JP5605093B2 - ディスクアレイ制御装置、ディスクアレイ制御方法及びディスクアレイ制御プログラム - Google Patents

ディスクアレイ制御装置、ディスクアレイ制御方法及びディスクアレイ制御プログラム Download PDF

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本発明は、冗長性のある複数のハードディスクを用いたディスクアレイの制御を行うディスクアレイ制御装置及びこのようなディスクアレイを制御するためのディスクアレイ制御方法、ディスクアレイ制御プログラムに関する。
RAID(Redundant Arrays of Inexpensive Disks)は、冗長性のある複数のハードディスクを論理的に組み合わせることで、アクセス速度の向上やフォールトトレランスの向上を図るようにしたディスクアレイシステムである。RAIDの構成としては、RAIDレベル0からレベル5が定義されている。RAIDレベル0は、データを複数のディスクに分散して記録するストライピングである。RAIDレベル1は、複数台のディスクに同時に同じ内容を記録するミラーリングである。RAIDレベル2は、専用のエラー訂正用ドライブを設けるものである。RAIDレベル3は、ビット単位での専用のパリティドライブを設けるものである。RAIDレベル4は、ブロック単位での専用のパリティドライブを設けるものである。RAIDレベル5は、RAIDレベル0と同様に、データを複数のディスクに分散して格納するストライピングを行い、さらに、パリティを分散して記録するものである。RAIDの構成については、例えば特許文献1等に記載されている。
図5は、RAIDを構成する場合のコンピュータシステムの構成を示すブロック図である。
図5に示すように、RAIDシステムを実現する場合には、ディスクアレイ111とホストコンピュータ113との間に、ディスクアレイコントローラ112が設けられる。図5において、ディスクアレイ111は、例えば3個のハードディスクHDD101〜HDD103から構成される。ディスクアレイコントローラ112は、ディスクアレイ111を制御するためのコントローラである。
このような構成において、例えばディスクアレイ111をRAIDレベル5の構成とすると、データ読み出し時にメディアエラーが生じた場合に、他のディスクのデータ及びパリティを用いることで、データを修復することができる。
図6は、このようなRAIDレベル5で、データ読み出し時にデータ修復を行う場合の処理の一例を示すフローチャートである。
図6において、ディスクアレイコントローラ112がホストコンピュータ113から読み出し命令を受信すると(ステップS101)、ディスクアレイコントローラ112は、ハードディスク(例えばハードディスクHDD101)のセクタのデータの読み出しを行い(ステップS102)、メディアエラーが発生しているか否かを判定する(ステップS103)。ステップS103で、メディアエラーが検出されない場合には、ディスクアレイコントローラ112は、ハードディスクから読み出されたデータを、ホストコンピュータ113に返す(ステップS105)。
ステップS103で、メディアエラーが発生していると判定された場合には、ディスクアレイコントローラ112は、ディスクアレイ111を構成する他のディスク(例えばハードディスクHDD102及びHDD103)のデータ及びパリティの読み出しを行い、これを用いて、所望のディスク(例えばハードディスクHDD101)のセクタのデータの修復を行う(ステップS104)。そして、ディスクアレイコントローラ112は、修復された1セクタ分の読み出しデータを、ホストコンピュータ113に返す(ステップS105)。そして、ディスクアレイコントローラ112は、データの読み出しが全て完了したか否かを判定し(ステップS106)、データの読み出しが全て完了していなければ、次のアドレスに進めて(ステップS107)、ステップS102にリターンする。以下、ステップS106で、所望の要求データの読み出しが全て完了したと判定されるまで、同様の処理が繰り返される。
特開2010−20840号公報
上述のように、RAIDレベル5では、メディアエラーが生じた場合に、ディスクアレイを構成する他のディスクのデータ及びパリティを用いることで、セクタ毎にデータを修復することができる。しかしながら、このようなセクタ毎のデータ修復では、連続したメディアエラーが群が発生したような場合には、ディスクアレイコントローラ112における負荷が大きくなり、データ再構築に時間がかかるという問題がある。このため、ホストコンピュータ113で実行される上位ソフトウェアにてタイムアウトが発生し、結果としてシステムダウンに陥るケースがある。
