JP2023523144A

JP2023523144A - フルストライド・デステージのためのプリエンプティブ・ステージング

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Publication number: JP2023523144A
Application number: JP2022559761A
Authority: JP
Inventors: モハングプタ、ロケシュ; エー．ハーディ、クリント; アンソニーリナルディ、ブライアン; アレンニールセン、カール
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 2020-04-22
Filing date: 2021-03-30
Publication date: 2023-06-02
Also published as: GB202217375D0; US20210334038A1; WO2021213139A1; CN115087962A; GB2610121A; DE112021000794T5; KR20220139420A; US11467772B2; AU2021260526A1; AU2021260526B2

Abstract

ＲＡＩＤアレイへのデステージ性能を改善するための方法を開示する。そのような方法は、ＲＡＩＤアレイにデステージされる準備ができている第１のストライドについてキャッシュを定期的にスキャンする。キャッシュをスキャンしている間に、この方法は、ＲＡＩＤアレイにデステージされる準備が現在できていないが、キャッシュの後続のスキャン中にデステージされる準備ができる可能性が高い第２のストライドを識別する。この方法は、後続のスキャンに備えて、ＲＡＩＤアレイからキャッシュへの第２のストライドの欠落データのプリエンプティブ・ステージングを開始する。後続のスキャンが発生した場合に、この方法は、キャッシュからＲＡＩＤアレイに第２のストライドをキャッシュからデステージする。対応するシステムおよびコンピュータ・プログラム製品も開示する。

Description

本発明は、ＲＡＩＤアレイへのデステージ性能を改善するためのシステムおよび方法に関する。

ＲＡＩＤ（すなわち、独立ディスクの冗長アレイ：ＲｅｄｕｎｄａｎｔＡｒｒａｙｏｆＩｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔＤｉｓｋｓ）は、冗長性を通じてストレージ機能および信頼性を向上させるストレージ技術である。ＲＡＩＤは、複数のストレージ・ドライブ・コンポーネント（たとえば、ディスク・ドライブまたはソリッド・ステート・ドライブあるいはその両方）を論理的なユニットへと統合することによって作成される。そして、データは「ＲＡＩＤレベル」と呼ばれる様々な技術を使用してドライブに分散される。現在ＲＡＩＤレベル１～６を含む標準的なＲＡＩＤレベルは、ストライピング、ミラーリング、またはデータの冗長性を提供するためのパリティ、あるいはそれらの組み合わせを採用するＲＡＩＤ構成の基本セットである。各構成は、２つの主要な目標、すなわち、（１）データの信頼性の向上、および（２）Ｉ／Ｏ性能の向上、の間にバランスをもたらす。

ＲＡＩＤアレイで構成されたディスクは、複数のドライブから同時にデータにアクセスされ得るので、加速された読み出し性能を提供し得る。しかしながら、ＲＡＩＤ－５またはＲＡＩＤ－６アレイなどのＲＡＩＤアレイへの書き込みを実行する場合、オーバーヘッドが増加し得る。これは主にパリティ計算によるものである。たとえば、ＲＡＩＤ－５アレイ内のデータのストライドのサブセット（すなわち、ストリップ）に書き込むために、ストライドの他のストリップをＲＡＩＤ－５アレイからステージングして、ストライドに関連するパリティ値を再計算する必要があり得る。パリティ値が再計算されると、ストライド全体がＲＡＩＤ－５アレイにデステージされ得る。このように、ＲＡＩＤ－５アレイへのフルストライド未満の書き込みでは、ＲＡＩＤアレイからデータをステージングし、パリティ値を再計算し、データと再計算されたパリティ値とをＲＡＩＤアレイにデステージするために、かなりのオーバーヘッドが必要になり得る。一方、データのフル・ストライドを構成する書き込みは、１回の操作を使用して、計算されたパリティ値と共にＲＡＩＤ－５アレイにデステージされ得る。これは、ＲＡＩＤアレイにストライドを書き込む前に、ディスク・ドライブから欠落データ値もパリティ値もロードする必要がないためである。

本発明は、現在の最先端技術に対応して、より詳細には、現在利用可能なシステムおよび方法によってまだ完全に解決されていない当技術分野の問題およびニーズに対応して開発された。したがって、本発明は、ＲＡＩＤアレイへのデステージ性能を改善するために開発された。本発明の特徴および利点は、以下の説明および添付の特許請求の範囲からより完全に明らかになり、または以下に記載する本発明を実践することによって理解され得る。

前述と一致して、ＲＡＩＤアレイへのデステージ性能を改善するための方法を開示する。一実施形態では、そのような方法は、ＲＡＩＤアレイにデステージされる準備ができている第１のストライドについてキャッシュを定期的にスキャンする。キャッシュをスキャンしている間に、この方法は、ＲＡＩＤアレイにデステージされる準備が現在できていないが、キャッシュの後続のスキャン中にデステージされる準備ができる可能性が高い第２のストライドを識別する。この方法は、後続のスキャンに備えて、ＲＡＩＤアレイからキャッシュへの第２のストライドの欠落データのプリエンプティブ・ステージング（ｐｒｅｅｍｐｔｉｖｅｓｔａｇｉｎｇ）を開始する。後続のスキャンが発生した場合に、この方法は、キャッシュからＲＡＩＤアレイに第２のストライドをキャッシュからデステージする。

対応するコンピュータ・プログラム製品およびシステムも本明細書に開示し、特許請求する。

本発明の利点が容易に理解されるようにするために、上記で簡単に説明した本発明のより詳細な説明を、添付の図面に示す特定の実施形態を参照して行う。これらの図面は本発明の典型的な実施形態を示しているにすぎず、したがってその範囲を限定するものと見なされるべきではないということを踏まえて、添付の図面を使用して、本発明をさらに具体的かつ詳細に記述および説明する。

