JP3187525B2 - バス接続装置 - Google Patents

バス接続装置

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JP3187525B2
JP3187525B2 JP14505392A JP14505392A JP3187525B2 JP 3187525 B2 JP3187525 B2 JP 3187525B2 JP 14505392 A JP14505392 A JP 14505392A JP 14505392 A JP14505392 A JP 14505392A JP 3187525 B2 JP3187525 B2 JP 3187525B2
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    • G06F11/00Error detection; Error correction; Monitoring
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    • G06F11/08Error detection or correction by redundancy in data representation, e.g. by using checking codes
    • G06F11/10Adding special bits or symbols to the coded information, e.g. parity check, casting out 9's or 11's
    • G06F11/1076Parity data used in redundant arrays of independent storages, e.g. in RAID systems

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  • Theoretical Computer Science (AREA)
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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Bus Control (AREA)
  • Detection And Correction Of Errors (AREA)
  • Techniques For Improving Reliability Of Storages (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はコンピューターシステム
内に情報を格納するためのディスクアレイに関し、特に
ホストコンピューターシステムと、ディスクアレイ内の
個別ディスクドライバとの間のバスマッピング(bus ma
pping)を与えるルーティングデバイス(routing devic
e)に関する。
【0002】
【従来の技術】並列接続された複数の小さな、かつ安価
なディスクドライブを含むディスクアレイは、コンピュ
ーターシステム内に不揮発性情報格納を行うための単一
の大きなディスクを使用することの廉価な代用品として
出現した。ディスクアレイはホストシステムに単一の大
規模高速ディスクのように見えるが、性能、信頼性、電
力消費および拡大縮小性において単一の大規模磁気ディ
スクよりも優れた点を持っている。
【0003】デイビッド エイ パターソン、ガース
ギブソン、およびランデイー エイチ カッツ共著の
「廉価なディスクからなる冗長アレイの例(A Casefor
Redundant Arrays of Inexpensive Disks)( RAID)」
と題する記事(カルフォルニア大学報告UCB/CSD
87/391、1987年12月号)にはいくつかの
ディスクアレイの設計例が示されている。この記事はR
AIDレベルと呼ばれる五つのレベルのディスクアレイ
構成が記載されている。第一レベルのRAIDはデータ
格納用のN個ディスク(鏡像的ディスク)とこれらデー
タディスクに書き込まれた情報のコピーを格納するため
のN個の付加的「ミラー」ディスクとを含んでいる。R
AIDレベル1の書き込み機能は、二つのディスクにデ
ータが書き込まれることを必要条件とする。その場合、
