JP4821448B2 - Ｒａｉｄコントローラおよびｒａｉｄ装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＲＡＩＤを構成する複数の記憶装置を制御するＲＡＩＤコントローラに関する。

ハードディスクの大容量化が急速に進むにつれて、ハードディスクの故障時に受ける被害はますます大きくなる。このため、ハードディスクの故障によるデータ損失を防ぎ、合わせて処理性能を向上するために、ＲＡＩＤ(Redundant Array of Inexpensive Disks)技術が用いられている。

複数台のハードディスクを組み合わせて、冗長化された１台のハードディスクとして管理する技術である。この技術は、ハードディスクへのデータ配置や、データの冗長化方法により、ＲＡＩＤ０〜５の６つのレベルに分類されて定義されている。

例えばＲＡＩＤ１は、データを２台以上のハードディスクに同時に書き込む。このため、「ミラーリング」とも呼ばれている。

ＲＡＩＤ１では、一つのハードディスクが故障したときに、他のハードディスクに自動的に切り替わってデータが処理されるので、動作はそのまま継続する。このため、アクセス速度の向上はないが、ディスク故障に起因するデータの損失やシステムの停止が起こらない利点がある。

そして、ＲＡＩＤ１を構成するハードディスクの故障により、故障したハードディスクを交換する必要が生じた場合、当該ハードディスクに格納されたデータを予備のハードディスクへコピーを行う処理が伴う。

このときには、ＲＡＩＤ１を構成する故障していないハードディスクの全ての領域のデータを読み込み、予備のハードディスクに書き込む処理が必要となる。

このデータ移行の期間、上位装置(サーバ等)からのアクセスを継続する運用では、サーバからのアクセスとデータ移行の各処理が並行して行われるため、サーバのアクセス性能低下が発生する。

また、ハードディスク交換におけるデータ移行の所要時間は、ハードディスク容量に比例して増加するため、サーバのアクセスの性能低下が想定される時間も、ハードディスク容量に比例して長期化する。

このため、故障したハードディスクの中のサーバにより使用されている有効な論理ブロックアドレスに対応するデータのみをコピーすることにより、データ復旧時間を短縮する方法が提案されている(特許文献１)。
特開２００３−１６７６９０号公報（第５頁段落００１３）

ハードディスクの故障に対し、サーバにより使用されている有効な論理ブロックアドレスに対応するデータのみをコピーする場合でもハードディスクの容量が大きい場合には、データ復旧時間を短縮することに限界がある。

このため、故障したハードディスクの復旧時間を従来に比べ更に短縮する方法が求められる。

本発明は、特定ヘッドに起因する異常の場合には、異常を検出したヘッドのアクセスするデータ領域のみを予備の記憶装置へ移行するＲＡＩＤコントローラ、ＲＡＩＤ装置を提供することを目的とする。

本願発明は、ＲＡＩＤを構成する複数の記憶装置を制御するＲＡＩＤコントローラであって、
記憶装置へのアクセス時にエラーを検出した場合、所定のエラーか否かを判定する判定手段と、所定のエラーと判定したときには、エラーが発生したヘッドを特定するヘッド特定手段と、特定されたヘッドがアクセスするアクセス領域を取得するアクセス領域取得手段と、取得されたアクセス領域のデータを予備の記憶装置へ複製してＲＡＩＤを再構成する再構成手段と、を有する構成である。

この構成により、故障した記憶装置の交換を不要とするので、復旧時間を従来に比べ短縮し、ＲＡＩＤ装置に接続されるサーバ性能の低下を低減できる。

また、ヘッド特定手段は、予め、ヘッドとデータの格納領域を示す論理ブロックアドレスとの対応テーブルを備え、エラーが発生した論理ブロックアドレスを基にヘッドを特定する構成である。

この構成により、予めヘッドとデータの格納領域を示す論理ブロックアドレスとの対応テーブルを備えているので、エラーが発生したヘッドの特定が容易に行うことができる。

また、アクセス領域取得手段は、ヘッドとデータの格納領域を示す論理ブロックアドレスとの対応テーブルを備え、特定されたヘッドを基に論理ブロックアドレスを取得する構成である。

