JP4862847B2 - ディスクアレイのデータ復旧方法、ディスクアレイシステム及び制御プログラム - Google Patents

Description

この発明は、ディスクアレイのデータ復旧方法、ディスクアレイシステム及び制御プログラムに係り、詳しくはデータ処理システムの信頼性の向上を図ることができるディスクアレイのデータ復旧方法、ディスクアレイシステム及び制御プログラムに関する。

ディスクアレイシステムにおいて、従来からＲＡＩＤ（Redundant Arrays of Inexpensive Disks、又はRedundant Arrays of Independent Disks）技術は、よく知られている。ＲＡＩＤ技術は、複数のハードディスク（ＨＤＤ（Hard Disk））にデータを並列に書き込むことにより耐障害性を向上させる技術である。ＲＡＩＤ技術には、ＲＡＩＤレベル０からＲＡＩＤレベル５までの他に、ＲＡＩＤレベル６も開発され実用に供されている。

ＲＡＩＤ技術のうちのＲＡＩＤ５は、パリテイを１つ使用してハードディスクにデータエラーが発生したとき、そのデータエラーが発生したデータの復旧を行うようにしている。
しかし、例えば、ＲＡＩＤ５で構成されるランク（複数のハードディスク内の一部集合）内の１つのディスク（図６の６１）が故障し、スペアディスク（図６の６２）に対して復旧する際に、復旧元のディスクでメディアエラー等のエラーが発生した場合に、復旧が失敗したアドレスについてのデータが消失するという問題がある。なお、図６において、ディスク６３は、ディスク６２にエラーが発生する前に縮退したディスクである。

この問題を解決するための手段として、図７に示すように、各ディスク毎のエラー情報を監視し、しきい値を超えたディスク（図７の７１）をスペアディスク（図７の７２）にコピーし、コピー完了後縮退（予防コピー）する技術（以下、従来の改良技術という）が開発されている。
また、特許文献１には、ＲＡＩＤアレイの故障後に、ディスクアレイのストライプ情報に基づいてパリテイの再計算をすべきストライプと再計算をしないストライプとを判別し、これによりＲＡＩＤアレイを適正に回復させる技術が開示されている。

また、特許文献２には、ディスク装置のエラー数が基準値以上か否かを判断し、基準値以上と判断されたとき当該ディスク装置の故障診断をした後に、そのディスク装置の縮退を行う技術が開示されている。
また、特許文献３には、ディスクアレイの複数の冗長グループ単位に対して複数のＲＡＩＤレベルを用意しておき、ディスクアレイの複数の冗長グループ単位の中のデータ損失の確率が高いと判断されるＲＡＩＤレベル、すなわち、最も弱いＲＡＩＤレベルから、データ再構築を、ＲＡＩＤレベルでのシステム構成を変更することなく、冗長グループ単位全体について順次に行う技術が開示されている。
特開２００７−１８４０１１号公報 特開２００７−２４１８３７号公報 特開２００１−１４７７８５号公報

上述した従来の改良技術は、しきい値を超えたディスクをスペアディスクにコピーしてしまうため、エラー情報がしきい値を超えたが、なお、使用し得るディスクのコピーを行い、縮退させるため、縮退率の上昇が避けられないという問題がある。

特許文献１は、ＲＡＩＤアレイの故障があるとき、ＲＡＩＤアレイを適正に回復させるための手段として、ＲＡＩＤアレイの故障後に、ディスクアレイのストライプ情報に基づいてパリテイの再計算をすべきストライプと再計算をしないストライプとを判別することを必須要件とするものであり、ＲＡＩＤアレイの回復のためのその他の技術的事項への言及はない。

特許文献２は、エラー数が基準値以上にあるディスク装置の故障診断後に、そのディスク装置の縮退を行う技術であり、同一のディスク装置保護レベルの中での技術的処置を採用しているに過ぎない。
特許文献３は、ディスクアレイの複数の冗長グループ単位の中のデータ損失の確率が高いと判断されるＲＡＩＤレベル、すなわち、最も弱いＲＡＩＤレベルから、データ再構築を、ＲＡＩＤレベルでのシステム構成を変更することなく、冗長グループ単位全体について順次に行うため、複数の冗長グループ単位分のスペアディスクが必要となるという技術的課題がある。

