JP4327503B2 - ハードディスクの制御方法及び制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はファイルの保管や参照に複数のハードディスクを備える情報処理装置におけるハードディスクの制御方法及び制御装置に関する。
【０００２】
パーソナルコンピュータ等の情報処理装置においてプログラムやデータを大量に格納するハードディスクは，その機能の重要性から信頼性と共にできるだけ長く機能を保持すること，すなわち長寿命を保つことが求められている。
【０００３】
【従来の技術】
従来，パーソナルコンピュータ等で用いられるハードディスクの寿命は数年であり，信頼性を改善するための方法としてＲＡＩＤ（Redundant Array of Independent Disks) が知られている。それは, ハードディスクなどの記憶装置を複数台用いてアクセスを分散させることにより, 高速, 大容量で信頼性の高いディスク装置を実現するための技術であり,1987 年に米国ＵＣＢ（University of California,Berkeley : カリフォルニア大学バークレー校）のDavid A. Pattersonらによって提唱された。ＲＡＩＤはその機能によって，いくつかの段階に分けることができる。最も単純なものでは複数台のディスクにデータを分散させてアクセス速度を向上させるだけであるが，高度なものになると，書込むデータにパリティやエラー訂正データを付加してさらにそれらを複数台に分散させ，１台故障してもデータが失われないようにするものまである。
【０００４】
ＲＡＩＤはＲＡＩＤ０からＲＡＩＤ６までの７段階のレベルが定義されている。機能的にはストライピング（striping: データを複数のドライブに分散させて，同時に読み書きすることによりアクセス速度の向上を図る）や，ミラーリング（mirroring:同一データを複数のドライブに分散して書込み，単体のドライブよりも信頼性を向上させる），パリティチェック（parity check: データエラーを検出する機能) ，ＥＣＣ（Error Check and Correct:データエラー検出と訂正の機能) ，分散書込み（１つのドライブが故障しても，他のドライブからデータを復元可能にする）等の技術を組み合わせて，これらのＲＡＩＤレベルを実現している。
【０００５】
また，ハードディスクを取り外し可能とすることで，故障したハードディスクを迅速に交換できるようにする技術もある。
【０００６】
従来のハードディスクの寿命は主にモータやベアリング等の稼働部品によって決定する傾向がある。そのため，省電力や寿命改善のために，一定時間アクセスがないとハードディスクをスタンバイ／停止状態にする機能を設ける技術も実現されている。
【０００７】
また，入出力に対するレスポンス及びハードディスクの寿命の低下を招くことなく，省電力効果の大きい，安価な複数ハードディスク環境における省電力制御システム及び省電力制御方法と省電力制御システムが提案されている（特許文献１参照）。
【０００８】
その技術は，各ハードディスクへのファイルへの入出力を監視して，各ハードディスクへのアクセス頻度とアイドル時間を検出し，アクセス頻度の低いハードディスクドライブにおけるアクセス頻度の高いファイルをアクセス頻度の高いハードディスクドライブへコピーすることにより，省電力モードに移行したものの僅かにファイルアクセスがあるために常にモータ起動状態になるハードディスクドライブをなくすことにより，省電力効果を向上するものである。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００１−９３２２０号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