例えば、図7(A)〜図7(C)に示すように、ディスクアレイ111がハードディスクHDD101〜HDD103から構成されており、図7(A)に示すように、ハードディスクHDD101に、12Kバイトのサイズのメディアエラー群が発生しているとする。このような環境下で、ホストコンピュータ113からディスクアレイコントローラ112に、ハードディスクHDD101の4Kバイトの読み出し命令が送られてきたとする。なお、ここで、図7(D)に示すように、セクタの大きさは512バイトである。図7(A)〜図7(C)に示すように、ストライプサイズは64Kバイトであるとする。ディスクアクセスの基本単位である1セクタは512バイトなので、図7(D)に示すように、4Kバイトの読み出し命令は、アドレスNからアドレス(N+7)までの8セクタのデータの読み出しとなる。
図6に示したような処理フローに従って、データ読み出し時に、セクタ毎にデータ修復処理が行われると、図8にシーケンス図で示すような処理が行われることになる。
図8において、ホストコンピュータ113からディスクアレイコントローラ112に、ハードディスクHDD101の4Kバイトの読み出し命令が送られると(プロセスP101)、ディスクアレイコントローラ112は、ハードディスクHDD1のアドレスNのセクタの読み出しを行う(プロセスP102)。
ここで、図7(A)に示したように、ハードディスクHDD101は、12Kバイトのサイズのメディアエラー群が発生している。よって、このデータはエラーとなり、メディアエラーが検出される(プロセスP103)。このため、ディスクアレイコントローラ112は、ハードディスクHDD102とハードディスクHDD103の対応するセクタの読み出しを行う(ステップS104a、S104b)。そして、ハードディスクHDD102とハードディスクHDD103から読み出されたデータ及びパリティを用いて、ハードディスクHDD101のアドレスNのセクタのデータを修復する(ステップS105)。そして、ディスクアレイコントローラ112は、修復されたアドレスNのセクタの読み出しデータを、ホストコンピュータ113に返す(ステップS106)。
次に、ディスクアレイコントローラ112は、ハードディスクHDD101のアドレス(N+1)のセクタの読み出しを行う(プロセスP107)。ハードディスクHDD101には、12Kバイトのサイズのメディアエラー群が発生しているので、このデータもエラーとなり、メディアエラーが検出される(プロセスP108)。このため、ディスクアレイコントローラ112は、ディスクアレイ111を構成する他のハードディスクHDD102及びハードディスクHDD103の対応するセクタの読み出しを行う(プロセスP109a、P109b)。そして、ディスクアレイ111を構成する他のハードディスクHDD102及びハードディスクHDD103から読み出されたデータ及びパリティを用いて、ハードディスクHDD101のアドレス(N+1)のセクタのデータを修復する(プロセスP110)。そして、ディスクアレイコントローラ112は、修復されたアドレスNのセクタの読み出しデータを、ホストコンピュータ113に返す(プロセスP111)。以下、アドレス(N+7)のデータの読み出しまで、同様の処理が繰り返される。
このように、図6に示したような処理の流れに従って、読み出し時にデータ修復処理が行われると、メディアエラー群が発生した場合に、図8に示すように、セクタ毎のデータの修復が行われることになる。この場合、ディスクアレイコントローラ112は、ハードディスクHDD101のセクタを読み出した後、セクタデータの修復のために、他の2台分のハードディスクHDD102及びHDD103の読み出しを行っており、1セクタの読み出しに、3台分の読み出しが行われる。したがって、8セクタ(4Kバイト)分の読み出しを行う際のディスクアレイコントローラ112で処理する命令数は、(8セクタの読み出し命令×3台分=24命令)となる。
このように、セクタ毎のデータ修復では、メディアエラーが群発生したような場合には、ディスクアレイコントローラにおける負荷が大きくなり、データ再構築に時間がかかる場合がある。
なお、特許文献1には、連続エラーと判定された場合に、通常のデータエラー応答ではなくハードエラー応答として、上位装置にデータリカバリーを行うように促すことが記載されている。しかしながら、特許文献1では、ディスクの全面読み出しを行ってデータリカバリーを行うため、リカバリー時間が長くかかり、リカバリーの最中では、他の処理を行えない。
上述の課題を鑑み、本発明の目的は、連続したメディアエラーが群発生したような場合に、ディスクアレイコントローラの負荷を軽減できるようにしたディスクアレイ制御装置、ディスクアレイ制御方法及びディスクアレイ制御プログラムを提供することを目的とする。
上述の課題を解決するために、本発明は、冗長性のある複数のディスクからなるディスクアレイを制御するディスクアレイ制御装置において、ディスクアレイを構成するディスクのメディアエラーを検出するメディアエラー検出手段と、メディアエラーが、単一のメディアエラーであるか、又はメディアエラー群かを判定するメディアエラー管理手段と、メディアエラーが単一のメディアエラーの場合には、セクタ毎にエラー修復を行い、メディアエラーがメディアエラー群の場合には、所定単位のデータの再構築を行うエラー修復手段とを備えることを特徴とする。
