JP4794357B2 - Raid装置におけるraidレベル変換方法およびraid装置 - Google Patents
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例えばRAID0はデータをブロック単位で分散して格納するストライピング構成を用いたものであり、RAID1は複数のディスクに同一のデータを格納するミラーリング構成を用いたものである。このストライピング構成とミラーリング構成を併用したRAIDグループを、ここではRAID0+1という。
また、RAID5は、複数のディスクにデータとパリティを分散して格納した構成であり、異常が発生した場合、ディスク上のデータは同一グループのデータとパリティから再生される。
上記冗長度はユーザのシステム構成等に基づき設定するが、システム運用開始後、冗長度や容量、RAIDレベルを変更したいと場合も生ずる。
システムを停止すれば上記冗長度等の変更は容易に行うことが可能であるが、システムを停止することなく、活性状態(ホストからのI/Oを受け付けながら)で、冗長度や容量、RAIDレベルを変更する技術が従来から種々提案されている(例えば特許文献1、特許文献2等参照)。
より詳細にいうと、まさにWrite中の間は、実際のディスクにどこまで書き込まれたかが判らないため、ディスク上のWriteを要求した領域のデータは信用できないものになっているということである。やむおえない事情で、上記バッファが、停電時にバッテリーバックアップされない場合やハード的なメモリ故障の場合に、上述のディスクへのWriteが失敗すると上記バッファ内のデータが失われる恐れがある。
本発明は上述した従来の問題点を解決するためになされたものであって、本発明の目的は、N+1本のディスクから構成されるRAID5から、N−1本のディスクを追加して、同容量となるDisk2×N本で構成されるRAID0+1へのRAIDレベルの変換を行うに際し、一時的にもディスク上にデータが存在しない状態をなくしてLDEを実行できるようにすることである。
(1)最初に、RAID5をRAID4に変換する。この時、RAID5のパリティ部分をテンポラリ領域として利用する。この処理完了後にRAID4のパリティディスクと追加するディスクを用いてミラーリングを作成し、最終的なRAID0+1に変換する。
すなわち、N+1のディスク群から構成されるRAID5のRAIDグループに、N−1のディスク群を追加し、RAID5のディスクのN+1のディスクに分散されて配置されたパリティデータの領域にデータをコピーする処理を繰り返し、コピーが終了したらパリティを作成することにより、データが格納されたディスク群とパリティが格納されたディスクから構成されるRAID4のRAIDグループに変換する(第1の変換処理)。
ついで、上記N+1のディスク群にN−1のディスク群を追加し、上記パリティが格納されたディスクを除くN本のディスクのデータを、上記パリティが格納されたディスクおよび追加されたN−1本のディスクにコピーし、2Nのディスク群から構成されN本のディスク群とその他のN本のディスク群がミラーリング関係にあり、各N本のディスク群がストライピングされているRAID0+1のRAIDグループに変換する(第2の変換処理)。
(2)最初に、RAID5のパリティ部分と追加されたディスクを用いて、RAID5におけるデータ部分のミラーを作成する。この処理完了後に、RAID5だったディスクについて、ディスク間でコピーを行って最終的なRAID0+1に変換にする。ただしこの時、パリティ部分だった箇所に書き込んだデータについてのコピーを最初に行う。
すなわち、N+1のディスク群から構成されるRAID5のRAIDグループに、N−1のディスク群を追加し、RAID5のパリティが格納された領域と、追加されたN−1のディスクを用いて、RAID5のディスク装置のデータ部分のミラーを作成する(第1の変換処理)。
ついで、ディスク間でデータのコピーを行い、2Nのディスク群から構成されN本のディスク群とその他のN本のディスク群がミラーリング関係にあり、各N本のディスク群がストライピングされているRAIDグループに変換する第2の変換処理を行う(第2の変換処理)。
(3)上記RAIDレベル変換処理に際し、上記第1の変換処理と第2の変換処理を、同時に同一の論理ブロックアドレスについ行わないようにする。
