JP4846763B2 - Raidデータの復元および移動でのファイルシステム情報の使用 - Google Patents
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Description
[発明の分野]
この発明は、RAIDデータの復元および移動におけるファイルシステム情報を使用することに関する。
コンピューターシステムで大量記憶装置を維持する既知の1つの方法はRAID(「安価なディスクによる冗長アレイ」)と呼ばれる。RAID記憶装置はディスクのグループを含み、それの少なくとも一部は、データを記憶するために用いられ、それの少なくとも一部は、前記データに関係するパリティ情報を記憶するために用いられ、そのデータおよびパリティは、複数のディスクにわたって分配される。これは、ディスクブロック(それらはデータまたはパリティを記憶する)のうちの1つが故障した場合、あるいは一台のディスク全体が故障した場合。RAID記憶システムがオリジナルのデータを(記憶されたデータの残りから、およびパリティ情報から)復元することを可能にする。データとパリティは、RAIDストライプと呼ばれるディスクブロックの組で互いに関係している。
この発明は、データ信頼度を維持し、故障したディスクの論理的な削除を可能にし、データの移動または復元またはパリティの再計算を実行するため、計算とディスクへのアクセスを最小限にする、方法およびシステムを提供する。好ましい実施例では、データの復元および移動、およびパリティの再計算を実行する場合、この記憶システムは、本質的に単に割り当てられたディスクブロックに関する情報を用い、前もって定義した値(例えば0)にセットされた未割り当てのディスクブロックを無視する。ディスクの故障においては、この記憶システムは、故障したディスク上のそれらのディスクブロックのみを移動し、割り当てられていないディスクブロックを、可能な場合、論理上0であるとして扱う。
(1) 新しいディスクがRAIDグループに加えられる場合
(2) 未使用のディスクブロックを含んでいるRAIDストライプが書き込まれる場合
好ましい実施例では、ファイルシステムが「一貫性ポイント」を維持し、そのポイントでは、記憶データは、自己矛盾の無いことが保証され、ディスクに一貫性ポイントをライトする場合
この記述では、好ましいプロセス・ステップおよびデータ構造を含む、この発明の好ましい実施例が記述される。当業者なら、この明細書の熟読後に、不適当な実験または別の発明を用いることなくこの発明の実施例が、特に記述していない様々な他の技術を使用して実行でき、また、そのような他の技術もこの発明の範囲または本旨内にあることが理解されるであろう。
次の用語はこの発明あるいはその実施例の態様に関するか、参照する。これらの用語の各々の一般的な意味は、例示されるために意図されたものであり、全く限定するものではない。
・ディスクブロック(disk block):一般に、これは、データを記憶することができる大量記憶システムの割り当て可能部分を指す。そのフレーズ「ディスクブロック」は、量子化されているか、否かのディスク上の割り当て可能なスペースを十分に広くカバーするように意図されている。
・ファイルシステム(file system):一般に、これは、大量記憶に維持された、名前付けスキーマおよびファイルデータの間の関係を維持するシステムを含む、記憶システム上でディスクブロックを直接管理するすべてのアプリケーションを指す。このフレーズ「ファイルシステム」は、ディスクに直接読み書きするシステム、および異なるサブシステムあるいはオペレーティング・システムの他の部分がディスクに読み書きすることを可能にするシステムの両方を含む、ファイルシステムの変形を広くカバーするに十分なように意図される。
・記憶システム(storage system):一般に、データを記憶するためのシステムは、例えば、RAIDアレイで整えられた1セットの1枚以上のディスクである。この記憶システムは、1つ以上のボリュームに分配でき、その各々は記憶システムのように作用する。このフレーズ「記憶システム」および「ボリューム」あるいは、「記憶ボリューム」は取り替えて用いることができる。
・ディスクブロックの移動(migration of disk blocks):一般に、これは、失われたディスクブロックからのデータを、故障の無い(それ故、利用可能な)ディスクのような大量記憶システムへコピーするか復元するためのいずれかの技術を指す。
・パリティ再計算(parity recalculation):一般に、これは、他の冗長情報と結合するか、しないかに拘わりなく、喪失後に記憶されたデータに応じて、パリティ情報あるいは他の冗長情報を回復するために任意の技術を指す。
・RAID グループ:一般に、これは、RAID記憶システムに含まれ、データの冗長を維持するためにRAID記憶システムによって用いられるディスクの組みを指す。いくつかのシステムは、それらのディスクを1つ以上のRAIDグループに分けるRAID記憶システムを含むことがある。
・RAID 記憶システム:一般に、これは、冗長情報の組み(恐らくパリティ情報、ハミングコード、あるいは、実際のデータのコピーのような他のある形式の冗長のごときもの)を含み、そして喪失に応じてデータ復元の可能性を提供する、大量記憶システム上でデータを維持するための任意の技術を指す。