本発明は、複数のディスクからなるディスクアレイを制御するディスクアレイ制御方法において、ディスクアレイを構成するディスクのメディアエラーを検出する工程と、メディアエラーが、単一のメディアエラーであるか、又はメディアエラー群が発生しているかを判定する工程と、メディアエラーが単一のメディアエラーの場合には、セクタ毎にエラー修復を行い、メディアエラーがメディアエラー群の場合には、所定単位のデータの再構築を行う工程とを含むことを特徴とする。
本発明は、複数のディスクからなるディスクアレイを制御するためのディスクアレイ制御プログラムにおいて、ディスクアレイを構成するディスクのメディアエラーを検出するステップと、メディアエラーが、単一のメディアエラーであるか、又はメディアエラー群が発生しているかを判定するステップと、メディアエラーが単一のメディアエラーの場合には、セクタ毎にエラー修復を行い、メディアエラーがメディアエラー群の場合には、所定単位のデータの再構築を行うステップとを含むことを特徴とする。
本発明によれば、冗長性のある複数のディスクからディスクアレイのデータ修復を行う際に、単一のメディアエラーかメディアエラー群かを検出し、単一のメディアエラーが発生している場合には、セクタ毎にメディア修復を行い、メディアエラー群が発生した場合には、ストライプの再構築を行っている。これにより、メディアエラーが発生した場合の修復時間を短縮でき、ディスクアレイの負荷の軽減を図ることができる。
本発明の第1の実施形態に係るコンピュータシステムの構成を示すブロック図である。 本発明の第1の実施形態に係るディスクアレイコントローラのメディアエラーの修復処理の概要を示すフローチャートである。 本発明の第1の実施形態に係るディスクアレイコントローラのメディアエラーの修復処理の動作環境の説明図である。 本発明の第1の実施形態に係るディスクアレイコントローラのメディアエラーの修復処理の説明に用いるシーケンス図である。 RAIDを構成する場合のコンピュータシステムの構成を示すブロック図である。 RAIDを構成するディスクアレイコントローラでセクタ毎にデータの修復を行う場合の説明に用いるフローチャートである。 RAIDを構成するディスクアレイコントローラでセクタ毎にデータの修復を行う場合の動作環境の説明図である。 RAIDを構成するディスクアレイコントローラでセクタ毎にデータの修復を行う場合の処理の説明に用いるシーケンス図である。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図1は、本発明の第1の実施形態に係るコンピュータシステムの構成を示すブロック図である。
図1において、ディスクアレイ11は、例えば3個のハードディスクHDD1〜HDD3から構成される。ディスクアレイ11は、RAIDレベル5を構成している。ディスクアレイ11は、ディスクアレイコントローラ12を介して、ホストコンピュータ13に接続されている。
RAIDレベル5のシステムは、データを複数のディスクに分散して格納するものである。データを分散して格納する際のデータの単位は、ストライプと呼ばれている。RAIDレベル5では、さらに、記録時にパリティが求められ、このパリティはシステム内に含まれる全てのディスクにわたって分散して格納される。RAIDレベル5では、読み出しデータがエラーの場合には、このパリティを用いて、他のディスクのデータを使って読み出しデータを修復することができる。パリティは、例えば、各ディスクで同じ位置にあるデータのEX−OR演算により形成される。
ディスクアレイコントローラ12は、メディアエラー検出部21と、メディアエラー管理部22と、エラー修復部23とを含んでいる。メディアエラー検出部21は、ディスクアレイ11を構成するハードディスクHDD1〜HDD3に対する入/出力で発生したメディアエラーを検出する。メディアエラー管理部22は、メディアエラーの発生が検出された場合に、単一のメディアエラーが発生しているのか、又はメディアエラー群が発生しているかを判定する。
エラー修復部23は、発生したメディアエラーに対して、単一のメディアエラーか、又はメディアエラー群かに応じて、データの修復処理を行うようにしている。すなわち、本発明の第1の実施形態においては、エラー修復部23は、単一のメディアエラーの場合には、通常のメディアエラー修復と同様に、セクタ毎にエラー修復を行い、メディアエラー群が発生した場合には、当該セクタを含むストライプの再構築を実行して、データの再読み出しを行う。ここで、ストライプは、RAIDでデータを複数のディスクに分散して記録する際の単位である。
このように、本発明の第1の実施形態では、単一のメディアエラーかメディアエラー群かを検出し、単一のメディアエラーが発生している場合には、通常のメディアエラー修復と同様に、セクタ毎にメディア修復を行い、メディアエラー群が発生した場合には、ストライプの再構築を行っている。これにより、メディアエラーが発生した場合の修復時間を短縮でき、ディスクアレイの負荷の軽減を図ることができる。
