JP5126389B2

JP5126389B2 - 制御装置及び制御方法

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Publication number: JP5126389B2
Application number: JP2011121837A
Authority: JP
Inventors: 秀樹阿部
Original assignee: NEC Platforms Ltd
Current assignee: NEC Platforms Ltd
Priority date: 2011-05-31
Filing date: 2011-05-31
Publication date: 2013-01-23
Anticipated expiration: 2028-03-25
Also published as: JP2011192303A

Description

本発明は、記憶装置の駆動部を制御する技術に関する。

ＨＤＤ（Hard Disk Drive）は、内部の磁気ヘッドや磁性体の磨耗によって故障が発生することがあり、この故障の発生率はＨＤＤのモータの稼動時間により大きく影響される。そして、ＰＯＳのような２４時間稼動する業務用端末では、モータ稼動時間が長くなる為に、ＨＤＤの故障発生率も大きくなってしまう。そこで、長時間駆動する端末は、データの保全のため、そして１台のＨＤＤが故障しても連続して端末を運用する為に、特許文献１〜４に開示された構成のようにミラーリングを用いることが多い。ミラーリングとは、２台以上のＨＤＤを１台のＨＤＤとみなし、全てのＨＤＤへ同一のデータを書き込むことによって、データ保全の信頼性を向上させる仕組みのことである。

特開２００５−７１１００号公報特開２００５−２５０６４４号公報特開２００６−２５２４５１号公報特開２００７−１１５２７０号公報

しかし、ミラーリングはデータ保全の信頼性を向上させるものの、ＨＤＤ１台あたりのモータ稼働率はミラーリングを使用しない場合と同じである。データを書き込む場合も読み出す場合も、全てのＨＤＤを稼働させているためである。

各ＨＤＤのモータ稼働時間が同じとなるから、ＨＤＤ１台あたりの故障率は、ミラーリングを使用しない場合とほとんど変わらず、故障率が改善しないという問題点があった。

本発明は、ミラーリング構築された記憶装置の故障率を改善する技術を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の制御装置は、駆動部を有する複数の記憶装置を制御する制御装置であって、前記記憶装置へのデータの書き込みを指示する書込命令を受信した場合、全ての該記憶装置に前記駆動部を駆動させる駆動信号を送信して該データを全ての該記憶装置に書き込み、書き込まれた該データの読み出しを指示する読出命令を受信した場合、複数の前記記憶装置のうち、いずれか１つの記憶装置にのみ該駆動信号を送信して該記憶装置から該データを読み出す読書手段と、前記読書手段による前記データの書き込み又は該データの読み出しが終了してから所定時間が経過したとき、前記駆動部を停止させる停止信号を全ての前記記憶装置に送信する停止手段と、を有し、前記読書手段は、書き込まれた該データの読み出しを指示する読出命令を受信した場合、前記記憶装置の状態を診断した結果を示す診断情報を取得し、取得した前記診断情報に基づいて、いずれか１つの記憶装置を選択し、前記診断情報は、前記記憶装置の通電時間を示す通電時間情報を含み、前記読書手段は、複数の前記記憶装置の中から該通電時間情報の示す前記通電時間が最小の記憶装置を選択する。

また、本発明の制御方法は、駆動部を有する複数の記憶装置を制御する制御方法であって、前記記憶装置へのデータの書き込みを指示する書込命令を受信した場合、全ての該記憶装置に前記駆動部を駆動させる駆動信号を送信して該データを全ての該記憶装置に書き込み、書き込んだ該データの読み出しを指示する読出命令を受信した場合、複数の前記記憶装置のうち、いずれか１つの記憶装置にのみ該駆動信号を送信して該記憶装置から該データを読み出し、前記データの書き込み又は該データの読み出しが終了してから所定時間が経過したとき、前記駆動部を停止させる停止信号を全ての前記記憶装置に送信し、前記データの読み出しにおいて、書き込まれた該データの読み出しを指示する読出命令を受信した場合、前記記憶装置の状態を診断した結果として、前記記憶装置の通電時間を示す通電時間情報を含む診断情報を取得し、取得した前記診断情報に基づいて、複数の前記記憶装置の中から該通電時間情報の示す前記通電時間が最小の記憶装置を選択する。