この構成により、予めヘッドとデータの格納領域を示す論理ブロックアドレスとの対応テーブルを備えているので、エラーが発生したヘッドのアクセスする論理ブロックアドレスを容易に取得できる。

また、再構成手段は、複製元の記憶装置のデータ格納領域を示す論理ブロックアドレスと複製先の記憶装置のデータ格納領域を示す論理ブロックアドレスとの対応テーブルを作成する構成である。

この構成により、故障したヘッドを有する記憶装置と複製先の記憶装置を１つの記憶装置として再構成できる。

本発明によれば、故障した記憶装置の復旧時間を従来に比べ短縮し、ＲＡＩＤ装置に接続されるサーバ性能の低下を低減できる。

更には、記憶装置の故障部分を救済することで、従来は交換が必要であった記憶装置を継続して運用可能となり、メンテナンス費用の削減に貢献するものである。

（実施例１）
図１に実施例の構成図を示す。

ＲＡＩＤ装置１は、ＲＡＩＤコントローラ２とディスクアレイ３を有する。

ＲＡＩＤコントローラ２は、通信制御部４、メインコントローラ５、テーブルメモリ６、デバイスコントローラ７を有する。

ディスクアレイ３は、複数のハードディスク（ＨＤＤ）３１〜３Ｎ（Ｎ：整数）を有する。例えば、図６でＮ＝３の場合、ＨＤＤ３１、ＨＤＤ３２、ＨＤＤ３３を有するＲＡＩＤ１の構成である。しかし、サーバ１１からは、１台のＨＤＤとして見えている。

この例の場合、ＨＤＤ３１は、通常サーバ１１とデータのリード／ライトを行うＨＤＤである。また、ＨＤＤ３２は、ＨＤＤ３１の複製のミラーＨＤＤである。そして、ＨＤＤ３３は、予備のＨＤＤである。

通信制御部４は、サーバ１１とＲＡＩＤコントローラ２との間のデータの転送制御を行う。

メインコントローラ５は、サーバ１１とのデータのリードライト処理を行う。サーバ１１からのライトコマンドに対してのディスクアレイ３へのデータの書込み制御を行う。サーバ１１からのリードコマンドに対しては、ディスクアレイ３から該当データを読み込み、そのデータをサーバ１１へ転送する制御を行う。また、ディスクアレイ３にリードライトエラーが発生したときには、データの回復処理を行なうとともに、ＲＡＩＤ構成の再構成の処理を行なう。このため、リードライト処理のときに発生したエラーがリードライトエラーか否かの判定処理、リードライトエラーが発生したヘッドの特定処理、特定されたヘッドの媒体上のアクセス領域の取得処理、取得された領域のデータを予備のＨＤＤへ複製してＲＡＩＤ構成を再構成する再構成処理を行なう。

テーブルメモリ６は、ヘッド番号管理テーブル６１、ヘッド異常管理テーブル６２、移行データ管理テーブル６３、アドレス変換テーブル６４を格納している。

図２にヘッド番号管理テーブル例を示す。

ヘッド番号管理テーブル６１は、ＨＤＤ３１〜３２の各アクセス領域をデータベース化したテーブルである。ＨＤＤを構成する全てのヘッドに関し、それぞれのヘッドがアクセスする媒体上の領域をデータベース化して管理する。そのため、ＨＤＤ３１〜３２の各論理ブロックアドレス(ＬＢＡ)について、各ＬＢＡが何れのヘッドが担当するかをテーブル化する。図２では、ＨＤＤ３１、ＨＤＤ３２のヘッド番号０、ヘッド番号１について、データ格納場所を示す各ＨＤＤ３１、ＨＤＤ３２のＬＢＡとの対応例を示している。

図３にヘッド異常番号管理テーブル例を示す。

ヘッド異常管理テーブル６２は、各ＨＤＤ３１〜３２について、エラーが発生したヘッド番号毎のエラー回数、故障と判断するか否かを決めるための閾値を格納している。図３の例では、ＨＤＤ３１、３２の閾値が５で、ＨＤＤ３１のヘッド番号０のエラー回数が４であり、その他のヘッドのエラー回数が０であることを示す。

