JP5586712B2 - ディスクアレイ制御装置およびディスクアレイ装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、ディスクアレイ制御装置およびディスクアレイ装置に関する。

従来より、ＲＡＩＤ（Redundant Arrays of Inexpensive DisksもしくはRedundant Arrays of Independent Disksの略）と呼ばれる、複数台のハードディスク等のディスク装置を仮想的な１台の記憶装置として運用できるようにする技術がある。ＲＡＩＤにはいくつかの構成があり、ＲＡＩＤ５と呼ばれるものは、複数のハードディスクに、データと、誤り訂正符号データとしての水平パリティとを分散させて記録する方式であり、冗長性を向上させることができる。

特開平５−３５４１３号公報

しかしながら、ＲＡＩＤ５で構成されたディスクアレイ装置において、１台のディスク装置に障害が発生した場合、残りのデータと水平パリティを元に障害データを回復させることはできるが、２台以上のディスク装置に障害が発生した場合、回復不可能になるという問題があった。

本発明が解決しようとする課題は、ディスクアレイを構成する複数のディスク装置にデータと水平パリティとを分散させて記録するディスクアレイシステムにおいて、複数のディスク装置の水平方向のセクタに不良セクタが発生した場合でも、データを回復させることができるディスクアレイ制御装置およびディスクアレイ装置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、ＲＡＩＤ５による、予備を含む複数台のディスク装置からなるディスクアレイへのアクセス制御をするディスクアレイ制御装置である。

このディスクアレイ装置は、ＲＡＩＤ５で現用するディスク装置に不良セクタが発生した場合、予備のディスク装置に不良セクタのデータを復元コピーする復元コピー部を備える。

また、不良セクタに対するアクセスを、予備のディスク装置に不良セクタのデータの復元コピーがなされた予備のディスク装置の対応セクタへのアクセスに変換するための変換テーブルを有し、不良セクタに対するアクセス要求があった場合、上記変換テーブルを基に、予備のディスク装置に不良セクタのデータの復元コピーがなされた予備のディスク装置の対応セクタへのアクセスに変換するアクセス変換部を備える。また、現用するディスク装置の１つが故障した場合、該故障した現用のディスク装置に記録されている内容をすべて記憶できる容量が予備のディスク装置にあるか否か判断し、当該容量が予備のディスク装置にあれば、復元コピー部は、予備のディスク装置に、故障した現用のディスク装置の全内容を復元コピーし、該復元コピーの完了後、当該ディスクアレイ制御装置は、予備のディスク装置を現用として他の現用のディスク装置とともにＲＡＩＤ５のシステムを再構築し、故障したディスク装置が交換されると、新しいディスク装置を予備ディスク装置として運用するとともに、現用される元の予備ディスク装置に記録されている、交換されていない他の現用ディスク装置の不良セクタのデータを、上記変換テーブルの対応関係と対応するように移行させ、故障により交換された元の現用ディスク装置の不良セクタに関連する、上記変換テーブルの対応する箇所は削除し、故障した現用のディスク装置に記録されている内容をすべて記憶できる容量が予備のディスク装置になければ、復元コピー部は、交換される新規のディスク装置に、故障した現用のディスク装置の内容を復元コピーし、該復元コピーの完了後、当該ディスクアレイ制御装置は、新規のディスク装置を新たな現用するディスク装置として他の現用のディスク装置とともにＲＡＩＤ５のシステムを再構築し、予備ディスク装置に残っている、故障により交換された元の現用ディスク装置の不良セクタに関連したデータを削除するようにする制御部を備える。

