JP2010504589A - グローバルホットスペアディスクが存在するときに、故障したドライブを復元、及びコピーバックする最適化された方法 - Google Patents

グローバルホットスペアディスクが存在するときに、故障したドライブを復元、及びコピーバックする最適化された方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、マルチディスク大容量記憶システムにおける故障したディスクに格納されたデータの復元、及びコピーバックを最適化するシステムである。本発明によるシステムは、次の要素を含む場合がある:大容量記憶装置を必要とする処理ユニット、RAIDシステムとして構成された1以上のディスク、関連グローバルホットスペアディスク、並びに、処理ユニット、RAID、及びグローバルホットスペアディスクを繋ぐ相互接続。本発明の更に別の態様として、グローバルホットスペアディスクを使用して、故障したディスクボリュームを復元、及びコピーバックする方法を開示する。この方法は、次のステップを含む:RAIDコンポーネントディスクの故障を検出するステップ、故障したRAIDコンポーネントディスクに格納されたデータの一部をグローバルホットスペアディスク上に復元するステップ、故障したRAIコンポーネントディスクを交換するステップ、グローバルホットスペアディスク上にまだ復元されていない故障したRAIDディスク上のデータを代替ディスク上に復元するステップ、及び復元されたデータをグローバルホットスペアディスクから代替RAIDコンポーネントディスクへコピーバックするステップ。
【選択図】図7

Description

[発明の分野]
本発明は、RAID(Redundant Arrays of Inexpensive Disks)ストレージシステムに関し、より具体的には、RAIDシステム内のコンポーネントドライブが故障したときの、故障したコンポーネントドライブの中身の復元の最適化に関する。
[発明の背景]
RAID(Redundant Arrays of Inexpensive Disks)は、現在のコンピュータシステムアーキテクチャの中で、データを管理する有用なツールになった。RAIDシステムは、種々のドライブ間でデータを複製したり、共有したりすることが可能な小型で安価なハードディスクのアレイを使用する。種々のRAIDレベルに関する詳細な説明は、ACM SIGMOD国際会議において、「A Case for Redundant Arrays of Inexpensive Disks(RAID)」と題して、Patterson他により開示された。
RAID実施形態には、幾つかの異なるレベルがある。最も単純なアレイである、RAIDレベル1は、データ記憶用の1以上の一次ディスクを備え、データディスクに記憶される全ての情報のコピーを記憶するために、同数の更に別の「ミラー」ディスクを備える。残りのRAIDレベル2、3、4、5、及び6は全て、連続的なデータを複数の断片に分割し、種々のディスクにわたって記憶する。
RAIDレベル2、3、4、5、又は6のシステムは、データをブロック単位で種々のディスクにわたって分散させる。1ブロックは、多数の連続するセクタから構成される。1セクタは、ディスクドライブのデータ転送の最小単位である。1セクタは、ディスクドライブの一つの物理セクションであり、複数のバイトの集まりを含む。あるデータブロックをディスクに書き込むとき、そのデータブロックには、ディスク・ブロック・ナンバー(DBN)が割り当てられる。RAIDディスクは全て、同じDBNシステムを有し、その結果、各ディスク上の1つのブロックは、所与のDBNを有する。同じDBNを有する異なるディスク上の一群のブロックは、まとめてストライプと呼ばれる。
また、現在のオペレーティングシステムの多くは、種々の大容量記憶装置上の空間を複数のボリュームにパーティショニングすることにより、空間の割り当てを管理する。ボリュームという言葉は、RAIDシステムにおけるように、複数のディスク、及び関連ディスクドライブにわたって分散された、種々の物理的記憶空間要素の論理的グループを意味する。ボリュームは、ストレージの物理的ビューとは対称的に、ストレージの論理的ビューを可能にする抽象概念の一部である。従って、大半のオペレーティングシステムは、ボリュームを独立した複数のディスクドライブであるかのように解釈する。ボリュームは、ボリューム管理ソフトウェアによって作成され、管理される。ボリュームグループは、共通の一組のドライブを含む一群の個別のボリュームからなる。