本発明によるシステムおよび方法が実装され得るネットワーク環境の一例を示す高レベルのブロック図である。図１のネットワーク環境で使用するためのストレージ・システムの一例を示す高レベルのブロック図である。ＲＡＩＤアレイのストライドを示す高レベルのブロック図である。図３ＡのＲＡＩＤアレイの各ストライドについて計算されたパリティ値を示す表である。キャッシュ内の読み出しキャッシュおよび書き込みキャッシュを示す高レベルのブロック図である。キャッシュからＲＡＩＤアレイにデータをデステージするためのキャッシュ・デステージ・モジュールを示す高レベルのブロック図である。ＲＡＩＤアレイにデステージすべきストライドについてキャッシュをスキャンするための方法の一実施形態を示す流れ図である。キャッシュにプリエンプティブにステージングされるストライドの数を調節するための方法の一実施形態を示す流れ図である。

本明細書で一般的に説明および図示した本発明の構成要素が、多種多様な異なる構成で配置および設計され得ることは容易に理解されよう。したがって、図に示すような本発明の実施形態の以下のより詳細な説明は、特許請求する本発明の範囲を限定することを意図するものではなく、本発明に従って現在考えられる実施形態の特定の例を表すものにすぎない。本明細書で説明する実施形態は、図面を参照することによって最もよく理解され、図面全体を通して同様の部分は同様の数字で示す。

本発明は、システム、方法、またはコンピュータ・プログラム製品、あるいはそれらの組み合わせとして具現化され得る。コンピュータ・プログラム製品は、本発明の態様をプロセッサに実行させるためのコンピュータ可読プログラム命令をその上に有するコンピュータ可読記憶媒体（または複数の媒体）を含み得る。

コンピュータ可読記憶媒体は、命令実行デバイスによる使用のために命令を保持および記憶可能な有形のデバイスであり得る。コンピュータ可読記憶媒体は、たとえば、限定はしないが、電子ストレージ・デバイス、磁気ストレージ・デバイス、光学ストレージ・デバイス、電磁ストレージ・デバイス、半導体ストレージ・デバイス、またはこれらの任意の適切な組み合わせであり得る。コンピュータ可読記憶媒体のより具体的な例の非網羅的なリストには、ポータブル・コンピュータ・ディスケット、ハード・ディスク、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ：ｒａｎｄｏｍａｃｃｅｓｓｍｅｍｏｒｙ）、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ：ｒｅａｄ－ｏｎｌｙｍｅｍｏｒｙ）、消去可能プログラム可能読み取り専用メモリ（ＥＰＲＯＭ：ｅｒａｓａｂｌｅｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅｒｅａｄ－ｏｎｌｙｍｅｍｏｒｙまたはフラッシュ・メモリ）、スタティック・ランダム・アクセス・メモリ（ＳＲＡＭ：ｓｔａｔｉｃｒａｎｄｏｍａｃｃｅｓｓｍｅｍｏｒｙ）、ポータブル・コンパクト・ディスク読み取り専用メモリ（ＣＤ－ＲＯＭ：ｃｏｍｐａｃｔｄｉｓｃｒｅａｄ－ｏｎｌｙｍｅｍｏｒｙ）、デジタル・バーサタイル・ディスク（ＤＶＤ：ｄｉｇｉｔａｌｖｅｒｓａｔｉｌｅｄｉｓｋ）、メモリー・スティック（Ｒ）、フレキシブル・ディスク、命令が記録されたパンチ・カードまたは溝の隆起構造などの機械的にコード化されたデバイス、およびこれらの任意の適切な組み合わせが含まれる。コンピュータ可読記憶媒体は、本明細書で使用する場合、たとえば、電波または他の自由に伝搬する電磁波、導波管もしくは他の伝送媒体を伝搬する電磁波（たとえば、光ファイバ・ケーブルを通過する光パルス）、または有線で伝送される電気信号などの一過性の信号自体であると解釈されるべきではない。

本明細書に記載のコンピュータ可読プログラム命令は、コンピュータ可読記憶媒体からそれぞれのコンピューティング／処理デバイスに、あるいは、たとえば、インターネット、ローカル・エリア・ネットワーク、ワイド・エリア・ネットワーク、もしくは無線ネットワーク、またはそれらの組み合わせなどのネットワークを介して外部コンピュータまたは外部ストレージ・デバイスにダウンロードすることができる。ネットワークは、銅線伝送ケーブル、光伝送ファイバ、無線伝送、ルータ、ファイアウォール、スイッチ、ゲートウェイ・コンピュータ、またはエッジ・サーバ、あるいはそれらの組み合わせを含み得る。各コンピューティング／処理デバイスのネットワーク・アダプタ・カードまたはネットワーク・インターフェースは、ネットワークからコンピュータ可読プログラム命令を受信し、コンピュータ可読プログラム命令を転送して、それぞれのコンピューティング／処理デバイス内のコンピュータ可読記憶媒体に記憶する。

本発明の動作を実行するためのコンピュータ可読プログラム命令は、アセンブラ命令、命令セット・アーキテクチャ（ＩＳＡ：ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ－ｓｅｔ－ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ）命令、機械命令、機械依存命令、マイクロコード、ファームウェア命令、状態設定データ、あるいは、Ｓｍａｌｌｔａｌｋ（Ｒ）、Ｃ＋＋などのオブジェクト指向プログラミング言語、および「Ｃ」プログラミング言語または類似のプログラミング言語などの従来の手続き型プログラミング言語を含む、１つまたは複数のプログラミング言語の任意の組み合わせで書かれたソース・コードまたはオブジェクト・コードであり得る。