例えば、上記第1の変換処理を追いかけるように、第2の変換処理を行う。あるいは、上記第1の変換処理を論理ブロックアドレスの小さい方もしくは大きい方から行い、上記第2の変換処理を上記とは逆の論理ブロックアドレスが大きい方もしくは小さい方から行う。
(1)RAID5をRAID4に変換し(第1の変換処理)、RAID4のパリティディスクと追加するディスクを用いて、ミラーリングを作成して(第2の変換処理)、最終的なRAID0+1に変換するようにしたので、一時的にもディスク上にデータが存在しない状態をなくすことができ、停電時にバッテリーバックアップされない場合やハード的なメモリ故障の場合、ディスクへのライトが失敗しても、データが失われることがない。
(2)RAID5のパリティ部分と追加されたディスクを用いて、RAID5におけるデータ部分のミラーを作成し(第1の変換処理)、RAID5だったディスクについて、ディスク間でコピーを行って(第2の変換処理)、最終的なRAID0+1に変換するようにしたので、上記と同様、一時的にもディスク上にデータが存在しない状態をなくすことができ、停電時にバッテリーバックアップされない場合やハード的なメモリ故障の場合、ディスクへのライトが失敗しても、データが失われることがない。
(3)上記容量拡張に際し、上記第1の変換処理と第2の変換処理を、同時に同一の論理ブロックアドレスについて拡張を行わないようにすることで、第1、第2の変換処理を同時に行うことができ、RAIDレベルの変換処理時間を短縮することができる。
同図において、1はRAIDコントローラ、2−1〜2−nはデータなどを記憶するディスクであり、RAIDコントローラは直接もしくはネットワーク機器を介してホスト3に接続され、ホスト3からのリード、ライト要求に応じて、大量のデータを高速かつランダムに上記ディスクに読み書きする。
RAIDコントローラ1は、データを読み書きする際に一時的にデータを格納するバッファ1aと、容量拡張処理を行う容量拡張手段1bを備え、RAIDグループの構成情報1cの定義を保持する。なお、図1では本発明に係わる機能構成のみを示しているが、RAIDコントローラのハードウェア構成の詳細については、例えば前記特許文献1などを参照されたい。
以下、上記のようにN+1本のディスクから構成されるRAID5にN−1本のディスクを追加して、RAID0+1のRAIDグループに変換する際の前記容量拡張手段1bにおける処理について説明する。
図3(a)の左側は変換前のRAID5の状態を示しており、データ(同図中の0〜19がデータ部分を示す)とパリティ(同図中のP0〜P4がパリティ部分を示す)が5本のディスク2−1〜2−5に分散して格納されている。
最初は、RAID5におけるパリティ部分P0〜P4を、図3(a)の右側に示すように一つのディスク2−5に集めてRAID4となるようにする(この状態を中間状態という)。
RAID4からRAID0+1への変換方式であるが、これは、RAID4におけるパリティを放棄し、このパリティが格納されていたディスクと他の追加したディスクに、データ部分を順次コピーしていくことで行う。
最初は、RAID5におけるパリティ部分と追加したディスク2−6〜2−8を使って元のRAID5のデータのミラーを作る。次に、もし必要であれば、RAID5におけるパリティ部分だったところから、ディスク間のデータのコピーを行い、最終的なRAID0+1に変更する。
上記のように変換処理を行うことで、常にディスク上にデータが存在する状況を実現することができる。
まず、構成定義をRAID5からRAID4への変換中の状態に変更する(図4のステップS1)。ついで、進捗を確認し(ステップS2)、変換前の領域があれば、最初の空き位置をRAID5のパリティ位置とする(ステップS3)。そして、データ配置がRAID4の配置になったかを確認し(ステップS4)、なっていなければ空き位置の一つ手前のディスクからデータをリードし、空き位置にライトする処理を繰り返す(ステップS5,S6)。
例えば図3(a)では、パリティP1の位置を空き位置とし、一つ手前のディスク2−3からデータ7をリードし、パリティP1の位置にライトし、ついで、データ7の位置を空き位置とし、一つ手前のディスク2−2からデータ6をリードし、データ7のあった位置にライトする処理を繰り返す。
ついで、進捗を更新し(ステップS9)、ステップS2に戻り、最後まで終了したらステップS10に行き、構成定義をRAID4から最終状態への変換中に変更する(ステップS10)。