本発明によれば、データを書き込む場合は全ての記憶装置を稼働させ、データを読み出す場合は、複数の記憶装置のうち、いずれか１つの記憶装置のみの駆動部を駆動させる。そして、データの読み書きが完了してから所定時間経過時に、全ての記憶装置の駆動部を停止させる。この結果、データを読み出している間は、１台の記憶装置のみが稼働するので、記憶装置１台当たりの稼働時間が減少し、ミラーリング構築された記憶装置の故障率が改善する。

第１の実施形態のミラーリングシステムの構成を示す全体図である。第１の実施形態のミラーリングシステムの外観図である。第１の実施形態のコントローラの動作を示すフローチャートである。第１の実施形態の読書処理の動作を示すフローチャートである。第１の実施形態の書込処理を示すフローチャートである。第１の実施形態の読出処理を示すフローチャートである。第１の実施形態のアイドリング処理を示すフローチャートである。第１の実施形態のミラーリングシステムの動作結果を示す図である。第１の実施形態のミラーリングシステムの動作結果を示す図である。第１の実施形態のミラーリングシステムの動作結果を示す図である。第２の実施形態のミラーリングシステムの構成を示す全体図である。第２の実施形態の診断情報の構成を示す図である。第２の実施形態の読出処理を示すフローチャートである。

（第１の実施形態）
本発明を実施するための第１の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本実施形態のミラーリングシステム１の構成を示すブロック図である。ミラーリングシステム１は、２以上のＨＤＤに同一のデータを書き込み、データ保全の信頼性を向上させるシステムである。同図を参照すると、ミラーリングシステム１は、情報処理装置１０およびＲＡＩＤ（Redundant Arrays of Inexpensive Disks）ユニット２０を有する。

情報処理装置１０は、パーソナルコンピュータ等のコンピュータである。情報処理装置１０は、ＲＡＩＤユニット２０にデータを格納するとき、ＲＡＩＤユニット２０に「Ｗｒｉｔｅ」命令を送信し、格納するデータを送信する。また、情報処理装置１０はＲＡＩＤユニット２０に格納されたデータを読み出すとき、ＲＡＩＤユニット２０に「Ｒｅａｄ」命令を送信する。そして、情報処理装置１０は、読み出すデータのアドレスを示す情報をＲＡＩＤユニット２０に送信し、読み出されたデータをＲＡＩＤユニット２０から受信する。

ＲＡＩＤユニット２０は、情報処理装置１０にＲＡＩＤ１のミラーリング機能を提供する外付け型の機器であり、コントローラ２１、ＨＤＤ２２、およびＨＤＤ２３を有する。

図２は、ＲＡＩＤユニット２０の外観図である。同図を参照すると、ＲＡＩＤユニット２０は、情報処理装置１０とＵＳＢ（Universal Serial Bus）ケーブルやＳＡＴＡ(Serial Advanced Technology Attachment)ケーブルなどで接続される。また、ＲＡＩＤユニット２０は、ＨＤＤ２２およびＨＤＤ２３を収納するケースを有する。ＨＤＤ２２およびＨＤＤ２３は、コントローラ２１とＳＡＴＡケーブルやＩＤＥ(Integrated Drive Electronics)ケーブルなどで接続され、ＲＡＩＤユニット２０に収納される。

図１に戻り、コントローラ２１は、ＲＡＩＤユニット２０全体を制御する。コントローラ２１は、読書処理部２１１およびアイドリング処理部２１３を有する。

読書処理部２１１は、情報処理装置１０から「Ｗｒｉｔｅ」命令を受信したとき、ＨＤＤ２２およびＨＤＤ２３にスタンバイ命令を送信し、ＨＤＤ２２およびＨＤＤ２３を稼働させる。スタンバイ命令は、ＨＤＤ２２およびＨＤＤ２３の駆動部分を駆動させる命令である。スタンバイ命令を受信したＨＤＤ２２およびＨＤＤ２３は、駆動部分を駆動させて、データを書き込み、または、データを読み出すことができる状態（スタンバイ）になる。そして、読書処理部２１１は、情報処理装置１０から格納するデータを受信し、受信したデータをＨＤＤ２２およびＨＤＤ２３に書き込む。

