JP5107196B2 - 情報処理装置および再構築処理および修復処理の制御方法 - Google Patents

情報処理装置および再構築処理および修復処理の制御方法 Download PDF

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本発明は、記憶装置アレイを有する情報処理装置、および再構築処理および修復処理の制御方法に関する。
複数の記憶装置で構成されるアレイ型記憶装置では、ハードディスクドライブが故障しても、冗長性があるので故障したハードディスクドライブを置き換えた新たなハードディスクドライブにデータ等を再構築することができる。
冗長構成のアレイ装置のディスクの故障後の再構築処理において、再構築(リビルド)のデータアクセスを読み出し要求と、書き込み要求の2つに分割し、その間に外部アクセスを許可する。再構築の書き込みと、外部アクセスが同一クラスタに行なわれた場合、再構築の書き込みを取り消す技術が開示されている(特許文献1参照)。
特開2002−202857号公報
ところで、冗長性がない状態(縮退)で再構築処理を行っている場合に、データライト中にシステムがクラッシュすると、データライト中のデータまたはパリティが正常に書き込まれないことがある。その結果、アレイ型記憶装置は、データおよびパリティに一貫性が無い状態となる。
従来は、再構築処理を行っている場合に、データライト中にシステムがクラッシュすると、一貫性が無いデータおよびパリティを修復するための修復処理をアレイ型記憶装置を構成する全ての記憶装置の全領域に対して行っていて膨大な時間がかかっていた。
本発明の目的は、再構築処理の途中で不正の処理が終了した場合に、再構築処理およびパリティおよびデータの修復処理を行う時間の短縮化を図ることが可能な情報処理装置、および情報処理装置および再構築処理および修復処理の制御方法を提供することにある。
本発明の一例に係わる情報処理装置は、複数台の記憶装置をストライプ単位で管理すると共に、ホストからライトアクセスされたデータを複数の記憶装置に分散して書き込み、前記複数台の記憶装置の同一ストライプの前記複数台の記憶装置の一部の記憶装置に格納されているデータから生成される冗長コードを前記冗長コードの生成に用いたデータが格納されている記憶装置とは異なる1台以上の記憶装置に格納する情報処理装置であって、前記複数台の記憶装置中の少なくとも1台の記憶装置が故障し、故障した記憶装置を新たな記憶装置に交換した場合に、前記故障していない記憶装置に縮退状態でリードおよびライトアクセスが行われている状態で、故障していない記憶装置に格納されているデータおよび冗長コードを用いて前記交換された記憶装置にデータおよびパリティを再構築する再構築処理を実行する再構築手段と、前記複数台の記憶装置に格納されている一貫性が無い冗長コードまたはデータを修復する修復処理を実行する修復手段とを有する修復手段と、前記再構築手段が再構築処理を実行している際中に前記再構築処理が不正に終了した後、前記交換された記憶装置中の再構築処理が終了していない範囲の再構築処理を前記再構築手段に再構築処理を実行させるために、前記再構築手段が再構築を行った領域を検出し、前記検出した領域に基づいて再構築処理を実行する範囲を前記前記再構築手段に指示する再構築処理範囲指示手段と、前記再構築処理範囲指示手段が指示した範囲の再構築処理が終了した場合に、前記再構築処理範囲指示手段が指示した範囲とは異なる範囲に対応する前記複数台の記憶装置に対する前記修復処理を実行するために、前記再構築手段が再構築を行った領域を検出し、前記検出した領域に基づいて前記修復処理を実行する範囲を前記修復手段に指示する修復処理範囲指示手段とを具備することを特徴とする情報処理装置。
本発明によれば、再構築処理の途中で不正の処理が終了した場合に、再構築処理およびパリティおよびデータの修復処理を行う時間の短縮化を図ることが可能になる。
本発明の実施の形態を以下に図面を参照して説明する。
まず、図1を参照して、本発明の一実施形態に係るRAIDシステムのシステム構成について説明する。
本サーバ10は、図1に示されているように、CPU111、ノースブリッジ112、主メモリ113、グラフィクスコントローラ114、サウスブリッジ119、BIOS−ROM120、ハードディスクドライブ(HDD)121A〜121D、LANコントローラ123、エンベデッドコントローラ/キーボードコントローラIC(EC/KBC)124、および電源コントローラ125等を備えている。