・RAID ストライプ:一般に、これは、ディスクブロックと、冗長情報(喪失後に少なくともいくらかを回復することができるようにディスクブロックおよび余剰情報は相互依存する)の間の任意の関連を指す。
・復元(reconstruction):一般に、これは、他の記憶されたデータと結合していてもしなくても、冗長情報に応じて、喪失後にデータを復元するために任意の技術を指す。
・ゼロマップ(zeromap):一般に、これは、どのディスクブロックが論理的にあるいは物理的に0に設定されたかを示す登録部の組みを有するテーブルを指す。
・ストライプマップ(stripemap):一般に、これは、どのRAIDストライプが故障したディスクから移動されたのかを示す登録部の組みを有するテーブルを指す。
図1は、RAIDデータの復元でファイルシステム情報を用いることを含むファイルシステムおよびRAID記憶システムのブロック図を示す。
ディスクブロック142中のデータが失われた(例えば、ディスクブロック142が破壊された)場合、あるいは、ディスク141上のすべてのデータが失われた(例えば、ディスクが故障した)場合、記憶システム140は失われたデータを復元することができる。どんな割り当てられたデータも持たないようにブロックマップテーブル122で示されていた、ディスクブロック142が失われたとき、そのディスクブロック142に対してデータを復元する必要はない。したがって、個々のディスクブロック142のために、使用していない時にもし失われれば、記憶システム140は、いずれのデータも復元する必要がない。全ディスク141に対しては、もし失われれば、記憶システム140は単に、その時に使用されていたこれらのディスクブロック142に対してデータを復元しなければならない。
そのファイルシステム120は、故障したディスク141上のディスクブロック142にアクセスするための要求を再指示するに際して記憶システム140を支援する。好ましい実施例では、そのファイルシステム120は、(故障ディスク141ではない、いずれかのディスク141上の)ディスクブロック142へのすべての書き込み動作が、書き込み動作の目標である、ディスクブロック142からデータをコピーすることにより、そして、新たに変更されたコピーを指示するために、目標ディスクブロック142へのポインタを調整することにより実行される、コピー・オン・ライト技術を含む。好ましい実施例では、記憶ボリュームの一貫性ポイントを発生させるとき、これらの変更は一緒にグループ化される。 しかしながら、そのようなグループ化のためのどんな特定の要件もない。
ある場合には、ファイルシステム120は、記憶システム140に、ディスクブロック142全体を0に設定するように先を見越して命令を出し、 その結果、そのディスクブロック142を含むストライプに関連しているパリティ情報の簡単な「再計算」(または、「再計算」なし)を許容する。好ましい実施例では、上で説明したように、ファイルシステム120は、SCSIの「同一様に書き込む」コマンドを使用するように記憶システム140に命令する。
・新しいディスク141がRAIDグループに追加されるとき、それぞれのRAIDストライプ143は、その結果、1個のディスクのブロック142により広くされ、そして、そのような各ストライプのためのパリティは、その結果、新しいディスクブロック142のデータに応答する。いずれかのパリティ情報を再計算するよりも、むしろ、ファイルシステム120は、先を見越して、新しいディスクブロック141内のすべてのディスクブロック142を0に設定するよう、記憶システム140に命令し、その結果、パリティ情報が変化しないようにさせる。
パリティは好ましくは、RAIDストライプ143内のディスクブロック142内のすべてのデータの排他的論理和("XOR")としても知られている、サム・モジューロ2(sum modulo 2)として計算される。したがって、すべてゼロである新しいディスクブロック142を挿入することは、RAIDストライプ143内でパリティは変化しない。
この発明の態様では、RAIDストレージシステムにより実行される動作は、目標のRAIDストライプ143内のディスクブロック142に対するゼロマップテーブル125に応答する。それらにゼロマップテーブル125に応答して、ファイルシステム120は目標のRAIDストライプ143内の0でないディスクブロックの個数を計数できる。このことは、ファイルシステム120か記憶システム140が、いずれかのRAIDストライプ143に書き込むときに、引き算でパリティを計算するか、または再計算でパリティを計算するのが、より効率的であるかを決定することを可能にする。
RAIDレベル4システムでは、パリティは、記憶システム140内の単一のディスク141上に保持される。つまり、すべてのRAIDストライプは、「パリティディスク」と参照される、同じディスク141上にそれらのパリティを持つ。RAIDレベル5システムでは、パリティは、記憶システム140内の複数のディスク141を横切って分配される。つまり、それぞれのRAIDストライプは、異なったディスク141上にそのパリティを持ち、そのため、単一のいかなる「パリティディスク」も存在しない。
図2は、RAIDデータ復元にファイルシステム情報を使用することを含む方法に関するプロセスフローチャートを示す。
フローのポイント210では、システム100は故障したディスク141を検出する。
図3はパリティについて再計算しないでミラーリング(反映化)ができるシステムのブロックダイアグラムを示す。