図2は、ディスクアレイコントローラ12でのメディアエラーの修復処理の概要を示すフローチャートである。
図2において、ディスクアレイコントローラ12がホストコンピュータ13からディスクの読み出し命令を受信すると(ステップS1)、ディスクアレイコントローラ12は、所望のディスク(例えばハードディスクHDD1)のセクタのデータの読み出しを行い(ステップS2)、ディスクアレイコントローラ12のメディアエラー検出部21は、メディアエラーが発生しているか否かを判定する(ステップS3)。
ステップS3で、メディアエラーが発生していない場合には、ディスクアレイコントローラ12は、データの読み出しが全て完了したか否かを判定し(ステップS4)、データの読み出しが全て完了していなければ、次のアドレスに進めて(ステップS5)、ステップS2にリターンする。
ステップS4で、データの読み出しが全て完了したと判定されると、ディスクアレイコントローラ12は、ステップS4で取得された読み出しデータをホストコンピュータ13に返し(ステップS6)、処理を終了する。
ステップS3で、メディアエラーの発生が検出されると、ディスクアレイコントローラ12のメディアエラー管理部22は、単一のメディアエラーか又はメディアエラー群かを判定する(ステップS7)。ここでは、メディアエラー管理部22は、メディアエラーが1セクタなら単一のメディアエラーと判定し、メディアエラーが2セクタ以上続いた時点でメディアエラー群が発生していると判定している。
ステップS7で、単一のメディアエラーであると判定された場合には、ディスクアレイコントローラ12のエラー修復部23は、通常のメディアエラー修復と同様に、セクタ毎にメディア修復を行い(ステップS8)、ステップS4に処理を進める。すなわち、エラー修復部23は、ディスクアレイ11を構成する他のディスク(例えばハードディスクHDD2及びHDD3)の対応するセクタのデータ及びパリティの読み出しを行い、これを用いて当該ディスク(例えばハードディスクHDD1)セクタのデータの修復を行う。
ステップS7で、メディアエラー群が発生していると判定された場合には、ディスクアレイコントローラ12のエラー修復部23は、当該セクタを含むストライプの修復処理を実行してそのストライプを再構築し(ステップS9)、読み出しが要求されたデータの再読み出しを行う(ステップS10)。そして、ディスクアレイコントローラ12は、読み出されたデータをホストコンピュータ13に返して(ステップS6)、データの読み出し処理を終了する。
このように、本発明の第1の実施形態では、メディアエラー群であると判定された場合には、当該セクタを含むストライプの再構築を行っている。このため、メディアエラー群が発生した場合にディスクアレイコントローラ12からディスクアレイ11に送られる命令数が減少し、ディスクアレイコントローラ12の負荷の軽減を図ることができる。このことについて、以下に実例を挙げて説明する。
例えば、図3(A)〜図3(B)に示すように、ディスクアレイ11がハードディスクHDD1〜HDD3から構成されており、図3(A)に示すように、ハードディスクHDD1に、12Kバイトのサイズのメディアエラー群が発生しているとする。このような環境下で、ホストコンピュータ13からディスクアレイコントローラ12に、ハードディスクHDD1の4Kバイトの読み出し命令が送られてきたとする。ここで、セクタの大きさは512バイト、ストライプサイズは64Kバイトであるとする。ディスクアクセスの基本単位である1セクタは512バイトなので、4Kバイトの読み出し命令は、図3(D)に示すように、アドレスNからアドレス(N+7)までの8セクタのデータの読み出しとなる。なお、このような環境は、図7に示した環境と同様である。
本発明の第1の実施形態では、このような環境下でデータ読み出しが行われると、図4にシーケンス図で示すような処理が行われることになる。
図4において、ホストコンピュータ13からディスクアレイコントローラ12に、ハードディスクHDD1の4Kバイトの読み出し命令が送られると(プロセスP1)、ディスクアレイコントローラ12は、ハードディスクHDD1のアドレスNのセクタ(512バイト)の読み出しを行う(プロセスP2)。
ここで、ハードディスクHDD1は、図3(A)に示すように、12Kバイトのサイズのメディアエラー群が発生している。よって、このデータはエラーとなり、メディアエラーが検出される。このときに検出されたエラーは1セクタなので、ディスクアレイコントローラ12のメディアエラー管理部22は、単一のメディアエラーと判定する(プロセスP3)。このため、ディスクアレイコントローラ12のエラー修復部23は、ディスクアレイを構成する他のハードディスクHDD2及びハードディスクHDD3の対応するセクタの読み出しを行い(プロセスP4a、4b)、ハードディスクHDD2とハードディスクHDD3から読み出されたデータ及びパリティを用いて、ハードディスクHDD1のアドレスNのセクタのデータを修復する(プロセスP5)。