RAIDシステムの主な利点は、故障したコンポーネントディスクのデータを、残りの動作中のディスクに記憶された情報に基いて復元する能力を有する点にある。RAIDレベル3、4、5、及び6では、パリティブロックを使用して、冗長性が実現される。所与のストライプのパリティブロックに格納されるデータは、そのストライプ中のデータブロックに対して書き込みが行われるたびに実行される計算の結果である。所与のパリティブロックの次の状態を算出するために、下記の式が一般に使用される。
新たなパリティブロック=(古いデータクロック XOR 新たなデータブロック) XOR 古いパリティブロック
このパリティブロックの記憶場所は、RAIDレベルによって異なる。RAIDレベル3、及び4では、パリティブロックを記憶するために特定のディスクを専用に使用する。RAIDレベル5、及び6では、種々のディスクの全てにわたって、パリティブロックがインタリーブされる。RAID6は、自分自身が、1ストライプあたり2つのパリティブロックを有するものとして自分自身を区別し、従って、2つのディスクの同時故障を考慮する。もし、アレイ内のあるディスクが故障した場合でも、残りのディスクに格納された、そのストライプに関するデータブロック、及びパリティブロックを結合することで、失われたデータは復元することができる。
RAIDシステム内の単一ディスクの故障を処理する一つのメカニズムは、グローバルホットスペアディスクの組み込みである。グローバルホットスペアディスクは、RAIDにおいて、故障した一次ディスクを置き換えるために使用されるディスク、又は一群のディスクである。この装置は通電され、すなわち「ホット」であるものとみなされるが、システムにおいて活発に機能することはない。RAIDシステム内の単一のディスク(あるいは、RAID6システムでは、最大2つまでのディスク)が故障すると、グローバルホットスペアディスクは、故障したディスクの代わりに一体化され、残りの動作中のディスクから得られるデータブロック、及びパリティブロックを使用して、故障したディスクのボリューム断片を全て復元する。データが復元されると、グローバルホットスペアディスクは、故障したRAIDディスクの代替品が、RAIDに挿入されるまで、RAIDシステムのコンポーネントディスクとして機能する場合がある。故障した一次ディスクが交換されると、グローバルホットスペアから代替ディスクへ、復元されたデータのコピーバックが行われる場合がある。
現在、非RAID0システムにおいてコンポーネントディスクが故障し、故障したディスクから全てのボリューム断片が復元される前に、そのコンポーネントディスクの代替品がRAIDに挿入された場合、グローバルホットスペアディスクは、故障したディスクの代わりに一体化された状態を維持し、故障したディスクから復元されたボリューム断片は全て、グローバルホットスペアディスクへ送られる。このアプローチは、代替ドライブが挿入されたときに、復元プロセスがまだ開始されていなかったボリューム断片を不必要に復元し、コピーバックする。
従って、グローバルホットスペアディスクを使用して、RAID内の故障したディスクを復元、及びコピーバックするシステム、及び方法であって、故障したディスクのボリューム断片のうち、代替ディスクの挿入前に復元が開始されたボリューム断片だけをグローバルホットスペア上に復元し、故障したディスクの交換時にまだ復元が開始されていなかったボリューム断片は、代替ディスク上へ直接復元するシステム、及び方法を提供することが望まれている。
[発明の概要]
従って、本発明は、グローバルホットスペアディスクを使用して、故障したRAIDディスクを復元し、コピーバックするための最適化されたシステム、及び方法に関する。
本発明の第1の態様として、グローバルホットスペアディスクを使用して、故障したRAIDディスクを復元し、コピーバックするシステムを開示する。このシステムは、次の要素を含む:大容量記憶装置を必要とする処理ユニット、RAIDシステムとして構成された1以上のディスク、関連グローバルホットスペアディスク、並びに、処理ユニット、RAID、及びグローバルホットスペアディスクを繋ぐ相互接続。