近年はハードディスクを使用する個人またはビジネスに使用するパーソナルコンピュータ等の情報処理装置において，ハードディスクは基本ソフトを初めとし，各種のアプリケーションソフトやデータを格納する一方，最近では，ビデオテープの代わりにハードディスクを大容量の記録メディアとして採用したＰＶＲ（Personal Video Recorder)にも利用されるようになっており，パーソナルコンピュータにおいてもビデオ信号をハードディスクに記録する機構を備え，そのハードディスクを故障なく，長い期間使用できることが望まれている。すなわち，利用者はハードディスクの寿命をできるだけ長くすることによりハードディスクを交換する等の手間をできるだけ長い期間しないで済むことを望んでいる。
【００１１】
このような要求に対し，上記のＲＡＩＤによるミラーリングや，エラー訂正は，エラーが発生した時に故障したハードディスクを迅速に交換するための技術であり，交換を前提としない場合は，装置全体の寿命改善に効果がなかった。
【００１２】
また，上記特許文献１の技術も，特定のハードディスクに負荷が集中するようにしたものだが，入出力の監視や，ファイルやハードディスクのアクセス頻度や，アイドル時間を検出して記録しなければならないなど，複雑な処理が必要である。
【００１３】
本発明は簡単な処理によりハードディスクのみかけ上の寿命を延ばすことができる情報処理装置におけるハードディスクの制御方法及び制御装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
図１は本発明の原理構成を示す図である。図中，１は処理装置であり，ＣＰＵ及びメモリを含む，１０はＯＳ，１０ａはファイルシステム，１１はハードディスクの制御を行うハードディスク制御部，１１ａは主使用ハードディスク切替処理部，１１ｂは書込処理部，１１ｃは読込処理部であり，１１ｄはファイル移動処理部，１１０は切替間隔（または切替周期）や主使用ハードディスク等の情報を含む制御情報格納部，１２は処理装置１に内蔵するタイマである。２−１〜２−３はそれぞれハードディスク，３は外部周辺機器である。この構成では，ハードディスクを３台設けた例を示すが，この台数に限定されるものではない。なお，各ハードディスク２−１〜２−３は，一定時間使用されないと自動的に駆動（ディスクの回転）を停止する周知の機構を備えている。
【００１５】
処理装置１を起動（電源投入）した場合，ハードディスク制御部１１は主使用ハードディスク切替処理部１１ａを起動する。主使用ハードディスク切替処理部１１ａは起動すると，主に（メインとして）使用するハードディスクを決定する，この場合の決定方法としては，複数のハードディスクを平均して使用するように主使用ハードディスクを切替えるもので，具体的には例えば，現在の日付に基づいて，予め設定された一定の間隔（例えば１０日毎）をあけて順番に切替える方法を採用することができ，主使用ハードディスク切替処理部１１ａは，起動時，通常処理時及び終了時に予め設定された切替間隔（または切替周期）になったかタイマ１２を用いて判別し，切替間隔になると主使用ハードディスクを次の順番のハードディスクに切替える。切替間隔や，主使用ハードディスクの情報はハードディスク制御部１１内の制御情報格納部１１０の一部として保持される。
【００１６】
起動後にハードディスクに対して書込みの要求が発生すると書込処理部１１ｂにおいて，現在の主使用ハードディスクに対して要求された書込みが可能か判別し，可能なら書込みを実行し，書込みが不可の場合（書込むのに必要な空き容量が不足）は，ファイル移動処理部１１ｄを起動して，主使用ハードディスクに現在格納されたデータを他のハードディスク（主使用ハードディスク以外）に転送することにより空きの領域を作り，主使用ハードディスクに作成された空き領域を用いて書込みの処理が行われる。
【００１７】
また，ハードディスクに読込みの要求が発生すると，読込処理部１１ｃにおいて，現在の主使用ハードディスクに対して要求されたデータが存在するか判別し，存在しないと，他のハードディスクを探して検出されると，ファイル移動処理部１１ｄを起動して，他のハードディスクから主使用ハードディスクに該当するデータを転送する。転送が行われると，読込処理部１１ｃにより主使用ハードディスクから読込処理を行う。
【００１８】