ついで、進捗を確認し(図5のステップS11)、変換前の領域があれば、RAID4のデータを全てリードし(ステップS12)、パリティディスクであったディスクを含む追加されたディスクへライトする(ステップS13)。
そして、進捗を更新し(ステップS14)、最後まで処理が終了したら構成情報定義を最終状態に変更する(ステップS15)。
図6(a)の左側は変換前のRAID5の状態を示しており、データ(同図中の0〜19がデータ部分を示す)とパリティ(同図中のP0〜P4がパリティ部分を示す)が5本のディスク2−1〜2−5に分散して格納されている。
このRAID5に3本のディスク2−6〜2−8を追加し、最初はRAID5のパリティ部分と追加したディスク2−6〜2−8を用いて、図6(a)の右側に示すようにRAID5におけるデータ部分のミラーを作成する(この状態を中間状態という)。
なお、前記したように図6の0から19がデータ部分、P0からP4がパリティ部分である。
例えば、図6(b)の右側に示すように、RAID5におけるパリティ部分だったところから、矢印に示すようにディスク間のデータのコピーを行い、右半分のディスク2−5〜2−8を最終的な状態にし、ついで、図6(b)の下左側に示すように、左半分のディスクについて、矢印に示すように残りのデータを最終的な位置にコピーし、最終的なRAID0+1に変更する。
上記のように変換処理を行うことで、常にディスク上にデータが存在する状況を実現することができる。
まず、構成定義をRAID5から中間状態への変換中の状態に変更する(ステップS1)。ついで、進捗を確認し(ステップS2)、変換前の領域があれば、RAID5のデータを全てリードし(ステップS3)、パリティ位置と追加ディスクへライトする(ステップS4)。そして、進捗を更新して(ステップS5)、ステップS2に戻る。
ついで、進捗を確認し(ステップS7)、パリティ位置だったところからデータをリードし、追加ディスクでないミラー側のディスクにライトする(ステップS8,S9)。
次に、上記処理で作成したミラー側のディスクの全てからデータをリードし、RAID5を構成していたミラー側のディスクでないディスクへライトする(ステップS10,S11)。
そして、進捗を更新し(ステップS12)、最後まで処理が終了したら構成情報定義を最終状態に変更する(ステップS13)。
この実施例の概要は、RAID5から中間状態への変換と、中間状態からRAID0+1への変換について、同時に同一LBA(論理ブロックアドレス)について変換を行わないように管理しながら、両変換を平行して実施していく。
ここでは、RAID5から中間状態への変換を第1の変換処理、中間状態からRAID0+1への変換を第2の変換処理と呼ぶ。
以下では、「後追い方式」と「前後方式」の二つについて、前記第1、第2の実施例のそれぞれについて説明する。
第1の変換処理を追いかけるように、第2の変換処理を行うようにし、これら両者が同一のLBA領域を処理しないように管理する方式である。
図8に前記第1の実施例に後追い方式を適用した場合の変換処理の概要を示す。同図は4+1本のディスク2−1〜2−5からなるRAID5に、3本のディスク2−6〜2−8を追加してRAID0+1に変換する場合の処理を示している。
まず、図8(a)に示すように、3本のディスク2−6〜2−8を追加する。第1番目の領域R1はRAID4と同じ状態になっているので、パリティ部分と空いた領域にデータをコピーすることで、最終状態であるRAID0+1の状態に変換される。
また、これと同時に、第2番目の領域R2について、前記したようにRAID5におけるパリティ部分P1を、ディスク2−5に移し中間状態とする(第1の変換処理)。
また、これと同時に、第3番目の領域R3について、RAID5におけるパリティ部分P2を、ディスク2−5に移し中間状態とする(第1の変換処理)。
ついで、図8(c)に示すように、中間状態に変換された領域R3を最終状態であるRAID0+1の状態に変換し(第2の変換処理)、同時に第4番目の領域R4を中間状態とする(第1の変換処理)。
以下、図8(d)〜図8(e)に示すように、順次、第1、第2の変換処理を行い、全ての領域が最終状態になったら処理を終了する。
第1の変換処理をLBAの小さい方から大きい方へ行い、第2の変換処理をこの逆でLBAの大きい方から小さい方へ行う方式である。