本発明の他の態様として、グローバルホットスペアディスクを使用して、故障したRAIDディスクを復元し、コピーバックする方法を開示する。この方法は、次のステップを含む:RAIDコンポーネントディスクの故障を検出するステップ、故障したRAIDコンポーネントディスクに格納されたデータの一部をグローバルホットスペアディスク上に復元するステップ、故障したRAIDコンポーネントディスクを交換するステップ、グローバルホットスペアディスク上にまだ復元されていない、故障したRAIDディスク上のデータを全て、代替ディスク上に復元するステップ、及びグローバルホットスペアディスクから代替RAIDコンポーネントディスクへ、復元されたデータを全てコピーするステップ。
上記の概略的説明と下記の詳細な説明はいずれも、例示的なものであり、単なる例に過ぎず、特許請求の範囲に記載したような発明の制限にはならないものと解釈すべきである。本明細書に取り込まれ、本明細書の一部を構成する添付の図面は、本発明の一実施形態を例示し、概略的説明とともに、本発明の原理を説明する役割を果たす。
当業者は、添付の図面を参照することにより、本発明の多数の利点をより深く理解できるであろう。
nディスクRAIDシステム、及び補助的な予備のグローバルホットスペアディスクを例示する図である。n個のディスクを含むボリューム群は、m個のボリュームを含み、各ボリュームは、n個のディスクにわたって、n個の断片に区部されている。 nディスクRAIDシステム、及び補助的な予備のグローバルホットスペアディスクを例示する図である。n個のディスクのうちの一つは、故障している。 ボリューム群の中の少なくとも一つのボリュームに対して発行されたI/O要求であって、全てのボリュームの状態を最適状態から劣化状態へ移行させるI/O要求を例示する図である。 グローバルホットスペアディスクの組み込み、並びに、RAIDにおいて依然として接続されている残りのn−1個の動作中のディスクのボリューム断片から得られるデータ、及びパリティ情報を使用した、故障したディスクからグローバルホットスペアディスクへの、劣化状態のボリュームのボリューム断片の復元を例示する図である。 RAIDにおいて依然として接続されている残りのn−1個の動作中のディスクから得られるデータ、及びパリティ情報を使用した、故障したディスクの劣化状態のボリューム断片の復元を例示する図である。 グローバルホットスペアディスクから故障したディスクの代替ディスクへの、復元されたボリューム断片のコピーバックを例示する図である。 グローバルホットスペアディスクを使用して、RAIDシステム内の故障したディスクを復元、及びコピーバックする方法を示すフロー図である。
次に、現時点における本発明の好ましい実施形態の詳細を参照する。
もし、RAIDのコンポーネントディスクが故障した場合、失われたドライブのために、グローバルホットスペアディスクが組み込まれる。ディスク故障の後、処理ユニットが、RAID内の1以上のボリュームに対してI/O要求を行うと、そのディスク上にボリューム「断片」を有するボリュームの状態は、「劣化」状態へ移行する。1以上のボリュームが劣化すると、システムは、データの一貫性を維持するために、故障したディスク上にある劣化したボリューム断片の、グローバルホットスペアディスク上への復元を開始する。この復元は、残りのドライブ上に保持されているデータ、及びパリティ情報を使用して実現される。劣化したボリュームの復元後、グローバルホットスペアディスクは、劣化したボリュームに関して、故障したディスクの代わりに、RAID内のコンポーネントドライブとして動作する。故障したディスクの代替ディスクが再びRAIDに挿入されると、グローバルホットスペアディスク上に復元された先の劣化したボリューム断片は、代替ディスクへコピーバックされる。
しかしながら、複数のボリューム断片をグローバルホットスペアディスク上へ復元している最中に、故障したディスクの代わりに、代替ディスクが挿入される可能性もある。もし、この状況が発生すると、システムは、グローバルホットスペアディスク上にまだ復元されていない故障したディスクの劣化したボリューム断片を、代替ディスク上へ直接復元し始める。
この方法によれば、全体として復元/コピーバックプロセスに要する時間(すなわち、総合システムダウンタイム)を短縮することが出来る。復元の一部は、代替ディスクに対して直接実行することができ、それによって、グローバルホットスペアディスクから代替ディスクへデータをコピーバックするために要する時間を省くことが可能となる。