コンピュータ可読プログラム命令は、完全にユーザのコンピュータ上で、部分的にユーザのコンピュータ上で、スタンドアロン・ソフトウェア・パッケージとして、部分的にユーザのコンピュータ上かつ部分的にリモート・コンピュータ上で、あるいは完全にリモート・コンピュータまたはサーバ上で実行され得る。後者のシナリオでは、リモート・コンピュータは、ローカル・エリア・ネットワーク（ＬＡＮ：ｌｏｃａｌａｒｅａｎｅｔｗｏｒｋ）またはワイド・エリア・ネットワーク（ＷＡＮ：ｗｉｄｅａｒｅａｎｅｔｗｏｒｋ）を含む任意のタイプのネットワークを介してユーザのコンピュータに接続され得、または（たとえば、インターネット・サービス・プロバイダを使用してインターネットを介して）外部コンピュータへの接続がなされ得る。いくつかの実施形態では、たとえば、プログラマブル論理回路、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ：ｆｉｅｌｄ－ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅｇａｔｅａｒｒａｙ）、またはプログラマブル・ロジック・アレイ（ＰＬＡ：ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅｌｏｇｉｃａｒｒａｙ）を含む電子回路は、本発明の態様を実行するために、コンピュータ可読プログラム命令の状態情報を利用してコンピュータ可読プログラム命令を実行することによって、電子回路を個人向けにし得る。

本発明の態様は、本発明の実施形態による方法、装置（システム）、およびコンピュータ・プログラム製品のフローチャート図またはブロック図あるいはその両方を参照して本明細書で説明されている。フローチャート図またはブロック図あるいはその両方の各ブロック、およびフローチャート図またはブロック図あるいはその両方におけるブロックの組み合わせが、コンピュータ可読プログラム命令によって実装され得ることは理解されよう。

これらのコンピュータ可読プログラム命令を、汎用コンピュータ、専用コンピュータ、または他のプログラム可能データ処理装置のプロセッサに提供して、それらの命令がコンピュータまたは他のプログラム可能データ処理装置のプロセッサを介して実行された場合に、フローチャートまたはブロック図あるいはその両方の１つまたは複数のブロックにおいて指定された機能／行為を実装するための手段が生成されるようなマシンを生成し得る。また、これらのコンピュータ可読プログラム命令を、コンピュータ、プログラム可能データ処理装置、または他のデバイス、あるいはそれらの組み合わせに特定の方法で機能するように指示することが可能なコンピュータ可読記憶媒体に記憶して、命令が記憶されたコンピュータ可読記憶媒体が、フローチャートまたはブロック図あるいはその両方の１つまたは複数のブロックにおいて指定された機能／行為の態様を実装する命令を含む製造品を構成するようにし得る。

また、コンピュータ可読プログラム命令をコンピュータ、他のプログラム可能データ処理装置、または他のデバイスにロードして、コンピュータ、他のプログラム可能装置、または他のデバイス上で一連の動作ステップを実行させることによって、それらの命令がコンピュータ、他のプログラム可能装置、または他のデバイス上で実行された場合に、フローチャートまたはブロック図あるいはその両方の１つまたは複数のブロックにおいて指定された機能／行為が実装されるようなコンピュータ実装処理を生成し得る。

図１を参照すると、ネットワーク環境１００の一例が示されている。ネットワーク環境１００は、本発明の実施形態が動作し得る環境の一例を示すために提示する。ネットワーク環境１００は、限定ではなく例としてのみ提示している。実際に、本明細書に開示するシステムおよび方法は、図示したネットワーク環境１００に加えて、多種多様な異なるネットワーク環境に適用可能であり得る。

図示のように、ネットワーク環境１００は、ネットワーク１０４によって相互接続された１つまたは複数のコンピュータ１０２、１０６を含む。ネットワーク１０４は、たとえば、ローカル・エリア・ネットワーク（ＬＡＮ）１０４、ワイド・エリア・ネットワーク（ＷＡＮ）１０４、インターネット１０４、イントラネット１０４などを含み得る。特定の実施形態では、コンピュータ１０２、１０６は、クライアント・コンピュータ１０２およびサーバ・コンピュータ１０６（本明細書では「ホスト」１０６または「ホスト・システム」１０６とも呼ぶ）の両方を含み得る。一般に、クライアント・コンピュータ１０２は通信セッションを開始し、サーバ・コンピュータ１０６はクライアント・コンピュータ１０２からの要求を待機して応答する。特定の実施形態では、コンピュータ１０２またはサーバ１０６あるいはその両方は、１つまたは複数の内蔵または外付けの直接接続されたストレージ・システム１１２（たとえば、ハードディスク・ドライブ、ソリッドステート・ドライブ、テープ・ドライブのアレイなど）に接続され得る。これらのコンピュータ１０２、１０６、および直接接続されたストレージ・システム１１２は、ＡＴＡ、ＳＡＴＡ、ＳＣＳＩ、ＳＡＳ、ファイバ・チャネルなどのプロトコルを使用して通信し得る。

ネットワーク環境１００は、特定の実施形態では、ストレージ・エリア・ネットワーク（ＳＡＮ：ｓｔｏｒａｇｅ－ａｒｅａ－ｎｅｔｗｏｒｋ）１０８またはＬＡＮ１０８（たとえば、ネットワーク接続ストレージを使用する場合）などのストレージ・ネットワーク１０８をサーバ１０６の背後に含み得る。このネットワーク１０８は、ハードディスク・ドライブまたはソリッドステート・ドライブのアレイ１１０ａ、テープ・ライブラリ１１０ｂ、個々のハードディスク・ドライブ１１０ｃまたはソリッドステート・ドライブ１１０ｃ、テープ・ドライブ１１０ｄ、ＣＤ－ＲＯＭライブラリなどの１つまたは複数のストレージ・システム１１０にサーバ１０６を接続し得る。ストレージ・システム１１０にアクセスするために、ホスト・システム１０６は、ホスト１０６の１つまたは複数のポートからストレージ・システム１１０の１つまたは複数のポートへの物理的接続を介して通信し得る。接続は、スイッチ、ファブリック、直接接続などを介したものであり得る。特定の実施形態では、サーバ１０６およびストレージ・システム１１０は、ファイバ・チャネル（ＦＣ：ＦｉｂｒｅＣｈａｎｎｅｌ）またはｉＳＣＳＩなどのネットワーク規格を使用して通信し得る。