第二「ミラー」ディスクは第一ディスクに与えられたと
同一の情報を受信する。データが読み取りされるときは
データはいずれのディスクからでも読み取ることができ
る。
【0004】RAID3システムは(N+1)個ディス
クからなる一つ以上の群を含む。各群内で、N個ディス
クはデータの格納に使用され、付加ディスクはパリティ
情報を格納するのに利用される。RAIDレベル3の書
き込みが機能している間、データの各ブロックはN個の
データディスクの中に格納されるように、N個の部分に
分割される。それに対応するパリティ情報は専用のパリ
ティディスクに書き込まれる。データを読み取るとき
は、N個のデータディスクをすべてアクセスしなければ
ならない。パリティディスクはディスクが故障したとき
に情報を再構成するのに使用される。
【0005】RAIDレベル4のシステムもまた(N+
1)個のディスクからなる一以上の群を含み、付加ディ
スクはパリティ情報を格納するのに利用される。RAI
Dレベル4システムは、データが一つ又は多数のデータ
ブロックからなる大きな部分に分割される点でRAID
レベル3システムと異なる。これはデータをディスクに
またがって保存するためにである。書き込みは二つのデ
ィスクすなわちNデータディスクの一つおよびパリティ
ディスクの一つにアクセスすることを必要とする。同様
に、読み取りオペレーションは、代表的な場合、読み取
るべきデータが各ディスクに格納されたブロック長を超
えない限り、N個データディスクのただ一つにアクセス
すれば足りる。パリティディスクはRAIDレベル3シ
ステムにおけると同様、ディスクが故障したときに情報
を再構成するのに使用される。
【0006】RAIDレベル5はRAIDレベル4と同
様であるが、ただしデータに加えてパリティ情報も各群
内の(N+1)個ディスクにまたがって分配されること
が異なる。各群は(N+1)個のディスクを含むが、各
ディスクごとにデータを格納するための複数のブロック
とパリティ情報を格納するための複数のブロックとを含
む。パリティ情報がどこに格納されるかはユーザーによ
り与えられるアルゴリズムにより制御される。RAID
レベル4システムにおけると同様、RAIDレベル5の
書き込みは少なくとも二つのディスクへのアクセスを必
要とする。しかしRAIDレベル4システムで一つの群
への書き込み毎に同一の専用パリティディスクへのアク
セスを必要としたようなことは不要である。この特徴が
同時的書き込みオペレーションの可能性を与えてくれ
る。
【0007】付加ディスクアレイをもつ構成はパリティ
・ストライピング(parity striping、パリティ縞模様
の意)と呼ばれ、ジム グレイ、ボブ ホルスト、およ
びマーク ウォルカー共著の「ディスクアレイのパリテ
ィ・ストライピング:許容可能なスループットを備えた
廉価かつ高信頼度の格納装置(Low-Cost Reliable Stor
age with Acceptable Throughput)」と題するタンデム
コンピューターインコーポレーテッド社発行の記事、タ
ンデムテクニカルレポートNo.90.2、1990年1
月号に発表されている。このパリティストライピングシ
ステムではパリティ情報のみがディスク間に分配され、
パリティは大きな連続量としてマッピングされる。デー
タはディスク間に分割されず、在来の方法で格納され
る。
【0008】コンピューターシステム内で上記のいずれ
かのディスクアレイコンフィギュレーションを利用する
ためには、ホストシステムデータバスと複数のディスク
ドライブとを相互接続するデータ路構造が必要とされ
る。大抵のシステムは複数のディスクドライブとホスト
システムとを相互接続する固定的データ路構造を含んで
いる。しかしながら、そのような固定的構造はいろいろ
の異なる量のディスクドライブあるいはいろいろのRA
IDコンフィギュレーションを許容するためのディスク
アレイシステムを再構成するには支障がある。さらに、
大抵のディスクアレイシステムではホストはアレイコン
トローラとして動作し、パリティの発生および検査を行
うので、ホストのプロセッシング(処理)のオーバーヘ
ッドが増大する結果となる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】それゆえ本発明は、第
一および第二の組のデータバスの間にバスマッピング
(バスの配設)を与える新規かつ有用なバスルーチング
