JP2023137307A - ストレージシステム及びストレージシステムの制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】不揮発性記憶素子の障害発生に伴う復元処理の実行によって記憶デバイスのＩ／Ｏ処理の性能が低下する場合でも、記憶デバイスの閉塞せずに、継続して使用する。【解決手段】ストレージシステムは、複数の記憶デバイス及び少なくとも一つのストレージコントローラを有し、記憶デバイスは、複数の不揮発性記憶素子を有する。記憶デバイスは、ストレージコントローラからＩ／Ｏコマンドを受信し、Ｉ／Ｏコマンドにより指定されたアクセス先の記憶領域を提供する不揮発性記憶素子の障害を検知した場合、Ｉ／Ｏ処理が遅延する可能性があるが当該記憶デバイスの継続使用が可能であることを示す遅延発生ポテンシャル通知を含む応答をストレージコントローラに送信する。【選択図】図３

Description

本発明は、不揮発性記憶素子を有する記憶デバイスを搭載するストレージシステムに関する。

ＮＡＮＤフラッシュメモリ等の不揮発性記憶素子を有する記憶デバイスを搭載するストレージシステムの導入が進んでいる。本明細書では、「記憶デバイス」は不揮発性記憶素子を有する記憶デバイスを表すものとする。

近年、扱うデータの増大に伴って、記憶デバイスの容量の増加が望まれている。記憶デバイスの容量を増加させる方法として、不揮発性記憶素子の数の増加と、マルチレベルセル技術の利用とが知られている。

不揮発性記憶素子の数の増加及びマルチレベルセル技術の利用のいずれの方法を用いた場合でも、記憶デバイスの故障率が上昇するという問題があり、これに対応する技術が必要である。特許文献１には、記憶デバイスのデバイスコントローラが、障害部位をストレージコントローラに通知することが記載されている。

国際公開第２０１６／３０９９２号

特許文献１に記載の技術によれば、障害部位を閉塞し、記憶デバイスの使用を継続することができる。特許文献１に記載のストレージシステムは、閉塞にともなって障害部位に格納されたデータの復元処理を実行する。復元処理の実行中において、障害部位を含む記憶デバイスに対するＩ／Ｏ処理の性能が低下するため、ストレージシステムに接続するホスト計算機に対する応答の遅延が発生する。したがって、ホスト計算機への応答遅延を防ぐために、ストレージシステムがＩ／Ｏ処理の性能が低い記憶デバイスを閉塞する可能性があり、記憶デバイスを継続して使用することができない。

本発明は、復元処理の実行によって記憶デバイスのＩ／Ｏ処理の性能が低下する場合でも、記憶デバイスの閉塞せずに、継続して使用することができる技術を提供することを目的とする。

本願において開示される発明の代表的な一例を示せば以下の通りである。すなわち、複数の記憶デバイス及び少なくとも一つのストレージコントローラを有するストレージシステムであって、前記複数の記憶デバイスの各々は、複数の不揮発性記憶素子を有し、前記記憶デバイスは、前記ストレージコントローラからＩ／Ｏコマンドを受信し、前記Ｉ／Ｏコマンドにより指定されたアクセス先の記憶領域を提供する前記不揮発性記憶素子の障害を検知した場合、Ｉ／Ｏ処理が遅延する可能性があるが当該記憶デバイスの継続使用が可能であることを示す遅延発生ポテンシャル通知を含む応答を前記ストレージコントローラに送信する。

本発明によれば、ストレージシステムは、復元処理の実行によって記憶デバイスのＩ／Ｏ処理の性能が低下する場合でも、記憶デバイスを閉塞せずに、継続して使用することができる。

実施例１のシステムの一例を示す図である。 実施例１のデバイスコントローラが保持する管理テーブルの一例を示す図である。 実施例１のストレージシステムが実行する処理を説明するシーケンス図である。 実施例１のストレージコントローラが実行する処理を説明するフローチャートである。

