JP3705731B2 - 入出力制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、多重化したキャッシュメモリにライトデータを保持する入出力制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
レイド(RAID)制御装置(以下RAID制御装置という)は、通常キャッシュメモリを持ち、サーバからのライト要求に対しては、データをキャッシュメモリに書き込んだだけでライト要求の完了応答をサーバに返す。キャッシュメモリ上のライトデータはサーバへのライト完了応答と非同期でディスク装置に書き出す。このような動作をライトバック動作と呼ぶ。キャッシュメモリを持ちライトバック動作を行うディスク装置のライト要求に対する応答時間はキャッシュメモリを持たないディスク装置に比べて格段(約10倍) に短い。
【0003】
RAID制御装置においては、ライトデータの永続性保証のため、通常2つのキャッシュメモリを持ち、2つのキャッシュメモリにそれぞれライトデータを保持する(2のキャッシュメモリに保持するライトデータを以下では1次データ、2次データという)。このような構成にすることにより、一つのキャッシュメモリに障害が発生しても、もう一つのキャッシュメモリにライトデータが保持されているためデータを失うことはない。
そして、通常、ライトデータの永続性保証のため、キャッシュメモリに障害が発生し、キャッシュメモリが1つになった時点で、すみやかにキャッシュメモリ上のライトデータをディスクに書き戻し、その後はライトデータのデイスクへの書き込み同期を採ってライトデータ完了応答をサーバに返す動作となる。このような動作をライトスルー動作と呼ぶ。 キャッシュメモリ障害により、ライトバック動作からライトスルー動作に移行することにより、ライト要求に対する応答時間は長くなる(約10倍)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上記、キャッシュメモリ障害によりライトスルーに移行することによる性能劣化対策としては、予備のキャッシュメモリを準備しておき、キャッシュメモリ障害時にそれを使用する手法が考えられる。
すなわち、図10(a)に示すように2つのキャッシュメモリCache1,Cache2に加え、通常は使用されない予備のキャッシュメモリCacheXを準備する。
そして、例えばキャッシュメモリCache1の障害時、図10(b)に示すように、予備のキャッシュメモリCacheXにライトデータの一次データと2次データを保持させる。このような構成とすることにより、キャッシュメモリCache1またはCache2に障害が発生しても、ライトバック動作を行うことができる。上記手法をホットスペア方式と呼ぶ。
【0005】
しかしながら、上記した従来方法には、以下の欠点がある。
(1)ホットスペア方式においては、図11(a)に示すように通常使われないキャッシュメモリを用意する必要があり、全てのキャッシュメモリを有効に使用することができない。
(2)ライトデータの永続性保証のため、前記したように2つのキャッシュメモリを使用する場合には、キャッシュメモリを増設する際、図11(b)に示すように必ず2個ずつ増設する必要があり、ホットスペア方式を用いる場合には、さらに通常使用されないキャッシュメモリを用意する必要がある。
本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、全てのキャッシュメモリを有効に使用することができ、キャッシュメモリの増設単位を1つとすることができる入出力制御装置を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
図1は本発明の概要を説明する図であり、図1(a)は本発明の入出力制御装置の概略構成を示し、図1(b)はキャッシュメモリが正常時、障害時、およびキャッシュメモリ増設時における構成情報の一例を示す。
同図(a)において、1−1〜1−nはキャッシュメモリであり、各キャッシュメモリ1−1〜1−nは、ライトデータを2重化し1次データ、2次データとして保持する。
キャッシュメモリ正常時には、図1(b)の正常時の構成情報に示すように、1乃至複数のディスクの領域をキャッシュメモリの個数nに分割し、例えば、ディスク装置2のk(k=1〜n−1)番目の領域Rkに書き出すライトデータの1次データと2次データを、それぞれk番目のキャッシュメモリとk+1番目のキャッシュメモリに保持し、ディスクのn番目の領域Rnに書き出すライトデータの1次データと2次データをそれぞれn番目のキャッシュメモリと1番目のキャッシュメモリに保持する。