この場合、RAIDグループの中点付近で第1の変換処理と第2の変換処理が同一LBA範囲を処理しようとすることがあるので、第1の変換処理と第2の変換処理のどちらかが処理しようとしているLBA範囲が、もう一方で変換中であった場合には、それが終わるまで待ち合わせるという処理が必要となる。
図9に前記第1の実施例に後追い方式を適用した場合の変換処理の概要を示す。同図は図8と同様、4+1本のディスク2−1〜2−5からなるRAID5に、3本のディスク2−6〜2−8を追加してRAID0+1に変換する場合の処理を示している。
まず、図9(a)に示すように、3本のディスク2−6〜2−8を追加する。LBAが小さい第1番目の領域R1はRAID4と同じ状態になっているので、パリティ部分と空いた領域にデータをコピーすることで、最終状態であるRAID0+1の状態に変換される。
また、これと同時に、LBAが大きい第5番目の領域R5について、前記したようにRAID5におけるパリティ部分P4を、ディスク2−5に移し中間状態とする(第1の変換処理)。
また、これと同時に、第2番目の領域R2について、RAID5におけるパリティ部分P1を、ディスク2−5に移し中間状態とする(第1の変換処理)。
ついで、図9(c)に示すように、中間状態に変換された領域R2を最終状態であるRAID0+1の状態に変換し(第2の変換処理)、同時に第4番目の領域R4を中間状態とする(第1の変換処理)。
以下、図9(d)〜図9(e)に示すように、順次、第1、第2の変換処理を行い、全ての領域が最終状態になったら処理を終了する。
第1の変換処理を追いかけるように、第2の変換処理を行うようにし、これら両者が同一のLBA領域を処理しないように管理する方式である。
図10に前記第2の実施例に後追い方式を適用した場合の変換処理の概要を示す。
まず、図10(a)に示すように、第1の領域R1について、3本のディスク2−6〜2−8を追加し、パリティ部分と追加ディスクでRAID5におけるデータ部分のミラーを作成する。第1の領域については、これで最終状態となる。
これと同時に、第2の領域R2について、パリティ部分と追加ディスクでRAID5におけるデータ部分のミラーを作成し、中間状態とする(第1の変換処理)。
ついで、図10(b)に示すように、中間状態に変換された領域R2について、ディスク間でコピーを行って最終的なRAID0+1の状態にする(第2の変換処理)。
また、これと同時に、第3番目の領域R3について、パリティ部分と追加ディスクでRAID5におけるデータ部分のミラーを作成する(第1の変換処理)。
以下、図10(c)〜図10(e)に示すように、順次、第1、第2の変換処理を行い、全ての領域が最終状態になったら処理を終了する。
第1の変換処理をLBAの小さい方から大きい方へ行い、第2の変換処理をこの逆でLBAの大きい方から小さい方へ行う方式である。
この場合、前述したようにRAIDグループの中点付近で第1の変換処理と第2の変換処理が同一LBA範囲を処理しようとすることがあるので、第1の変換処理と第2の変換処理のどちらかが処理しようとしているLBA範囲が、もう一方で変換中であった場合には、それが終わるまで待ち合わせるという処理が必要となる。
図11に前記第2の実施例に前後方式を適用した場合の変換処理の概要を示す。
まず、図11(a)に示すように、LBAの小さい第1の領域R1について、3本のディスク2−6〜2−8を追加し、パリティ部分と追加ディスクでRAID5におけるデータ部分のミラーを作成する。第1の領域については、これで最終状態となる。
これと同時に、LBAの大きい第5の領域R5について、パリティ部分と追加ディスクでRAID5におけるデータ部分のミラーを作成し、中間状態とする(第1の変換処理)。
ついで、図11(b)に示すように、中間状態に変換された領域R5について、ディスク間でコピーを行って最終的なRAID0+1の状態にする(第2の変換処理)。
また、これと同時に、第2番目の領域R2について、パリティ部分と追加ディスクでRAID5におけるデータ部分のミラーを作成する(第1の変換処理)。
以下、図11(c)〜図11(e)に示すように、順次、第1、第2の変換処理を行い、全ての領域が最終状態になったら処理を終了する。