図４に移行データ管理テーブル例を示す。

移行データ管理テーブル６３は、移行元のＨＤＤの装置番号、移行元のデータを格納する領域を示すＬＢＡと移行先のＨＤＤの装置番号と移行先のデータを格納する領域を示すＬＢＡとの対応関係を格納している。

図５にアドレス変換テーブル例を示す。

アドレス変換テーブル６４にサーバ１１のＬＢＡとＨＤＤ３１のＬＢＡ、ＨＤＤ３２のＬＢＡとの対応を示す。サーバ１１とＨＤＤ３１、ＨＤＤ３２とのＬＢＡは、同一である例を示す。

デバイスコントローラ７は、ディスクアレイ３とのリード／ライト制御を行う。

図６に、ディスクアレイの説明図を示す。

ＨＤＤ３１〜ＨＤＤ３３を有するＲＡＩＤ１の構成の装置である。データを格納するＨＤＤ３１、ＨＤＤ３２および予備のＨＤＤ３３である。サーバ１１からのライトコマンドによりデータは、ＨＤＤ３１、ＨＤＤ３２に同時にライトされる。図６（Ａ）では、ＨＤＤ３１のヘッド番号０にデータＡ、Ｂ、ヘッド番号１にデータＣ、Ｄが格納されている例を示す。ＨＤＤ３２には、ＨＤＤ３１に格納されているものと同一データが、同一ＬＢＡに格納してある例である。通常、サーバ１１とのデータの送受信は、ＨＤＤ３１により行う。障害が発生すると、ＨＤＤ３２に切り替わる。

図７にリードアクセスの処理の流れ図を示す。

ＲＡＩＤコントローラ２は、サーバ１１からリードコマンドを受信すると、メインコントローラ５が、ディスクアレイ３へリードアクセスを行う。

例えば、ＲＡＩＤコントローラ２は、サーバ１１から論理ブロックアドレスＬＢ０のリードコマンドを受信したものとする。図６（Ａ）の例では、ＨＤＤ３１とＨＤＤ３２上に、ホストからのデータが、既にＡ〜Ｄとして格納されている。ヘッド番号０のアクセス領域の0x00000000にＡ、0x00000001にＢ、ヘッド番号１の0x00000100にＣ、0x00000101にＤが格納されている。リードアクセスの処理に入る。

メインコントローラ５は、ＬＢ０に対応するデータの格納領域を図５に示すアドレス変換テーブル６４を検索して取得する（Ｓ１ステップ）。ＬＢ０はＨＤＤ３１の0x00000000である。

次に、メインコントローラ５は、図４（Ａ）に示す移行データ管理テーブルを検索して、ＨＤＤ３１のＬＢＡの0x00000000が格納されているか否かを検索する（Ｓ２ステップ）。

次に該当アドレスが検索されたか否かをチェックする（Ｓ３ステップ）。

該当アドレスが検出された場合には、移行先をアクセスし（Ｓ９ステップ）、Ｓ５ステップへ行く。

移行データ管理テーブル６４に検索対象のＬＢＡが格納されていない場合には、メインコントローラ５は、デバイスコントローラ７を経由してＨＤＤ３１の0x00000000にリードアクセスを行う（Ｓ４ステップ）。

次に、リードアクセスが正常に終了したか否かをチェックする（Ｓ５ステップ）。

ディスクアレイ３から正常にデータＡをリードできた場合には、メインコントローラ５は、リードしたデータＡについて通信制御部４を経由してサーバ１１に転送する（Ｓ６ステップ）。

一方、ＨＤＤ３１から正常にデータＡをリードできない場合には、メインコントローラ５は、データ復元のため、リード対象のＨＤＤをＨＤＤ３２に切替える。そして、アドレス変換テーブルからサーバＬＢ０に対応するＨＤＤ３２のＬＢＡを取得する。ＨＤＤ３２のＬＢＡは、0x00000000であるので、このアドレスにリードアクセスする。そして、メインコントローラ５は、正常にデータＡをリードできた場合には、リードしたデータＡについて通信制御部４を経由してサーバ１１に転送する（Ｓ７ステップ）。但し正常にデータＡをリードできない場合には、故障とする。