この発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、データ処理システムの信頼性の向上に寄与し得るディスクアレイのデータ復旧方法、ディスクアレイシステム及び制御プログラムを提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、この発明の第１の構成は、格納制御手段によってアクセスされるデータをＲＡＩＤ５で管理するディスクアレイのデータ復旧方法に係り、上記ディスクアレイは、それぞれが複数のディスクの群からなる複数のランクと、上記複数のランクのうち、どのランクにも組み込まれていないスペアディスク及びＱパリティディスクとを備え、上記ディスクアレイのランク毎にエラーの情報を管理し、ＲＡＩＤ５で動作している上記ランクの中から、管理されている上記エラーの情報に基づいて上記エラーが多く発生する可能性の高いランクを予測し、予測された当該ランクのＱパリティを生成し、生成されたＱパリティを前記Ｑパリティディスクに格納し、予測された上記ランクを、一時的に生成された上記Ｑパリテイを用いて、ＲＡＩＤ６で動作させると共に、未使用の上記スペアディスクを上記Ｑパリテイディスクに変更して使用する一方、通常の上記スペアディスクが必要になったときは、エラー回数の一番少ないランクに割り当てられている上記Ｑパリテイディスクを上記スペアディスクに変更することを特徴としている。

この発明の第２の構成は、格納制御手段によってアクセスされるディスクアレイのランクをＲＡＩＤ５で管理するディスクアレイシステムに係り、それぞれが複数のディスクの群からなる複数の上記ランクと、上記複数のランクのうち、どのランクにも組み込まれていないスペアディスク及びＱパリティディスクとを備える上記ディスクアレイと、上記ディスクアレイのランク毎にエラーの情報を管理する情報管理手段と、ＲＡＩＤ５で動作している上記ランクの中から、上記情報管理手段によって管理されている上記エラーの情報に基づいて上記エラーが多く発生する可能性の高いランクを予測する予測手段と、該予測手段によって予測された当該ランクのＱパリティを生成し、生成されたＱパリティを前記Ｑパリティディスクに格納するパリティ生成手段と、上記予測手段によって予測された上記ランクを、一時的に上記パリティ生成手段によって生成された上記Ｑパリテイを用いて、ＲＡＩＤ６で動作させるレベル管理手段とを備えてなると共に、該レベル管理手段は、未使用の上記スペアディスクを上記Ｑパリテイディスクに変更して使用する一方、通常の上記スペアディスクが必要になったときは、上記情報管理手段は、エラー回数の一番少ないランクに割り当てられている上記Ｑパリテイディスクを選び、上記レベル管理手段は、選ばれた上記Ｑパリテイディスクを上記スペアディスクに変更することを特徴としている。

また、この発明の第３の構成は、制御プログラムに係り、コンピュータに、上記第１の構成のディスクアレイのデータ復旧方法を実行させることを特徴とする制御プログラム。

また、この発明の第４の構成は、制御プログラムに係り、コンピュータを、上記第２の構成のディスクアレイシステムとして機能させることを特徴としている。

この発明は、ディスクアレイのランク毎にエラーの情報を管理し、ＲＡＩＤ５で動作しているランクの中から、管理されているエラーの情報に基づいてエラーが多く発生する可能性の高いランクを予測し、予測された当該ランクのＱパリティを生成し、予測された上記ランクを、一時的に生成された上記Ｑパリテイを用いて、ＲＡＩＤ６で動作させると共に、上記ディスクアレイの中の未使用の上記スペアディスクを上記Ｑパリテイディスクに変更して使用する一方、通常の上記スペアディスクが必要になったときは、エラー回数の一番少ないランクに割り当てられている上記Ｑパリテイディスクを上記スペアディスクに変更する構成であるので、縮退率を上げずに信頼性を強化することができる。
また、この信頼性を得るのに必要なディスク台数を低減させることができる。