スイッチを与えることを課題とする。
【0010】本発明のもう一つの課題はホストシステム
をディスクアレイに接続するためのバスルーチングスイ
ッチを与えることである。
【0011】本発明のさらに別の課題は、いろいろの異
なるディスクアレイコンフィギュレーションを支えるこ
とのできるホスト-ディスクアレイ間の新規有用なバス
マッピング機構を与えることである。
【0012】本発明のさらに別の課題はパリティの発生
を行うこと、およびルーチングを有する機構を与えるこ
とである。
【0013】
【課題を解決するための手段】上記課題に鑑みて、本発
明は、第一群の複数のバスの選択されたバスと第二群の
複数のバスの選択されたバスを相互に接続する装置であ
って、前記第二群のバスの各々のバスに対応しており、
その出力端が前記第二群の各々のバスに接続され且つそ
の複数の入力端が前記第一群の複数のバスに接続されて
おり、選択された一の前記入力端に接続されたバスを前
記出力端に接続されたバスに接続するマルチプレクサか
ら成る第一群のバスマルチプレクサと、前記第一群のバ
スの各々のバスに対応しており、その出力端が前記第一
群の各々のバスに接続され且つその複数の入力端が前記
第二群の複数のバスに接続されており、選択された一の
前記入力端に接続されたバスを前記出力端に接続された
バスに接続するマルチプレクサから成る第二群のバスマ
ルチプレクサと、その複数の入力端が前記第一群の複数
の各々のバスに接続され、その出力端が前記第一群及び
前記第二群の各々の前記マルチプレクサの入力端の一つ
に接続されたパリティ発生回路と、から構成されたこと
を特徴とするバス接続装置を提供するものである。
【0014】以下に述べる本発明の実施例はディスクア
レイコントローラに接続される四つのバス(四バス)と
ディスクドライブアレイに接続のための六つのバス(六
バス)とを含む。バススイッチは上記四コントローラ側
バスの一つ以上を六アレイ側のバスに選択的に連結する
六個のバスマルチプレクサを含む。バスマルチプレクサ
は各々、パリティ発生器の出力を受信するように接続さ
れ、パリティ発生器は六アレイ側バスのいずれかに出力
を与えることができる。六バスマルチプレクサはコント
ローラからディスクアレイへのデータおよびパリティ情
報の書き込みを可能にする。別に付加されたバスマルチ
プレクサが読み取りオペレーションの期間にデータをア
レイ側バスからコントローラ側バスへ与える。ここに説
明する実施例は、故障したディスクドライブ上に格納さ
れた情報を再構成するとともにパリティ検査情報を得る
ためのための構造体を含む。
【0015】本発明の上記その他の目的、特徴、および
利点は以下の詳細な説明と添付の図面を参照することに
より理解されよう。
【0016】
【実施例】本発明に基づき、第一および第二バス群の間
でデータのルーチング(すなわちデータに経路を与える
こと)を行うための一般的アーキテクチャは図1のブロ
ック線図に示される。このアーキテクチャはディスクア
レイコントローラ(図示してなし)に関連した第一群の
バス(参照符号C1ないしCXで同定される)を、複数の
ディスクドライバに関連した第二群のバス(参照符号D
1ないしDN)に連結する。コントローラバスの数Xおよ
びドライブバスの数Nは互に独立であり、アーキテクチ
ャを与えることによって初めて制限される。図に示され
るすべてのバスは同一の幅を有する。
【0017】このアーキテクチャは三つの主要なブロッ
クで構成される。それらはバススイッチモジュール4
0、パリティモジュール50、および制御モジュール6
0である。バススイッチモジュール40はコントローラ
バスC1ないしCXおよびドライブバスD1ないしDNの間
に接続される。別のバス53がパリティモジュール50
をバススイッチモジュール40に接続する。バススイッ
チモジュール40の内部的構造および動作は図4および
図5に関連して後述する。バススイッチモジュール40
により与えられる機能の説明は以下の通りである。
【0018】バススイッチモジュール40は任意の一コ
ントローラバスと任意の一ドライブバスとの間の一方向
接続を与える。いくつかのコントローラバスと同数のド
ライブバスとの間の多重接続も許される。さらにこのバ
ススイッチモジュールは任意の二つ以上のコントローラ
バスを一つ以上のドライババスへ一方向接続することが
できる。バス53を介して得られるパリティ情報もまた
