JP5535343B1 - ディスクアレイ制御装置およびサーバ - Google Patents
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Abstract
【課題】ストライピングを利用するディスクアレイ制御装置において、ハードウェアの規模を抑えた上で、信頼性を向上させる。
【解決手段】入力データをn台の現用記憶装置用に分割して出力し、n台の現用記憶装置からのn台分のデータを多重化してホスト側へ出力する分割・多重化手段と、n台の現用記憶装置、m台の待機記憶装置、および分割・多重化手段間の接続を切り替える切替手段と、切替手段を制御する制御手段とを備える。制御手段は、n台の現用記憶装置から各現用記憶装置の状態を示す情報を取得する状態取得機能と、取得されたn台の現用記憶装置の状態を示す情報から故障する可能性のある現用記憶装置を判定する判定機能と、切替手段に、故障する可能性のある現用記憶装置と待機記憶装置の1つとを接続させ、故障する可能性のある現用記憶装置から待機記憶装置へのコピーを制御するコピー機能とを有する。
【選択図】図3
【解決手段】入力データをn台の現用記憶装置用に分割して出力し、n台の現用記憶装置からのn台分のデータを多重化してホスト側へ出力する分割・多重化手段と、n台の現用記憶装置、m台の待機記憶装置、および分割・多重化手段間の接続を切り替える切替手段と、切替手段を制御する制御手段とを備える。制御手段は、n台の現用記憶装置から各現用記憶装置の状態を示す情報を取得する状態取得機能と、取得されたn台の現用記憶装置の状態を示す情報から故障する可能性のある現用記憶装置を判定する判定機能と、切替手段に、故障する可能性のある現用記憶装置と待機記憶装置の1つとを接続させ、故障する可能性のある現用記憶装置から待機記憶装置へのコピーを制御するコピー機能とを有する。
【選択図】図3
Description
本発明の実施形態は、ディスクアレイ制御装置およびサーバに関する。
近年、映像配信など、ビデオデータをはじめとする大量の大容量データを高速に配信することが求められている。このため複数のHDDやSSD等の記憶装置からなるディスクアレイを使用することで、大量の大容量データへの高速アクセスを実現している。また、このようなディスクアレイへの高速アクセスを行うためには、ディスクアレイに対し複数のデータを読み書きする仕組み、例えば周知のRAID(Redundant Arrays of Independent Disks)のような仕組みが必要である。
しかしながら、いくつかのタイプがあるRAIDの中で、RAID0を採用すると、ハードウェアの規模を小さくすることができるが、このRAID0では制御対象のディスクアレイに故障した記憶装置が1つでもあると、ファイルシステム全体が使えなくなってしまう問題がある。また、この問題に対処するために冗長性を持たせようとすると、RAID1のように複数の記憶装置全部を二重化するような仕組みとなり、記憶装置の数量が増えてしまう問題があった。またRAID5などのように、一部の記憶装置が故障してもよいように記憶装置全体で冗長性をもたせた場合でも、ハードウェアの規模が大きくなってしまう問題があった。
本発明が解決しようとする課題は、ストライピングにより複数の記憶装置にデータを分散して読み書きするためのディスクアレイ制御装置において、ハードウェアの規模を抑えた上で、信頼性を向上させることができる、ディスクアレイ制御装置およびサーバを提供することである。
実施形態のディスクアレイ制御装置は、n台(nは2以上)の現用記憶装置にストライピングによりデータを分散して読み書きするためのディスクアレイ制御装置である。
ホスト側からの入力データをn台の現用記憶装置用に分割して出力し、n台の現用記憶装置からのn台分のデータを多重化してホスト側へ出力する分割・多重化手段と、n台の現用記憶装置、m台(mは1以上)の待機記憶装置、および分割・多重化手段間の接続を切り替える切替手段と、切替手段を制御する制御手段と、を備える。
そして、制御手段は、n台の現用記憶装置から、各現用記憶装置の状態を示す情報を取得する状態取得機能と、状態取得機能により得られたn台の現用記憶装置の状態を示す情報から、故障する可能性のある現用記憶装置を判定する判定機能と、切替手段に、判定機能により判定された故障する可能性のある現用記憶装置と待機記憶装置の1つとを接続させ、故障する可能性のある現用記憶装置から該現用記憶装置に接続された待機記憶装置への、故障する可能性のある現用記憶装置のファイル管理情報を含む記憶内容のコピーを制御するコピー機能と、を有する。制御手段は、コピー機能によるデータのコピーが完了する前に、ホスト側から故障する可能性のある現用記憶装置へのデータの書き込み要求があった場合、コピー機能は、故障する可能性のある現用記憶装置に代えて、該故障する可能性のある現用記憶装置からのデータのコピーを行っている待機記憶装置に、当該書き込みにかかるジャーナル情報と書き込み要求されたデータとを書き込む制御を行い、記憶内容のコピーが完了すると、ジャーナル情報に基づいて待機記憶装置のファイル管理情報を更新する。
