JP2014203285A - ドライブアレイ装置、コントローラ、データ記憶ドライブ及び方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】データ記憶ドライブの継続使用を可能とし、リビルド処理に要する実行時間を効果的に削減できるドライブアレイ装置を提供することにある。【解決手段】本実施形態のドライブアレイ装置は、ドライブアレイを構成する複数のデータ記憶ドライブと、コントローラとを具備する。前記コントローラは、前記各データ記憶ドライブの全データ記憶領域を複数の論理的単位領域に分割し、前記各論理的単位領域と前記各データ記憶ドライブとを対応付けて管理する。前記コントローラは、エラーが発生したデータ記憶ドライブからの通知に基づいてエラー発生対象の論理的単位領域を特定し、前記特定された論理的単位領域のデータを復元して前記ドライブアレイの再構成処理を実行する。【選択図】図1
Description
本発明の実施形態は、ドライブアレイ装置、コントローラ、データ記憶ドライブ及び方法に関する。
近年、例えばサーバが管理するストレージシステムは、さらなる大容量化が推進されている。大容量のストレージシステムの構築には、高信頼性と高性能を実現できるドライブアレイ装置が必要不可欠である。ドライブアレイ装置は、RAID(Redundant Array of Independent Disks)装置や、ディスクアレイ(disk array)装置とも呼ばれている。以下、RAID装置と表記する場合がある。
通常では、RAID装置は、複数のハードディスクドライブ(HDD)により構成されている。近年では、RAID装置として、複数のHDDとSSD(solid state drive)を使用するハイブリッド型構成も開発されている。なお、HDDとSSDを総称してデータ記憶ドライブと表記する場合がある。
RAID装置は、構成するHDDの特定の記憶領域に障害が発生した場合、当該記憶領域に記録されたデータを復元し、当該HDDの全てのデータをスペアのデータ記憶ドライブ(以下、単にスペアドライブ)にコピーする。このようなリビルド(rebuild)処理により、RAID装置を再構成できる。
このようにリビルド処理によりRAID装置を再構成する場合、特定の記憶領域に障害が発生したHDDを使用不可にして、当該HDDを別のHDDに交換することになる。このため、HDD交換の作業時間を含むリビルド処理に要する実行時間は増大し、HDD交換の費用も含めて、ストレージシステムの運用の大きな負担となる。このような背景から、従来においてもHDD継続使用を可能とする改善型RAID装置が提案されている。
従来の改善型RAID装置は、各HDDのヘッド毎の記憶領域(LBAによりアクセス)を管理する管理テーブルを使用して、障害が発生したヘッドに対応する記憶領域のデータを復元するリビルド処理を行なう。このようなリビルド処理であれば、HDDの交換を抑制して、HDDの継続使用を可能とする。しかし、このようなリビルド処理では、各ヘッドに対応する全てのLBAを管理する大容量の管理テーブルが必要であり、管理テーブルを参照し、更新する処理には多大な時間を要する。従って、HDDの継続使用は可能であるが、結果としてリビルド処理に要する実行時間を削減できない可能性がある。
そこで、本発明の目的は、データ記憶ドライブの継続使用を可能とし、リビルド処理に要する実行時間を効果的に削減できるドライブアレイ装置、コントローラ、データ記憶ドライブ及び方法を提供することにある。
本実施形態のドライブアレイ装置は、ドライブアレイを構成する複数のデータ記憶ドライブと、コントローラとを具備する。前記コントローラは、前記各データ記憶ドライブの全データ記憶領域を複数の論理的単位領域に分割し、前記各論理的単位領域と前記各データ記憶ドライブとを対応付けて管理する。前記コントローラは、エラーが発生したデータ記憶ドライブからの通知に基づいてエラー発生対象の論理的単位領域を特定し、前記特定された論理的単位領域のデータを復元して前記ドライブアレイの再構成処理を実行する。
以下図面を参照して、実施形態を説明する。
[システムの構成]
図1に示すように、本実施形態に関するストレージシステムは大別して、RAID装置10及びホスト(サーバ)13からなる。サーバ13はコンピュータであり、RAID装置10を大容量のデータ記憶装置としてアクセスする。
図1に示すように、本実施形態に関するストレージシステムは大別して、RAID装置10及びホスト(サーバ)13からなる。サーバ13はコンピュータであり、RAID装置10を大容量のデータ記憶装置としてアクセスする。