以下、本発明の実施例を、図面を用いて説明する。ただし、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。本発明の思想ないし趣旨から逸脱しない範囲で、その具体的構成を変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。

以下に説明する発明の構成において、同一又は類似する構成又は機能には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

本明細書等における「第１」、「第２」、「第３」等の表記は、構成要素を識別するために付するものであり、必ずしも、数又は順序を限定するものではない。

図面等において示す各構成の位置、大きさ、形状、及び範囲等は、発明の理解を容易にするため、実際の位置、大きさ、形状、及び範囲等を表していない場合がある。したがって、本発明では、図面等に開示された位置、大きさ、形状、及び範囲等に限定されない。

図１は、実施例１のシステムの一例を示す図である。

システムは、ストレージシステム１００及び複数のホスト計算機１０１を含む。ホスト計算機１０１は、ＷＡＮ（Ｗｉｄｅ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、又はＳＡＮ（Ｓｔｏｒａｇｅ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）等のネットワークを介して、ストレージシステム１００と接続する。

なお、本発明は、ストレージシステム１００に接続するホスト計算機１０１の数に限定されない。

ホスト計算機１０１はストレージシステム１００を利用する計算機である。ホスト計算機１０１は、ストレージシステム１００が提供するボリュームに対してデータの書き込み及びデータの読み出しを行う。

ストレージシステム１００は、ストレージコントローラ１１０及び記憶デバイス１１１を有する。図１では、ストレージコントローラ１１０は一つであるが、二つ以上でもよい。ストレージシステム１００は、複数の記憶デバイス１１１からＲＡＩＤ（Ｒｅｄｕｎｄａｎｔ Ａｒｒａｙｓ ｏｆ Ｉｎｅｘｐｅｎｓｉｖｅ Ｄｉｓｋｓ）グループを生成し、ＲＡＩＤグループからボリュームを生成し、ホスト計算機１０１に提供する。ボリュームは、例えば、ＬＤＥＶである。なお、複数のＬＤＥＶから構成されるボリュームでもよい。

ストレージコントローラ１１０は、ストレージシステム１００全体を制御する。例えば、ストレージコントローラ１１０は、ＲＡＩＤグループの管理、ボリュームの管理、及びＩ／Ｏ処理の制御等を行う。ストレージコントローラ１１０は、図示しない、プロセッサ、メモリ、ホストＩＦ、及びドライブＩＦを有する。メモリは、ストレージシステム１００を制御するためのプログラムを格納し、また、キャッシュメモリとしても用いられる。

記憶デバイス１１１は、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）等の不揮発性記憶素子を有する記憶デバイスである。記憶デバイス１１１は、デバイスコントローラ１２０及び複数のフラッシュメモリ（ＦＭ）チップ１２１を有する。

デバイスコントローラ１２０は、記憶デバイス１１１を制御する。デバイスコントローラ１２０は、図示しないプロセッサ、メモリ、ストレージコントローラ１１０と接続するＩＦ、及びＦＭチップ１２１と接続するＩＦを有する。デバイスコントローラ１２０は、ストレージシステム１００に提供する論理アドレス空間と、ＦＭチップ１２１の物理アドレスとの対応関係を管理する。論理アドレス空間は、例えば、ページ単位で管理される。記憶デバイス１１１は、複数のページから構成されるブロック単位でデータの削除を行い、ページ単位でデータの書き込み及び読み出しを行う。

ＦＭチップ１２１は、複数のメモリセルを有する。メモリセルは１ビット又は複数ビットのデータを格納する。デバイスコントローラ１２０は、ＦＭチップ１２１の記憶領域を所定のサイズのページに分割し、管理する。

図２は、実施例１のデバイスコントローラ１２０が保持する管理テーブル２００の一例を示す図である。

管理テーブル２００は、論理アドレス空間及び物理アドレスの対応関係を管理するための情報である。管理テーブル２００は、ＬＢＡ２０１及び物理ページ２０２を含むエントリを格納する。なお、エントリに含まれるフィールドは前述したものに限定されない。例えば、エントリは論理アドレス空間のページ番号を格納するフィールドを含んでもよい。