任意の一ドライブバスに与えられる。
【0019】パリティモジュール50は各コントローラ
バスからデータを受信するための接続子と、バススイッ
チモジュール40にパリティ情報を与えるためのバス5
3への接続子とを有する。パリティモジュール50の内
部構造および動作は図6に関連して後で説明する。パリ
ティモジュール50は、各アクティブコントローラバス
の排他的ORビット演算を行うことによりRAIDレベ
ル3、4、および5についてのパリティ情報を発生す
る。
【0020】パリティモジュール50はまたコントロー
ラバス上に置かれたデータからパリティを再計算するこ
と、および再計算されたパリティを格納されている計算
済みの情報と比較することにより、RAIDレベル3、
4、および5を用いる読み取りアプリケーションにおい
てパリティ情報の検査を行う機能を有する。RAIDレ
ベル3、4、5を用いるアプリケーションにおけるドラ
イブデータの再構成はパリティモジュール50によって
も行われる。喪失したドライブ情報は残りのディスクド
ライブの排他的ORビット演算を行うとにより再構成さ
れる。
【0021】バススイッチモジュール40およびパリテ
ィモジュール50の内部コンフィギュレーションディス
クアレイコントローラ(図示してなし)の指示の下にモ
ジュール60により制御される。制御モジュール60は
またパリティエラー等の問題が生じたときは常にディス
クアレイコントローラに通知する。
【0022】図2には四ホストポートと六アレイポート
とを含むデータ・パリティ交換デバイスが本好ましい実
施例としてブロック線図の形で示されている。ここでは
単一の半導体チップ上に形成された構成が図示してあ
る。ABUF、BBUF、CBUF、DBUFと記され
た四つのホストポートは四つの外部コントローラバスへ
の接続を与える。ADRV、BDRV、CDRV、DD
RV、EDRV、FDRVと記されたアレイポートは六
つの外部ディスクドライブバスに接続する。
【0023】チップ上にはバススイッチモジュール40
およびパリティモジュール50に加えて、ラッチモジュ
ール30が含まれる。このチップ内で内部バスBPAO
UTL、BPBOUTL、BPCOUTL、BPDOU
TLがデータを四つのホストポートに与え、バスBPA
IN、BPBIN、BPACIN、BPDINがホスト
ポートからラッチモジュール30およびパリティモジュ
ール50へデータを伝える。DPAOUT、DPBOU
T、DPCOUT、DPDOUT、DPEOUT、DP
FOUTと記された六っつの内部バスはバススイッチモ
ジュール40からドライブポートへデータを送信し、バ
スDPAIN、DPBIN、DPCIN、DPDIN、
DPEIN、DPFINはアレイポートからのバススイ
ッチモジュール40へデータを与える。
【0024】ラッチモジュール30、バススイッチモジ
ュール40およびパリティモジュール50の内部構造は
それぞれ図3ないし図6に関連して説明する。図3に示
されているのはラッチモジュール30で、これは参照番
号101ないし104で同定されバスBPAIN、BP
BIN、BPACIN、BPDINからデータを受信す
べく接続された四つのラッチを含み、それぞれBPAI
NL、BPBINL、BPACINL、BPDINLを
介して、ラッチされたデータをバススイッチモジュール
40に与える。
【0025】ラッチモジュール30はさらに、バスBP
AOUT、BPBOUT、BPCOUT、BPDOUT
およびPARINを介してバススイッチモジュール40
からデータを受信すべく接続された五つのバスラッチ1
11ないし115を含む。ラッチ111ないし114の
出力はそれぞれバスBPAOUTL、BPBOUTL、
BPCOUTL、BPDOUTLに与えられる。ラッチ
114の出力はバスバスPARINLを介してパリティ
モジュール50に接続される。
【0026】ラッチ101ないし104および111な
いし115は制御モジュール(図示してなし)から受信
する制御信号に応答して受信したデータをラッチし、又
は通過させる。図3にはまた参照番号121ないし12
4および131ないし135で同定されるパリティ検査
回路が示されている。これらは各ラッチ回路の出力に接
続される。各パリティ検査回路はパリティエラーが検出
されたときは常に、制御モジュールに与えられるエラー
信号を発生する。