また、読書処理部２１１は、情報処理装置１０から「Ｒｅａｄ」命令を受信したとき、ＨＤＤ２２およびＨＤＤ２３のいずれか一方のみにスタンバイ命令を送信して稼働させる。そして、読書処理部２１１は、情報処理装置１０からデータのアドレスを示す情報を受信し、稼働させたＨＤＤからデータを読み出す。読書処理部２１１は、読み出したデータを情報処理装置１０へ送信する。「Ｒｅａｄ」命令受信時に稼働させるＨＤＤは、コントローラ２１が所定の順番に従って選択する。例えば、ＨＤＤ２２およびＨＤＤ２３を交互に稼働させる。

アイドリング処理部２１３は、読書処理部２１１によるデータの書き込み、またはデータの読み出しが終了してから所定時間が経過したとき、ＨＤＤ２２およびＨＤＤ２３に停止命令を送信して停止させる。

なお、コントローラ２１は、情報処理装置１０のマザーボードとＰＣＩ（Peripheral Components Interconnect）バスを介して接続されるＲＡＩＤカードであってもよい。また、コントローラ２１は、情報処理装置１０のマザーボードに搭載される部品であってもよい。情報処理装置１０が、ソフトウェアでコントローラ２１の機能を実現することもできる。

また、コントローラ２１は、２台に限らず、３台以上の記憶装置（ＨＤＤなど）を制御し、ミラーリング機能を提供することもできる。

ＨＤＤ２２およびＨＤＤ２３は、コントローラ２１の制御に従い、磁気ヘッド等を制御してプラッタにデータを格納し、格納したデータを読み出す記憶装置である。ＨＤＤ２２およびＨＤＤ２３は、それぞれ駆動部２２１および駆動部２３１を有する。駆動部２２１および駆動部２３１は、記憶装置２２および記憶装置２３にデータを格納するとき、またはデータを読み出すときに駆動する。駆動部２２１および駆動部２３１は、例えば、プラッタを回転させるモータや磁気ヘッドを制御するモータである。

なお、ＨＤＤ２２およびＨＤＤ２３は、駆動部分を有する記憶装置であれば、ＨＤＤ以外の記憶装置を使用してもよい。ＨＤＤ２２およびＨＤＤ２３は、例えば、ハイブリッドＨＤＤや、ＤＤＳ(Digital Data Storage)であってもよい。

次に、コントローラ２１の動作に図３〜図７を参照して説明する。図３は、コントローラ２１の実行する制御処理を示すフローチャートである。この制御処理は、コントローラ２１の電源が投入されたとき、または所定のアプリケーションが実行されたときに開始する。同図を参照すると、読書処理部２１１は、読書処理を実行し（ステップＳ１）、アイドリング処理部２１３はアイドリング処理を実行する（ステップＳ３）。

図４は、読書処理を示すフローチャートである。同図を参照すると、読書処理部２１１は、書込処理を実行し（ステップＳ１０）、読出処理を実行する（ステップＳ２０）。

図５は、書込処理を示すフローチャートである。同図を参照すると、読書処理部２１１は、情報処理装置１０から「Ｗｒｉｔｅ」命令を受信したか否かを判断する（ステップＳ１０１）。

「Ｗｒｉｔｅ」命令を受信したのであれば（ステップＳ１０１：ＹＥＳ）、読書処理部２１１は、ＨＤＤ２２およびＨＤＤ２３に対してスタンバイ命令を送信する。既にＨＤＤが稼働中であれば、読書処理部２１１は、そのＨＤＤに対してスタンバイ命令を送信しない。ＨＤＤ２２およびＨＤＤ２３は、スタンバイ命令を受信して駆動部２２１および駆動部２３１を駆動する（ステップＳ１０３）。読書処理部２１１は、情報処理部１０から格納するデータを受信し、受信したデータをＨＤＤ２２およびＨＤＤ２３に書き込む（ステップＳ１０５）。ステップＳ１０５の後、読書処理部２１１は、書込処理を終了する。