CPU111は本サーバ10の動作を制御するために設けられたプロセッサであり、ハードディスクドライブ(HDD)121A〜121Dから主メモリ113にロードされる、オペレーティングシステム(OS)および各種アプリケーションプログラムを実行する。OSは、複数のウィンドウを表示画面上に表示するためのウィンドウシステムを有している。
また、CPU111は、BIOS−ROM120に格納されたシステムBIOS(Basic Input Output System)も実行する。システムBIOSはハードウェア制御のためのプログラムである。
ノースブリッジ112はCPU111のローカルバスとサウスブリッジ119との間を接続するブリッジデバイスである。ノースブリッジ112には、主メモリ113をアクセス制御するメモリコントローラも内蔵されている。また、ノースブリッジ112は、AGP(Accelerated Graphycs Port)バスなどを介してグラフィクスコントローラ114との通信を実行する機能も有している。
グラフィクスコントローラ114は、本サーバ10のフロントディスプレイパネルとして使用されるLCD17を制御する表示コントローラである。このグラフィクスコントローラ114はビデオメモリ(VRAM)を有しており、OS/アプリケーションプログラムによってビデオメモリに描画された表示データから、LCD17に表示すべき表示イメージを形成する映像信号を生成する。
サウスブリッジ119は、LPC(Low Pin Count)バス上の各デバイスを制御する。また、サウスブリッジ119は、PCI−Xバスに接続されたデバイスと通信を行うためのPCI−Xコントローラを内蔵している。さらに、サウスブリッジ119は、BIOS−ROM120をアクセス制御するための機能も有している。
サウスブリッジ119は、内部にハードディスクドライブ(HDD)コントローラ119Aを有する。本実施形態の場合、ハードディスクドライブ(HDD)コントローラ119Aは、4台のハードディスクドライブ121A〜121Dとの通信を制御する。
LANコントローラ123は、本コンピュータをLANに接続するためのネットワークインターフェースである。
エンベデッドコントローラ/キーボードコントローラIC(EC/KBC)124は、電源制御、放熱制御のためのエンベデッドコントローラと、キーボード(KB)およびマウスを制御するためのキーボードコントローラとが集積された1チップマイクロコンピュータである。このエンベデッドコントローラ/キーボードコントローラIC(EC/KBC)124は、ユーザによるパワーボタン14の操作に応じて本サーバ10をパワーオン/パワーオフする機能を有している。
電源回路としてのAC/DCコンバータ126は、交流電圧を直流電圧に変換する。変換された直流電圧は、電源回路としての電源コントローラ125に出力される。電源コントローラ125は、直流電圧を用いて本サーバ10の各コンポーネントに供給すべきシステム電力を生成する。電源コントローラ125は電圧供給指示手段としてのEC/KBC124からの指示に応じて、本サーバ10の各コンポーネントにシステム電力を供給する。
本コンピュータは、CPU111によって実行されるソフトウェアRAID(Redundant Array Of Inexpensive Disks)機能を有している。本装置で実行されるソフトウェアRAIDは、例えばRAID−5に対応している。
図2は、一般的な4台のHDDでRAID5を組んだ場合のデータ・パリティ配置の例である。121A〜121Dのそれぞれのハードディスクドライブは、ユーザエリアとRAID管理情報エリアに分けられる。RAID管理情報エリアには、RAIDアレイの構成情報やアレイに属するハードディスクドライブの情報等が保存されている。ユーザエリアは、ストライプ(S0、S1、S2、S3、S4、‥、Sn、‥)という単位で管理されて、それぞれのストライプには、データDsd(sはストライプ番号、ディスク番号)が3台のハードディスクドライブに分散されて格納されると共に、分散されたデータから生成されるパリティPs(冗長コード)が1台のハードディスクドライブに格納される。パリティは他のハードディスクドライブに格納されているデータの排他的論理和を演算することで求められる。