以下に説明する実施形態において、ファイルシステムは複数のHDDやSSD等の記憶装置(以下、個々のHDDやSSD等をドライブまたはDRIVEと称す)からなるディスクアレイを用いて構築される。通常のデータアクセスでの動作は、RAID0のシステムの場合と同一であり、RAID0と異なるのは、RAID0でファイルシステムを構築するのに使用している現用のドライブと同一サイズ、あるいは同一サイズ以上の容量を持つ、1個以上の待機ドライブを利用する点にある。
また、各ドライブから定期的に、データの読み出し異常、書き換えの回数、温度といった情報を、各ドライブが持つSMART情報から取得し、また、別途備える温度計からサーバ内の温度を取得し、故障する可能性のある現用ドライブを判定する(後述)。HDDやSSDには、障害の早期発見・故障の予測などを目的としてS.M.A.R.T.(Self-Monitoring, Analysis and Reporting Technology)と呼ばれる機能が搭載されており、この機能により、上記SMART情報を取得することができる。
ところで、映像配信をネットワーク経由で行う場合の1つの形態として、記憶装置に記憶したコンテンツを読み出してEthernet(登録商標)で配信する形態がある。図1は、MPU(マイクロプロセッサ)31、MEM(メモリ)32、およびEthernet I/F33を備えるマザーボード30と、記憶装置10と、この記憶装置10とマザーボード30との間のインタフェースであるI/F20とを備えるサーバ100の一般的な構成(概略)を、Network(ネットワーク)40を介した映像配信用の装置構成として例示したものである。
この形態では、記憶装置10に記憶されたデータを高速に読み出すため、記憶装置10として、複数のHDDやSSDからなるディスクアレイを使用し、I/F20として、例えば、RAIDカードを使用し、複数のドライブを1つのドライブに見せたシステムが用いられることがある。この機能を提供するRAIDカードは、例えばRAID0では、ストライピングと呼ばれる書き込むデータを分割して複数のドライブに書き込み読み出すための機能を提供する。
図2に、4台のドライブをRAID0で使用する場合の、データ(DATA)が各ドライブ(DRIVE1〜4)へ記録される様子を示す。RAID0によるストライピングでは、同図に示すように、データが4つずつに分割され、分割されたデータが4つのドライブに分散されて記録される。
ここで一実施形態として説明するサーバ101は、通常時は4台のドライブをRAID0(ストライピング)で使用する構成で、さらに待機ドライブ1台を用意したシステムとして構築する。その構成例を図3、4に示す。なお、ここでは、現用として4台のドライブを用いるものとして説明するが、これに限るものではなく、8台など他の台数のドライブに対しても対応可能である。また待機ドライブも、1台ではなく、2台あるいは3台などであってもよい。待機ドライブを複数台用意すれば、2台あるいは3台のドライブが同時期に故障する可能性が生じた場合にも、以下に説明する待機ドライブが1台の場合と同様にして対応可能である。
本実施形態では、図3に示すように、ディスクアレイ11をRAID0で動作させるためのRAIDカード21は、分割・多重化回路22と5台のドライブの入出力とをマトリクス回路23でこれらの接続を切り替えられるようにしている。5台のドライブのうち、1台のドライブは待機ドライブであり、残りの4台のドライブがRAID0で使用する現用ドライブである。
分割・多重化回路22は、ホスト(MPU31)側からの入力データを4台の現用ドライブ用に分割して出力し、4台の現用ドライブからのデータを多重化してホスト側へ出力する回路である。
マトリクス回路23は、4台の現用ドライブと、待機ドライブと、分割・多重化回路22との間の接続を切り替える回路である。
代替制御回路24(後述)は、マトリクス回路23を制御するものであり、分割・多重化回路22と各ドライブ間の接続を切り替えるとともに、この代替制御回路24に備わる、コピー回路26、判定回路27、SMART情報読出回路28により(図4参照)、本実施形態において特徴的な制御を行う(後述)。なお、代替制御回路24は、MPU31からのコマンドに応じて必要な動作を実行する。