このようにして，主使用ハードディスクを一定の条件に基づいて順次切替えて使用することにより，複数（ｎとする）のハードディスクを同じように使用（駆動）することにより，１台のハードディスクの寿命をＬとすると，理論的にはｎ×Ｌの寿命にすることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図２は複数のハードディスク内のファイル構造例である。図中，２−１〜２−３は上記図１の同じ符号に対応し，３つのハードディスクである。各ハードディスク２−１〜２−３内の，２０−１〜２０−３はオペレーティングシステム（ＯＳ）等の構成ファイルで，装置を動作させている時に頻繁にアクセスが発生するファイル群である基本ソフト，２１−１〜２１−３はデータ本体のファイル名，各ファイルの格納されたディスク（１〜３），ファイルの容量，ファイルの更新日付，各ディスクの空き容量，その他，ファイルのサムネイル等の情報をテーブルに保持するインデックス，２２−１０，２２−１１，２２−２，２２−３はサーバに保管されたファイルのデータである。
【００２０】
図３は主使用ハードディスク切替の処理フローであり，上記図１の主使用ハードディスク切替処理部のフローチャートである。
【００２１】
電源を投入すると，主使用ハードディスクＸを決定する（図３のＳ１）。なお，Ｘはハードディスクの番号とし，図２のように３つのハードディスクを備える場合は，Ｘは１，２，３の何れかの番号となる。
【００２２】
図４は主使用ハードディスク決定機能の説明図である。この例では，年月日を保持する実時間クロック（ＲＴＣ：Real Time Clock)３０を使用し，年月日とハードディスクの対応表３２を参照して計算部３１で，主使用ハードディスクを求める。図２のように３台のハードディスク２−１〜２−３を使用して一ヵ月おきに主使用ハードディスクを切替える場合，対応表３２は次のような内容になる。
【００２３】
１月，４月，７月，１０月→ハードディスク２−１
２月，５月，８月，１１月→ハードディスク２−２
３月，６月，９月，１２月→ハードディスク２−３
決定した主使用ハードディスクの情報は，ハードディスクの制御部に通知される。なお，主使用ハードディスクの切替周期は，１週間単位または１０日単位というように，任意の周期を設定することができる。
【００２４】
次に図３の処理に戻って，各ディスクの「基本ソフト」，「インデックス」の更新日付がずれているか判別する（図３のＳ２）。この「基本ソフト」，「インデックス」の更新日付のずれの判別の説明図を図５に示す。図５には２つのハードディスク２−１，２−２だけ示し，基本ソフト２０−１，２０−２と，インデックス２１−１，２１−２はそれぞれ書き換えが行われた日付と時間情報を持つ。通常，本発明による終了処理（電源断等）に，各ハードディスク中の基本ソフト／インデックスを最新の状態に同期しているため，再度起動したときも各基本ソフト／インデックスの日付は図５に示す例のように同一のはずである。しかし，停電等，同期手順を実行せずに終了したような場合には，同期は行われていない。そのため，起動時に再度確認を行うことで，同期が行われる事を確実にする。
【００２５】
図３のＳ２において更新日付がずれていることが判別されると，更新日付が最新のものに合わせて同期をとる（図３のＳ３）。
【００２６】
図６は更新日付がずれた場合の同期をとる例を示し，上記図５と同様に２つのハードディスク２−１，２−２だけ示し，図６のＡ．にはハードディスク２−１の基本ソフトとインデックスの各更新日付がハードディスク２−２の基本ソフトとインデックスの各更新日付と異なり，何れが最も新しい日付であるかを検索する。この検索で最も新しい更新日付の基本ソフトとインデックス（通常は，主使用ハードディスク中の基本ソフトとインデックス）を検出すると，図６のＢに示すように最も新しい基本ソフト／インデックスを別のハードディスクにコピーする。これにより，各ハードディスクがすべて最新の基本ソフトとインデックスを持った状態になる。
【００２７】