また、この方法によれば、グローバルホットスペアが所与のボリューム群に専用に使用される時間を短縮することもできる。グローバルホットスペアは、一度に一つの故障したRAIDコンポーネントディスクのために組み込まれることしかできないので、複数のRAIDディスクの同時故障に対処するすることは出来ない。従って、グローバルホットスペアディスクがRAIDコンポーネントディスクとして使用される時間を最小限に抑えることが望ましい。
本発明によるシステムは、大容量記憶装置を必要とする処理ユニットのボリューム管理ソフトウェアに組み込まれて実施される場合もあれば、RAIDシステムのコントローラにファームウェアとして組み込まれて実施される場合もあれば、RAIDシステムに接続される独立したハードウェアコンポーネントとして実施される場合もある。
本発明の更なる詳細は、添付の図面に示されている種々の例によって提供される。
図1を参照すると、n個のディスク、非RAID0システム110、及び補助的な予備のグローバルホットスペアディスク120を含む大容量記憶システム100が示されている。一つのボリューム群は、m個のボリューム130、140、150、及び160を含む。各ボリューム130、140、150、又は160は、n個の個別の断片から構成され、各断片は、nディスクRAIDシステムのn個のディスクのの一つに対応する。I/O要求を送信可能な外部装置170のボリューム管理ソフトウェアにより、外部装置は、各ボリュームを独立したディスクドライブとして扱うことが可能になる。
図2を参照すると、補助的な予備のグローバルホットスペアディスク220を備えたnディスクRAIDシステム210を含む大容量記憶システム200が示されている。n個のディスク230のうちの一つは故障している。
図3を参照すると、補助的な予備のグローバルホットスペアディスク320を備えたnディスクRAIDシステム310を含む大容量記憶システム300が示されている。n個のディスクのうちの一つは故障330している。ボリューム350の幾つかに対し、CPU360により、I/O要求340がなされる。それがなされると、個々のボリューム350は、最適状態から劣化状態へ移行する。この移行に応答し、故障したディスク330上にある劣化状態のボリューム断片の、グローバルホットスペアディスク320上への復元が開始される。
図4を参照すると、補助的な予備のグローバルホットスペアディスク420を備えたnディスクRAIDシステム410を含む大容量記憶システム400が示されている。n個のディスク430のうちの一つは故障している。グローバルホットスペアディスク420は、nディスクRAIDシステム410のコンポーネントディスクとして一体化されている。故障したディスク430上にある劣化状態のボリューム460のボリューム断片440は、動作中のディスクの劣化したボリューム460の残りから得られる既存のデータブロック、及びパリティブロック450を使用して、グローバルホットスペアディスク420上に復元される。
図5を参照すると、補助的な予備のグローバルホットスペアディスク520を備えたnディスクRAIDシステム510を含む大容量記憶システム500が示されている。以前故障したディスクは、代替ディスク530に交換されている。故障したディスクに格納されている劣化状態のボリューム断片に対応するボリューム断片540は、動作中のボリュームの劣化したボリューム560の残りから得られる既存のデータブロック、及びパリティブロック550を使用して、代替ディスク上に復元される。
図6を参照すると、補助的な予備のグローバルホットスペアディスク620を備えたnディスクRAIDシステム610を含む大容量記憶システム600が示されている。以前故障したディスクは、代替ディスク630に置換されている。グローバルホットスペアディスク620上に以前復元された劣化したボリューム650のボリューム断片640は、グローバルホットスペアディスク620から代替RAIDディスク630の対応するボリューム断片660へコピーバックされる。