次に、ソフトウェアRAIDの構成について図3を参照して説明する。
ソフトウェアRAIDは、RAIDドライバ200、およびRAID管理モジュール210等から構成されている。RAIDドライバ200は、書込モジュール201、読出モジュール、再構築モジュール203、およびパリティ・データ修復モジュール204等から構成される。
書込モジュール201は、オペレーティングシステムやアプリケーションソフトウェアからハードディスクドライブに書込みを命じられたデータをハードディスクドライブに分散させて書き込むと共に、分散されたデータから生成されるパリティPs(冗長コード)を1台のハードディスクドライブに書き込む。
読込モジュール202は、オペレーティングシステムやアプリケーションソフトウェアからハードディスクドライブに書込みを命じられたデータを読み出す処理を実行する。
再構築モジュール203は、1台のハードディスクドライブに故障が発生した場合に、RAID管理モジュール210の制御の下に再構築処理を実行する。再構築処理とは、故障していないハードディスクドライブに格納されているデータおよびパリティを用いて、故障した記憶装置に格納されていた情報を交換された記憶装置に再構築する処理のことである。
また、再構築モジュール203は、例えば100個のストライプの再構築が終了する度に、再構築が終了した領域を示す再構築終了領域情報を発行する。
パリティ・データ修復モジュール204は、再構築処理中に障害が発生することによって交換したハードディスクドライブのリビルド処理を完了することができなかった場合に、RAID管理モジュール210の制御の下に次回起動時にパリティおよびデータの修復処理を実行する。リビルド処理中に障害が発生することによって交換したハードディスクドライブのリビルド処理を完了することができなかった場合、4台のハードディスクドライブは冗長性のない状態であるので、各ハードディスクドライブに格納されているパリティおよびデータに一貫性がない場合が或る。パリティ・データ修復モジュール204は、一貫性のないパリティまたはデータを検出し、検出されたパリティおよびデータの修復処理を行うことによって、RAID5を構築するハードディスクドライブ121A〜121Dに格納されているパリティおよびデータを保証する。
また、RAIDドライバ200は、再構築モジュール203が再構築処理を開始すると再構築処理中であることを示す再構築処理情報220をイネーブルにする。そして、再構築処理が終了すると、RAIDドライバ200は、再構築処理情報220をディスイネーブルにする。再構築処理が異常終了すると再構築処理情報220はイネーブルの状態なので、システムの起動時に再構築処理情報220を参照することで再構築処理が正常に終了したか異常終了したかを判別することができる。
RAID管理モジュール210は、パリティ・データ修復管理データ管理モジュール211、再構築範囲指示モジュール212、およびパリティ・データ修復範囲指示モジュール213等を有する。
パリティ・データ修復管理データ管理モジュール211は、再構築モジュール203が再構築終了領域情報を発行する度に、発行された再構築終了領域情報に基づいて再構築が終了した領域を示すパリティ・データ修復管理データ220を更新する。
再構築範囲指示モジュール212は、再構築モジュール203に対して交換したハードディスクドライブの再構築を行う範囲を指示する。通常、再構築範囲指示モジュール212は、再構築モジュール203に対して交換したハードディスクドライブの先頭から最後の領域までの範囲を指示する。しかし、再構築モジュール203が再構築処理を行っている最中に再構築処理が不正に終了した場合、パリティ・データ修復管理データ220に基づいて、交換したハードディスクドライブに対して再構築処理が行われてない範囲の再構築処理を指示する。