ディスクアレイのランク毎にエラーの情報を管理し、ＲＡＩＤ５で動作しているランクの中から、管理されているエラーの情報に基づいてエラーが多く発生する可能性の高いランクを予測し、予測された当該ランクのＱパリティを生成し、予測された上記ランクを、一時的に生成された上記Ｑパリテイを用いて、ＲＡＩＤ６で動作させると共に、上記ディスクアレイの中の未使用の上記スペアディスクを上記Ｑパリテイディスクに変更して使用する一方、通常の上記スペアディスクが必要になったときは、エラー回数の一番少ないランクに割り当てられている上記Ｑパリテイディスクを上記スペアディスクに変更することで、この発明の課題を実現した。

実施形態１

図１は、この発明の実施形態１であるディスクアレイシステムの電気的構成を示すブロック図、図２は、同ディスクアレイ装置の制御を説明する概念図、また、図３は、同ディスクアレイ装置の制御手順を示すフローチャートである。
この実施形態のディスクアレイシステム１は、ＲＡＩＤ５で動作するように構成されたディスクアレイシステムの中の、エラーの多いランクをＲＡＩＤ６で動作させる装置に係り、図１に示すように、ディスクアレイシステム１は、ディスクアレイ装置１０とディスクアレイ３とで概略構成されている。

ディスクアレイ装置１０は、ＲＡＩＤ情報管理部１１と、ディスク処理制御部１２と、エラー情報管理部１３と、スペアディスク制御部１４とから概略構成されている。そのＲＡＩＤ情報管理部１１は、ホスト２に接続され、ディスク処理制御部１２は、ディスクアレイ３に接続されている。
ディスクアレイ３は、複数のディスク（ＨＤＤ）３_ｉｊに（ｉ＝０，１，２，…，ｍのうちの１つ、ｊ＝０，１，２，…，ｎのうちの１つ）接続されている。
複数のディスク３_ｉｊは、複数のディスク群（ランク）に組み込まれるディスクと、ランクに組み込まれないディスクとがあり、後者のディスクは、スペアディスク又はＱパリティディスクと呼ばれるディスクとして管理されている。ランクは、例えば、ディスクアレイの行方向の一部のディスク群から構成されている。

ＲＡＩＤ情報管理部１１は、ホスト２から受け取るコマンドがどのディスク３_ｉｊ対応のものであるか否かの判定、ディスク処理制御部１２に対する受信コマンド対応の処理制御の発行（生成）、受け取ったコマンドの処理についての終了報告等を行う機能部である。受信コマンド対応の処理制御の生成は、受信コマンドについてＲＡＩＤ５で行うべきデータ及びＰパリテイの処理指示並びにエラー情報管理部１３からのＱパリテイの処理依頼に基づくＱパリテイの生成及びそのＱパリテイディスクへの書き込みのための処理指示を含み、これらの処理指示は、同期して、すなわち、一連の処理の中で順次発行されるように構成されており、発行される指示は、ディスク処理制御部１２へ渡される。

ディスク処理制御部１２は、複数のディスク３_ｉｊとのデータ転送の制御、データ転送中の障害検出、障害が検出されたときのエラー情報管理部１３へのエラーの内容（エラー回数）の通知を行う機能部である。上記のデータ転送の制御には、ＲＡＩＤ情報管理部１１から発行される処理制御に基づくデータ転送を含む。