そして、処理装置からのライト要求に対して、上記構成情報に基づきデータを各キャッシュメモリに書き込んだ後、ライト要求の完了応答を返し、キャッシュメモリ上のライトデータをライト完了応答と非同期で1乃至複数のディスク装置2に書き出す。
【0007】
キャッシュメモリに障害が発生した場合は、障害が発生したキャッシュメモリが担当していた領域に書き出すライトデータを、残りのキャッシュメモリで分担する。
図1(b)の障害時の構成情報に示すように、1乃至複数のディスクの領域を正常なキャッシュメモリの個数m(m<n)に分割し、例えば、ディスクのk(k=1〜m)番目の領域R’kに書き出すライトデータの1次データと2次データを、それぞれk番目のキャッシュメモリとk+1番目のキャッシュメモリに保持し、ディスクのm番目の領域R’mに書き出すライトデータの1次データと2次データをそれぞれm番目のキャッシュメモリと1番目のキャッシュメモリに保持する。
そして、キャッシュメモリに障害が発生したとき、障害の発生したキャッシュメモリに保持されていた一次データに対応する2次データを直ちにディスク装置に書き出した後、障害発生時の構成情報により、処理装置からのライト要求に対してデータをキャッシュメモリに書き込むとともに、キャッシュメモリからディスク装置にデータを書き出す。
また、キャッシュメモリを増設する場合には、増設時の構成情報に基づき、キャッシュメモリに保持されたデータを移動させた後、例えば図1(b)に示す増設後の構成情報により処理装置からのライト要求に対してデータをキャッシュメモリに書き込むとともに、キャッシュメモリからディスク装置にデータを書き出す。
以上のように、本発明においては、3つ以上のキャッシュメモリで、ライトデータを循環しながら2重化して保持し、あるキャッシュメモリに障害が発生した場合は、障害が発生したキャッシュメモリが担当していた領域に書き出すライトデータを、残りのキャッシュメモリで分担するようにしたので、n>2個の任意の数でキャッシュメモリの構成が可能となる。また、通常使用されないキャッシュメモリを用意する必要がなく、全てのキャッシュメモリを有効に使用することができる。
【0008】
【発明の実施の形態】
図2は本発明の実施例のシステムの全体構成を示す図である。同図において、11はサーバ、12は前記したRAID制御装置であり、前記したようにサーバ11からのライト要求に対しては、データをキャッシュメモリに書き込んだだけでライト要求の完了応答をサーバに返し、キャッシュメモリ上のライトデータはサーバへのライト完了応答と非同期でディスク装置に書き出す(ライトバック動作)。
RAID制御装置12は、インタフェース制御部12aと、構成情報管理部12bと、キャッシュ制御部12cとキャッシュメモリ12dと、ディスクを制御するディスク制御部12eと、複数のディスク装置12fから構成される。構成情報管理部12bには、サーバ11からのライトデータをどのキャッシュメモリに保持させるかを管理するための構成情報が格納されている。
【0009】
図3に図2に示す装置のハードウェア構成例を示す。
同図において、サブシステム制御部101は、チャネルI/F部を介して上位装置に接続されており、サブシステム制御部101はメモリ101a、MPU101b、バスインタフェース部101cを備えており、上記MPU101bはメモリ101aに格納されているプログラムに従って動作する。また、メモリ101aには、プログラムの他に、転送データや制御データが格納される。図3に示すサブシステム制御部101は、図2に示すキャッシュ制御部12c、キャッシュメモリ12dを備えており、図3のサブシステム制御部101は、図2におけるインタフェース制御部12a、構成情報管理部12b、キャッシュ制御部12c、キャッシュメモリ12dから構成される部分に対応する。
103はデバイス制御部であり、デバイス制御部103は、バッファ103a、MPU103b、上記MPU103bを動作させるプログラム等を格納したメモリ103c、バスインタフェース部103dを備えている。
上記サブシステム制御部101とデバイス制御部103はバスBUSを介して接続されており、デバイス制御部103はデバイスI/F部104を介してディスクドライブ群105に接続される。図3に示すデバイス制御部103は図2に示すディスク制御部に対応する
【0010】
本実施例においては、キャッシュメモリは3つのキャッシュメモリ12d−1〜12d−3から構成され、各キャッシュメモリは、ライトデータを2重化して、1次データ、2次データとして保持する。