次に、メインコントローラ５は、エラー処理を行なう（Ｓ８ステップ）。

図８にエラー処理の流れ図を示す。

エラー内容をチェックする（Ｓ１１ステップ）。所定のエラーが発生したか否かの判定処理を行なう。具体的には、ステータス情報を確認する。

そのステータス情報がリードエラーまたはライトエラーの場合には、リードアクセスの対象となったＨＤＤ３１のＬＢＡの0x00000000が何れのヘッド番号が担当しているか特定する処理を行なう。このヘッド番号の特定については、図２に示すヘッド番号管理テーブルを参照して特定を行う。リードエラーまたはライトエラーの原因は、媒体またはヘッドに起因するエラーである。ＨＤＤ３１内部でリトライしているので、メインコントローラ５が監視しているのは、リトライで回復できなかったリードエラーまたはライトエラーである。このようなリードエラーまたはライトエラーが所定回数、同一ヘッドで発生した場合には、ヘッド異常と判定している。本実施例では、５回でヘッド異常と判定している。

ＨＤＤ３１のＬＢＡの0x00000000は、ヘッド番号管理テーブル６１の索引により、ＨＤＤ３１のヘッド番号０ということが特定できる。次に、ヘッド異常管理テーブル６２のエラー回数をカウントアップし登録する。現在４のため、５となる（Ｓ１２ステップ）。

次に、ヘッド異常管理テーブル６２の対象ヘッド番号のエラー回数と予め設定された閾値とを比較する（Ｓ１３ステップ）。 閾値に満たない場合は、対象となったヘッドの運用を継続する。これは、ゴミが原因のリードエラーの場合には、ヘッドの移動により回復する可能性があるためである。またライトエラーの場合には、交代ブロックに書き換えているため、媒体上の同一場所をライトできなくても問題ないためである。

一方、閾値以上の場合、対象ヘッド０のヘッドの運用を中止する。閾値以上にエラーが発生する場合には、媒体不良またはヘッド不良と判断するためである。

次に、ヘッド０のアクセス領域を取得する処理を行なう。そして取得された領域の格納データを予備のＨＤＤ３３へ移行する移行処理を行なう（Ｓ１４ステップ）。この移行処理が正常に完了すると、ＲＡＩＤ構成が再構築される。

ヘッド異常管理テーブル６２の例では、ＨＤＤ３１のヘッド番号０は、閾値が５で、エラー回数が５であるため、当該ヘッドのアクセス領域に該当する格納データを予備のＨＤＤ３３へ移行する必要がある
一方、リードエラーまたはライトエラー以外の回復できないエラーのときには、メインコントローラ５は、ＨＤＤ３１を故障と判定する（Ｓ１５ステップ）。この場合には、装置交換となる。例えば、スピンドルモータ障害等がある。

図９に移行処理の流れ図を示す。予備のＨＤＤ３３への移行処理は、次のように行われる。

まず、対象となるデータ量と予備ディスク内のデータ格納領域が確保できるか判定する（Ｓ２１ステップ）。条件を満足する予備のＨＤＤ３３を確保できない場合は、ＨＤＤ３１は、故障と判定してデータ移行処理を中止する（Ｓ２２ステップ）。

一方、対象データを満足する格納領域を確保できた場合は、データ移行を決定する。図６（Ａ）の例では、予備のＨＤＤ３３内の領域は、空であるため、格納領域の確保が可能であるため、移行処理を行なう。まず、データ移行の決定に伴い、データの移行元である故障ＨＤＤ３１のデータ格納領域と移行先である予備のＨＤＤ３３のデータ格納領域とを対応させる移行データ管理テーブル６３を作成する（Ｓ２３ステップ）。このため、データ移行元を示す情報としては、故障ヘッドがアクセスする範囲のＬＢＡについてヘッド番号管理テーブル６１をもとに作成する。図２より、ＨＤＤ３１のヘッド番号０に対応するＬＢＡは、0x00000000 - 0x000000FFであるので、その内容を移行データ管理テーブル６３に格納する。また、移行先を示す情報としては、予備ディスクのＨＤＤ３３とデータ格納領域の空き領域のＬＢＡは、0x00000000 - 0x000000FFを移行データ管理テーブル６３に格納する。図４（Ｂ）に格納結果を示す。