通常時は、マトリクス回路23により、分割・多重化回路22と待機ドライブを除く4台の現用ドライブの間が接続された状態となるが、一定の時間以上が経過しこれらの現用ドライブに対するアクセスが無いときに、SMART情報読出回路28がこれらのドライブからSMART(Self-Monitoring Analysis and Reporting Technology;ドライブの状態を示す診断レポート)情報を読み出す接続となる。このSMART情報には、データの読み出し異常、書き換えの回数、最高温度および現在の温度等が含まれる。また、RAIDカード21には、サーバ101内の温度を測定する温度センサ25を備えており、SMART情報読出回路28は、温度センサ25で測定された温度も取得する。
SMART情報読出回路28が上記4台の現用ドライブから読み出したSMART情報および温度センサ25で測定されたサーバ101内の温度から、判定回路27が、故障する可能性のあるドライブの有無を判断し、最も故障する可能性の高いドライブを決定する。このドライブをDRIVE−Eとする。なお、この判断は、MPU31側で行うようにしてもよい。
故障する可能性の高いドライブ(DRIVE−E)が見つかった場合、コピー回路26は、このDRIVE−Eへのアクセスが無い状態で、かつSMART情報を読み出さないタイミングで、DRIVE−Eのファイル管理情報を読み出し、待機ドライブ(DRIVE−Sと記す)にそのコピーを作成するため、マトリクス回路23により両者を接続する。
ここで判定回路27の動作について説明する。判定回路27は、SMART情報読出回路28が、動作している各ドライブ(現用ドライブ)から読み出したSMART情報に含まれるデータの読み出し異常(エラー訂正の発生数)、書き換えの回数、最高温度を取得するとともに、温度センサ25からサーバ101内の現在の温度を取得する。そして、図5のフローチャートに示すように、これらの情報から該当ドライブが故障する可能性を判定し、該当ドライブが故障する可能性の高い場合に、そのドライブから待機ドライブ(DRIVE−S)へのコピー回路26によるコピー動作を起動する。
具体的には、いずれかのドライブにおいて、データの読み出し異常がある場合(ステップS101でYes)、または書き換えの回数が設定値以上の場合(ステップS103でYes)、または最高温度が設定値以上である場合(ステップS105でYes)のいずれかに該当すれば、コピー回路26による該当するドライブから待機ドライブへのコピー動作を起動して、該当ドライブをコピーする(ステップS102、S104、またはS106)。
また、これらのいずれの条件にも一致しない場合には(ステップS101、S103、およびS105でNo)、サーバ101内の現在の温度が設定値以上か確認し、設定値以上の場合には(ステップS107でYes)、ドライブの寿命を予測するカウンタを上げる(このカウンタの値は各ドライブに設定される)(ステップS108)。なお、各ドライブのカウンタの値は、ドライブの交換によって差が生じ、最も長く現用されているドライブのカウンタの値が最も大きくなる。
一方、現在の温度が設定値以上でない場合は(ステップS107でNo)、さらにこのカウンタの値が設定値以上か判定し、このカウンタの値が設定値以上の場合にも(ステップS109でYes)、コピー回路26による該当のドライブから待機ドライブへのコピー動作を起動して、該当ドライブをコピーする(ステップS110)。なお、該当ドライブに対するコピー動作の詳細は、図7を用いて後述する。
以上の処理を、定期的に、動作させている各ドライブに対して順に行う。
本実施形態では、ドライブの状態の監視を、上記のようにSMART情報と温度センサ25で測定された温度を基に行っているが、これらに限らず、ドライブの状態を同様に判断できるものであれば、それを利用してドライブの状態監視を行うようにしてもよい。またドライブの状態を示す情報を読み出して(取得して)行う上記判断についても、上記手順に限らず、他の判断手順により行ってもよい。
以上のようにして故障する可能性のあるドライブが見つかり、コピー動作が起動される。以下では、その際の本実施形態のRAIDカード21による各ドライブの運用について説明する。
ここでも、図6に示すように5台のドライブDRIVE−1〜5があり、DRIVE−5が待機ドライブ(DRIVE−S)であるとする。
この状態で運用していたところ(STATE1)、DRIVE−2で異常が検出されると、このドライブを、故障する可能性のあるドライブ(DRIVE−E)として扱うことになる。
この状態(STATE2)となると、DRIVE−2に記憶されている内容(データおよびファイル管理情報)をDRIVE−5にコピーする。
このコピーが完了すると、待機ドライブであったDRIVE−5が現用ドライブとなり、故障する可能性のあるDRIVE−2は切り離され(STATE3;分離)、DRIVE−2が正常なドライブと交換される。
そして、この交換が終了すると、交換されたDRIVE−2が新しい待機ドライブDRIVE−Sとなる(STATE4)。