図１は、実施形態における、ホストＣＰＵに接続された、ディスクアレイとこのディスクアレイを制御するＲＡＩＤコントーラとを備えるディスクアレイ装置の概略構成を示した図である。 図２は、同実施形態の制御回路の機能構成を示すブロック図である。 図３は、同実施形態のＲＡＩＤコントローラの特徴的な動作を説明するフローチャートである。 図４は、同実施形態のＲＡＩＤコントローラの特徴的な動作を説明するフローチャートである。 図５は、同実施形態のディスクアレイ装置における運用例を説明するための図である。 図６は、同実施形態のディスクアレイ装置における運用例を説明するための図である。 図７は、同実施形態のディスクアレイ装置における運用例を説明するための図である。 図８は、同実施形態のディスクアレイ装置における運用例を説明するための図である。 図９は、４台のディスク装置を使用したＲＡＩＤ５による従来のディスクアレイ装置におけるデータ記録の様子を示した図である。 図１０は、４台のディスク装置を使用したＲＡＩＤ５による従来のディスクアレイ装置におけるデータ記録の様子（２個の不良セクタが発生した例）を示した図である。

図１は、ホストＣＰＵに接続された、本実施形態における、複数のＨＤＤ等からなるディスクアレイとこのディスクアレイを制御するＲＡＩＤコントーラとを備えるディスクアレイ装置１の概略構成を示した図である。

ＲＡＩＤコントローラ（ディスクアレイ制御装置）１０は、分割・多重化回路（ＭＰＸ）１１と５台のディスク装置（１４Ａ，１４Ｂ）の入出力とをマトリクス回路（Ｘ−ＳＷ）１２で接続している。本実施形態において、５台のディスク装置のうち１台のディスク装置は予備のディスク装置１４Ｂであり、残りの４台（現用）のディスク装置１４ＡでＲＡＩＤ５によるディスクアレイを構成する。なお、本実施形態では、ディスクアレイとして５台のディスク装置（１４Ａ，１４Ｂ）を用いることとして説明するが、その台数はこれに限るものではなく、予備ディスク１４Ｂも１台に限るものではない。また、以下では、ＲＡＩＤ５で現用するディスク装置１４Ａを現用ディスク装置１４Ａ、予備のディスク装置１４Ｂを予備ディスク装置１４Ｂと記す。

分割・多重化回路１１は、ホスト側からの入力データを４台の現用ディスク装置１４Ａのうちの３台に分散して記録するため分割し、分割した３つのデータとこれらのデータに対する水平パリティ（誤り訂正符号データ）とを４台の現用ディスク装置１４Ａに向けて出力し、４台の現用ディスク装置１４Ａからの水平パリティを除く３台分のデータを多重化してホスト側（ここではホストＣＰＵ２）へ出力する回路である。マトリクス回路１２は、４台の現用ディスク装置１４Ａと、予備ディスク装置１４Ｂと、分割・多重化回路１１との間の接続を切り替える回路である。

制御回路１３は、ホストＣＰＵ２からの要求に応じて分割・多重化回路１１およびマトリクス回路１２を制御し、通常時は、ＲＡＩＤ５に準拠したアクセス制御を行い、いずれかの現用ディスク装置１４Ａに不良セクタが発生した場合には、図２に示す復元コピー部１３Ａ、通知部１３Ｂ、およびアクセス変換部１３Ｃにより、本実施形態に特徴的な下記の制御を行う。

復元コピー部１３Ａは、いずれかの現用ディスク装置１４Ａの、あるセクタが不良セクタとなった場合に、該当不良セクタのデータを予備ディスク装置１４Ｂに復元コピーする制御を行う。なお、不良セクタは、読み出しエラーや書き込みエラーを検知することにより特定することができる。

通知部１３Ｂは、いずれかの現用ディスク装置１４Ａに不良セクタが発生した場合、ホストＣＰＵ２にそのことを通知する。その際、不良セクタを特定するため、不良セクタが発生した現用ディスク装置１４ＡのＮｏ．（以下、ディスク装置のＮｏ．をディスクＮｏ．と記す）および不良セクタのセクタＮｏ．を含むアドレス情報が通知される。なお、ここでは、説明の簡単のため、セクタのディスク装置（１４Ａ、１４Ｂ）上の位置を特定するためのアドレス情報としてディスクＮｏ．およびセクタＮｏ．を例示し用いることとするが、アドレス情報には、シリンダＮｏ．、ヘッドＮｏ．も含まれる。