図３の説明に戻り，上記のＳ２において更新日付がずれてない場合及びＳ３で同期をとった場合，主使用ハードディスクを使用して通常動作が行われ（図３のＳ４），通常動作の合間（一定周期）でハードディスク交代時機（前回の交代から一定の時間が経過したか等）か判別する（同Ｓ５）。交代時機である場合は，現在の主使用ハードディスクＸの番号を＋１した（Ｘ＋１）番のハードディスクにハードディスクＸのインデックスをコピーし（図３のＳ６），ハードディスク（Ｘ＋１）の基本ソフトに制御動作を移動し（同Ｓ７），ステップＳ４の通常動作を行う。
【００２８】
ハードディスクの交代時機でない場合は，終了処理か判別し（図３のＳ８），終了処理でなければステップＳ４の通常動作に戻り，終了処理の場合は，各ディスクの基本ソフトとインデックスを同期して（同Ｓ９），終了処理（電源断）を行う（同Ｓ１０）。
【００２９】
図７は書込みの処理フローであり，上記図１の書込処理部１１ｂにおいて実行される。書込処理の要求に応じて書込処理を開始すると，主使用ハードディスクに対して書込処理を実行し（図７のＳ１），書込終了か判別し（同Ｓ２），終了した場合は書込みをしたデータについてインデックスを作成し（同Ｓ３），書込を終了する（同Ｓ４）。書込みが終了しない場合は，ディスクが足りないか判別し（図７のＳ５），足りる場合はステップＳ１に戻り，足りない場合はファイル移動処理（後述する図９参照）を実行して（同Ｓ６），空きファイルを作成して，ステップＳ１に戻る。
【００３０】
図８は読込みの処理フローであり，上記図１の読込処理部１１ｃにおいて実行される。読込対象のファイルを指定した読込みの要求に対して読込処理を開始すると，主使用ハードディスクのインデックスを検索して対象ファイルがあるか確認し（図８のＳ１），対象ファイルが主使用ハードディスクにあると，主使用ハードディスクから読込みを行い（同Ｓ６），対象ファイルが主使用ハードディスクにない場合には，主使用ハードディスクに他のハードディスクから対象ファイルを移動するための処理を行う（同Ｓ２）。この時，主使用ハードディスクに対象ファイルを格納するのに必要な空き容量があって移動ができたか判別する（同Ｓ３）。空き容量が足りなくて移動ができなかった場合は後述するファイル移動処理（図９参照）を実行する（図８のＳ４）。ファイル移動処理により空き容量ができると，主使用ハードディスクに読込み対象ファイルを移動し，インデックスを書き換える（同Ｓ５）。上記ステップＳ３において対象ファイルの移動ができた（容量が足りた）場合と，ステップＳ５のファイルの移動を実行した場合及び上記ステップＳ１で対象ファイルが主使用ハードディスクにあると判別された場合は，主使用ハードディスクから読込みを行って（図８のＳ６），読込を終了する。
【００３１】
図９はファイル移動の処理フローである。この処理は上記図１のファイル移動処理部１１ｄにおいて実行され，上記図７のＳ６及び図８のＳ４において実行される。
【００３２】
ファイル移動処理を開始すると，主使用ハードディスク中最も古いファイルを「注目ファイル」とし，前回主使用ハードディスクだったディスクを「注目ディスク」として設定し（図９のＳ１），注目ファイルを注目ディスクに移動できるか判別する（同Ｓ２）。この場合，前回の主使用ハードディスクに現在の主使用ハードディスクの最も古いファイルを移動できる領域があるかを判別するもので，移動可能な場合は，注目ファイルを注目ディスクに移動し（図９のＳ３），移動したファイルのインデックスを書き換えて（同Ｓ４），主処理に復帰する（同Ｓ５）。ステップＳ２で移動できないと判別されると，他のディスク（前前回及び更に前の主使用ハードディスクを含む）に移動できるか判別し（図９のＳ６），移動できると当該他のディスクを「注目ディスク」として設定し，上記のステップＳ３に移行する。
【００３３】
他のディスクに移動できない場合（他のディスクに上記最も古いファイルを移動できる空き容量がない場合），主使用ハードディスク中で，今注目しているファイルより小さいファイルであり，且つ最も古いファイルを新たな注目ファイルとするが（図９のＳ８），新たな注目ファイルが無いか判別し（同Ｓ９），ある場合（Ｎの場合）は上記ステップＳ２に戻り，新たな注目ファイルについて上記と同様の処理が実行される。ステップＳ９で新たな注目ファイルが無い場合（ＹＥＳ）の場合は全ディスクが一杯である旨，メッセージを表示して終了する（同Ｓ１０）。