図６は、読出処理を示すフローチャートである。同図を参照すると、読書処理部２１１は、情報処理装置１０から「Ｒｅａｄ」命令を受信したか否かを判断する（ステップＳ２０１）。

「Ｒｅａｄ」命令を受信したのであれば（ステップＳ２０１：ＹＥＳ）、読書処理部２１１は、前回「Ｒｅａｄ」命令を受信したときにＨＤＤ２２からデータを読み出したか否かを判断する（ステップＳ２０３）。

前回ＨＤＤ２２からデータを読み出したのであれば（ステップＳ２０３：ＹＥＳ）、読書処理部２１１は、ＨＤＤ２３に対してスタンバイ命令を送信してＨＤＤ２３を稼働させる（ステップＳ２０５）。前回ＨＤＤ２２からデータを読み出したのでなければ（ステップＳ２０３：ＮＯ）、読書処理部２１１は、ＨＤＤ２２に対してスタンバイ命令を送信してＨＤＤ２３を稼働させる（ステップＳ２０７）。ステップＳ２０５またはステップＳ２０７において、既にＨＤＤが稼働中であれば、読書処理部２１１は、そのＨＤＤに対してスタンバイ命令を送信しない。

ステップＳ２０５又はステップＳ２０７の後、読書処理部２１１は、情報処理装置１０からデータのアドレスを示す情報を受信し、スタンバイ状態にあるＨＤＤ（２２または２３）からデータを読み出す。読書処理部２１１は、読み出したデータを情報処理装置１０へ送信する（ステップＳ２０９）。ステップＳ２０９の後、読書処理部２１１は、読出処理を終了する。

図７は、アイドリング処理を示すフローチャートである。同図を参照すると、アイドリング処理部２１３は、データを書き込む処理（ステップＳ１０）を実行中であるか否かを判断する（ステップＳ３１）。データを書き込む処理を実行中でなければ（ステップＳ３１：ＮＯ）、アイドリング処理部２１３は、データを読み出す処理（ステップＳ２０）を実行中であるか否かを判断する（ステップＳ３３）。データを書き込む処理を実行中でなければ（ステップＳ３３：ＮＯ）、所定時間を経過したとき、アイドリング処理部２１３は、ＨＤＤ２２およびＨＤＤ２３に停止命令を送信し、これらのＨＤＤを停止させる（ステップＳ３５）。ステップＳ３５において、ＨＤＤが既に停止しているときは、アイドリング処理部２１３は、そのＨＤＤに対して停止命令を送信しない。データを書き込む処理を実行中であるとき（ステップＳ３１：ＹＥＳ）、またはデータを読み込む処理を実行中であるとき（ステップＳ３３：ＹＥＳ）、あるいはステップＳ３５の後、アイドリング処理部２１３は、アイドリング処理を終了する。

このように、データを読み出すとき、一方のＨＤＤにのみ稼働させるので、双方を稼働させてデータを読み出す場合と比較してＨＤＤ１台あたりの稼働時間が減少し、その結果、故障率が低減する。

続いて、図８〜図１０を参照して、ミラーリングシステム１の動作結果の一例について説明する。コントローラ２１は、ＨＤＤ２２およびＨＤＤ２３にデータを書き込む場合、図８に示すように、ＨＤＤ２２およびＨＤＤ２３にスタンバイ命令を送信して稼働させ、同一のデータをこれらのＨＤＤに書き込む（ステップＳ１０５）。同図において、矢印はデータの流れを示し、網掛けのＨＤＤ（２２および２３）は、稼働しているＨＤＤである。

一方、ＨＤＤ２２またはＨＤＤ２３からデータを読み出す場合、コントローラ２１は、図９に示すように、ＨＤＤ２２、ＨＤＤ２３のいずれか１つのみを稼働させる（ステップＳ２０５またはＳ２０７）。同図において、矢印はデータの流れを示し、網掛けのＨＤＤ（２２）は、稼働しているＨＤＤであり、網掛けのないＨＤＤ（２３）は、停止しているＨＤＤである。