アクセス変換部１３Ｃは、ホストＣＰＵ２から現用ディスク装置１４Ａの不良セクタへのアクセス要求があった場合に、予備ディスク装置１４Ｂ上の対応するセクタへのアクセスに変換する。具体的には、後述の変換テーブル１３Ｄを基にマトリクス回路１２の接続を切り替えるとともに、予備ディスク装置１４Ｂ上の対応するセクタにアクセスするように制御する。

次に、参考のため、ＲＡＩＤ５による従来のディスクアレイ装置について、図９、図１０を用いて説明する。

図９に例示したものは、４台のディスク装置を使用したＲＡＩＤ５による従来のディスクアレイ装置におけるデータ記録の様子を示した図である。同図では、Ｆｉｌｅ１のデータａ，ｂ，ｃと、Ｆｉｌｅ２のデータｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｈ，ｉが、４台のディスク装置に分散されて記録されている様子を示している。ディスクＮｏ．０〜３の各ディスク装置の同一セクタ（セクタＮｏ．０または１または２）に、３つのデータと１つの水平パリティの計４つのデータが分散されて記録されている。なお、図９において、Ｐａｂｃは、データａ，ｂ，ｃの水平パリティであり、Ｐｄｅｆは、データｄ，ｅ，ｆの水平パリティであり、Ｐｇｈｉは、データｇ，ｈ，ｉの水平パリティである（後述する他図においても同様）。また、以下では、ディスクＮｏ．０〜３の各ディスク装置をそれぞれ、ディスク０〜３と記す。同様にセクタＮｏ．０〜２の各セクタをそれぞれセクタ０〜２と記す。

ＲＡＩＤ５では、図９に示すように各データが記録されるので、このディスクアレイ装置の中の１台のディスク装置が故障しても（あるいは水平方向に不良セクタが１つ発生しても）、水平パリティにより、読み取れなくなった部分のデータの復元（あるいは再生）を行うことが可能である。しかし、２台以上のディスクが故障した場合は（あるいは図１０に示すように水平方向において２個以上の不良セクタが発生した場合は）、水平パリティによるデータの復元は行えず、システムに致命的な障害が発生する。

ここで、本実施形態のディスクアレイ装置１の説明に戻る。図３、図４は、本実施形態における、ＲＡＩＤコントローラ１０に特徴的な動作を説明するフローチャートである。

いずれかの現用ディスク装置１４Ａに不良セクタが発生した場合（ステップＳ１０１でＹｅｓ）、ＲＡＩＤコントローラ１０の復元コピー部１３Ａにより、該当の不良セクタのデータを、他の現用ディスク装置１４Ａの、水平方向における対応するデータを用いて（そのデータのうち予備ディスク装置１４Ｂに復元コピーされているものがあればそれも用いて）、予備ディスク装置１４Ｂに復元コピーする（ステップＳ１０２）。

次いで、ＲＡＩＤコントローラ１０の通知部１３Ｂは、ホストＣＰＵ２にいずれかの現用ディスク装置１４Ａに不良セクタが発生したことを通知する（ステップＳ１０３）。その際、不良セクタを特定するため、不良セクタが発生した現用ディスク装置１４ＡのディスクＮｏ．および不良セクタのセクタＮｏ．を含む情報が通知される。なお、不良セクタの発生がない場合は（ステップＳ１０１でＮｏ）、上記のような特別な処理は行わない。以上の一連の処理を、不良セクタの発生が検出された時点に行う。

また、ホストＣＰＵ２から不良セクタへのアクセス要求があった場合（ステップＳ２０１でＹｅｓ）、ＲＡＩＤコントローラ１０のデータアクセス制御部は、この不良セクタへのアクセスを、その不良セクタのデータが復元コピーされた予備ディスク装置１４Ｂのセクタへのアクセスに変換する（ステップＳ２０２）。そうでない場合は（ステップＳ２０１でＮｏ）、現用ディスク装置１４Ａに対する通常のアクセス制御を行う（ステップＳ２０３）。