【００３４】
本発明は，ハードディスクの障害を検知し，他のハードディスクにデータを退避するサーバに応用することができる。具体的には，現在のハードディスクの多くは，ＳＭＡＲＴ（Self-Monitoring Analysis and Reporting Technology)と呼ばれる機能を備えている。すなわちＳＭＡＲＴは，事前にＩＤＥ（Integrated Drive Electronics) ハードディスクの故障・不具合を検査し，シークエラーや温度異常等から障害がある前触れがあった場合，それをシステムに報告する機能を持ち，この機能を使用することによって物理的にハードディスクが故障する前に，システムの管理者はデータのバックアップ等を行っている。この機能を利用することで，あるハードディスクから故障する可能性がある旨を通知された時，本発明によりそのハードディスクのデータを他のハードディスクに写し，併せてインデックスを更新することで，実際に故障するリスクが高まった場合にも，装置を稼働し続けることができると共に，全体の寿命を延ばすことが可能となる。
【００３５】
（付記１） 複数のハードディスクを備える情報処理装置におけるハードディスクの制御方法であって，ハードディスクを制御するハードディスク制御部は，起動時に予め設定された切替周期で主に使用する一つのハードディスクを主使用ハードディスクとして決定し，通常動作時にはハードディスクへのアクセスは前記主使用ハードディスクを主として使用し，通常動作中に前記切替周期になったかのチェックを行って，切替周期毎に主使用ハードディスクを予め決められた順に切替えて使用することを特徴とするハードディスクの制御方法。
【００３６】
（付記２） 付記１において，前記複数のハードディスクは，オペレーティングシステムを含む基本ソフトと，インデックス及びファイルとで構成され，
前記主使用ハードディスクが前記切替周期で切替え時に，前記基本ソフトとインデックスの更新日付を用いて全てのハードディスクについて最新の状態に同期させることを特徴とするハードディスクの制御方法。
【００３７】
（付記３） 付記１において，前記ハードディスク制御部は，通常動作時に主使用ハードディスクに対して書込み処理を実行する時，前記主使用ハードディスクに書込むのに必要な空き領域が無い場合は，主使用ハードディスクのファイルを他のハードディスクに移動し，前記ファイルを移動した主使用ハードディスクに対して書込み処理を行うことを特徴とするハードディスクの制御方法。
【００３８】
（付記４） 付記１において，前記ハードディスク制御部は，通常動作時に主使用ハードディスクに対して読込み処理を実行する時，前記主使用ハードディスクに対象ファイルが無い場合は，他のハードディスクから前記主使用ハードディスクに対象ファイルを移動し，移動した対象ファイルを前記主使用ハードディスクから読込むことを特徴とするハードディスクの制御方法。
【００３９】
（付記５） 付記３または付記４の何れかにおいて，前記ファイルの移動の処理は，主使用ハードディスク内の最も古いファイルを他のハードディスクに移動できるか判別して，移動可能な場合は前記最も古いファイルを前記他のハードディスクに移動し，前記最も古いファイルを移動できるハードディスクが無いと，前記主使用ハードディスクの他のファイルについて他のハードディスクに移動できるか判別して，移動可能な場合は前記他のファイルを他のハードディスクに移動することを特徴とするハードディスクの制御方法。
【００４０】