次に、DRIVE−EであるDRIVE−2からDRIVE−SであるDRIVE−5へ記憶内容をコピーする際の処理を図7のフローチャートに示し説明する。
サーバ101で使用するファイルシステムには、Micro Soft(登録商標)社のDOSであれば例えばFAT(File Allocation Tables)、Linux(登録商標)であればi−node(Index Node)といったドライブのファイル管理情報がある。これらにはドライブの中に記憶されたデータの位置が記録されている。以下では、FATを例に説明する。なお、Ext3のようにジャーナリング機能を持つファイルシステムでは、ジャーナル情報も含めて同様に処理を行う。また、Ext4、NTFS、zfsなど他のファイルシステムについても、同様の処理で対応可能である。
ところで、DRIVE−EからDRIVE−Sへのコピーを行っている間に、DRIVE−Eに対し書き換えを含め書き込みが生じる場合がある。本実施形態では、このような場合でも、その書き込みの内容をジャーナリングすることで、DRIVE−Eを書き込み対象とした書き込みと、DRIVE−Sへの書き込みを完全に同期させる。図7は、この場合の処理も含んでいる。また、上記コピーを行っている間に、DRIVE−Eに対し読み出しが生じる場合があるが、図7は、この場合の処理も含んでいる。
図7のフローチャートでは、まず、DRIVE−Eからの、ファイル管理情報を含むすべてのデータのコピーが完了したか判断している(ステップS201)。すべてのデータのコピーが完了すると(ステップS201でYes)、前述のようにDRIVE−Eを切り離す(ステップS202)。
一方、すべてのコピーが完了していない場合(ステップS201でNo)、すなわちコピー動作を行っている間に、上記のようにホスト側からDRIVE−Eに対し書き込みあるいは読み出しの要求が生じる場合があるため、まずステップS203でDRIVE−Eへの書き込み要求があるか判断し、書き込み要求がない場合は(ステップS203でNo)、さらにステップS206でDRIVE−Eへの読み出しの要求があるか判断している。
DRIVE−Eへの書き込みの要求があった場合(ステップS203でYes)、その要求の内容についてのジャーナルをDRIVE−Sに記録した上で(ステップS204)、DRIVE−Sに書き込みを要求されたデータを書き込んで(ステップS205)、ステップS201に戻る。
DRIVE−Eへの書き込みの要求ではなく、DRIVE−Eへの読み出しの要求があった場合(ステップS206でYes)、DRIVE−EのFATを確認し(ステップS207)、該当のデータがDRIVE−Eになければ、DRIVE−Sからデータを読み出す(ステップS208)。これは、本来DRIVE−Eへの書き込みを要求されたデータで、上記ステップS204にてDRIVE−Sに書き込まれたデータは、DRIVE−Eには存在しないので、実際にデータが書き込まれたDRIVE−Sから読み出している。一方、該当のデータがDRIVE−Eにあれば、DRIVE−Eからデータを読み出す(ステップS209)。
また、DRIVE−Eのコピーが完了しておらず、DRIVE−Eに対する書き込みおよび読み出しの要求もない場合(ステップS201、S203、およびS206でNo)、さらにDRIVE−Eのデータコピーが完了したか判断する(ステップS210)。ここでデータコピーが完了していない場合は(ステップS210でNo)、DRIVE−EからDRIVE−Sへ一定量のデータのコピーを行う(ステップS211)。
一方、DRIVE−Eのデータコピーが完了している場合は(ステップS210でYes)、さらにFATのコピーが完了しているか判断する(ステップS212)。ここでFATのコピーが完了していない場合(ステップS212でNo)、DRIVE−EからDRIVE−SへFATデータのコピーを行う(ステップS213)。
DRIVE−EのFATのコピーが完了している場合は(ステップS212でYes)、上記ジャーナルを使ってDRIVE−SのFATのアップデートを行う(ステップS214)。
以上のようにして、DRIVE−Eの記憶内容は、DRIVE−Sにコピーされる。そして、DRIVE−Eの記憶内容のDRIVE−Sへのコピーが完了すると、RAIDカード21は、図6に示したように待機ドライブ(DRIVE−S)を、故障する可能性の高いドライブ(DRIVE−E)の代わりに現用ドライブとして運用する。
以上説明したように、本実施形態のRAIDカード21によれば、ディスクアレイ11を構成する各ドライブに対し、故障する可能性の高いドライブを判定し、そのドライブの記憶内容を待機ドライブにコピーして、この待機ドライブを、故障する可能性の高いドライブに代えて運用するので、RAID0を利用するRAIDカード(ディスクアレイ制御装置)およびサーバにおいて、ハードウェアの規模を抑えた上で、信頼性を向上させることができる。