エラー情報管理部１３は、上述の複数のディスク３_ｉｊとのデータ転送中に発生したエラーの内容についてのランク毎の管理、管理中のランク毎にエラー回数を計数し、複数のランクの中からエラー回数が多いランクを検出すること、及び検出されるランクについてのＱパリティのスペアディスクへの生成をＲＡＩＤ情報管理部１１への依頼を行う機能部である。
スペアディスク制御部１４は、エラー情報管理部１３からＲＡＩＤ情報管理部１１を介して上記依頼を受け取ったことに応答しての未使用のスペアディスクの選択、選択されたスペアディスクをＱパリティディスクとして使用することの切り替えと、通常のスペアディスクが必要になった場合に、ランク毎のエラー回数の比較、その比較結果に基づき一番エラー回数の少ないランクに割り当てられているＱパリティディスクの選択、その選択されたＱパリティディスクを通常のスペアディスクとして使用するための切り替えとを行う機能部である。
ＲＡＩＤ情報管理部１１、ディスク処理制御部１２、エラー情報管理部１３及びスペアディスク制御部１４は、プログラムで制御可能に構成されている。

次に、図１乃至図３を参照して、この実施形態の動作を説明する。
この実施形態をスペアディスクを使用した復旧方法について説明する。
ディスクアレイシステム１においてディスクの故障検出を開始すると、エラー情報管理部１３が、ディスクアレイ３のランク毎のエラーの情報管理を行い（図３のステップＳ１）、スペアディスク制御部１４が、未使用のスペアディスクの台数を確認して未使用のスペアディスクの台数が２以上であるか否かを判定する（図３のステップＳ２）

未使用のスペアディスクが１台以下であるならば（図３のステップＳ２のno）、エラー情報管理部１３が、ランク毎のエラー回数を比較し、一番エラー回数の少ないランクに割り当てられているＱパリティディスクを選び、スペアディスク制御部１４が、そのＱパリティディスクをスペアディスクに変更する（図３のステップＳ３）。
未使用のスペアディスクが２台以上であるならば（図３のステップＳ２のyes）、スペアディスク制御部１４が、未使用のスペアディスクをＱパリティディスクに変更する（図３のステップＳ４）。

そして、スペアディスク制御部１４が、未使用のＱパリティディスクの数を確認する（図３のステップＳ５）。未使用のＱパリティディスクがないならば（図３のステップＳ５のno）、ステップＳ１へ戻る。
未使用のＱパリティディスクがあるならば（図３のステップＳ５のyes）、エラー情報管理部１３が、Ｑパリティを使用していないランクの中で、一番エラーの多いランク（図２のエラーの多いＨＤＤ）を選び、Ｑパリティディスクの生成をＲＡＩＤ情報制御部１１に依頼する（図３のステップＳ６）。
ＲＡＩＤ情報制御部１１は、エラー情報管理部１３から依頼のあったＱパリティのデータを未使用のＱパリティディスクに作成する（図３のステップＳ７）。
これにより、ＲＡＩＤ５で動作していた一番エラーの多いランクを、一時的に、ＲＡＩＤ６に切り替えて動作させることができる。
また、その逆への復帰もできる。

このように、この実施形態の構成によれば、スペアディスクを使用しているＲＡＩＤ５において、ランク毎にエラーの情報を管理し、エラーの情報が多いランクについてＱパリティを作成し、当該ランクのみを一時的にＲＡＩＤ６に設定するようにしたので、縮退率を上げずに信頼性を強化することができる。
また、ＲＡＩＤ５でのシステム構成において、使用していないスペアディスクをエラーの多いランクのＱパリティディスクとして使用して信頼性を強化しているので、この信頼性を得るのに必要なディスク台数を、ＲＡＩＤ６によるシステム構成に比して低減する、換言すれば、ＲＡＩＤ６のランク分のディスクを事前に用意しておく必要性が無くすことができる。