図２を参照すると、ストレージ・ドライブ２０４（たとえば、ハードディスク・ドライブまたはソリッドステート・ドライブあるいはその両方）のアレイを含むストレージ・システム１１０ａの一実施形態が示されている。図示のように、ストレージ・システム１１０ａは、ストレージ・コントローラ２００と、１つまたは複数のスイッチ２０２と、ハード・ディスク・ドライブまたはソリッドステート・ドライブ（たとえば、フラッシュメモリベースのドライブ）あるいはその両方などの１つまたは複数のストレージ・ドライブ２０４とを含む。ストレージ・コントローラ２００は、１つまたは複数のホスト１０６（たとえば、オープン・システムまたはメインフレーム・サーバ１０６あるいはその両方）が１つまたは複数のストレージ・ドライブ２０４内のデータにアクセスすることを可能にし得る。ストレージ・ドライブ２０４は、特定の実施形態では、所望のレベルのＩ／Ｏ性能またはデータ冗長性あるいはその両方を提供するように、様々なＲＡＩＤレベルのＲＡＩＤアレイで構成され得る。

選択した実施形態では、ストレージ・コントローラ２００は、１つまたは複数のサーバ２０６を含む。ストレージ・コントローラ２００はまた、ストレージ・コントローラ２００をホスト・デバイス１０６およびストレージ・ドライブ２０４にそれぞれ接続するためのホスト・アダプタ２０８およびデバイス・アダプタ２１０を含み得る。通常動作中（両方のサーバ２０６が動作している場合）、サーバ２０６は、エンタープライズ・ストレージ・システム１１０ａ内の異なる論理サブシステム（ＬＳＳ：ｌｏｇｉｃａｌｓｕｂｓｙｓｔｅｍ）へのＩ／Ｏを管理し得る。たとえば、特定の構成では、第１のサーバ２０６ａが偶数のＬＳＳへのＩ／Ｏに対処し得、第２のサーバ２０６ｂが奇数のＬＳＳへのＩ／Ｏに対処し得る。これらのサーバ２０６ａ、２０６ｂは、接続されたホスト１０６が常にデータを利用できるようにするために、冗長性を提供し得る。したがって、一方のサーバ２０６ａに障害が発生した場合、他方のサーバ２０６ｂは、障害が発生したサーバ２０６ａのＩ／Ｏ負荷を引き取って、ホスト１０６とストレージ・ドライブ２０４との間でＩ／Ｏが継続できるようにし得る。この処理は「フェイルオーバー」と呼ばれ得る。

選択した実施形態では、各サーバ２０６は、１つまたは複数のプロセッサ２１２およびメモリ２１４を含む。メモリ２１４は、揮発性メモリ（たとえば、ＲＡＭ）、ならびに不揮発性メモリ（たとえば、ＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュ・メモリ、ローカル・ディスク・ドライブ、ローカル・ソリッド・ステート・ドライブなど）を含み得る。揮発性および不揮発性メモリは、特定の実施形態では、プロセッサ（複数可）２１２上で動作し、ストレージ・ドライブ２０４内のデータにアクセスするために使用されるソフトウェア・モジュールを記憶し得る。これらのソフトウェア・モジュールは、ストレージ・ドライブ２０４内の論理ボリューム３０２への全ての読み出しおよび書き込み要求を管理し得る。

選択した実施形態では、メモリ２１４は、ＤＲＡＭキャッシュ２１８などのキャッシュ２１８を含む。ホスト１０６（たとえば、オープン・システムまたはメインフレーム・サーバ１０６）が読み出し操作を実行する場合はいつでも、読み出しを実行するサーバ２０６は、ストレージ・ドライブ２０４からデータをフェッチし、それが再び必要になる場合に、そのキャッシュ２１８に記憶し得る。データがホスト１０６によって再び要求された場合、サーバ２０６は、ストレージ・ドライブ２０４からデータをフェッチする代わりに、キャッシュ２１８からフェッチして、時間およびリソースの両方を節約し得る。同様に、ホスト１０６が書き込みを実行する場合、書き込み要求を受信したサーバ１０６は、書き込みをそのキャッシュ２１８に記憶し、後で書き込みをストレージ・ドライブ２０４にデステージし得る。書き込みがキャッシュ２１８に記憶される場合、書き込みは反対側のサーバ２０６の不揮発性ストレージ（ＮＶＳ：ｎｏｎ－ｖｏｌａｔｉｌｅｓｔｏｒａｇｅ）２２０にも記憶され得、その結果、第１のサーバ２０６に障害が発生した場合に、反対側のサーバ２０６によって書き込みを回復することができる。

図２に示したのと同様のアーキテクチャを有するストレージ・システム１１０ａの一例は、ＩＢＭＤＳ８０００（Ｒ）エンタープライズ・ストレージ・システムである。ＤＳ８０００（Ｒ）は、連続動作をサポートするように設計されたディスクおよびソリッドステート・ストレージを提供する高性能で大容量のストレージ・コントローラである。とはいえ、本明細書に開示するシステムおよび方法は、ＩＢＭＤＳ８０００（Ｒ）エンタープライズ・ストレージ・システムに限定されず、システムに関連する製造業者、製品名、またはコンポーネントもしくはコンポーネント名に関係なく、任意の同等のまたは類似のストレージ・システムまたはストレージ・システムのグループで実装され得る。本発明の１つまたは複数の実施形態から利益を得ることができる任意のストレージ・システムは、本発明の範囲内にあると考えられる。このように、ＩＢＭＤＳ８０００（Ｒ）は例としてのみ提示しており、限定することを意図したものではない。