図4にキャッシュメモリが3つの場合の構成情報の一例を示す。また、図5(a)に通常時の各キャッシュメモリの担当論理ボリュームを、図5(b)にキャッシュメモリ12d−1に障害が発生した場合の担当論理ボリュームを示す。
図4、図5(a)に示すように、通常時、キャッシュメモリ12d−1の担当論理ボリュームを1次データが1〜10、2次データが21〜30とし、キャッシュメモリ12d−2の担当論理ボリュームを1次データが11〜20、2次データが1〜10とし、キャッシュメモリ12d−3の担当論理ボリュームを1次データが21〜30、2次データが11〜20とする。
この状態で例えば、キャッシュメモリ12d−1に障害が発生すると、図4に示す構成情報により、キャッシュメモリ12d−1〜12d−3の担当論理ボリュームは、図5(b)に示すように、キャッシュメモリ12d−2の担当論理ボリュームは1次データが1〜20、2次データが21〜30となり、キャッシュメモリ12d−3の担当論理ボリュームは1次データが21〜30、2次データが1〜20となる。
【0011】
すなわち、3個のキャッシュメモリで、ライトデータを循環しながら2重化し、あるキャッシュメモリに障害が発生した場合は、障害が発生したキャッシュメモリが担当していた論理ボリュームを残りのキャッシュメモリで分担する。
そのため、構成情報には、通常時の各キャッシュメモリが担当する1次データと2次データの論理ボリューム名を定義しておき、さらに、各キャッシュメモリに障害が発生し、キャッシュメモリの数が減った場合の、各キャッシュメモリが担当する1次データおよび2次データの論理ボリューム名を定義しておく。
【0012】
以上の例はキャッシュメモリが3個の場合であるが、一般的には、1〜複数のディスクの領域をキャッシュメモリの個数nに分割し、キャッシュメモリの構成情報として、ディスクのk(k=1〜n−1)番目の領域に書き込むライトデータの1次データと2次データを、それぞれk番目のキャッシュメモリと、k番目以外のキャッシュメモリに順次保持させるように設定する。
また、障害発生時の構成情報として、1乃至複数のディスクの領域を正常なキャッシュメモリの個数m(n<m)に分割し、ディスクのk(0<k≦m−1)番目の領域にライトする1次データと2次データを、それぞれ、k番目のキャッシュメモリと、k番目以外のキャッシュメモリに順次に保持させるように構成情報を設定する。以上により、n(n≧3)個の任意の数のキャッシュメモリの構成が可能となる。さらに、キャッシュメモリ増設時の構成情報を定義しておけば、動作中にキャッシュメモリ増設を行うことができる。
【0013】
次に図6〜図8により、全てのキャッシュメモリが正常に動作している通常時の動作、キャッシュメモリに障害が発生した時の動作、および、キャッシュメモリを増設する場合における動作について説明する。
(1)正常時
全てのキャッシュメモリが正常に動作している場合、図6に示すように、インタフェース制御部12aは、正常時の構成情報を参照し、サーバ11から要求されたライトデータを、構成情報から決まる担当論理ボリュームに対応するキャッシュメモリ(1次データと2次データの両方) にライトし、サーバに完了応答を返す。
一方、各キャッシュ制御部12cは図6に示すように正常時の構成情報を参照し、正常時の構成情報により決まる1次データを管理するキャッシュ制御部12cよりキャッシュメモリ12d−1〜12d−3に書かれたデータをディスク装置12fに書き出す。
【0014】
例えば、論理ボリュームが1〜10の範囲へのライト要求であれば、1 次データをキャッシュメモリ12d−1へ、2次データをキャッシュメモリ12d−2へライトする。キャッシュメモリ12d−1に書かれた1次データは、1次データを管理するキャッシュ制御部12cによりディスク制御部12eを通してディスク装置12fに書き出される。ディスク装置12fへの書き出しが完了すれば、キャッシュメモリ12d−2に書かれた上記2次データはキャッシュメモリ12d−2から削除される。
【0015】
(2)キャッシュメモリに障害が発生した場合
キャッシュメモリi(キャッシュメモリが3個の場合、i=1〜3)に障害が発生すると、図7に示すように、構成情報管理部12bは全インタフェース制御部12aと全キャッシュ制御部12cに通知する。
障害の報告を受けたi+1番目のキャッシュ制御部12cは、ライトデータの永続性保証のため、正常時の構成情報に基づき、図7に示すように障害の発生したキャッシュメモリiが保持していた1次データと同じデータを持つi+1番目のキャッシュメモリ上にある2次データを、ディスク制御部12eを通して、速やかに、ディスク装置12fに書き出す。