なお、該当の不良セクタに対する予備ディスク装置１４Ｂへのデータの復元コピーを開始する前あるいは復元コピーを完了する前に、該当の不良セクタに対する読み出しがあった場合、他の現用ディスク装置１４Ａの、水平方向における対応するデータを用いて（そのデータのうち予備ディスク装置１４Ｂに復元コピーされているものがあればそれも用いて）、該当不良セクタのデータとして再生する。

次に、本実施形態のディスクアレイ装置１の具体的な運用例を挙げ、説明する。図５〜８は、本実施形態のディスクアレイ装置１における運用例を説明するための図である。なお、以下では、図中のディスクＮｏ．０〜４のディスク装置をそれぞれディスク０〜４と記す。同様に、セクタＮｏ．０〜２のセクタをそれぞれセクタ０〜２と記す。

図１のディスクアレイ装置１において、ＲＡＩＤ５で現用しているあるディスク装置（例えば、ディスク１）に不良セクタが発生した場合、前述のステップＳ１０３にて、例えば不良セクタとなったディスク１のセクタ２の水平パリティＰｇｈｉは、ｇ、ｈ、ｉのデータを用いて予備ディスク装置（ここではディスク４）のセクタ０に復元コピーされる。そして、ホストＣＰＵ２から不良セクタへのアクセス要求があった場合には、アクセス変換部１３Ｃにより、図７に例示した変換テーブル１３Ｄから、このアクセスは、予備ディスク装置１４Ｂの対応するセクタへのアクセスに変換される。例えば、上記の不良セクタとなったディスク１のセクタ２の水平パリティＰｇｈｉへのアクセス要求があった場合、復元コピーされた水平パリティＰｇｈｉがあるディスク４のセクタ０へのアクセスに変換される。このようにして、ディスクアレイを継続して運用することができる。

また、このとき、ＲＡＩＤコントローラ１０はホストＣＰＵ２に対して、不良セクタが発生したことあるいはディスク装置の故障ないし障害が発生したことを通知する（前述）。この通知に応じて、ホストＣＰＵ２は、図示しないディスプレイやスピーカを通じて管理者等のユーザに、不良セクタが発生したことあるいはディスク装置の故障ないし障害が発生したことを通知し、該当のディスク装置の交換を促すようにする。これに応じて、ユーザが、該当のディスク装置を新しいディスク装置に交換することとなる。

また、予備ディスク装置１４Ｂではない現用の１台のディスク装置１４Ａそのものが故障した場合、故障した現用のディスク装置１４Ａに記録された内容をすべて再現できる容量が予備ディスク装置１４Ｂにあれば、この予備ディスク装置１４Ｂに、故障した現用ディスク装置１４Ａの全内容を復元コピーし、コピー完了後、この予備ディスク装置１４Ｂを現用として他の現用ディスク装置１４ＡとともにＲＡＩＤ５のシステムを再構築する。また、前述のように不良セクタの発生やディスク装置１４Ａの故障に応じて、そのことがホストＣＰＵ２に通知されユーザに通知されるので、これに応じて故障した現用ディスク装置１４Ａが交換されると、新しいディスク装置を予備ディスク装置１４Ｂとして運用する。その際、現用される元の予備ディスク装置１４Ｂに記録されている、（交換されていない）他の現用ディスク装置１４Ａの不良セクタのデータを、図７に例示した変換テーブル１３Ｄの対応関係と対応するように移行させる。また、故障により交換されたディスク装置１４Ａの不良セクタに関連する、図７に例示した変換テーブル１３Ｄの対応する箇所は、交換後の現用ディスク装置１４Ａと対応しなくなるので、それは削除する。なお、上記データの移行の際、不良セクタと、予備ディスク装置１４Ｂ上の対応セクタとの対応関係をあらためて構築し、この対応関係を示す変換テーブル１３Ｄを作成するようにしてもよい。