RAID装置10は、RAIDコントローラ11とドライブアレイ12とを有する。RAIDコントローラ11はドライブアレイ12の構成を管理し、サーバ13からのコマンドに応じてドライブアレイ12を制御する。なお、RAIDコントローラ11は、ホスト13側に設けられるRAIDカードと呼ばれるモジュールでもよい。
図2に示すように、RAIDコントローラ11は、後述するように、ドライブアレイ12の構成を管理するためのRAIDマップテーブル110を内部記憶装置に格納している。ドライブアレイ12は、複数のデータ記憶ドライブから構成されている。本実施形態は、データ記憶ドライブとしてハードディスクドライブ(HDD)を適用する。なお、本実施形態は、複数のデータ記憶ドライブとしてHDDとSSD(solid state drive)を使用するハイブリッド型構成にも適用できる。便宜的に、本実施形態のドライブアレイ12は、4台のHDD(HDD0〜HDD3)20〜23、及びスペアドライブ(Spare HDD)24と呼ばれる予備HDDにより構成される。
図3に示すように、RAIDコントローラ11は、スペアドライブ24も含むHDD20〜24のいずれかを意味するHDD2N(N=0〜4、HDDx)の全データ記憶領域200を、例えば4分割(パーティション0〜4)して論理的単位番号(LUN:Logical Unit Number)を割り当てて管理する。
本実施形態では、便宜的に、各HDD2Nに対して4分割のデータ記憶領域に対応するLUN0〜LUN3が割り当てられる。さらに、HDD2Nは4本のヘッド0〜3を有し、各データ記憶領域(即ち、各ディスク面)に論理アドレス(以下、LBA: Logical Block Address)が割り当てられている。本実施形態では、LUN0〜LUN3はそれぞれ、ヘッド0〜3毎の全LBAが対応する。各HDD2Nの何れかのLUNに対応するデータ記憶領域に障害が発生した場合でも、他のHDDのLUNに対応するデータ記憶領域のデータを用いてデータを復元することができる。なお、本実施形態は、データ記憶ドライブとしてヘッドが存在しないSSDの場合にも適用できる。この場合には、LUNは、ヘッドとは無関係なデータ記憶領域(即ち、不揮発性メモリチップ毎など)に対応する論理的単位領域を示す論理的単位番号でもよい。
HDD2Nは、LUNとLBAが対応付けられたLUN/LBAテーブル210を記憶している。例えば、図4に示すように、LUN/LBAテーブル210は、ヘッド0〜3毎にLUN0〜LUN3が割り当てられた場合に、LUN0〜LUN3毎に対応する全LBAが対応付けられたテーブル構成である。RAIDコントローラ11は、HDD2Nからインターフェースを経由してLUN/LBAテーブル210の内容が通知される。即ち、各HDDの構成LUN数や各LUNに対応するLBA数が通知される。これにより、RAIDコントローラ11は、スペアドライブ24も含む全HDDに対して、LUN毎にデータのリードまたはライトを管理できる。なお、本実施形態では、RAIDコントローラ11とドライブアレイ12間のインターフェースは、例えばSAS(Serial Attached SCSI)インターフェースである。
RAIDコントローラ11はドライブアレイ12をアクセスする場合に、SASインターフェースを経由してHDD20〜24を選択(OPEN ADDRESSフレームを使用する)し、SSP(Serial SCSI Protocol)コマンドフレームにより実行するコマンドを指示する。SSPコマンドフレームは、単にSSPフレーム(SSP frame)とも呼び、ヘッダとコマンド情報ユニット(CIU: Command Information Unit)を含む。具体的には、図5に示すように、SSPフレームのヘッダ50には、LUNを指定する例えば8バイトの指定部が含まれる。CIUには、リザーブ部(Rsv: Reserved)、タスク部(TASK)、付加部(Additional)以外に、コマンド・ディスクリプタ・ブロック(CDB: command descriptor block)51が含まれる。CDB51は、リードまたはライトなどのコマンドを指示するコマンド指示部である。
さらに、図8に示すように、RAIDコントローラ11は、RAIDマップテーブル110を有する。RAIDコントローラ11は、後述するように、RAID装置を再構成するためのリビルド(rebuild)処理を実行することによりRAIDマップテーブル110を更新する。RAIDマップテーブル110は、各LUNと各HDDとを対応付けて、全LUN毎の状態を示すステータス情報を有する。