図4は、パリティを再計算することなく、ミラーリングの方法に関するプロセスフローチャートを示す。
この発明は、データが複数のデバイスで維持され、そして、それらの複数のデバイスに記録された少なくともいくつかの情報を破棄てきる(例えば、ファイルシステムの部分ではないか、またはキャッシュから退去できるキャッシュ目的)ファイルシステムと記憶システムに一般的な適用性を持つ。これらの用途のいずれもが、一貫性ポイントを維持するファイルシステムに特に限定されず、また、特にRAID記憶システムにも限定されず、そして、ここで述べた特定の適用に必ずしも関係しない。
120 ファイルシステム
121 情報テーブル
126 ストライブマップテーブル
127 ストライブマップテーブル
140 記憶システム
141 ディスク
142 ディスクブロック
142 RAIDストライプ
160 通信リンク
Claims (6)
- ディスクアレイシステムの操作方法で、前記ディスクアレイシステムが複数のディスク間にストライプ状にデータを記憶し、各ストライプが複数のデータブロックから成る、方法であって、
故障したディスクに記憶されているデータブロックに対して該データブロックを含むストライプに記憶されている冗長情報を用い、データをディスクアレイシステムにより復元すること、
復元されたデータを故障していないディスク上のデータブロックへディスクアレイシステムにより移動すること、
復元されたデータが移動されたことを示すためにストライプマップのエントリをディスクアレイシステムによりマークすることであって、前記ストライプマップが故障したディスク上のデータブロックを有する各ストライプに対するエントリから成り、前記ストライプマップの全てのエントリがマークされている場合に故障したディスクをディスクアレイから論理的に削除すること、及び
復元されたデータが移動されたので故障したディスクのデータブロックが論理的にクリアされたということを示すために、ゼロマップのエントリをディスクアレイシステムによりマークすることであって、ゼロマップが故障したディスク上の各データブロックに対するエントリから成り、データブロックに対してゼロマップのエントリがマークされている場合に該データブロックをデータ復元時に除外できること
から成る方法。 - 更に、
データブロックを使用に割り当てていることを示すためにブロックマップにディスクアレイシステムによりマークすること、
故障したディスク上の割り当てされていないデータブロックに対してデータを復元する替わりに移動先である故障していないディスク上のデータブロックに0をディスクアレイシステムにより書き込むこと、及び
前記割り当てされていないデータブロックに対してゼロマップのエントリをディスクアレイシステムによりマークすること
から成る請求項1記載の方法。 - 更に、
ストライプのデータブロックに対してゼロマップの0でないディスクブロックの数に基づきストライプに対して減算によるパリティ計算と再演算によるパリティ計算のいずれが効率的かをディスクアレイシステムにより決定すること
から成る請求項1記載の方法。 - ディスクアレイに結合され、前記ディスクアレイが複数のディスク間にストライプとしてデータを記憶し、各ストライプが複数のデータブロックから成る、装置であって、
バスを介してメモリに接続されたプロセッサであって、故障したディスクに記憶されているデータブロックに対して該データブロックを含むストライプに記憶されている冗長情報を用いデータを復元するように動作し、更に復元されたデータを故障していないディスク上のデータブロックへ移動するように動作するプロセッサ、
メモリに記憶され故障したディスク上のデータブロックを有する各ストライプに対するエントリから成るストライプマップであって、プロセッサが復元されたデータの移動されたことを示すために前記ストライプマップのデータブロックに対してエントリをマークし、前記ストライプマップの全てのエントリがマークされている場合に故障したディスクをディスクアレイから論理的に削除するもの、
メモリに記憶され、故障したディスク上の各データブロックに対するエントリから成るゼロマップであって、復元されたデータが移動されたので故障したディスクのデータブロックのデータが論理的にクリアされたということを示すために、データブロックに対してエントリをプロセッサがマークし、データブロックに対してゼロマップのエントリがマークされている場合に該データブロックをデータ復元時に除外できるもの
から成る装置。 - 更に、
メモリに記憶され、データブロックを使用に割り当てていることを示すためにプロセッサによりエントリがマークされるブロックマップであって、故障したディスク上の割り当てされていないデータブロックに対してデータを復元する替わりに移動先である故障していないディスク上のデータブロックに0を書き込み、かつ前記割り当てされていないブロックに対してゼロマップのエントリをマークするようにプロセッサが動作するもの
から成る請求項4記載の装置。 - 更に、
ストライプのデータブロックに対してゼロマップの0でないディスクブロックの数に基づきストライプに対して減算によるパリティ計算と再演算によるパリティ計算のいずれが効率的かを決定するようにプロセッサが動作する
請求項4記載の装置。
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