【0027】図4および5は図2に示すバススイッチモ
ジュール40の内部構造のブロック線図である。バスス
イッチモジュール40は六つの5:1マルチプレクサ1
41ないし146を含む。各マルチプレクサの各対応の
入力端はバスBPAINL、BPBINL、BPACI
NL、BPDINLおよびパリティモジュール50の出
力端であるPAROUTに接続される。マルチプレクサ
141ないし146はバスDPAOUT、DPBOU
T、DPCOUT、DPDOUT、DPEOUT、DP
FOUTにそれぞれ接続される。
【0028】バススイッチモジュール40はさらに、番
号151ないし154で同定される四つの7:1バスマ
ルチプレクサを含む。マルチプレクサ151ないし15
4各々の入力端は各々、対応するバスDPAIN、DP
BIN、DPCIN、DPDIN、DPEIN、DPF
INおよびPAROUTに接続される。6:1マルチプ
レクサ155もまたバスDPAIN、DPBIN、DP
CIN、DPDIN、DPEIN、DPFINに接続さ
れる。マルチプレクサ151ないし155の出力端はそ
れぞれバスBPAOUT、BPBOUT、BPCOU
T、BPDOUTおよびPARINに接続される。
【0029】マルチプレクサ141ないし146各々は
制御モジュール(図示してなし)から受信する選択信号
に応答し、バスBPAINL、BPBINL、BPAC
INL、BPDINLおよびPAROUTの任意の一つ
をマルチプレクサの対応出力バスに連結する。同様にし
てマルチプレクサ151ないし155の各々は制御モジ
ュールから受信する選択信号に応答してバスDPAI
N、DPBIN、DPCIN、DPDIN、DPEI
N、DPFIN、およびPAROUTの任意の一つをこ
れらマルチプレクサの対応出力に接続する。
【0030】パリティモジュール50の内部構造は図6
にブロック線図で例示されている。パリティモジュール
50は四つの4:1マルチプレクサ161ないし164
を含む。マルチプレクサ161はバスBPAINL、B
PAOUTL、PARINLおよびBPAOUTからデ
ータを受信すべく接続される。マルチプレクサ162は
バスBPBINL、BPBOUTL、PARINLおよ
びBPBOUTからデータを受信すべく接続される。マ
ルチプレクサ163はバスBPCINL、BPCOUT
L、PARINLおよびBPCOUTからデータを受信
すべく接続される。マルチプレクサ164はバスBPD
INL、BPDOUTL、PARINLおよびBPDO
UTからデータを受信すべく接続される。
【0031】パリティ情報は計算され、検査される。ド
ライブデータは選択されたバスについて排他的ORビッ
ト演算を行うことにより再構成される。パリティモジュ
ール50は、マルチプレクサ161、162の出力を組
み合わせるべく接続された第一排他的OR回路171
と、マルチプレクサ163、164の出力を組み合わせ
るべく接続された第二の排他的OR回路172と、排他
的OR回路171、172の出力を組み合わせるための
第三排他的OR回路181とを含む。パリティモジュー
ル50の出力は上記三つの排他的OR回路の出力を受信
すべく接続された3:1マルチプレクサ191により与
えられる。マルチプレクサ191の出力はバススイッチ
モジュール40に与えられ、このバススイッチモジュー
ル40が次いでそのパリティデータを上述したように任
意のコントローラ又はドライブバスに与える。
【0032】マルチプレクサ161ないし164は制御
モジュール(図示してなし)から受信した選択信号に応
答して、選択されたデータバスを排他的OR回路17
1、172に連結する。マルチプレクサ191は制御モ
ジュールから受信した選択信号に応答して排他的OR演
算に関与するバスの数を制限する。例えば、RAIDレ
ベル3、4、又は5の書き込みオペレーションの期間
中、パリティを発生するためには四つのバスから受信し
たデータを結合することができるが、RAIDレベル1
に基づくアレイコンフィギュレーションで保存されるデ
ータの検査のためにはただ二つのバスのみを連結すれば
よい。
【0033】当業者は本発明が上記の特定の実施例に限
定されないことを認識できよう。また本発明の要旨を逸
脱することなく種々の設計変更が可能であることを了解
されよう。例えば上記四つのコントローラ側バスおよび
六ドライブバスの間の接続を与えるバススイッチはいろ