図３Ａを参照すると、選択した実施形態では、ストレージ・システム１１０ａのディスク・ドライブ２０４は、ＲＡＩＤアレイ３０２（すなわち、安価なディスクの冗長アレイ：ｒｅｄｕｎｄａｎｔａｒｒａｙｏｆｉｎｅｘｐｅｎｓｉｖｅｄｉｓｋｓ）で構成され得る。たとえば、「ＲＡＩＤ５」アレイ３０２では、論理的に順次的なデータが複数のディスク・ドライブ２０４ａ～ｄに分けられ得る。たとえば、ディスク・ドライブ２０４ａ～ｄが４つのディスクを含む場合、論理的に順次的なデータ「Ａ」は、セグメント「Ａ_１」、「Ａ_２」、および「Ａ_３」（まとめて「ストライドＡ」と呼ぶ）に分けられ、３つの別々のディスク２０４ａ～ｃに記憶され得る。選択した実施形態では、各セグメントは１つまたは複数のトラック３００を含むが、他の分割も可能である。Ａ_１、Ａ_２、およびＡ_３にＸＯＲ演算を実行することによってパリティ・データ「Ａ_ｐ」が計算され得る。このパリティ・データは、第４のディスク２０４ｄに記憶され得る。例示的なデータおよびパリティ値を図３Ｂに示す（パリティ値は影付き）。ディスク２０４ａ～ｃの１つに障害が発生した場合、残りのデータおよびパリティ値を使用して、障害が発生したディスク上のデータが再構築され得る。たとえば、Ａ_２を含むディスク２０４ｂが失われた場合、値Ａ_１、Ａ_３、およびＡ_ｐを使用して、Ａ_２が再構築され得る。

ＲＡＩＤアレイ３０２で構成されるディスクは、データが複数のドライブ２０４ａ～ｃから同時にアクセスされ得るので、加速された読み出し性能を提供し得る。しかしながら、典型的には、アレイへの書き込みを実行する場合、オーバーヘッドが増加する。これは主にパリティ計算によるものである。たとえば、Ａ_１に書き込むには、値Ａ_２、Ａ_３、およびＡ_ｐがディスク・ドライブ２０４からロード（すなわち、ステージング）される必要があり得、値Ａ_１がディスク・ドライブ上で変更される必要があり、パリティ値Ａ_ｐが（値Ａ_１、Ａ_２、およびＡ_３を使用して）再計算され、ディスク・ドライブ２０４にデステージされる必要がある。これらの操作には、合計４回のディスク操作が必要である。一方、データのフル・ストライド（すなわち、Ａ_１、Ａ_２、およびＡ_３）は、１回のディスク操作を使用して、パリティ値Ａ_ｐと共にディスク・ドライブ２０４にデステージされ得る。これは、ストライドを書き込む場合に、ディスク・ドライブ２０４からデータ値もパリティ値もロードする必要がないためである。このため、キャッシュ２１８からストレージ・ドライブ２０４にデータをデステージする場合、フルストライド・デステージが好ましい。

図４を参照すると、特定の実施形態では、キャッシュ２１８は、読み出しキャッシュ２１８ａおよび書き込みキャッシュ２１８ｂに分割され得る。読み出しキャッシュ２１８ａは、変更されていないデータ（たとえば、変更されていないトラック４００）を記憶し得る。書き込みキャッシュ２１８ｂは、変更されたデータ（たとえば、変更されたトラック４００）を記憶し得る。この変更されたデータは、最終的にバックエンド・ストレージ・ドライブ２０４にデステージされ得る。

特定の実施形態では、ストレージ・システム１１０ａ内の各ランク（すなわち、ＲＡＩＤアレイ３０２）について、変更されたデータ要素（たとえば、トラック）の順序付きリスト（たとえば、ｂ木）が維持され得る。この順序付きリストを使用して、書き込みキャッシュ２１８ｂからＲＡＩＤアレイ３０２にデステージすべき変更されたデータ要素、ならびにデステージを実行するための順序を決定し得る。特定の実施形態では、順序付きリストは、ＲＡＩＤアレイ３０２内の各データ要素の物理的位置に基づいてソートされる。

図４に示すように、特定の実施形態では、書き込みキャッシュ２１８ｂ内に、変更されたデータ要素４００ごとに１つまたは複数のクロック・ビット４０２が維持され得る。たとえば、特定の実施形態では、データ要素４００ごとに４つのクロック・ビット４０２が維持され得、０から１５までの値が可能になる。図６に関連してより詳細に説明するように、これらのクロック・ビット４０２は、データ要素をいつデステージすべきかを決定するために使用されるカウントを記憶し得る。順序付きリストがスキャンされるたびに、データ要素のカウントがデクリメントされ得る。データ要素４００が書き込まれるたびに、データ要素４００に関連付けられたカウントがインクリメントされ得る。カウントにより、頻繁に書き込まれるデータ要素４００がキャッシュ２１８からストレージ・ドライブ２０４に時期尚早にデステージされないようになり得る。