ＬＢＡ２０１は論理アドレス空間のページの先頭アドレス（Ｌｏｇｉｃａｌ Ｂｌｏｃｋ Ａｄｄｒｅｓｓ）を格納するフィールドである。物理ページ２０２は、ＦＭチップ１２１のページの識別情報を格納するフィールドである。

図３は、実施例１のストレージシステム１００が実行する処理を説明するシーケンス図である。

ストレージコントローラ１１０は、ホスト計算機１０１からＩ／Ｏ要求を受信した場合（ステップＳ１０１）、記憶デバイス１１１にＩ／Ｏコマンドを送信する（ステップＳ１０２）。Ｉ／ＯコマンドにはＬＢＡが含まれる。

記憶デバイス１１１のデバイスコントローラ１２０は、管理テーブル２００に基づいてＩ／Ｏコマンドに含まれるＬＢＡに対応する物理ページに対するＩ／Ｏ処理を実行する。ここでは、Ｉ／Ｏ処理においてアンコレクタブルエラー（ＵＮＣ）が検知されたものとする。ＵＮＣを検知した場合（ステップＳ１０３）、デバイスコントローラ１２０は、ストレージコントローラ１１０に、Ｉ／Ｏ処理が遅延する可能性があるが、ＵＮＣを検知されたＦＭチップ１２１を有する記憶デバイス１１１の継続使用が可能であることを示す「遅延発生ポテンシャル通知」を含む応答を送信する（ステップＳ１０４）。このとき、デバイスコントローラ１２０は、ＵＮＣが検知された物理ページに対応するＬＢＡを格納するアドレス情報を生成し、応答に含める。また、デバイスコントローラ１２０は、特許文献１等の公知の技術を用いて、障害部位を特定し、障害部位に対応するＬＢＡをアドレス情報に含めてもよい。

ストレージコントローラ１１０は、ＬＢＡに対応する物理ページを含む記憶デバイス１１１へのＩ／Ｏ処理の遅延を許容するモードに移行する。後述するように、ストレージコントローラ１１０は、遅延発生ポテンシャル通知を送信した記憶デバイス１１１に対するＩ／Ｏ処理の遅延を抑止するために、遅延回避Ｉ／Ｏ処理を実行する。

ストレージコントローラ１１０は、応答を受信した場合、復元処理を実行する（ステップＳ１０５）。例えば、ストレージコントローラ１１０は、ＲＡＩＤグループを構成する記憶デバイス１１１のパリティデータを用いてデータを復元する。なお、本発明は、復元処理の内容に限定されない。ＵＮＣが検知された物理ページに格納されるデータを復元できる処理であればよい。

ストレージコントローラ１１０は、復元処理の実行中、ＵＮＣを検知した記憶デバイス１１１に、障害が解消されたか否かを周期的に問い合わせる（ステップＳ１１１）。例えば、ｌｏｇ ｓｅｎｓｅコマンドを用いた問合せが考えられる。ここで、障害の解消は、ＬＢＡに対応する物理ページに対するＩ／Ｏ処理においてＵＮＣが検知されないこと、すなわち、データの復元処理が終了していることを意味する。なお、問合せの周期は任意に設定できる。

記憶デバイス１１１のデバイスコントローラ１２０は、ＵＮＣが検知された物理ページに対応するＬＢＡにアクセスし、ＵＮＣの検知結果を含む応答をストレージコントローラ１１０に送信する（ステップＳ１１２）。ＵＮＣが検知された場合、デバイスコントローラ１２０は、ＵＮＣが検知された物理ページに対応するＬＢＡを含むアドレス情報を生成し、応答に含めてもよい。