以上、本発明の実施形態を説明したが、上記実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。その新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。また、この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
10 記憶装置
11 ディスクアレイ
20 I/F
21 RAIDカード
22 分割・多重化回路
23 マトリクス回路
24 代替制御回路
25 温度センサ
26 コピー回路
27 判定回路
28 SMART情報読出回路
30 マザーボード
31 MPU
32 MEM
33 Ethernet I/F
40 Network
11 ディスクアレイ
20 I/F
21 RAIDカード
22 分割・多重化回路
23 マトリクス回路
24 代替制御回路
25 温度センサ
26 コピー回路
27 判定回路
28 SMART情報読出回路
30 マザーボード
31 MPU
32 MEM
33 Ethernet I/F
40 Network
Claims (5)
- n台(nは2以上)の現用記憶装置にストライピングによりデータを分散して読み書きするためのディスクアレイ制御装置であって、
ホスト側からの入力データを前記n台の現用記憶装置用に分割して出力し、前記n台の現用記憶装置からのn台分のデータを多重化してホスト側へ出力する分割・多重化手段と、
前記n台の現用記憶装置、m台(mは1以上)の待機記憶装置、および前記分割・多重化手段間の接続を切り替える切替手段と、
前記切替手段を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、
前記n台の現用記憶装置から、各現用記憶装置の状態を示す情報を取得する状態取得機能と、
前記状態取得機能により得られた前記n台の現用記憶装置の状態を示す情報から、故障する可能性のある現用記憶装置を判定する判定機能と、
前記切替手段に、前記判定機能により判定された故障する可能性のある現用記憶装置と前記待機記憶装置の1つとを接続させ、前記故障する可能性のある現用記憶装置から該現用記憶装置に接続された前記待機記憶装置への、前記故障する可能性のある現用記憶装置のファイル管理情報を含む記憶内容のコピーを制御するコピー機能と、を有し、
前記コピー機能によるデータのコピーが完了する前に、ホスト側から前記故障する可能性のある現用記憶装置へのデータの書き込み要求があった場合、前記コピー機能は、前記故障する可能性のある現用記憶装置に代えて、該故障する可能性のある現用記憶装置からのデータのコピーを行っている前記待機記憶装置に、当該書き込みにかかるジャーナル情報と書き込み要求されたデータとを書き込む制御を行い、前記記憶内容のコピーが完了すると、前記ジャーナル情報に基づいて前記待機記憶装置のファイル管理情報を更新する、
ディスクアレイ制御装置。 - 前記制御手段は、前記故障する可能性のある現用記憶装置から該現用記憶装置に接続された前記待機記憶装置へのデータのコピーが完了すると、該待機記憶装置を、前記故障する可能性のある現用記憶装置に代えて、前記n台の現用記憶装置の1つとみなして前記各機能による制御を行う、請求項1に記載のディスクアレイ制御装置。
- 前記コピー機能によるデータのコピーが完了する前に、ホスト側から前記故障する可能性のある現用記憶装置へのデータの読み出し要求があった場合で、前記コピー機能は、前記故障する可能性のある現用記憶装置に該当のデータがある場合、前記故障する可能性のある現用記憶装置から該当のデータを読み出し、前記故障する可能性のある現用記憶装置に該当のデータがない場合、該故障する可能性のある現用記憶装置からのデータのコピーを行っている前記待機記憶装置から該当のデータを読み出す制御を行う、請求項1または請求項2に記載のディスクアレイ制御装置。
- 前記n台の現用記憶装置を含む装置内部の現在の温度が所定の設定値以上である場合、各現用記憶装置に対応する所定のカウンタ値をカウントアップし、いずれかの現用記憶装置に対応する前記カウンタ値が所定の設定値以上となった場合、前記判定手段は、そのカウンタ値が所定の設定値以上となった現用記憶装置を故障する可能性のある現用記憶装置であると判定する、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のディスクアレイ制御装置。
- 請求項1から請求項4のいずれかのディスクアレイ制御装置を備えるサーバ。
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