図7を参照すると、グローバルホットスペアディスクを使用して、RAIDシステム内の故障したディスクを復元し、コピーバックする方法の詳細を示すフロー図が示されている。RAIDディスクの故障が検出700されると、失われたRAIDディスクを考慮して、予備のグローバルホットスペアドライブが組み込まれる場合がある。もしCPUのようなI/O要求を送出可能な外部装置が、故障したディスク710上にボリューム断片を有するボリュームに対してI/O要求を発行した場合、故障したディスク上にボリューム断片を有するボリュームは全て、劣化状態720へ移行される。この移行に応答し、故障したディスクのボリューム断片の復元が開始される。復元されたデータの宛先は、故障したディスクの代わりに代替ディスクが挿入されたか否かに応じて決まる。代替ディスクが存在しなければ、第i番目の劣化したボリューム断片は、グローバルホットスペア740上に復元される。もし、復元が実施され、劣化したボリュームが全てグローバルホットスペアディスク上に復元されても、故障したRAIDディスクがまだ置換されない場合、グローバルホットスペアディスクは、故障したディスクが置換されるまで、劣化したボリュームに関して、故障したディスクの代わりに動作を継続する。しかしながら、もし、復元プロセスの最中に何れかのの時点で代替ディスクが挿入730された場合、残りの劣化したボリューム断片は、グローバルホットスペアディスク740上に復元されるのではなく、代替ディスク750上に復元される。m個のボリュームがそれぞれ、グローバルホットスペアディスク上、又は代替ディスク上に復元770されるまで、この復元プロセスは継続760される。劣化したボリューム断片が全て復元され、故障したディスクが交換された後、グローバルホットスペアディスク上に復元されたボリューム断片は、代替ディスク780上にコピーバックされる。
本発明、及び本発明に係る利点の多くは、上記の説明から理解できるものと考える。また、本発明の範囲、及び思想から外れることなく、また、本発明の重要な利点の全てを犠牲にすることなく、本発明の形、又は本発明の構成要素の配置に種々の変更を加えることが可能であることは、明らかであるものと考える。上で説明した形態は、本発明の実施形態を例示する単なる例にすぎない。下記の特許請求の範囲に記載する発明は、そのような変更を内包、及び包含する。

Claims (25)

  1. 大容量記憶装置を必要とする外部装置と、
    nディスクRAID(Redundant Array of Inexpensive Disks)と、
    グローバルホットスペアディスクと、
    前記外部装置、前記RAID、及び前記グローバルホットスペアディスクを繋ぐ相互接続と
    を含み、
    前記nディスクRAIDの物理的記憶空間が、m個の論理ボリュームにパーティショニングされ、
    前記m個の論理ボリュームのそれぞれを含むデータが、n個のディスクにわたって個別のデータ断片として分散され、
    前記n個のディスクのそれぞれが、故障時に交換可能である、データ記憶システム。
  2. 前記n個のディスクのうちの一つが、故障している、請求項1に記載のデータ記憶システム。
  3. 前記外部装置からの入出力(I/O)要求によって、前記nディスクRAIDの1以上の論理ボリュームがアクセス、又は変更される、請求項2に記載のデータ記憶システム。
  4. 切断されたディスク上にある前記アクセス、又は前記変更がなされた論理ボリュームの断片が、復元される、請求項3に記載のデータ記憶システム。
  5. 前記故障したディスクの代替ディスクが前記RAIDに挿入されていなければ、前記復元の宛先は、前記グローバルホットスペアディスクになる、請求項4に記載のデータ記憶システム。
  6. 前記故障したディスクが交換されるまで、前記グローバルホットスペアディスクは、前記復元された論理ボリューム断片に関して、前記nディスクRAID内のコンポーネントディスクとして動作する、請求項5に記載のデータ記憶システム。
  7. 前記復元された論理ボリューム断片は、前記切断されたディスクが再接続されたときに、再接続されたディスクにコピーバックされる、請求項6に記載のデータ記憶システム。
  8. 前記故障したディスクの代替ディスクが前記RAIDに挿入されていない場合、前記復元の宛先は、前記故障したディスクの代替ディスクになる、請求項4に記載のデータ記憶システム。
  9. 前記復元は、前記nディスクRAID内の残りのn−1個のディスクから得られる既存のデータブロック、及びパリティブロックを使用して行われる、請求項4に記載のデータ記憶システム。
  10. nディスクRAID(Redundant Array of Inexpensive Disks)において故障したディスクの中身を復元する方法であって、