RAIDマップテーブル110において、HDD番号0〜3以外の「HS」はスペアドライブ24を示すコードである。ステータス情報は、Act(Active)、OPR(Operative)、MFC(Malfunction)、OPR(Operative)、OFL(Offline)、SWP(Swapping)、IPR(Inoperative)などがある。「Act」は当該LUNがドライブアレイ12の一部として組み込まれていることを示す。「OPR」は当該HDDが動作可能であることを示す。「MFC」は当該LUNが故障状態であることを示す。「OFL」は当該HDDがオフライン状態であることを示す。「SWP」は当該LUNが移動中であることを示す。「IPR」は当該HDDが物理的に存在しないことを示す。なお、HS(スペアドライブ24)において、「HDD x」はHDD x(x:0-3)のデータが移動中(SWP)であることを示す。
[RAID装置の再構成]
以下、図6から図12を参照して、本実施形態のリビルド処理を説明する。
以下、図6から図12を参照して、本実施形態のリビルド処理を説明する。
図6に示すように、ドライブアレイ12では、例えばHDD20(HDD0)の特定のデータ記憶領域60において、例えばデータの再生エラーが頻繁に起こるなどの障害(以下、エラーと表記する)が発生することがある。この場合、エラーと判定されたデータを復元する処理が行われる。この処理を、図12を参照して説明する。
図12に示すように、当該HDD20はインターフェースを経由して、エラー発生をRAIDコントローラ11に通知する(ブロック1200)。この場合、HDD20はLUN/LBAテーブル210を参照して、エラーが発生したデータ記憶領域60のLUN(LUN0)とLBAをRAIDコントローラ11に通知する。
RAIDコントローラ11は、HDD20からの通知及びRAIDマップテーブル110の参照により、エラー発生対象のHDD番号(HDD0)とLUN(LUN0)を特定する(ブロック1201)。RAIDコントローラ11は、特定したHDD20とLUN0を対象とするリビルド処理を実行する。
具体的には、図7に示すように、RAIDコントローラ11は、エラーが発生したデータ記憶領域60に記録されているデータを、他のHDD21〜23に格納されている各LUN0のデータ(ECCを含む)を読み出して復元する(ブロック1202)。ここで、ドライブアレイ12は、例えばRAIDレベル5の方法によるRAID構成である。RAIDコントローラ11は、復元したHDD20のLUN0に対応するデータをスペアドライブ24の特定のデータ記憶領域70にコピー(または移動)して、スペアドライブ24に再構築する(ブロック1203)。
このようなリビルド処理の実行後に、図8に示すように、RAIDコントローラ11は、RAIDマップテーブル110を更新する(ブロック1204)。即ち、RAIDマップテーブル110には、エラー発生対象であるHDD20(HDD0)のLUN0が、故障状態であることを示すステータス状態「MFC」が設定される。また、RAIDマップテーブル110には、スペアドライブ24(HS)のLUN0が、ドライブアレイ12の一部として組み込まれていることを示すステータス状態「Act」が設定される。この場合、スペアドライブ24(HS)のLUN0は、HDD20(HDD0)からのデータが移動されたことを示すステータス状態「HDD0」も設定される。
以上のようなリビルド処理により、図7に示すように、ドライブアレイ12は再構成される。具体的には、HDD20のLUN0に対応するデータ記憶領域60は、未使用領域として設定される。また、RAIDコントローラ11は、HDD20のLUN0の代わりに、スペアドライブ24のLUN0に対応するデータ記憶領域70に対してアクセスする。
同様にして、図9に示すように、例えばHDD21(HDD1)の特定のデータ記憶領域61において、エラーが発生した場合を説明する。
HDD21はインターフェースを経由して、エラー発生をRAIDコントローラ11に通知する。RAIDコントローラ11は、HDD21からの通知及びRAIDマップテーブル110の参照により、エラー発生対象のHDD番号(HDD1)とLUN(LUN2)を特定する。RAIDコントローラ11は、特定したHDD21とLUN2を対象とするリビルド処理を実行する。
即ち、図10に示すように、RAIDコントローラ11は、エラーが発生したデータ記憶領域61に記録されているデータを、他のHDD20,22,23に格納されている各LUN2のデータ(ECCを含む)を読み出して復元する。RAIDコントローラ11は、復元したHDD21のLUN2に対応するデータをスペアドライブ24の特定のデータ記憶領域71にコピー(または移動)して、スペアドライブ24に再構築する。