実施形態２

図４は、この発明の実施形態２であるディスクアレイ装置の制御を説明する概念図である。
この実施形態の構成が、実施形態１のそれと大きく異なる点は、ＲＡＩＤ５からＲＡＩＤ６への移行に必要なＱパリテイの生成をデータ及びＰパリテイの生成と非同期で行うようにした点である。
すなわち、この実施形態のディスクアレイ装置の特徴部分は、実施形態１でのＲＡＩＤ情報管理部においてエラー情報管理部からの依頼に応答してデータ及びＰパリテイについての処理指示の発行に続く一連の処理の中でＱパリテイについての処理指示を発行するのではなく、データ及びＰパリテイについて発行した処理指示から許容し得る時間経過時にＱパリテイの生成指示を発行するようにＲＡＩＤ情報管理部を変更することにある。図４において、線４１は、書き込み時にデータとＰパリティのみを更新し、ホストにレスポンスを返す場合を示し、線４２は、ホストにレスポンスを返した後、これと非同期でＱパリティの生成指示をＲＡＩＤ情報管理部で発行する場合を示す。
但し、Ｑパリティの生成が完了している場合に有効になるという制限はある。

この実施形態の構成によれば、実施形態１と同効が得られるほか、実施形態１ではＲＡＩＤ５で構成されるランクのうちのエラーの多いランクに対するＱパリティについての処理指示を上述した態様で発行するため、Ｑパリティが１台に集まるのを回避できて、書き込みの性能の劣化を防止することもできる。

実施形態３

図５は、この発明の実施形態３であるディスクアレイ装置の制御を説明する概念図である。
この実施形態の構成が、実施形態１のそれと大きく異なる点は、スペアディスクとＱパリティディスクとの切り替えなく同一の機能を達成し得るようにした点である。
すなわち、この実施形態のディスクアレイ装置の特徴部分は、スペアディスクに大容量のディスクを使用し、このスペアディスクを複数ランクのＱパリティディスクとしも使用することにある。

この実施形態の構成によれば、スペアディスクとＱパリティディスクとの切り替えなしに、実施形態１と同効を得ることができる。

以上、この発明の実施例を、図面を参照して詳述してきたが、この発明の具体的な構成は、これらの実施例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があってもそれらはこの発明に含まれる。
例えば、上記のいずれの実施形態は、１つのランクについてＲＡＩＤ６を構築する例を説明したが、２以上のランクについてもＲＡＩＤ６を構築する仕組みに拡張することもできる。
上記各実施形態を構成するプログラムは、プログラミング言語で構成されるほか、その全部又は一部がファームウェアで構成されてもよい。
また、ディスクは、磁気ディスクであっても、半導体ディスクであってもよい。
上述したエラー発生度の高いランクをＲＡＩＤ構成のシステムの中で決定する例について説明したが、これと同等のことをその他の冗長アレイ構成のデータ格納システムにおいて実施し得る。

ここに開示しているデータ格納装置のデータ復旧方法及びその装置、ディスクアレイシステムのデータ復旧方法及びその装置並びにそれらの制御プログラムは、ディスクアレイを記憶手段として使用する各種の情報処理装置で利用し得る。

この発明の実施形態１であるディスクアレイ装置の電気的構成を示すブロック図である。 同ディスクアレイ装置の制御を説明する概念図である。 同ディスクアレイ装置の制御手順を示すフローチャートである。 この発明の実施形態２であるディスクアレイ装置の制御を説明する概念図である。 この発明の実施形態３であるディスクアレイ装置の制御を説明する概念図である。 従来の１つのディスクアレイシステムの欠点を説明するための概念図である。 従来の他のディスクアレイシステムの欠点を説明するための概念図である。

符号の説明

１ ディスクアレイシステム
１０ ディスクアレイ装置
１１ ＲＡＩＤ情報管理部（パリティ生成手段、レベル管理手段の一部）
１２ ディスク処理制御部（格納制御手段）
１３ エラー情報管理部（情報管理手段、予測手段）
１４ スペアディスク制御部（レベル管理手段の残部）

Claims (10)