    nディスクRAIDのn個のディスクのうちの一つの故障を検出するステップと、
    外部装置から1以上の入力信号を受信するステップと、
    全てのボリュームを劣化状態へ移行させるステップと、
    故障したディスクの劣化状態のボリューム断片をグローバルホットスペアディスク、又は前記故障したディスクの代替ディスク上に復元するステップと、
    前記nディスクRAID内の故障したディスクを交換するステップと、
    前記グローバルホットスペアディスク上に復元されたボリューム断片を前記代替ディスク上にコピーバックするステップと
    を含む方法。
  11. 前記入力信号は、1以上の論理ボリューム内にあるデータをアクセス、又は変更するための要求である、請求項10に記載の方法。
  12. 前記論理ボリュームの最適状態から劣化状態への移行は、前記論理ボリュームのうちの1以上の中身がアクセス、又は変更されたときに行われる、請求項11に記載の方法。
  13. 前記故障したディスクがまだ交換されていない場合、前記復元された劣化状態のボリューム断片の宛先は、グローバルホットスペアになる、請求項10に記載の方法。
  14. 前記故障したディスクがまだ交換されていない場合、前記グローバルホットスペアディスクは、前記復元された劣化状態の論理ボリューム断片に関して、nディスクRAID内のコンポーネントディスクとして動作する、請求項13に記載の方法。
  15. 前記復元された劣化状態のボリューム断片は、脚接続されたディスク上にコピーされる、請求項14に記載の方法。
  16. 前記故障したディスクがまだ交換されていない場合、前記復元された劣化状態のボリューム断片の宛先は、前記グローバルホットスペアになる、請求項10に記載の方法。
  17. 前記復元は、前記nディスクRAID内の残りのn−1個の動作中のディスクから得られる既存のデータブロック、及びパリティブロックを使用して行われる、請求項10に記載の方法。
  18. コンピュータ読取可能命令が記憶されたコンピュータ読取可能媒体であって、前記コンピュータ読取可能媒体が、プロセッサによって実行され、
    nディスクRAIDのn個のディスクのうちの一つの切断を検出するステップと、
    外部装置から入力信号を受信するステップと、
    1以上の論理ボリュームの状態を最適状態から劣化状態へ移行させるステップと、
    前記切断されたディスクの劣化状態の論理ボリューム断片をグローバルホットスペアディスク上に復元するステップと、
    前記切断されたディスクを再接続するステップと、
    前記グローバルホットスペアディスク上に復元されたボリューム断片を前記nディスクRAID内の前記再接続されたディスク上にコピーするステップと
    からなる方法を実施する、コンピュータ読取可能媒体。
  19. 前記入力信号は、1以上の論理ボリューム上にあるデータをアクセス、又は変更するための要求である、請求項18に記載のコンピュータ読取可能媒体。
  20. 前記論理ボリュームの最適状態から劣化状態への移行は、前記論理ボリュームのうちの1以上の中身がアクセス、又は変更されたときに行われる、請求項19に記載のコンピュータ読取可能媒体。
  21. 前記故障したディスクがまだ交換されていない場合、前記復元された劣化状態のボリューム断片の宛先は、グローバルホットスペアになる、請求項18に記載のコンピュータ読取可能媒体。
  22. 前記故障したディスクがまだ交換されていない場合、前記グローバルホットスペアディスクは、前記復元された劣化状態の論理ボリューム断片に関して、前記nディスクRAID内のコンポーネントディスクとして動作する、請求項21に記載のコンピュータ読取可能媒体。
  23. 前記復元された劣化状態のボリューム断片は、前記再接続されたディスク上にコピーされる、請求項22に記載のコンピュータ読取可能媒体。
  24. 前記故障したディスクが既に交換されている場合、前記復元された劣化状態のボリューム断片の宛先は、前記グローバルホットスペアになる、請求項18に記載のコンピュータ読取可能媒体。
  25. 前記復元は、前記nディスクRAID内の残りのn−1個の動作中のディスクから得られる既存のデータブロック、及びパリティブロックを使用して行われる、請求項18に記載のコンピュータ読取可能媒体。

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