次に、移行元のデータを移行先に転送する（Ｓ２４ステップ）。このとき、移行元のデータとしては、ＨＤＤ３１のヘッド番号０に対応するＬＢＡと同一のＬＢＡのデータをＨＤＤ３２からリードして使用する。

次に、移行データの読み出しと移行先への書き込みの各処理が成功したか否かをチェックする（Ｓ２５ステップ）。

成功した場合には、処理を完了する。図６（Ｂ）に移行が成功した場合の移行後のデータの格納状態を示す。このあとのサーバ１１とのデータのリード／ライト処理は、ＨＤＤ３１、ＨＤＤ３３で行う。

移行データの読み出しと移行先への書き込みの各処理が失敗した場合は、移行データ管理テーブルを抹消し、故障と判定し、処理を終了する（Ｓ２６ステップ）。この場合は、装置交換となる。

データ移行が正常に完了したことに伴い、予備のＨＤＤ３３に移行されたアクセス領域を、ＲＡＩＤグループのデータ格納領域の一部として運用する。一方、ヘッド故障が発生したＨＤＤ３１のデータ格納領域0x00000000 - 0x000000FFは、データ移行後のアクセスを中止する。

再構築されたＲＡＩＤ１構成は、次のとおりである。ＨＤＤ３１、ＨＤＤ３３が通常サーバとのデータのリード／ライトを行うＨＤＤである。ＨＤＤ３１は、ヘッド番号１のアクセス領域のデータを格納している。一方、ＨＤＤ３３は、ＨＤＤ３１のヘッド番号０のアクセス領域のデータを格納している。ＨＤＤ３２は、ミラーＨＤＤである。

このあと、サーバ１１からのアクセスがある場合には、サーバ１１からのＬＢ０へのリードコマンドについては、移行データ管理テーブル６３を参照し、移行元のデータに対応する移行先のＨＤＤ３３の格納領域0x00000000へのアクセスを実施する。サーバ１１からＬＢ１００へのリードコマンドについては、移行データ管理テーブル６３を参照すると、登録されていないので、ＨＤＤ３１の格納領域0x00000100へのアクセスを実施する。

この結果、故障したＨＤＤの復旧時間を従来に比べ短縮し、ＲＡＩＤ装置に接続されるサーバ性能の低下を極小化できる。更には、ＨＤＤの故障部分を救済することで、従来は交換が必要であったＨＤＤを継続して運用可能となり、メンテナンス費用の削減に貢献するものである。

以上の実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
(付記１)ＲＡＩＤを構成する複数の記憶装置を制御するＲＡＩＤコントローラであって、
記憶装置へのアクセス時にエラーを検出した場合、所定のエラーか否かを判定する判定手段と、所定のエラーと判定したときには、エラーが発生したヘッドを特定するヘッド特定手段と、
特定されたヘッドがアクセスするアクセス領域を取得するアクセス領域取得手段と、
取得されたアクセス領域のデータを予備の記憶装置へ複製してＲＡＩＤを再構成する再構成手段と、を有するＲＡＩＤコントローラ。
(付記２)ヘッド特定手段は、予め、ヘッドとデータの格納領域を示す論理ブロックアドレスとの対応テーブルを備え、エラーが発生した論理ブロックアドレスを基にヘッドを特定することを特徴とする付記１記載のＲＡＩＤコントローラ。
(付記３)アクセス領域取得手段は、ヘッドとデータの格納領域を示す論理ブロックアドレスとの対応テーブルを備え、特定されたヘッドを基に論理ブロックアドレスを取得する付記１記載のＲＡＩＤコントローラ。
(付記４)再構成手段は、複製元の記憶装置の転送するデータ格納領域を示す論理ブロックアドレスと複製先の予備の記憶装置のデータ格納領域を示す論理ブロックアドレスとの対応テーブルを作成することを特徴とする付記１記載のＲＡＩＤコントローラ。
(付記５)ＲＡＩＤを構成する複数の記憶装置と、前記記憶装置を制御するＲＡＩＤコントローラを備えるＲＡＩＤ装置であって、ＲＡＩＤコントローラが、記憶装置へのアクセス時にエラーを検出した場合、所定のエラーか否かを判定する判定手段と、所定のエラーと判定したときには、エラーが発生したヘッドを特定するヘッド特定手段と、特定されたヘッドがアクセスするアクセス領域を取得するアクセス領域取得手段と、取得されたアクセス領域のデータを予備の記憶装置へ複製してＲＡＩＤを再構成する再構成手段と、を有することを特徴とするＲＡＩＤ装置。
(付記６)上位装置からのアクセスされたときに、複製元の記憶装置のデータ格納領域を示す論理ブロックアドレスと複製先の予備の記憶装置のデータ格納領域を示す論理ブロックアドレスとの対応テーブルを基に再構成された記憶装置を選択することを特徴とする付記１記載のＲＡＩＤコントローラ。
(付記７)判定手段は、所定のエラーが、閾値以上であるときに、エラーと判定することを特徴とする付記１記載のＲＡＩＤコントローラ。
(付記８) ＲＡＩＤを構成する複数の記憶装置を制御するＲＡＩＤコントローラの制御方法であって、記憶装置へのアクセス時にエラーを検出した場合、所定のエラーか否かを判定する判定ステップと、所定のエラーと判定したときには、エラーが発生したヘッドを特定するヘッド特定ステップと、特定されたヘッドがアクセスするアクセス領域を取得するアクセス領域取得ステップと、取得されたアクセス領域のデータを予備の記憶装置へ複製してＲＡＩＤを再構成する再構成ステップと、を有するＲＡＩＤコントローラの制御方法。