一方、予備ディスク装置１４Ｂに、故障した現用ディスク装置１４Ａに記録された内容をすべて復元できる容量がない場合、前述の通知に応じてユーザにより用意された新しいディスク装置に故障した現用ディスク装置１４Ａの内容を復元コピーし、コピー完了後、この新しいディスク装置を新たな現用ディスク装置１４Ａとして他の現用ディスク装置１４ＡとともにＲＡＩＤ５のシステムを再構築する。元からある予備ディスク装置１４Ｂは、そのまま予備ディスク装置１４Ｂとして運用する。このようにして故障した現用ディスク装置１４Ａが交換されると、予備ディスク装置１４Ｂに残っている、故障により交換された元のディスク装置１４Ａの不良セクタに関連したデータ（図７に例示した変換テーブル１３Ｄの対応する箇所も含む）は、交換後の現用ディスク装置１４Ａと対応しなくなるので、それは削除する。

なお、予備ディスク装置１４Ｂは、ＲＡＩＤ５のディスクアレイとして現用されるディスク装置１４Ａよりも故障率が低いものであることが望ましい。

以上説明したとおり、従来のＲＡＩＤ５によるディスクアレイ装置１では、図１０に例示したように、同じ水平方向において２個以上不良セクタが発生すると、それらのデータの再生が不可能となるが、本実施形態では、２個以上の不良セクタの発生が同時でなければ、先に発生した不良セクタのデータ（例えば、図８：“ｅ”）は、予備ディスク装置１４Ｂに先に復元コピーされるので、この予備ディスク装置１４Ｂに復元コピーされたデータ（例えば、図８：“ｅ”）を利用して、次に発生した不良セクタのデータ（例えば、図８：“ｄ”）を再生したり復元コピーしたりすることができる（図８）。すなわち、本実施形態では、同じ水平方向において２個以上不良セクタが発生しても、それが同時でなければ、これらの不良セクタのデータを、再生および復元コピーすることが可能となる。また、不良セクタが検出され復元コピーがなされる際、ホストＣＰＵ２にそのことを通知し、さらにユーザに不具合のある現用ディスク装置１４Ａの交換を促すようにするので、運用への致命的な影響を抑えることができる。

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。これら新規な実施形態は、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。上記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。

１ ディスクアレイ装置
２ ホストＣＰＵ
１０ ＲＡＩＤコントローラ
１１ 分割・多重化回路
１２ マトリクス回路
１３ 制御回路
１３Ａ 復元コピー部
１３Ｂ 通知部
１３Ｃ アクセス変換部
１３Ｄ 変換テーブル
１４Ａ ディスク装置（現用：ＲＡＩＤ５用）
１４Ｂ ディスク装置（予備）

Claims (3)