再構築モジュール203が再構築処理を行っている最中に再構築処理が不正に終了し、再構築処理が再構築範囲指示モジュール212の指示範囲に基づいて正常に再構築処理を終了した場合に、パリティ・データ修復範囲指示モジュール213は、パリティ・データ修復モジュール204に対して、パリティ・データ修復管理データ220に基づいて交換したハードディスクドライブに対して、再構築処理が最後に再構築処理を行った範囲とは重複しない別の範囲に対するパリティ修復処理を指示する。つまり、パリティ・データ修復範囲指示モジュール213が指示する範囲は、図4に示すように、再構築処理の再開は交換したハードディスクドライブ中の再構築処理が行われていない領域の再構築を行う、再構築が終了しパリティおよびデータが保証されていない領域に対してパリティおよびデータの修復処理を実行する。
再構築処理が終了した範囲に対して再構築処理を再度実行し、再度の再構築処理が無事終了したら、再度再構築処理を行った領域に格納されているデータおよびパリティは一貫性がとれた状態になる。よって、再度再構築処理を行った領域に対しては修復処理を実行する必要がない。再度再構築処理を行った領域に対して修復処理を行わないことで、再構築処理および修復処理にかかる時間を短縮化することができる。
以下に、上述した再構築処理およびパリティおよびデータの修復処理を実行するための処理を図5のフローチャートを参照して説明する。
先ず、ハードディスクドライブ121A〜121Dの中のハードディスクドライブ121Dが故障したものとする。すると、RAIDドライバ200は、故障していないハードディスクドライブを縮退状態でRAID5を運用し、ライトアクセスおよびライトアクセスを故障していないハードディスクドライブ121A〜121Cに発行する。故障したハードディスクドライブがホットスワップによって新しいハードディスクドライブ121Dに交換する。
新しいハードディスクドライブ121Dに交換されると、再構築範囲指示モジュール212が交換されたハードディスクドライブの全部の領域の再構築処理を再構築処理モジュールに指示する。再構築処理モジュールは、また、RAIDドライバ200は、再構築処理情報220をイネーブルにし(ステップS11)、交換されたハードディスクドライブ121Dに対して再構築処理を実行する(ステップS12)。
再構築処理の途中でオペレーティングシステムが不正にシャットダウンし、再構築処理が不正に終了したものとする。オペレーティングシステムが再起動し、RAIDドライバ200およびRAID管理モジュール210が起動する。
RAIDドライバ200は、再構築処理情報220を参照して、前回の起動時に再構築処理が不正に終了したか否かを判別する。この場合、不正終了しているので再構築処理情報220はイネーブルのママであり、RAIDドライバ200は、再構築処理が不正に終了したと判断し、RAIDドライバ200はライド管理モジュールに前回の再構築処理が不正に終了した旨を通知する(ステップS13)。
RAID管理モジュール210の再構築範囲指示モジュール212は、パリティ・データ修復管理データ220を参照し、前回の再構築処理で再構築が終了した範囲を識別する(ステップS14)。そして、再構築範囲指示モジュール212は、検出した範囲から再構築処理が終了していない、再構築処理を実行すべき範囲を演算する(ステップS15)。再構築範囲指示モジュール212は、演算した範囲のハードディスクドライブ121Dに対して再構築処理を実行するようにRAIDドライバ200に命令する(ステップS16)。
RAIDドライバ200の再構築モジュール203は、再構築範囲指示モジュール212が命令した範囲のハードディスクドライブ121Dに対して再構築処理を実行する(ステップS17)。RAIDドライバ200は、RAID度管理モジュールから命令された範囲の再構築処理が終了したら(ステップS18のYes)、RAID度管理モジュールに再構築処理が終了した旨を通知する(ステップS19)。また、RAIDドライバ200は、再構築処理情報220をディスイネーブルにする。
RAID管理モジュール210のパリティ・データ修復範囲指示モジュール213は、パリティ・データ修復管理データ220を参照し、前回の再構築処理で再構築が終了した範囲を識別する(ステップS20)。そして、パリティ・データ修復範囲指示モジュール213は、RAIDドライバ200に対して、識別した範囲に対応する全ハードディスクドライブ121A〜121Dの各ストライプに格納されている一貫性のないパリティおよびデータを修復するための修復処理を実行するように命令する(ステップS21)。