図５を参照すると、特定の実施形態では、データ要素４００を書き込みキャッシュ２１８ｂからストレージ・ドライブ２０４にデステージするためのキャッシュ・デステージ・モジュール５００が提供され得る。このキャッシュ・デステージ・モジュール５００は、様々な特徴および機能を提供するための様々なサブモジュールを含み得る。キャッシュ・デステージ・モジュール５００および関連するサブモジュールは、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはそれらの組み合わせで実装され得る。キャッシュ・デステージ・モジュール５００および関連するサブモジュールは、限定ではなく例として提示している。異なる実施形態では、より多くのまたはより少ないサブモジュールが提供され得る。たとえば、一部のサブモジュールの機能が単一のまたはより少数のサブモジュールに統合され得、単一のサブモジュールの機能がいくつかのサブモジュールに分散され得る。

図示のように、キャッシュ・デステージ・モジュール５００は、キャッシュ・スキャン・モジュール５０２、カウント・デクリメント・モジュール５０４、カウント特定モジュール５０６、閾値モジュール５０８、ステージ・モジュール５１０、デステージ・モジュール５１２、プリエンプティブ・ステージ・モジュール５１４、および制限モジュール５１６のうちの１つまたは複数を含む。キャッシュ・スキャン・モジュール５０２は、順序付きリストを定期的にスキャンして、どのデータ要素４００が書き込みキャッシュ２１８ｂからＲＡＩＤアレイ３０２にデステージされる準備ができているかを特定するように構成され得る。順序付きリスト内のデータ要素４００がスキャンされるたびに、カウント・デクリメント・モジュール５０４は、データ要素４００に関連付けられたクロック・ビット４０２のカウントをデクリメントし得る。

順序付きリスト内のデータ要素４００をスキャンすると、カウント特定モジュール５０６は、クロック・ビット４０２を読み取ることによって、データ要素４００に関連付けられたカウントを特定し得る。この特定を行うと、閾値モジュール５０８は、同じストライドからのデータ要素４００に関連付けられた全てのカウントが第１の閾値（たとえば、ゼロ）以下であるかを判定し得る。カウントが第１の閾値以下である場合、データ要素４００は、キャッシュ２１８からＲＡＩＤアレイ３０２にデステージされる「準備ができている」と見なされ得る。必要に応じて、ステージ・モジュール５１０は、欠落データ要素４００をＲＡＩＤアレイ３０２からキャッシュ２１８にステージングして、キャッシュ２１８内のデータ要素４００がフル・ストライドを構成するようにし得る。次いで、デステージ・モジュール５１２は、必要に応じて、ストライドに関連するパリティ値を再計算し、キャッシュ２１８からＲＡＩＤアレイ３０２にストライドをデステージし得る。

ストライドに関連付けられたデータ要素４００のカウントが第１の閾値以下でない場合、閾値モジュール５０８は、カウントが第２の閾値（たとえば、３）以下であるかを判定し得る。そうである場合、ストライドに関連付けられたデータ要素４００は、（それらのカウントが第１の閾値以下ではないので）ＲＡＩＤアレイ３０２へのデステージの準備が現在できていない場合があるが、キャッシュ２１８の後続のスキャン中に準備ができる可能性が高い（それらのカウントがデクリメントされるので、第１の閾値を超えてカウントを増加させる書き込みなどのイベントがなければ、後続のスキャン中に第１の閾値以下になる可能性が高いためである）。そのような場合、プリエンプティブ・ステージ・モジュール５１４は、欠落データ要素４００をＲＡＩＤアレイ３０２からキャッシュ２１８にプリエンプティブにステージングして、キャッシュ・スキャン・モジュール５０２の次のパスの間にフル・ストライドがキャッシュ２１８に存在するようにし得る。キャッシュ２１８の次のスキャン中に、ストライドのデータ要素４００に関連付けられた全てのカウントが第１の閾値を下回る場合、ストライドに関連付けられたデータ要素４００はデステージの「準備ができている」と見なされる。このように欠落データ要素４００をプリエンプティブにステージングすることにより、デステージ時に欠落データ要素４００をＲＡＩＤアレイ３０２からキャッシュ２１８にステージングする必要性が排除または低減され、それによって効率が改善され得る。

制限モジュール５１６は、ＲＡＩＤアレイ３０２からプリエンプティブにステージングされているストライドの数を制限するように構成され得る。特定の実施形態では、制限モジュール５１６は、ストライドの数を選択された閾値（たとえば、５０個）に制限し得る。プリエンプティブにステージングされているストライドの数がこの量以上である場合、制限モジュール５１６は、プリエンプティブ・ステージングのさらなる要求をキューに入れ得る。プリエンプティブにステージングされているストライドの数が閾値（またはさらに低い閾値）を下回った場合、制限モジュール５１６は、キューに入れられた順序で、キュー内の要求から開始して、ストライドをプリエンプティブにステージングする要求の処理を再開し得る。制限モジュール５１６によって使用され得る方法７００の一実施形態については、図７に関連して論じる。

図６を参照すると、キャッシュ２１８をスキャンするための方法６００の一実施形態が示されている。そのような方法６００は、前述のキャッシュ・デステージ・モジュール５００によって実行され得る。図示のように、方法６００は最初に、キャッシュ２１８をスキャンすべき時間であるかを６０２で判定する。特定の実施形態では、スキャンは、前のスキャンが完了したとき、または指定された間隔で発生し得る。スキャンを実行するのに必要な時間は、特定の実施形態では、前述の順序付きリストの過程を経る（ｐｒｏｃｅｅｄｔｈｒｏｕｇｈ）のに必要な時間に対応し得る。