復元処理が終了した場合、ストレージコントローラ１１０は問合せを終了する。

なお、復元処理は、記憶デバイス１１１が主導的に処理を実行してもよい。例えば、デバイスコントローラ１２０は、ＦＭチップ１２１間でデータを冗長化している場合、記憶デバイス１１１内でデータの復元を行うことができる。この場合、ストレージコントローラ１１０は、記憶デバイス１１１に対する問合せに対する応答に基づいて、障害が解消したこと、すなわち、復元処理が終了したことを把握することができる。

なお、ストレージコントローラ１１０は、アドレス情報に含まれるＬＢＡの数が閾値より大きい場合、又は、障害が一定期間内に解消できない場合、記憶デバイス１１１をＲＡＩＤグループから削除し、新たな記憶デバイス１１１をＲＡＩＤグループに追加する閉塞処理を実行してもよい。

図４は、実施例１のストレージコントローラ１１０が実行する処理を説明するフローチャートである。

ストレージコントローラ１１０は、Ｉ／Ｏ要求を受信した場合、アドレス情報を保持しているか否かを判定する（ステップＳ２０１）。

アドレス情報を保持していない場合、ストレージコントローラ１１０は、通常のＩ／Ｏ処理を実行する（ステップＳ２０３）。

アドレス情報を保持している場合、ストレージコントローラ１１０は、Ｉ／Ｏ要求のアクセス先のＬＢＡがアドレス情報に登録されているか否かを判定する（ステップＳ２０２）。

Ｉ／Ｏ要求のアクセス先のＬＢＡがアドレス情報に登録されていない場合、ストレージコントローラ１１０は、通常のＩ／Ｏ処理を実行する（ステップＳ２０３）。

Ｉ／Ｏ要求のアクセス先のＬＢＡがアドレス情報に登録されている場合、ストレージコントローラ１１０は、遅延回避Ｉ／Ｏ処理を実行する（ステップＳ２０４）。例えば、Ｉ／Ｏ要求がデータの読み出しの場合、ストレージコントローラ１１０は、ＵＮＣが検知された物理ページを含む記憶デバイス１１１が所属するＲＡＩＤグループの他の記憶デバイス１１１からデータを読み出す（コレクションリード）。Ｉ／Ｏ要求がデータの書き込みの場合、ストレージコントローラ１１０は、キャッシュにデータを書き込み、障害が解消されたことを検知した後、記憶デバイス１１１へのデータの書き込みを行う。

遅延回避Ｉ／Ｏ処理を実行することによって、ＵＮＣが発生した物理ページを含む記憶デバイス１１１へのアクセスを抑止することによって、Ｉ／Ｏ処理の遅延を低減できる。

以上で説明したように、本発明によれば、記憶デバイス１１１は、ＵＮＣを検知した場合、遅延発生ポテンシャル通知をストレージコントローラ１１０に送信することによって、Ｉ／Ｏ処理の遅延に起因する記憶デバイス１１１の閉塞を回避させることができる。これによって、記憶デバイス１１１の継続使用が可能となるため、記憶デバイス１１１の交換頻度を抑えることができる。また、記憶デバイス１１１は、ＵＮＣが検知された物理ページに対応するＬＢＡを通知することによって、ストレージコントローラ１１０は、当該ＬＢＡを対象としたＩ／Ｏ処理の遅延を抑止することができる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。また、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることが可能である。

１００ ストレージシステム
１０１ ホスト計算機
１１０ ストレージコントローラ
１１１ 記憶デバイス
１２０ デバイスコントローラ
１２１ ＦＭチップ
２００ 管理テーブル

Claims (8)