（付記６） 複数のハードディスクを備える情報処理装置におけるハードディスクの制御装置であって，ハードディスクを制御するハードディスク制御部は，起動時に予め設定された切替周期で主に使用する一つのハードディスクを主使用ハードディスクとして決定し，通常動作時にはハードディスクへのアクセスは前記主使用ハードディスクを主として使用するよう決定し，通常動作中に前記切替周期になったかのチェックを行って，切替周期毎に主使用ハードディスクを予め決められた順に切替えて使用する制御を行う主使用ハードディスク切替処理部と，ハードディスクへの書込み時に前記主使用ハードディスクに書込むのに必要な空き領域が無い場合は，主使用ハードディスクのファイルを他のハードディスクに移動して書込みを行う書込処理部と，ハードディスクからの読込み時に前記主使用ハードディスクに対象ファイルが無いと，他のハードディスクから前記主使用ハードディスクに対象ファイルを移動して読込みを行う読込処理部とを備えることを特徴とするハードディスクの制御装置。
【００４１】
【発明の効果】
本発明によればハードディスク的な機構を新たに設けることなく，複数のハードディスクを備えた情報処理装置におけるハードディスク全体の見かけ上の寿命を実質的に延ばすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理構成を示す図である。
【図２】複数のハードディスク内のファイル構造例を示す図である。
【図３】主使用ハードディスク切替の処理フローを示す図である。
【図４】主使用ハードディスク決定機能の説明図である。
【図５】更新日付のずれの判別の説明図である。
【図６】更新日付がずれた場合の同期をとる例を示す図である。
【図７】書込みの処理フローを示す図である。
【図８】読込みの処理フローを示す図である。
【図９】ファイル移動の処理フローを示す図である。
【符号の説明】
１ 処理装置（ＣＰＵ及びメモリ）
１０ ＯＳ
１０ａ ファイルシステム
１１ ハードディスク制御部
１１ａ 主使用ハードディスク切替処理部
１１ｂ 書込処理部
１１ｃ 読込処理部
１１ｄ ファイル移動処理部
２−１〜２−３ ハードディスク
３ 外部周辺機器

Claims (2)

1. 複数のハードディスクを備える情報処理装置におけるハードディスクの制御方法であって，
   ハードディスクを制御するハードディスク制御部は，起動時に予め設定された切替周期で，ハードディスクへの書込み及び読込みの要求に対してデータの書込処理と読込処理を主に実行する一つのハードディスクを主使用ハードディスクとして決定し，
   通常動作時に主使用ハードディスクに対して書込み処理を実行する時，前記主使用ハードディスクに書込むのに必要な空き領域が無い場合は，主使用ハードディスクのファイルを他のハードディスクに移動し，前記ファイルを移動した主使用ハードディスクに対して書込処理を行い，
   通常動作時に主使用ハードディスクに対して読込み処理を実行する時，前記主使用ハードディスクに対象ファイルが無い場合は，他のハードディスクから前記主使用ハードディスクに対象ファイルを移動し，前記移動した対象ファイルを前記主使用ハードディスクから読込み，
   通常動作中に前記切替周期になったかのチェックを行って，切替周期毎に主使用ハードディスクを予め決められた順に切替えて使用することを特徴とするハードディスクの制御方法。
2. 複数のハードディスクを備える情報処理装置におけるハードディスクの制御装置であって，
   ハードディスクを制御するハードディスク制御部は，起動時に予め設定された切替周期で主に使用する一つのハードディスクを主使用ハードディスクとして決定し，通常動作時にはハードディスクへのアクセスは前記主使用ハードディスクを主として使用するよう決定し，通常動作中に前記切替周期になったかのチェックを行って，切替周期毎に主使用ハードディスクを予め決められた順に切替えて使用する制御を行う主使用ハードディスク切替処理部と，
   ハードディスクへの書込み時に前記主使用ハードディスクに書込むのに必要な空き領域が無い場合は，主使用ハードディスクのファイルを他のハードディスクに移動して書込みを行う書込処理部と，
   ハードディスクからの読込み時に前記主使用ハードディスクに対象ファイルが無いと，他のハードディスクから前記主使用ハードディスクに対象ファイルを移動して読込みを行う読込処理部とを備えることを特徴とするハードディスクの制御装置。

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