このようなリビルド処理の実行後に、図11に示すように、RAIDコントローラ11は、RAIDマップテーブル110を更新する。即ち、RAIDマップテーブル110には、エラー発生対象であるHDD21(HDD1)のLUN2が、故障状態であることを示すステータス状態「MFC」が設定される。また、RAIDマップテーブル110には、スペアドライブ24(HS)のLUN2が、ドライブアレイ12の一部として組み込まれていることを示すステータス状態「Act」が設定される。この場合、スペアドライブ24(HS)のLUN2は、HDD21(HDD1)からのデータが移動されたことを示すステータス状態「HDD1」も設定される。
以上のようなリビルド処理により、図10に示すように、ドライブアレイ12は再構成される。具体的には、HDD20のLUN0に対応するデータ記憶領域60と共に、HDD21のLUN2に対応するデータ記憶領域61も、未使用領域として設定される。また、RAIDコントローラ11は、HDD20のLUN0の場合と同様に、HDD21のLUN2の代わりに、スペアドライブ24のLUN2に対応するデータ記憶領域71に対してアクセスする。
以上のように本実施形態によれば、ドライブアレイ12において、各HDDのデータ記憶領域をLUNにより管理しているため、エラーが発生した領域をLUNにより特定できる。従って、リビルド処理の対象をLUN毎に行なうことが可能となり、例えばHDDを1台交換する必要がなくなり、リビルド処理にかかる作業工数を大幅に削減できる。これにより、RAIDの再構成に必要なリビルド処理に要する時間を短縮化し、各HDDの継続使用を実現することが可能となる。
さらに、本実施形態の方法であれば、エラーが発生したヘッドを特定し、当該ヘッドに対応するLBAに基づいてリビルド処理を実行するのではなく、リビルド処理単位がLUNである。従って、本実施形態のRAIDコントローラ11は、エラー発生対象としてヘッドに対応する全LBAを検索するための巨大なテーブル情報を必要とせずに、HDDとLUNとを対応付けるRAIDマップテーブル110を有する。このため、本実施形態のRAIDコントローラ11は、リビルド処理の対象となるエラー箇所を容易に特定することができる。
一方、LUN/LBAテーブル210は各HDDに格納されている。換言すれば、本実施形態は、リビルド処理に必要なテーブル情報を、RAIDマップテーブル110とLUN/LBAテーブル210に分割して、RAIDコントローラと各HDDに分散することが可能である。このため、RAIDコントローラ11が管理するテーブル情報を最小限にすることができる。
なお、本実施形態は、スペアドライブ24を使用するRAID再構成について説明したが、これに限定されることなく、エラー発生対象のHDD以外のHDDを使用してRAID再構成を実現方法でもよい。
また、本実施形態は、例えばRAIDレベル5のRAID構成の場合について説明したが、これに限定されることなく、他のRAIDレベルのRAID構成の場合にも適用できる。さらに、インターフェースについてもSASインターフェースに限定されることなく、他のインターフェース規格の場合にも適用できる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
10…RAID装置、11…RAIDコントローラ、12…ドライブアレイ、
13…ホスト(サーバ)、20〜23…ハードディスクドライブ(HDD)、
24…スペアドライブ(予備HDD)、110…RAIDマップテーブル、
210…LUN/LBAテーブル。
13…ホスト(サーバ)、20〜23…ハードディスクドライブ(HDD)、
24…スペアドライブ(予備HDD)、110…RAIDマップテーブル、
210…LUN/LBAテーブル。
Claims (11)
- ドライブアレイを構成する複数のデータ記憶ドライブと、
前記各データ記憶ドライブの全データ記憶領域を複数の論理的単位領域に対応付けて分割し、前記各論理的単位領域と前記各データ記憶ドライブとを対応付けて管理するコントローラとを具備し、
前記コントローラは、
エラーが発生したデータ記憶ドライブからの通知に基づいてエラー発生対象の論理的単位領域を特定し、
前記特定された論理的単位領域のデータを復元して前記ドライブアレイの再構成処理を実行するドライブアレイ装置。 - 前記コントローラは、
前記各データ記憶ドライブと前記各論理的単位領域とを対応付けるテーブル情報を記憶し、