1. 複数の記憶デバイス及び少なくとも一つのストレージコントローラを有するストレージシステムであって、
   前記複数の記憶デバイスの各々は、複数の不揮発性記憶素子を有し、
   前記記憶デバイスは、
   前記ストレージコントローラからＩ／Ｏコマンドを受信し、
   前記Ｉ／Ｏコマンドにより指定されたアクセス先の記憶領域を提供する前記不揮発性記憶素子の障害を検知した場合、Ｉ／Ｏ処理が遅延する可能性があるが当該記憶デバイスの継続使用が可能であることを示す遅延発生ポテンシャル通知を含む応答を前記ストレージコントローラに送信することを特徴とするストレージシステム。
2. 請求項１に記載のストレージシステムであって、
   前記ストレージコントローラは、障害が検知された前記不揮発性記憶素子に格納されるデータの復元処理の実行中、周期的に、前記応答を送信した前記記憶デバイスに障害が解消されたか否かを問い合わせることを特徴とするストレージシステム。
3. 請求項２に記載のストレージシステムであって、
   前記記憶デバイスは、障害が検知された前記不揮発性記憶素子が提供する特定記憶領域のアドレスを格納するアドレス情報を生成して、前記ストレージコントローラに送信し、
   前記ストレージコントローラは、
   Ｉ／Ｏ要求を受信した場合、前記アドレス情報を参照して、前記特定記憶領域へのアクセスがあるか否かを判定し、
   前記特定記憶領域へのアクセスがある場合、Ｉ／Ｏ処理の遅延を抑止する、遅延回避Ｉ／Ｏ処理を実行することを特徴とするストレージシステム。
4. 請求項３に記載のストレージシステムであって、
   前記ストレージコントローラは、前記アドレス情報に含まれる前記アドレスの数が閾値より大きい場合、又は、前記応答を受信してから一定期間内に障害が解消された旨の通知を受信していない場合、当該記憶デバイスの閉塞処理を実行することを特徴とするストレージシステム。
5. ストレージシステムの制御方法であって、
   前記ストレージシステムは、複数の記憶デバイス及び少なくとも一つのストレージコントローラを有し、
   前記複数の記憶デバイスの各々は、複数の不揮発性記憶素子を有し、
   前記ストレージシステムの制御方法は、
   前記記憶デバイスが、前記ストレージコントローラからＩ／Ｏコマンドを受信するステップと、
   前記記憶デバイスが、前記Ｉ／Ｏコマンドにより指定されたアクセス先の記憶領域を提供する前記不揮発性記憶素子の障害を検知した場合、Ｉ／Ｏ処理が遅延する可能性があるが当該記憶デバイスの継続使用が可能であることを示す遅延発生ポテンシャル通知を含む応答を前記ストレージコントローラに送信するステップと、
   を含むことを特徴とするストレージシステムの制御方法。
6. 請求項５に記載のストレージシステムの制御方法であって、
   前記ストレージコントローラが、障害が検知された前記不揮発性記憶素子に格納されるデータの復元処理の実行中、周期的に、前記応答を送信した前記記憶デバイスに障害が解消されたか否かを問い合わせるステップを含むことを特徴とするストレージシステムの制御方法。
7. 請求項６に記載のストレージシステムの制御方法であって、
   前記記憶デバイスが、障害が検知された前記不揮発性記憶素子が提供する特定記憶領域のアドレスを格納するアドレス情報を生成して、前記ストレージコントローラに送信するステップと、
   前記ストレージコントローラが、Ｉ／Ｏ要求を受信した場合、前記アドレス情報を参照して、前記特定記憶領域へのアクセスがあるか否かを判定するステップと、
   前記ストレージコントローラが、前記特定記憶領域へのアクセスがある場合、Ｉ／Ｏ処理の遅延を抑止する、遅延回避Ｉ／Ｏ処理を実行するステップと、を含むことを特徴とするストレージシステムの制御方法。
8. 請求項７に記載のストレージシステムの制御方法であって、
   前記ストレージコントローラが、前記アドレス情報に含まれる前記アドレスの数が閾値より大きい場合、又は、前記応答を受信してから一定期間内に障害が解消された旨の通知を受信していない場合、当該記憶デバイスの閉塞処理を実行するステップを含むことを特徴とするストレージシステムの制御方法。

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