そして、アイドリング時は、コントローラ２１は、図１０に示すように、全てのＨＤＤ(２２および２３)を停止させる（ステップＳ２１１）。同図において、網掛けのないＨＤＤ（２２および２３）は、停止しているＨＤＤである。

以上説明したように、本実施形態によればデータを書き込む場合はＨＤＤ２２およびＨＤＤ２３を稼働させ、データを読み出す場合は、ＨＤＤ２２およびＨＤＤ２３のうち、いずれか１つのＨＤＤのみを稼働させる。そして、データの読み書きが終了後、所定時間経過時に、全てのＨＤＤを停止させる。この結果、データを読み出している間は、１台のＨＤＤのみが稼働するので、ＨＤＤ１台当たりの稼働時間が減少し、ミラーリング構築されたＨＤＤの故障率が改善する。

また、所定の順番に従って稼働させるＨＤＤを選択するので、複数のＨＤＤ（２２および２３）の稼働時間が均等になり、故障のリスクを分散できる。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態について図１１〜図１３を参照して説明する。図１１は、本実施形態のミラーリングシステム２の構成を示す全体図である。同図を参照するとミラーリングシステム２は、ＨＤＤ２２、ＨＤＤ２３がそれぞれ診断情報２２３、診断情報２３３を格納する以外は、第１の実施形態のミラーリングシステム１と同様の構成である。

診断情報２２３は、所定の項目についてのＨＤＤ２２の状態の診断結果が数値化された情報である。診断情報２２３は、例えば、ＨＤＤ２２のＳ．Ｍ．Ａ．Ｒ.Ｔ（Self Monitoring Analysis reporting Technology）機能により取得された情報である。図１０は、診断情報２２３の構成を示す図である。同図を参照すると、診断情報２２３は、項目ＩＤ、項目名、現在値、閾値を示す情報を含む。項目ＩＤは、項目名に一意に割り当てられた番号であり、項目名はＨＤＤ２２の状態についての診断項目である。診断項目は、ＨＤＤの障害の早期発見、故障の予測を目的として診断される項目であり、例えば、ＨＤＤ２２がデータを読み込むときに生じたエラーの割合を示す読込エラー率、ＨＤＤ２２の全体的なスループットを示すＨＤＤ処理能力、ＨＤＤ２２の通電時間を示すＰＯＨ（Power On Hours）などである。現在値は、項目名についてのリアルタイムの診断結果を数値化した値である。閾値は、ＨＤＤ２２の故障や障害を検出するための閾値である。診断情報２３３も診断情報２２３と同様の構成である。

図１１に戻り、コントローラ２１は、ＨＤＤ２２およびＨＤＤ２３から診断情報２２３および２３３を取得する。この診断情報２２３および２３３に基づき、各ＨＤＤの障害や故障の発生率を分析し、比較する。そして、コントローラ２１は、ＨＤＤ２２またはＨＤＤ２３からデータを読み出すとき、障害や故障の発生率が小さいＨＤＤを優先して稼働させる。例えば、コントローラ２１はＰＯＨの最も少ないＨＤＤを選択して稼働させる。

図１３を参照して本実施形態のミラーリングシステム２の動作について説明する。同図は、本実施形態の読出処理を示すフローチャートである。同図を参照すると、本実施形態の読出処理は、ステップＳ２０３の代わりにステップＳ２０３ａを実行するほかは、第１の実施形態の読出処理と同様である。

「Ｒｅａｄ」命令を受信したのであれば（ステップＳ２０１：ＹＥＳ）、読書処理部２１１は、診断情報２２３および診断情報２３３を取得し、これらの診断情報の示すＰＯＨを比較する。そして、読書処理部２１１は、ＨＤＤ２２の通電時間（ＰＯＨ）がＨＤＤ２３の通電時間より長いか否かを判断する（ステップＳ２０３ａ）。ＨＤＤ２２の通電時間の方が長いのであれば（ステップＳ２０３ａ：ＹＥＳ）、読書処理部２１１は、ＨＤＤ２３を稼働させる（ステップＳ２０５）。ＨＤＤ２２の通電時間の方が短いのであれば（ステップＳ２０３ａ：ＮＯ）、読書処理部２１１は、ＨＤＤ２２を稼働させる（ステップＳ２０７）。

