５となる。

したがって、ディスクシステムがＲＡＩＤ５であってもＲＡＩＤ１と同様に本発明のデータバックアップ方法を適用することでディスク毎の負荷バランスを良くすることができる。さらに、一般にＲＡＩＤのようにデータの読み出しに比べてデータの書込みの方が負荷が大きいディスク群に対して本発明のデータバックアップ方法を適用することで、バックアップ時のデータの読み出しと書込みとにおける負荷の差が小さくなるので、高速にバックアップを行うことができる。

本発明の第１の実施例に係るディスクアレイシステムの構成を示すブロック図である。 データレプリケーションの動作を説明する図である。 本発明の第１の実施例に係るディスクアレイシステムの動作を示すフローチャート図である。 本発明の第１の実施例に係るディスクアレイシステムの動作を説明する模式図である。 第１の実施例に対し本発明を適用しない場合のバックアップ動作を示す図である。 本発明の第２の実施例に係るディスクアレイシステムの動作を説明する模式図である。 第２の実施例に対し本発明を適用しない場合のバックアップ動作を示す図である。

符号の説明

１０ ホストコンピュータ
１１ ディスクアレイコントローラ
１２、１５ インタフェースチップ
１３ バッファメモリ
１４ メモリコントローラ
１６ マイクロプロセッサ
１７ ローカルメモリ
２０、２１、２２、２３ ディスク
２４ テープ装置
３０、３０Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ、３０Ｄ〜３０Ｇ、３１Ｈ、３１Ｉ、３０Ｊ〜３０Ｌ マスタボリューム
３１、３１Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３１Ｄ〜３１Ｇ、３０Ｈ、３０Ｉ、３１Ｊ〜３１Ｌ レプリケーションボリューム

Claims (11)

1. データの読み出しに比べてデータの書込みの方がアクセス時間がかかる第１および第２のディスク群を含むディスクアレイと、
   データのバックアップ期間に、前記第１のディスク群から読み出した第１のデータを前記第２のディスク群に書き込み、前記第１のディスク群から第２のデータを読み出すように前記ディスクアレイのアクセス制御を行うディスクアレイコントローラと、
   読み出された前記第２のデータが書き込まれるバックアップ装置と、
   前記ディスクアレイコントローラと前記バックアップ装置との制御を行うコンピュータと、
   を備えることを特徴とするディスクアレイシステム。
2. 前記第１のデータは、前記第１のディスク群と前記第２のディスク群とに記録されているデータの差分データであることを特徴とする請求項１記載のディスクアレイシステム。
3. 前記第２のデータは、バックアップの対象となる全データであることを特徴とする請求項１記載のディスクアレイシステム。
4. 前記コンピュータは、前記バックアップ期間前の運用期間には前記第１のディスク群に対し読み出しまたは書込みを行い、前記バックアップ期間および前記バックアップ期間終了後には前記第２のディスク群に対し読み出しまたは書込みを行うことを特徴とする請求項１記載のディスクアレイシステム。
5. 前記バックアップ期間前の運用期間には、前記第１のディスク群がマスタボリュームを形成し、前記第２のディスク群が複製ボリュームを形成し、前記バックアップ期間および前記バックアップ期間終了後には、前記第１のディスク群が複製ボリュームを形成し、前記第２のディスク群がマスタボリュームを形成することを特徴とする請求項１記載のディスクアレイシステム。
6. 前記第１および第２のディスク群は、ＲＡＩＤ（Redundant Array of Inexpensive Disks）であることを特徴とする請求項１記載のディスクアレイシステム。
7. データの読み出しに比べてデータの書込みの方がアクセス時間がかかる第１および第２のディスク群を含むディスクアレイシステムによりデータをバックアップする方法であって、
   前記第１のディスク群から第１のデータを読み出すステップと、
   前記第１のデータを前記第２のディスク群に書き込むステップと、
   前記第１のディスク群から第２のデータを読み出すステップと、
   前記第２のデータをバックアップ装置に書き込むステップと、
   を含むことを特徴とするデータバックアップ方法。
8. 前記ディスクアレイシステムを構成するコンピュータが、バックアップ期間前の運用期間には前記第１のディスク群に対し読み出しまたは書込みを行い、前記バックアップ期間および前記バックアップ期間終了後には前記第２のディスク群に対し読み出しまたは書込みを行うことを特徴とする請求項７記載のデータバックアップ方法。
9. 前記バックアップ期間前の運用期間には、前記第１のディスク群がマスタボリュームを形成し、前記第２のディスク群が複製ボリュームを形成し、前記バックアップ期間および前記バックアップ期間終了後には、前記第１のディスク群が複製ボリュームを形成し、前記第２のディスク群がマスタボリュームを形成することを特徴とする請求項７記載のデータバックアップ方法。
10. 前記第１のデータは、前記第１のディスク群と前記第２のディスク群とに記録されているデータの差分データであることを特徴とする請求項７記載のデータバックアップ方法。
11. 前記第２のデータは、バックアップの対象となる全データであることを特徴とする請求項７記載のデータバックアップ方法。
    

Images