RAIDドライバ200のパリティ・データ修復モジュール204は、命令された範囲のハードディスクドライブ121A〜121Dに対するパリティおよびデータを修復するための処理を開始し(ステップS22)、指定された範囲のパリティおよびデータを修復する(ステップS23のYes)。
なお、上述した情報処理装置は、RAIDシステムは、NAS(Network Attached Storage)として機能するアプライアンスサーバであっても良いし、ユーザが使用するパーソナルコンピュータであっても良い。
上述した処理により、再構築処理および修復処理にかかる時間を短縮化することが可能になる。
また、上述したRAIDドライバの機能を、ハードウエアで実現されるRAIDコントローラに実装しても良い。
また、上述した例ではRAID5であったが、RAID6の構成に対しても上述した再構築処理および修復処理の制御を実施することができる。また、RAID50やRAID60のような復号RAIDに対しても上述した再構築処理および修復処理の制御を実施することができる。
なお、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
本発明の一実施形態に係わる情報処理装置のシステム構成を示すブロック図。 4台のハードディスクドライブでRAID5を組んだ場合のデータ・パリティ配置の例を示す図。 4台のハードディスクドライブでRAID5を構成するためのソフトウェアRAIDのシステム構成を示すブロック図。 リビルド中の不正シャットダウン後に4台のハードディスクドライブに対して行う再構築処理および修復処理を説明するための図。 再構築処理および修復処理を実行する手順を示すフローチャート。
符号の説明
111…CPU,200…RAIDドライバ,201…書込モジュール,202…読込モジュール,203…再構築モジュール,204…パリティ・データ修復モジュール,210…RAID管理モジュール,211…パリティ・データ修復管理データ管理モジュール,212…再構築範囲指示モジュール,213…パリティ・データ修復範囲指示モジュール,220…パリティ・データ修復管理データ。

Claims (6)

  1. 複数台の記憶装置をストライプ単位で管理すると共に、ホストからライトアクセスされたデータを複数の記憶装置に分散して書き込み、前記複数台の記憶装置の同一ストライプの前記複数台の記憶装置の一部の記憶装置に格納されているデータから生成される冗長コードを前記冗長コードの生成に用いたデータが格納されている記憶装置とは異なる1台以上の記憶装置に格納する情報処理装置であって、
    前記複数台の記憶装置中の少なくとも1台の記憶装置が故障し、故障した記憶装置を新たな記憶装置に交換した場合に、前記故障していない記憶装置に縮退状態でリードおよびライトアクセスが行われている状態で、故障していない記憶装置に格納されているデータおよび冗長コードを用いて前記交換された記憶装置にデータおよびパリティを再構築する再構築処理を実行する再構築手段と、
    前記複数台の記憶装置に格納されている一貫性が無い冗長コードまたはデータを修復する修復処理を実行する修復手段とを有する修復手段と、
    前記再構築手段が再構築処理を実行している際中に前記再構築処理が不正に終了した後、前記交換された記憶装置中の再構築処理が終了していない範囲の再構築処理を前記再構築手段に再構築処理を実行させるために、前記再構築手段が再構築を行った領域を検出し、前記検出した領域に基づいて再構築処理を実行する範囲を前記前記再構築手段に指示する再構築処理範囲指示手段と、
    前記再構築処理範囲指示手段が指示した範囲の再構築処理が終了した場合に、前記再構築処理範囲指示手段が指示した範囲とは異なる範囲に対応する前記複数台の記憶装置に対する前記修復処理を実行するために、前記再構築手段が再構築を行った領域を検出し、前記検出した領域に基づいて前記修復処理を実行する範囲を前記修復手段に指示する修復処理範囲指示手段とを具備することを特徴とする情報処理装置。
  2. 前記再構築手段は、一定数のストライプの前記再構築処理が終了する度に前記再構築処理が終了したストライプを示す情報を発行し、
    前記発行された情報に基づいて前記再構築手段が再構築を行った領域を示す再構築終了領域情報を更新する再構築手段を更に具備し、