一方、各インタフェース制御部12bは、障害の発生が通知されると、キャッシュメモリi障害時の構成情報を参照し、1次データと2次データをキャッシュメモリi障害時の構成情報により決まるキャッシュメモリにライトし、サーバに完了応答を返す。
また、各キャッシュ制御部12c(上記i+1番目のキャッシュ制御部も含む)は、キャッシュメモリiの障害時の構成情報に基づき、1次データを管理するキャッシュ制御部12cよりキャッシュメモリに書かれた1次データをディスク装置12fに書き出す。
【0016】
例えば、前記図5(b)に示すように、キャッシュメモリ12d−1に障害が発生した場合、キャッシュメモリ12d−2上にあるキャッシュメモリ12d−1が担当していた論理ボリューム1から10に対応する2次データを、ディスク制御部12eを通してすみやかにディスク装置12fに書き出す。
また、インタフェース制御部12bは、サーバ11から要求されたライト要求が、例えば、論理ボリューム1〜10の範囲へのライト要求であれば、1次データをキャッシュメモリ12d−2へ、2次データをキャッシュメモリ12d−3にライトし、サーバに完了応答を返す。そして、各キャッシュ制御部12cは障害時の構成情報に基づき、1次データを管理するキャッシュ制御部12cよりキャッシュメモリに書かれた1次データをディスク装置12fに書き出す。
【0017】
(3)キャッシュメモリ数を増設する場合
構成情報管理部12bにはキャッシュ増設前の構成情報に加え、キャッシュ創設後の構成情報が設定され、キャッシュメモリが増設されると、図8に示すように構成情報管理部12bはキャッシュメモリ数の増設を、全インタフェース制御部12aとキャッシュ制御部12cに通知する。
各キャッシュ制御部12cは、図8に示すようにキャッシュメモリ創設後の構成情報に従ったデータ配置になるように、キャッシュメモリ間でデータを移動させる。
そして、キャッシュメモリに書かれたデータは、キャッシュメモリ創設後の構成情報により決まる1次データを管理するキャッシュ制御部12cよりディスク制御部12eを通してディスク装置12fに書き出される。
一方、各インタフェース制御部12aは、図8に示すように1次データと2次データをキャッシュメモリ創設後の構成情報より決まるキャッシュメモリにライトし、サーバ11に完了応答を返す。
【0018】
例えば、図9に示すように、2個のキャッシュメモリ12d−1,12d−2を3個に増設する場合、キャッシュメモリ12d−3の増設が、全インタフェース制御部12aと全キャッシュ制御部12cに通知される。
これにより、各キャッシュ制御部12cは、キャッシュメモリ12d−2の論理ボリューム16〜20に対応する1次データを、図9の点線矢印に示すようにキャッシュメモリ12d−3の論理ボリューム16〜20に対応する1次データに移動する。同時に、キャッシュメモリ12d−1の論理ボリューム11〜15に対応する2次データを、図9の点線矢印に示すようにキャッシュメモリ12d−3の論理ボリューム11〜15に対応する2次データに移動する。
当該キャッシュメモリ間のデータ移動中に発生するライトバツクは、前記したように新しい構成情報で1次データを管理するキャッシュ制御部により、ディスク制御部12eを通してディスク装置12fに書き出される。
【0019】
即ち、論理ボリューム1〜10はキャッシュメモリ12d−1のキャッシュ制御部が、論理ボリューム11〜15はキャッシュメモリ12d−2のキャッシュ制御部が、論理ボリューム16〜20はキャッシュメモリ12d−3のキャッシュ制御部がディスク制御部12eを通してデータをディスク装置12fに書き出す。ライトバックが完了すると、対応する二次データをキャッシュメモリより削除する。
論理ボリューム11〜15に対応するキャッシュメモリ12d−2の2次データは、キャッシュメモリ12d−1かキャッシュメモリ12d−3のいずれかにあるので、キャッシュメモリ12d−1とキャッシュメモリ12d−3の両方のキャッシュ制御部に、2次データ削除を依頼し、2次データがあればキャッシュメモリから削除する。
また、インタフェース制御部12aは、サーバ11から要求されたライトデータを、新構成情報から決まる担当論理ボリュームのキャッシュメモリ(1次データと2次データの両方)にライトし、サーバ11に完了応答を返す。
例えば、論理ボリュームが11〜15の範囲へのライト要求であれば、1次データをキャッシュメモリ12d−2へ、2次データをキャッシュメモリ12d−3へライトする。