図示のように、新しいスキャンが開始されると、方法６００は、順序付きリスト内の最初のストライドに関連付けられたキャッシュ２１８内のデータ要素４００を６０４で検査する。ステップ６０６において、ストライドに関連付けられた全てのデータ要素４００のカウント（すなわち、クロック・ビット４０２）が第１の閾値（たとえば、ゼロ）以下である場合、ストライドはＲＡＩＤアレイ３０２へのデステージの準備ができている。ステップ６０８において、（フルストライド・デステージが必要であるか、またはデータをデステージするのに最も効率的な方法であるか、あるいはその両方であると仮定して）フルストライド・デステージを実行するためにデータが欠落している場合、方法６００は、欠落データ要素４００をＲＡＩＤアレイ３０２から６１０でステージングして、フル・ストライドがキャッシュ２１８に存在するようにする。データのフル・ストライドを使用して、方法６００は、パリティ値を６１２で再計算し、ストライドをＲＡＩＤアレイ３０２に６１２でデステージする。一方、ステップ６０８において、ストライドからデータが欠落していない場合、方法６００は、単にパリティ値を６１２で再計算し、ストライドを６１２でデステージする。ＲＡＩＤアレイ３０２からの欠落データ要素４００のステージングは必要ない。次いで、方法６００は、順序付きリストがまだストライドを含むかを６１４で判定し、そうである場合、順序付きリストの次のストライドを６０４で検査する。

ステップ６０６において、ストライドに関連付けられた全てのデータ要素４００のカウント（すなわち、クロック・ビット４０２）が第１の閾値以下でない場合、方法６００は、ストライドに関連付けられた全てのデータ要素４００のカウントが第２の閾値（たとえば、３）以下であるかを６１６で判定する。そうでない場合、方法６００は、順序付きリストがまだストライドを含むかを６１４で判定し、そうである場合、順序付きリストの次のストライドを６０４で検査する。ストライドに関連付けられた全てのデータ要素４００が第２の閾値以下である場合、ストライドはＲＡＩＤアレイ３０２へのデステージの準備が現在できていない場合があるが、キャッシュ２１８の後続のスキャン中にデステージの準備ができる可能性が高い（データ要素４００へのさらなる書き込みが行われないと仮定する）。ステップ６１６において、ストライドに関連付けられた全てのデータ要素４００が第２の閾値以下である場合、方法６００は、フルストライドのデステージが必要であるか、または最も効率的であるか、あるいはその両方であると仮定して、ストライドを完成させるために欠落データが必要かを６１８で判定する。データが欠落している場合、方法６００は、欠落データをＲＡＩＤアレイ３０２からキャッシュ２１８にプリエンプティブに６２０でステージングすることによって、次のスキャンの間にフル・ストライドがキャッシュ２１８に存在するようにする。一方、ステップ６１８において、ストライドからデータが欠落していない場合、プリエンプティブ・ステージングは必要ない。次いで、方法６００は、順序付きリストがまだストライドを含むかを６１４で判定し、そうである場合、順序付きリストの次のストライドを６０４で検査する。

順序付きリスト内の全てのストライドが６０４で検査されると、方法６００は終了し、次のスキャンが開始するのを６０２で待機する。特定の実施形態では、次のスキャンは直ちに開始される。他の実施形態では、前のスキャンが終了し、一定時間が経過した後に、次のスキャンが開始される。さらに他の実施形態では、スキャンは一定間隔で発生し、次の一定間隔の開始時に次のスキャンが開始される。

図７を参照すると、ＲＡＩＤアレイ３０２からプリエンプティブにステージングされているストライドの数を調節するための方法７００の一実施形態が示されている。図示のように、方法７００は、キャッシュ２１８内のストライドにプリエンプティブ・ステージングが必要かを７０２で判定する。そうである場合、方法７００は、プリエンプティブにステージングされているストライドの数が高閾値（たとえば、５０個）を上回るかを７０４で判定する。そうである場合、方法７００はストライドを７０６でキューに入れる。ステップ７０４において、プリエンプティブにステージングされているストライドの数が高閾値を下回る場合、方法７００は、現在プリエンプティブにステージングされているストライドの数を７０８でインクリメントし、そのストライドのプリエンプティブ・ステージングを７０８で開始する。

ステップ７１０において、ストライドのプリエンプティブ・ステージングが完了した場合、方法７００は、現在プリエンプティブにステージングされているストライドの数を７１２でデクリメントする。次いで、方法７００は、現在プリエンプティブにステージングされているストライドの数が低閾値（たとえば、４０個）を下回るかを７１４で判定する。そうである場合、方法７００は、現在キューにストライドがあるかを７１６で判定する。そうである場合、方法７００は、現在プリエンプティブにステージングされているストライドの数を７０８でインクリメントし、キュー内の次のストライドのプリエンプティブ・ステージングを７０８で開始する。キューにストライドがない場合、方法７００は一番上に戻って、他のストライドがプリエンプティブにステージングされる必要があるかを７０２で判定し、またはストライドのプリエンプティブ・ステージングが完了したかを７１０で判定する。

図中のフローチャートおよびブロック図は、本発明の様々な実施形態によるシステム、方法、およびコンピュータ使用可能媒体の可能な実装形態のアーキテクチャ、機能、および動作を示している。これに関して、フローチャートまたはブロック図の各ブロックは、指定された論理的機能（複数可）を実装するための１つまたは複数の実行可能命令を含むモジュール、セグメント、またはコードの一部を表し得る。いくつかの代替的実装形態では、ブロックに記載した機能は、図示した順序以外で行われ得ることにも留意されたい。たとえば、関与する機能に応じて、連続して示した２つのブロックは、実際には実質的に同時に実行され得、またはそれらのブロックは、場合により逆の順序で実行され得る。ブロック図またはフローチャート図あるいはその両方の各ブロック、およびブロック図またはフローチャート図あるいはその両方におけるブロックの組み合わせは、指定された機能もしくは行為、または専用ハードウェアおよびコンピュータ命令の組み合わせを実行する専用のハードウェア・ベースのシステムによって実装され得ることにも気付くであろう。