1. 格納制御手段によってアクセスされるデータをＲＡＩＤ５で管理するディスクアレイのデータ復旧方法であって、
   前記ディスクアレイは、それぞれが複数のディスクの群からなる複数のランクと、前記複数のランクのうち、どのランクにも組み込まれていないスペアディスク及びＱパリティディスクとを備え、
   前記ディスクアレイのランク毎にエラーの情報を管理し、
   ＲＡＩＤ５で動作している前記ランクの中から、管理されている前記エラーの情報に基づいて前記エラーが多く発生する可能性の高いランクを予測し、
   予測された当該ランクのＱパリティを生成し、生成されたＱパリティを前記Ｑパリティディスクに格納し、
   予測された前記ランクを、一時的に生成された上記Ｑパリテイを用いて、ＲＡＩＤ６で動作させると共に、
   未使用の前記スペアディスクを前記Ｑパリテイディスクに変更して使用する一方、通常の前記スペアディスクが必要になったときは、エラー回数の一番少ないランクに割り当てられている前記Ｑパリテイディスクを前記スペアディスクに変更することを特徴とするディスクアレイのデータ復旧方法。
2. 未使用の前記スペアディスクが１台以下であるときは、ランク毎のエラー回数を比較し、エラー回数の一番少ないランクに割り当てられている前記Ｑパリティディスクを前記スペアディスクに変更することを特徴とする請求項１記載のディスクアレイのデータ復旧方法。
3. 前記Ｑパリテイは、ＲＡＩＤ５についてのデータ及びＰパリティの生成と非同期で生成することを特徴とする請求項１記載のディスクアレイのデータ復旧方法。
4. 前記スペアディスクの記憶領域と前記Ｑパリテイディスクの記憶領域とを単一のディスクに設けることを特徴とする請求項１又は２記載のディスクアレイのデータ復旧方法。
5. 格納制御手段によってアクセスされるディスクアレイのランクをＲＡＩＤ５で管理するディスクアレイシステムであって、
   それぞれが複数のディスクの群からなる複数の前記ランクと、前記複数のランクのうち、どのランクにも組み込まれていないスペアディスク及びＱパリティディスクとを備える前記ディスクアレイと、
   前記ディスクアレイのランク毎にエラーの情報を管理する情報管理手段と、
   ＲＡＩＤ５で動作している前記ランクの中から、前記情報管理手段によって管理されている前記エラーの情報に基づいて前記エラーが多く発生する可能性の高いランクを予測する予測手段と、
   該予測手段によって予測された当該ランクのＱパリティを生成し、生成されたＱパリティを前記Ｑパリティディスクに格納するパリティ生成手段と、
   前記予測手段によって予測された前記ランクを、一時的に前記パリティ生成手段によって生成された前記Ｑパリテイを用いて、ＲＡＩＤ６で動作させるレベル管理手段とを備えてなると共に、
   該レベル管理手段は、未使用の前記スペアディスクを前記Ｑパリテイディスクに変更して使用する一方、通常の前記スペアディスクが必要になったときは、前記情報管理手段は、エラー回数の一番少ないランクに割り当てられている前記Ｑパリテイディスクを選び、前記レベル管理手段は、選ばれた前記Ｑパリテイディスクを前記スペアディスクに変更することを特徴とするディスクアレイシステム。
6. 前記情報管理手段は、未使用の前記スペアディスクが１台以下であるときは、ランク毎のエラー回数を比較し、エラー回数の一番少ないランクに割り当てられている前記Ｑパリティディスクを選び、前記レベル管理手段は、選ばれた前記Ｑパリテイディスクを前記スペアディスクに変更することを特徴とする請求項５記載のディスクアレイシステム。
7. 前記パリティ生成手段によって生成される前記Ｑパリテイは、ＲＡＩＤ５についてのデータ及びＰパリティの生成と非同期で生成することを特徴とする請求項５記載のディスクアレイシステム。
8. 前記スペアディスクの記憶領域と前記Ｑパリテイディスクの記憶領域とを単一のディスクに設けることを特徴とする請求項５又は６記載のディスクアレイシステム。
9. コンピュータに請求項１乃至４のいずれか一に記載のディスクアレイのデータ復旧方法を実行させることを特徴とする制御プログラム。
10. コンピュータを、請求項５乃至８のいずれか一に記載のディスクアレイシステムとして機能させることを特徴とする制御プログラム。

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