【0020】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明においては、3つ以上のキャッシュメモリで、ライトデータを循環しながら2重化して保持し、あるキャッシュメモリに障害が発生した場合は、障害が発生したキャッシュメモリが担当していた領域に書き出すライトデータを、残りのキャッシュメモリで分担するようにしたので、キャッシュメモリの増設単位を1つとすることができ、また、従来のホットスペア方式に比して全てのキャッシュメモリを有効に活用できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の概要を説明する図である。
【図2】本発明の実施例のシステムの全体構成を示す図である。
【図3】本発明の実施例のハードウェア構成例を示す図である。
【図4】キャッシュメモリが3つの場合の構成情報の一例を示す図である。
【図5】通常時および障害時に各キャッシュメモリが担当する論理ボリュームの一例を示す図である。
【図6】キャッシュメモリ正常時の処理フローを示す図である。
【図7】キャッシュメモリ障害発生時の処理フローを示す図である。
【図8】キャッシュメモリ数増設時の処理フローを示す図である。
【図9】キャッシュメモリ増設時の動作を説明する図である。
【図10】従来のホットスペア方式を説明する図である。
【図11】ホットスペア方式の問題点を説明する図である。
【符号の説明】
1−1〜1−n キャッシュメモリ
2 ディスク装置
11 サーバ
12 RAID制御装置
12a インタフェース制御部
12b 構成情報管理部
12c キャッシュ制御部
12d キャッシュメモリ
12e ディスク制御部
12f ディスク装置
Claims (2)
- n(n>2)個のキャッシュメモリを備え、処理装置からのライト要求に対してデータをキャッシュメモリに書き込んだ後、ライト要求の完了応答を返し、キャッシュメモリ上のライトデータをライト完了応答と非同期で1乃至複数のディスク装置に書き出す入出力制御装置であって、
上記入出力制御装置は、正常時、キャッシュメモリの障害時、キャッシュメモリ増設時のキャッシュメモリ構成情報を管理する構成情報管理部を備え、
正常時の上記キャッシュメモリの構成情報として、1乃至複数のディスクの領域をキャッシュメモリの個数nに分割し、ディスクのk(k=1〜n)番目の領域に書き出すライトデータの1次データと2次データを、それぞれk番目のキャッシュメモリとk+1番目のキャッシュメモリに保持し、ディスクのn番目の領域に書き出すライトデータの1次データと2次データをそれぞれn番目のキャッシュメモリと1番目のキャッシュメモリに保持するように構成情報を設定し、
キャッシュメモリの障害発生時の構成情報として、1乃至複数のディスクの領域を正常なキャッシュメモリの個数m(m<n)に分割し、ディスクのk(k=1〜m)番目の領域に書き出すライトデータの1次データと2次データを、それぞれk番目のキャッシュメモリとk+1番目のキャッシュメモリに保持し、ディスクのm番目の領域Rmに書き出すライトデータの1次データと2次データをそれぞれm番目のキャッシュメモリと1番目のキャッシュメモリに保持するように構成情報を設定し、
キャッシュメモリに障害が発生したとき、障害の発生したキャッシュメモリに保持されていた一次データに対応する2次データを直ちにディスク装置に書き出した後、障害発生時の構成情報により、処理装置からのライト要求に対してデータをキャッシュメモリに書き込むとともに、キャッシュメモリからディスク装置にデータを書き出し、
キャッシュメモリ増設時の構成情報として、増設後のキャッシュメモリの個数をp個としたとき、1乃至複数のディスクの領域を正常なキャッシュメモリの個数pに分割し、ディスクのk(k=0〜p)番目の領域に書き出すライトデータの1次データと2次データを、k番目のキャッシュメモリとk+1番目のキャッシュメモリに保持し、ディスクのn番目の領域に書き出すライトデータの1次データと2次データをそれぞれp番目のキャッシュメモリと1番目のキャッシュメモリに保持するように構成情報を設定し、
キャッシュメモリが増設されたとき、上記増設時の構成情報に基づき、キャッシュメモリに保持されたデータを移動させた後、増設後の構成情報により処理装置からのライト要求に対してデータをキャッシュメモリに書き込むとともに、キャッシュメモリからディスク装置にデータを書き出す
ことを特徴とする入出力制御装置。 - 処理装置からのライト要求があったとき、ディスクの各領域にライトする1次データおよび2次データを上記割り当てられたキャッシュメモリに保持させたのち、処理装置にライト要求の完了応答を返し、
上記キャッシュメモリに保持された一次データをディスク装置に書き出した後、その2次データをキャッシュメモリから削除する
ことを特徴とする請求項1の入出力制御装置。
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