前記テーブル情報に基づいて前記エラー発生対象の論理的単位領域を特定する請求項1に記載のドライブアレイ装置。 - 前記コントローラは、
前記エラー発生対象に対応する前記データ記憶ドライブの論理的単位領域を、データ記憶領域として未使用であることを示す情報を前記テーブル情報に設定する請求項2に記載のドライブアレイ装置。 - 前記コントローラは、
前記特定された論理的単位領域のデータを復元して、エラーが発生したデータ記憶ドライブとは異なるデータ記憶ドライブに格納し、前記ドライブアレイの再構成処理を実行する請求項1から3のいずれか1項に記載のドライブアレイ装置。 - 前記ドライブアレイを構成するデータ記憶ドライブとして、前記復元されたデータを格納するための予備データ記憶ドライブを有し、
前記コントローラは、
前記特定された論理的単位領域のデータを復元して、前記予備データ記憶ドライブに格納し、前記ドライブアレイの再構成処理を実行する請求項1から3のいずれか1項に記載のドライブアレイ装置。 - 前記各データ記憶ドライブは、データ記憶領域をアクセスするための論理アドレスと前記論理的単位領域とを対応付けて管理し、
前記コントローラは、
エラーが発生したデータ記憶ドライブからの、前記エラー発生対象のデータ記憶領域の論理アドレスに対応する論理的単位領域を示す情報の通知に基づいて、前記エラー発生対象の論理的単位領域を特定する請求項1から5のいずれか1項に記載のドライブアレイ装置。 - ドライブアレイを構成する複数のデータ記憶ドライブを有するドライブアレイ装置に適用するコントローラであって、
前記各データ記憶ドライブの全データ記憶領域を複数の論理的単位領域に対応付けて分割し、前記各論理的単位領域と前記各データ記憶ドライブとを対応付けて管理する手段と、
エラーが発生したデータ記憶ドライブからの通知に基づいてエラー発生対象の論理的単位領域を特定する手段と、
前記特定された論理的単位領域のデータを復元して前記ドライブアレイの再構成処理を実行する手段と
を具備するコントローラ。 - 前記各データ記憶ドライブと前記各論理的単位領域とを対応付けるテーブル情報を記憶する手段を含み、
前記テーブル情報に基づいて前記エラー発生対象の論理的単位領域を特定する請求項7に記載のコントローラ。 - ドライブアレイを構成するデータ記憶ドライブであって、
全データ記憶領域を複数の論理的単位領域に対応付けて分割し、前記各論理的単位領域とデータ記憶領域をアクセスするための論理アドレスとを対応付けたテーブル情報を記憶する手段と、
エラーが発生した際に、前記テーブル情報に基づいてエラー発生対象のデータ記憶領域の論理アドレスに対応する論理的単位領域を示す情報を、前記ドライブアレイの再構成処理を実行するコントローラに通知する手段と
を具備するデータ記憶ドライブ。 - ドライブアレイを構成する複数のデータ記憶ドライブを有するドライブアレイ装置に適用するドライブアレイの再構成方法であって、
前記各データ記憶ドライブの全データ記憶領域を複数の論理的単位領域に対応付けて分割し、前記各論理的単位領域と前記各データ記憶ドライブとを対応付けて管理し、
エラーが発生したデータ記憶ドライブからの通知に基づいてエラー発生対象の論理的単位領域を特定し、
前記特定された論理的単位領域のデータを復元して前記ドライブアレイの再構成処理を実行するドライブアレイの再構成方法。 - ドライブアレイを構成する複数のデータ記憶ドライブ及びコントローラを有するドライブアレイ装置に適用するドライブアレイの再構成方法であって、
エラーが発生したデータ記憶ドライブはインターフェースを経由して、前記コントローラに対してエラー発生対象のデータ記憶領域の論理アドレスに対応する論理的単位領域を示す情報を通知し、
前記コントローラは、
前記各データ記憶ドライブの全データ記憶領域を複数の論理的単位領域に対応付けて分割し、前記インターフェースを経由して、アクセス対象の論理的単位領域を含むコマンドによりデータ記憶ドライブをアクセス制御し、
前記データ記憶ドライブからの通知に基づいてエラー発生対象の論理的単位領域を特定し、
前記特定された論理的単位領域のデータを復元して前記ドライブアレイの再構成処理を実行するドライブアレイの再構成方法。
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Legal Events
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A02 | Decision of refusal |
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