RAID5のディスクのN+1のディスクに分散されて配置されたパリティデータの領域にデータをコピーする処理を繰り返し、コピーが終了したらパリティを作成することにより、データが格納されたディスク群と、パリティが格納されたディスクから構成されるRAID4のRAIDグループに変換する第1のステップと、
上記N+1のディスク群にN−1のディスク群を追加し、上記パリティが格納されたディスクを除くN本のディスクのデータを、上記パリティが格納されたディスクおよび追加されたN−1本のディスクにコピーする第2のステップを有する
ことを特徴とするRAID装置におけるRAIDレベル変換方法。
(付記2) N+1のディスク群から構成されるRAID5のRAIDグループに、N−1のディスク群を追加し、2Nのディスク群から構成され、N本のディスク群とその他のN本のディスク群がミラーリング関係にあり、各N本のディスク群がストライピングされているRAIDグループに変換するRAID装置におけるRAIDレベル変換方法であって、
N+1のディスクにN−1のディスクを追加し、RAID5のパリティが格納された領域と、追加されたN−1のディスクを用いて、RAID5のディスク装置のデータ部分のミラーを作成する第1のステップと、
ディスク間でデータのコピーを行い、2Nのディスク群から構成され、N本のディスク群とその他のN本のディスク群がミラーリング関係にあり、各N本のディスク群がストライピングされているRAIDグループを構成する第2のステップを有する
ことを特徴とするRAID装置におけるRAIDレベル変換方法。
(付記3)N+1のディスク群から構成されるRAID5のRAIDグループに、N−1のディスク群を追加し、2Nのディスク群から構成され、N本のディスク群とその他のN本のディスク群がミラーリング関係にあり、各N本のディスク群がストライピングされているRAIDグループに変換するRAIDレベル変換手段を備えたRAID装置であって、
上記RAIDレベル変換手段は、RAID5のディスクのN+1のディスクに分散されて配置されたパリティデータの領域にデータをコピーする処理を繰り返し、コピーが終了したらパリティを作成することにより、データが格納されたディスク群と、パリティが格納されたディスクから構成されるRAID4のRAIDグループに変換する第1の変換処理と、
上記N+1のディスク群にN−1のディスク群を追加し、上記パリティが格納されたディスクを除くN本のディスクのデータを、上記パリティが格納されたディスクおよび追加されたN−1本のディスクにコピーし、2Nのディスク群から構成されN本のディスク群とその他のN本のディスク群がミラーリング関係にあり、各N本のディスク群がストライピングされているRAIDグループに変換する第2の変換処理を行う
ことを特徴とするRAID装置。
(付記4) N+1のディスク群から構成されるRAID5のRAIDグループに、N−1のディスク群を追加し、2Nのディスク群から構成され、N本のディスク群とその他のN本のディスク群がミラーリング関係にあり、各N本のディスク群がストライピングされているRAIDグループに変換するRAIDレベル変換手段を備えたRAID装置であって、
上記RAIDレベル変換手段は、N+1のディスクにN−1のディスクを追加し、RAID5のパリティが格納された領域と、追加されたN−1のディスクを用いて、RAID5のディスク装置のデータ部分のミラーを作成する第1の変換処理と、
ついで、ディスク間でデータのコピーを行い、2Nのディスク群から構成されN本のディスク群とその他のN本のディスク群がミラーリング関係にあり、各N本のディスク群がストライピングされているRAIDグループに変換する第2の変換処理を行う
ことを特徴とするRAID装置。
(付記5) 上記RAIDレベル変換手段は、上記第1の変換処理と第2の変換処理を、同時に同一の論理ブロックアドレスについ行わないようにした
ことを特徴とする付記3または付記4のRAID装置。
(付記6)上記第1の変換処理を追いかけるように、第2の変換処理を行う
ことを特徴とする付記5のRAID装置。
(付記7)上記第1の変換処理を論理ブロックアドレスの小さい方もしくは大きい方から行い、上記第2の変換処理を上記とは逆の論理ブロックアドレスが大きい方もしくは小さい方から行う
ことを特徴とする付記5のRAID装置。
1a バッファ
1b 容量拡張手段
1c 構成情報
2−1〜2−n ディスク
3 ホスト
Claims (5)