1. ＲＡＩＤ５による、予備を含む複数のディスク装置からなるディスクアレイへのアクセス制御をするディスクアレイ制御装置であって、
   ＲＡＩＤ５で現用する前記ディスク装置に不良セクタが発生すると、前記予備のディスク装置に前記不良セクタのデータを復元コピーする復元コピー部と、
   前記不良セクタに対するアクセスを、前記予備のディスク装置に前記不良セクタのデータの復元コピーがなされた前記予備のディスク装置の対応セクタへのアクセスに変換するための変換テーブルを有し、前記不良セクタに対するアクセス要求があると、前記変換テーブルを基に、前記予備のディスク装置に前記不良セクタのデータの復元コピーがなされた前記予備のディスク装置の対応セクタへのアクセスに変換するアクセス変換部と、
   現用する前記ディスク装置の１つが故障した場合、該故障した現用のディスク装置に記録されている内容をすべて記憶できる容量が前記予備のディスク装置にあるか否か判断し、
   当該容量が前記予備のディスク装置にあれば、前記復元コピー部は、前記予備のディスク装置に、前記故障した現用のディスク装置の全内容を復元コピーし、該復元コピーの完了後、当該ディスクアレイ制御装置は、前記予備のディスク装置を現用として他の現用のディスク装置とともにＲＡＩＤ５のシステムを再構築し、故障したディスク装置が交換されると、新しいディスク装置を予備ディスク装置として運用するとともに、現用される元の予備ディスク装置に記録されている、交換されていない他の現用ディスク装置の不良セクタのデータを、前記変換テーブルの対応関係と対応するように移行させ、故障により交換された元の現用ディスク装置の不良セクタに関連する、前記変換テーブルの対応する箇所は削除し、
   前記故障した現用のディスク装置に記録されている内容をすべて記憶できる容量が前記予備のディスク装置になければ、前記復元コピー部は、交換される新規のディスク装置に、故障した前記現用のディスク装置の内容を復元コピーし、該復元コピーの完了後、当該ディスクアレイ制御装置は、前記新規のディスク装置を新たな現用するディスク装置として他の現用のディスク装置とともにＲＡＩＤ５のシステムを再構築し、前記予備ディスク装置に残っている、故障により交換された元の現用ディスク装置の不良セクタに関連したデータを削除するようにする制御部
   を具備することを特徴とするディスクアレイ制御装置。
2. ＲＡＩＤ５で現用する前記ディスク装置に不良セクタが発生すると、それに応じてホスト側へ通知を行う通知部を備える、請求項１に記載のディスクアレイ制御装置。
3. 予備を含む複数のディスク装置からなるディスクアレイと、ＲＡＩＤ５による、前記ディスクアレイへのアクセス制御をするディスクアレイ制御装置と、を備えるディスクアレイ装置であって、
   前記ディスクアレイ制御装置は、ＲＡＩＤ５で現用する前記ディスク装置に不良セクタが発生すると、前記予備のディスク装置に前記不良セクタのデータを復元コピーする復元コピー部と、
   前記不良セクタに対するアクセスを、前記予備のディスク装置に前記不良セクタのデータの復元コピーがなされた前記予備のディスク装置の対応セクタへのアクセスに変換するための変換テーブルを有し、前記不良セクタに対するアクセス要求があると、前記変換テーブルを基に、前記予備のディスク装置に前記不良セクタのデータの復元コピーがなされた前記予備のディスク装置の該当セクタへのアクセスに変換するアクセス変換部と、
   現用する前記ディスク装置の１つが故障した場合に、該故障した現用のディスク装置に記録されている内容をすべて記憶できる容量が前記予備のディスク装置にあるか否か判断し、
   当該容量が前記予備のディスク装置にあれば、前記復元コピー部は、前記予備のディスク装置に、前記故障した現用のディスク装置の全内容を復元コピーし、該復元コピーの完了後、前記ディスクアレイ制御装置は、前記予備のディスク装置を現用として他の現用のディスク装置とともにＲＡＩＤ５のシステムを再構築し、故障したディスク装置が交換されると、新しいディスク装置を予備ディスク装置として運用するとともに、現用される元の予備ディスク装置に記録されている、交換されていない他の現用ディスク装置の不良セクタのデータを、前記変換テーブルの対応関係と対応するように移行させ、故障により交換された元の現用ディスク装置の不良セクタに関連する、前記変換テーブルの対応する箇所は削除し、
   前記故障した現用のディスク装置に記録されている内容をすべて記憶できる容量が前記予備のディスク装置になければ、前記復元コピー部は、交換される新規のディスク装置に、故障した前記現用のディスク装置の内容を復元コピーし、該復元コピーの完了後、前記ディスクアレイ制御装置は、前記新規のディスク装置を新たな現用するディスク装置として他の現用のディスク装置とともにＲＡＩＤ５のシステムを再構築し、前記予備ディスク装置に残っている、故障により交換された元の現用ディスク装置の不良セクタに関連したデータを削除するようにする制御部
   を具備することを特徴とするディスクアレイ装置。

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