ＲＡＩＤ装置の構成図 ヘッド番号管理テーブル例 ヘッド異常番号管理テーブル例 移行データ管理テーブル例 アドレス変換テーブル例 ディスクアレイの説明図 リードアクセスの処理の流れ図 エラー処理の流れ図 移行処理の流れ図

符号の説明

１ ＲＡＩＤ装置
２ ＲＡＩＤコントローラ
３ ディスクアレイ
４ 通信制御部
５ メインコントローラ
６ テーブルメモリ
７ デバイスコントローラ
１１ サーバ
３１〜３Ｎ ハードディスク

Claims (5)

1. ＲＡＩＤを構成する複数の記憶装置を制御するＲＡＩＤコントローラであって、
   記憶装置へのアクセス時にエラーを検出した場合、所定のエラーか否かを判定する判定手段と、
   所定のエラーと判定したときには、エラーが発生したヘッドを特定するヘッド特定手段と、
   特定されたヘッドがアクセスするアクセス領域を取得するアクセス領域取得手段と、
   取得されたアクセス領域のデータを予備の記憶装置へ複製してＲＡＩＤを再構成する再構成手段と、
   を有するＲＡＩＤコントローラ。
2. ヘッド特定手段は、予め、ヘッドとデータの格納領域を示す論理ブロックアドレスとの対応テーブルを備え、エラーが発生した論理ブロックアドレスを基にヘッドを特定することを特徴とする請求項１記載のＲＡＩＤコントローラ。
3. アクセス領域取得手段は、ヘッドとデータの格納領域を示す論理ブロックアドレスとの対応テーブルを備え、特定されたヘッドを基に論理ブロックアドレスを取得する請求項１記載のＲＡＩＤコントローラ。
4. 再構成手段は、複製元の記憶装置のデータ格納領域を示す論理ブロックアドレスと複製先の記憶装置のデータ格納領域を示す論理ブロックアドレスとの対応テーブルを作成することを特徴とする請求項１記載のＲＡＩＤコントローラ。
5. ＲＡＩＤを構成する複数の記憶装置と、
   前記記憶装置を制御するＲＡＩＤコントローラを備えるＲＡＩＤ装置であって、
   ＲＡＩＤコントローラが、
   記憶装置へのアクセス時にエラーを検出した場合、所定のエラーか否かを判定する判定手段と、
   所定のエラーと判定したときには、エラーが発生したヘッドを特定するヘッド特定手段と、
   特定されたヘッドがアクセスするアクセス領域を取得するアクセス領域取得手段と、
   取得されたアクセス領域のデータを予備の記憶装置へ複製してＲＡＩＤを再構成する再構成手段と、
   を有することを特徴とするＲＡＩＤ装置。
   

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