- N+1のディスク群から構成されるRAID5のRAIDグループに、N−1のディスク群を追加し、2Nのディスク群から構成され、N本のディスク群とその他のN本のディスク群がミラーリング関係にあり、各N本のディスク群がストライピングされているRAIDグループに変換するRAID装置におけるRAIDレベル変換方法であって、
RAID5のディスクのN+1のディスクに分散されて配置されたパリティデータの領域にデータをコピーする処理を繰り返し、コピーが終了したらパリティを作成することにより、データが格納されたディスク群と、パリティが格納されたディスクから構成されるRAID4のRAIDグループに変換する第1のステップと、
上記N+1のディスク群にN−1のディスク群を追加し、上記パリティが格納されたディスクを除くN本のディスクのデータを、上記パリティが格納されたディスクおよび追加されたN−1本のディスクにコピーする第2のステップを有する
ことを特徴とするRAID装置におけるRAIDレベル変換方法。 - N+1のディスク群から構成されるRAID5のRAIDグループに、N−1のディスク群を追加し、2Nのディスク群から構成され、N本のディスク群とその他のN本のディスク群がミラーリング関係にあり、各N本のディスク群がストライピングされているRAIDグループに変換するRAID装置におけるRAIDレベル変換方法であって、
N+1のディスクにN−1のディスクを追加し、RAID5のパリティが格納された領域と、追加されたN−1のディスクを用いて、RAID5のディスク装置のデータ部分のミラーを作成する第1のステップと、
ディスク間でデータのコピーを行い、2Nのディスク群から構成され、N本のディスク群とその他のN本のディスク群がミラーリング関係にあり、各N本のディスク群がストライピングされているRAIDグループを構成する第2のステップを有する
ことを特徴とするRAID装置におけるRAIDレベル変換方法。 - N+1のディスク群から構成されるRAID5のRAIDグループに、N−1のディスク群を追加し、2Nのディスク群から構成され、N本のディスク群とその他のN本のディスク群がミラーリング関係にあり、各N本のディスク群がストライピングされているRAIDグループに変換するRAIDレベル変換手段を備えたRAID装置であって、
上記RAIDレベル変換手段は、RAID5のディスクのN+1のディスクに分散されて配置されたパリティデータの領域にデータをコピーする処理を繰り返し、コピーが終了したらパリティを作成することにより、データが格納されたディスク群と、パリティが格納されたディスクから構成されるRAID4のRAIDグループに変換する第1の変換処理と、
上記N+1のディスク群にN−1のディスク群を追加し、上記パリティが格納されたディスクを除くN本のディスクのデータを、上記パリティが格納されたディスクおよび追加されたN−1本のディスクにコピーし、2Nのディスク群から構成されN本のディスク群とその他のN本のディスク群がミラーリング関係にあり、各N本のディスク群がストライピングされているRAIDグループに変換する第2の変換処理を行う
ことを特徴とするRAID装置。 - N+1のディスク群から構成されるRAID5のRAIDグループに、N−1のディスク群を追加し、2Nのディスク群から構成され、N本のディスク群とその他のN本のディスク群がミラーリング関係にあり、各N本のディスク群がストライピングされているRAIDグループに変換するRAIDレベル変換手段を備えたRAID装置であって、
上記RAIDレベル変換手段は、N+1のディスクにN−1のディスクを追加し、RAID5のパリティが格納された領域と、追加されたN−1のディスクを用いて、RAID5のディスク装置のデータ部分のミラーを作成する第1の変換処理と、
ついで、ディスク間でデータのコピーを行い、2Nのディスク群から構成されN本のディスク群とその他のN本のディスク群がミラーリング関係にあり、各N本のディスク群がストライピングされているRAIDグループに変換する第2の変換処理を行う
ことを特徴とするRAID装置。 - 上記RAIDレベル変換手段は、上記第1の変換処理と第2の変換処理を、同時に同一の論理ブロックアドレスについ行わないようにした
ことを特徴とする請求項3または請求項4のRAID装置。
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