    前記再構築処理範囲指示手段および前記修復処理範囲指示手段は、前記再構築終了領域情報に基づいて再構築手段が再構築を行った領域を検出することを特徴とする請求項1に記載の情報処理装置。
  3. 複数台の記憶装置をストライプ単位で管理すると共に、ホストからライトアクセスされたデータを複数の記憶装置に分散して書き込み、前記複数台の記憶装置の同一ストライプの前記複数台の記憶装置の一部の記憶装置に格納されているデータから生成される冗長コードを前記冗長コードの生成に用いたデータが格納されている記憶装置とは異なる1台以上の記憶装置に格納するアレイ型記憶装置に対する再構築処理および修復処理の制御方法であって、
    前記複数台の記憶装置中の少なくとも1台の記憶装置が故障し、故障した記憶装置を新たな記憶装置に交換した場合に、前記故障していない縮退状態の記憶装置にリードおよびライトアクセスが行われている状態で、再構築手段を用いて故障していない記憶装置に格納されているデータおよび冗長コードを用いて前記交換された記憶装置にデータおよびパリティを再構築する再構築処理を実行し、
    再構築処理を実行している際中に前記再構築処理が不正に終了した後、前記交換された記憶装置中の再構築処理が終了していない範囲に対して前記再構築処理を再度実行し、
    前記再構築処理範囲指示手段が指示された範囲の再構築処理を終了した場合に、前記再構築処理範囲指示手段が指示した範囲とは異なる範囲に対応する前記複数台の記憶装置から一貫性が無い冗長コードまたはデータを修復する修復処理を実行する
    ことを特徴とする再構築処理および修復処理の制御方法。
  4. 一定数のストライプの前記再構築処理が終了する度に前記再構築処理が終了したストライプを示す情報を発行し、
    前記発行された情報に基づいて前記再構築手段が再構築を行った領域を示す再構築終了領域情報を更新することを更に具備し、
    前記再度の再構築処理が行われる範囲は、前記再構築終了領域情報に基づいて決定され、
    前記修復処理が行われる範囲は、前記再構築終了領域情報に基づいて決定される
    ことを特徴とする請求項3に記載の再構築処理および修復処理の制御方法。
  5. コンピュータに、複数台の記憶装置をストライプ単位で管理すると共に、ホストからライトアクセスされたデータを複数の記憶装置に分散して書き込み、前記複数台の記憶装置の同一ストライプの前記複数台の記憶装置の一部の記憶装置に格納されているデータから生成される冗長コードを前記冗長コードの生成に用いたデータが格納されている記憶装置とは異なる1台以上の記憶装置に格納するアレイ型記憶装置に対して、前記複数台の記憶装置中の少なくとも1台の記憶装置が故障し、故障した記憶装置を新たな記憶装置に交換した場合に行われる再構築処理、および前記複数台の記憶装置に格納されている一貫性がないパリティおよびデータを修復する修復処理を実行させるプログラムであって、
    前記コンピュータに、前記複数台の記憶装置中の少なくとも1台の記憶装置が故障し、故障した記憶装置を新たな記憶装置に交換した場合に、前記故障していない縮退状態の記憶装置にリードおよびライトアクセスが行われている状態で、故障していない記憶装置に格納されているデータおよび冗長コードを用いて前記交換された記憶装置に前記再構築処理を実行させる手順と、
    前記検出した領域に基づいて前記交換された記憶装置中の再構築処理が終了していない範囲の再構築処理を実行させる手順と、
    前記再構築処理範囲指示手段が指示した範囲とは異なる範囲に対応する前記複数台の記憶装置に前記修復処理を実行させる手順と
    を実行させることを特徴とするプログラム。
  6. 前記コンピュータに、前記再構築手段は一定数のストライプの前記再構築処理が終了する度に前記再構築処理が終了したストライプを示す情報を発行させるための処理を実行させる手順と、
    前記コンピュータに、前記発行された情報に基づいて前記再構築手段が再構築を行った領域を示す再構築終了領域情報を更新するための処理を実行させる手順とを更に具備し、
    前記再構築処理が不正に終了する前に前記再構築手段が再構築を行った領域の検出は、前記再構築終了領域情報に基づいて行われることを特徴とする請求項5に記載のプログラム。
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