なお、コントローラ２１は、ＰＯＨを示す情報以外の項目の診断結果、またはＰＯＨも含め複数の項目の診断結果に基づいて、各ＨＤＤの故障や障害の発生確率を予測し、故障や障害の少ないＨＤＤを優先して稼働させる構成とすることもできる。

本実施形態によれば、診断情報（２２３および２３３）に基づいて稼働させるＨＤＤを選択するので、故障の発生確率の小さいＨＤＤを優先的に選択して、故障のリスクを分散できる。

また、稼働時間の少ないＨＤＤ（２２または２３）を選択して稼働させるので、故障したＨＤＤを交換するなどした結果、各ＨＤＤの通電時間が大きく異なる場合であっても、ＨＤＤの稼働時間が均等に分散されていき、故障のリスクを分散できる。

なお、図３〜図５および図１１で示した処理の全部または一部は、コンピュータがソフトウェアプログラムを実行することにより実現することもできる。

１、２ミラーリングシステム
１０情報処理装置
２０ＲＡＩＤユニット
２１コントローラ
２２、２３ＨＤＤ
２１１読書処理部
２１３アイドリング処理部
２２１、２３１駆動部
２２３、２３３診断情報
Ｓ１０〜Ｓ２０、Ｓ１０１〜Ｓ１０５、Ｓ２０１〜Ｓ２１１、Ｓ２０３ａステップ

Claims

駆動部を有する複数の記憶装置を制御する制御装置であって、
前記記憶装置へのデータの書き込みを指示する書込命令を受信した場合、全ての該記憶装置に前記駆動部を駆動させる駆動信号を送信して該データを全ての該記憶装置に書き込み、書き込まれた該データの読み出しを指示する読出命令を受信した場合、複数の前記記憶装置のうち、いずれか１つの記憶装置にのみ該駆動信号を送信して該記憶装置から該データを読み出す読書手段と、
前記読書手段による前記データの書き込み又は該データの読み出しが終了してから所定時間が経過したとき、前記駆動部を停止させる停止信号を全ての前記記憶装置に送信する停止手段と、
を有し、
前記読書手段は、書き込まれた該データの読み出しを指示する読出命令を受信した場合、前記記憶装置の状態を診断した結果である、前記記憶装置の通電時間を示す通電時間情報を含む診断情報を取得し、取得した前記診断情報に基づいて、複数の前記記憶装置の中から前記通電時間情報の示す前記通電時間が最小の記憶装置を選択し、前記駆動信号を送信して選択した前記記憶装置から前記データを読み出す、制御装置。
前記記憶装置は、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）である、請求項１に記載の制御装置。
前記制御装置は、ＲＡＩＤ（Redundant Arrays of Inexpensive Disks)１の規格に対応する制御装置である、請求項１に記載の制御装置。
駆動部を有する複数の記憶装置を制御する制御方法であって、
前記記憶装置へのデータの書き込みを指示する書込命令を受信した場合、全ての該記憶装置に前記駆動部を駆動させる駆動信号を送信して該データを全ての該記憶装置に書き込み、
書き込んだ該データの読み出しを指示する読出命令を受信した場合、複数の前記記憶装置のうち、いずれか１つの記憶装置にのみ該駆動信号を送信して該記憶装置から該データを読み出し、
前記データの書き込み又は該データの読み出しが終了してから所定時間が経過したとき、前記駆動部を停止させる停止信号を全ての前記記憶装置に送信し、
前記データの読み出しにおいて、書き込まれた該データの読み出しを指示する読出命令を受信した場合、前記記憶装置の状態を診断した結果として、前記記憶装置の通電時間を示す通電時間情報を含む診断情報を取得し、取得した前記診断情報に基づいて、複数の前記記憶装置の中から該通電時間情報の示す前記通電時間が最小の記憶装置を選択し、前記駆動信号を送信して選択した前記記憶装置から前記データを読み出す、制御方法。