Claims

ＲＡＩＤアレイへのデステージ性能を改善するための方法であって、
ＲＡＩＤアレイにデステージされる準備ができている第１のストライドについてキャッシュを定期的にスキャンすることと、
前記キャッシュをスキャンしている間に、前記ＲＡＩＤアレイにデステージされる準備が現在できていないが、前記キャッシュの後続のスキャン中にデステージされる準備ができる可能性が高い第２のストライドを識別することと、
前記後続のスキャンに備えて、前記ＲＡＩＤアレイから前記キャッシュへの前記第２のストライドの欠落データのプリエンプティブ・ステージングを開始することと、
前記後続のスキャンが発生した場合に、前記キャッシュから前記ＲＡＩＤアレイに前記第２のストライドを前記キャッシュからデステージすることと、
を含む、方法。
前記キャッシュに記憶された各ストライドの各データ要素についてカウントを維持することをさらに含み、前記カウントは、前記データ要素が書き込まれるたびにインクリメントされ、前記データ要素がスキャンされるたびにデクリメントされる、請求項１に記載の方法。
前記第１のストライドの各データ要素は、第１の指定された閾値以下のカウントを有する、請求項２に記載の方法。
前記第１の指定された閾値はゼロである、請求項３に記載の方法。
前記第２のストライドの各データ要素は、第２の指定された閾値以下のカウントを有する、請求項２に記載の方法。
前記データ要素はトラックである、請求項２に記載の方法。
プリエンプティブ・ステージングを開始することは、指定された閾値までの数の第２のストライドに対してプリエンプティブ・ステージングを開始することを含む、請求項１に記載の方法。
ＲＡＩＤアレイへのデステージ性能を改善するためのコンピュータ・プログラム製品であって、前記コンピュータ・プログラム製品は、コンピュータ使用可能プログラム・コードが具現化された非一過性コンピュータ可読記憶媒体を含み、前記コンピュータ使用可能プログラム・コードは、少なくとも１つのプロセッサによって実行された場合に、
ＲＡＩＤアレイにデステージされる準備ができている第１のストライドについてキャッシュを定期的にスキャンすることと、
前記キャッシュをスキャンしている間に、前記ＲＡＩＤアレイにデステージされる準備が現在できていないが、前記キャッシュの後続のスキャン中にデステージされる準備ができる可能性が高い第２のストライドを識別することと、
前記後続のスキャンに備えて、前記ＲＡＩＤアレイから前記キャッシュへの前記第２のストライドの欠落データのプリエンプティブ・ステージングを開始することと、
前記後続のスキャンが発生した場合に、前記キャッシュから前記ＲＡＩＤアレイに前記第２のストライドを前記キャッシュからデステージすることと、
を行うように構成される、コンピュータ・プログラム製品。
前記コンピュータ使用可能プログラム・コードは、前記キャッシュに記憶された各ストライドの各データ要素についてカウントを維持するようにさらに構成され、前記カウントは、前記データ要素が書き込まれるたびにインクリメントされ、前記データ要素がスキャンされるたびにデクリメントされる、請求項８に記載のコンピュータ・プログラム製品。
前記第１のストライドの各データ要素は、第１の指定された閾値以下のカウントを有する、請求項９に記載のコンピュータ・プログラム製品。
前記第１の指定された閾値はゼロである、請求項１０に記載のコンピュータ・プログラム製品。
前記第２のストライドの各データ要素は、第２の指定された閾値以下のカウントを有する、請求項９に記載のコンピュータ・プログラム製品。
前記データ要素はトラックである、請求項９に記載のコンピュータ・プログラム製品。
プリエンプティブ・ステージングを開始することは、指定された閾値までの数の第２のストライドに対してプリエンプティブ・ステージングを開始することを含む、請求項８に記載のコンピュータ・プログラム製品。
ＲＡＩＤアレイへのデステージ性能を改善するためのシステムであって、
少なくとも１つのプロセッサと、
前記少なくとも１つのプロセッサに動作可能に結合され、前記少なくとも１つのプロセッサ上で実行するための命令を記憶する少なくとも１つのメモリ・デバイスと、
を備え、前記命令は前記少なくとも１つのプロセッサに、
ＲＡＩＤアレイにデステージされる準備ができている第１のストライドについてキャッシュを定期的にスキャンすることと、
前記キャッシュをスキャンしている間に、前記ＲＡＩＤアレイにデステージされる準備が現在できていないが、前記キャッシュの後続のスキャン中にデステージされる準備ができる可能性が高い第２のストライドを識別することと、
前記後続のスキャンに備えて、前記ＲＡＩＤアレイから前記キャッシュへの前記第２のストライドの欠落データのプリエンプティブ・ステージングを開始することと、
前記後続のスキャンが発生した場合に、前記キャッシュから前記ＲＡＩＤアレイに前記第２のストライドを前記キャッシュからデステージすることと、
を行わせる、システム。
前記命令は前記少なくとも１つのプロセッサに、前記キャッシュに記憶された各ストライドの各データ要素についてカウントを維持することをさらに行わせ、前記カウントは、前記データ要素が書き込まれるたびにインクリメントされ、前記データ要素がスキャンされるたびにデクリメントされる、請求項１５に記載のシステム。
前記第１のストライドの各データ要素は、第１の指定された閾値以下のカウントを有する、請求項１６に記載のシステム。
前記第２のストライドの各データ要素は、第２の指定された閾値以下のカウントを有する、請求項１６に記載のシステム。
前記データ要素はトラックである、請求項１６に記載のシステム。
プリエンプティブ・ステージングを開始することは、指定された閾値までの数の第２のストライドに対してプリエンプティブ・ステージングを開始することを含む、請求項１５に記載のシステム。