いろに変えることができる。またこのスイッチは任意数
のコントローラ又はドライブデータバスを許容するよう
に拡張することができる。さらに、上に開示した構造は
ディスクアレイへの用途に限られず、複数のバス間の可
変接続性が必要な任意の用途に採用できよう。
【0034】
【効果】以上説明したように本発明は複数データバス間
にデータ経路を設ける能力を与える簡単なバススイッチ
を与えることができる。上記の実施例のバススイッチは
ディスクアレイコントローラに関連する第一群のバス
と、ディスクアレイ内の個別的ディスクドライブに関連
する第二群のバスとの間のバスを経路化することがで
き、さらにパリティ情報を発生する能力を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に基づくデータおよびパリティ情報の経
路設定を行うためのアーキテクチャ全体を示すブロック
線図である。
【図2】本発明の好ましい実施例である四ホストポート
および六アレイポートを含むデータ・パリティ交換デバ
イスのブロック線図である。
【図3】図2に示すラッチモジュールのブロック線図で
ある。
【図4】図2に示すバススイッチモジュールの内部構造
のブロック線図の一部である。
【図5】図4に続くブロック線図の残りの部分である。
【図6】図2に示すパリティモジュールのブロック線図
である。
【符号の説明】
ABUF、BBUF、CBUF、DBUF ホストポー
ト ADRV、BDRV、CDRV、DDRV、EDRV、
FDRV アレイポート BPAOUTL、BPBOUTL、BPCOUTL、B
PDOUTL 内部バス BPAIN、BPBIN、BPACIN、BPDIN
バス DPAOUT、DPBOUT、DPCOUT、DPDO
UT、DPEOUT、DPFOUT 内部バス DPAIN、DPBIN、DPCIN、DPDIN、D
PEIN、DPFINバス
フロントページの続き (73)特許権者 592089054 エヌシーアール インターナショナル インコーポレイテッド NCR International, Inc. アメリカ合衆国 45479 オハイオ、デ イトン サウス パターソン ブールバ ード 1700 (73)特許権者 595026416 シンバイオス・インコーポレイテッド アメリカ合衆国 コロラド州 80525 フォート コリンズ ダンフィールド コート 2001 (72)発明者 キース ビー.デュラーク アメリカ合衆国 67037 カンザス、ダ ービー、ヒラ 8652 (72)発明者 ウィリアム ヴィ.コートライト、ザ セカンド アメリカ合衆国 67226 カンザス、ウ イチタ、エヌ.ロック ロード 2801、 #2403 (56)参考文献 特開 平2−81123(JP,A) 特開 平2−90524(JP,A) 国際公開90/280(WO,A1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G06F 3/06 G06F 13/36

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第一群の複数のバスの選択されたバスと
    第二群の複数のバスの選択されたバスを相互に接続する
    装置であって、 前記第二群のバスの各々のバスに対応しており、その出
    力端が前記第二群の各々のバスに接続され且つその複数
    の入力端が前記第一群の複数のバスに接続されており、
    選択された一の前記入力端に接続されたバスを前記出力
    端に接続されたバスに接続するマルチプレクサから成る
    第一群のバスマルチプレクサと、 前記第一群のバスの各々のバスに対応しており、その出
    力端が前記第一群の各々のバスに接続され且つその複数
    の入力端が前記第二群の複数のバスに接続されており、
    選択された一の前記入力端に接続されたバスを前記出力
    端に接続されたバスに接続するマルチプレクサから成る
    第二群のバスマルチプレクサと、 その複数の入力端が前記第一群の複数の各々のバスに接
    続され、その出力端が前記第一群及び前記第二群の各々
    の前記マルチプレクサの入力端の一つに接続されたパリ
    ティ発生回路と、 から構成されたことを特徴とするバス接続装置。
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