次に、ディスクアレイコントローラ12は、アドレス(N+1)のセクタの読み出しを行う(プロセスP6)。ハードディスクHDD1には、図3(A)に示すように、12Kバイトのサイズのメディアエラー群が発生しているので、このデータもエラーとなり、メディアエラーが検出される。このときには、2つのエラーが続いたので、ディスクアレイコントローラ12のメディアエラー管理部22は、メディアエラー群が発生していると判定する(プロセスP7)。
この場合には、ディスクアレイコントローラ12のエラー修復部23は、当該セクタを含むストライプを再構築するために、ディスクアレイを構成する他のハードディスクHDD2及びハードディスクHDD3の対応するストライプ(64Kバイト)の読み出しを行い(プロセスP8a、P8b)、ハードディスクHDD2とハードディスクHDD3から読み出されたデータ及びパリティを用いて、ハードディスクHDD1の当該ストライプのデータを再構築し(プロセスP9)、再構築してデータをハードディスクHDD1に書き込む(プロセスP10)。
再構築されたデータがハードディスクHDD1に書き込まれたら、ディスクアレイコントローラ12は、ハードディスクHDD1の4Kバイト分のデータの読み出しを再度行い(プロセスP11)、この読み出しデータをホストコンピュータ13に返す(プロセスP12)。
以上のように、本発明の第1の実施形態では、メディアエラー群が発生した場合には、ディスクアレイ11を構成するハードディスクHDD2及びHDD3からのデータ及びパリティを用いてハードディスクHDD1のストライプのデータを再構築した後、再度4Kバイト分の読み出しを実行し、そのデータをホストコンピュータ13に返している。この場合に、ディスクアレイコントローラ12からハードディスクHDD1〜HDD3に向けて実行される命令数は、以下のようになる。
最初のアドレスNのセクタのデータを読み出して修復する命令(プロセスP2、P4a、P4bに相当する)として、(1セクタの読み出し命令×3台分=3命令)の命令数が必要である。次のアドレス(N+1)のセクタのデータを読み出して、メディアエラー群の発生を検出する命令(プロセスP6に相当する)として、1命令必要である。当該セクタを含む1ストライプのデータを再構築する命令(プロセスP8a、P8bに相当する)として、2命令必要である。再構築した1ストライプのデータをハードディスクHDD1に書き込む命令(プロセスP10に相当する)として、1命令必要である。ハードディスクHDD1から4Kバイトのデータを再読み出しするのに(プロセスP11に相当する)、1命令必要である。よって、命令数の総数は、8命令となる。
図8を用いて説明したように、セクタ毎にデータの修復を行った場合には、同様の環境下で、4Kバイトのデータを読み出すのに、24命令が必要であった。よって、本発明の第1の実施形態では、4Kバイトのデータを読み出しで、命令数を約1/3に削減できる。本発明の第1の実施形態による命令数の削減効果は、メディアエラーが群発生している領域に対する読み出し命令のデータのサイズが大きければ大きいほど有効である。
なお、上述の第1の実施形態では、ディスクアレイ11をRAIDレベル5の構成としているが、本発明は、このようなディスクアレイの構成に限定されるものではない。
また、上述の第1の実施形態では、メディアエラー群が発生した場合に、ストライプ(RAIDでデータを複数のディスクに分散して記録する際の単位)を単位としてデータの再構築を行っているが、メディアエラー群が発生した場合に再構築するデータの単位は、これに限定されるものではない。
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。
11:ディスクアレイ
12:ディスクアレイコントローラ
13:ホストコンピュータ
21:メディアエラー検出部
22:メディアエラー管理部
23:エラー修復部

Claims (7)

  1. 冗長性のある複数のディスクからなるディスクアレイを制御するディスクアレイ制御装置において、
    前記ディスクアレイを構成するディスクのメディアエラーを検出するメディアエラー検出手段と、
    前記メディアエラーが、単一のメディアエラーであるか、又はメディアエラー群かを判定するメディアエラー管理手段と、
    前記メディアエラーが単一のメディアエラーの場合には、セクタ毎にエラー修復を行い、前記メディアエラーがメディアエラー群の場合には、所定単位のデータの再構築を行うエラー修復手段と
    を備えることを特徴とするディスクアレイ制御装置。
  2. 前記ディスクアレイは、データを複数のディスクに分散して記録すると共に、前記複数のディスクにより求められたパリティをディスクに記録するように構成されており、
    前記エラー修復手段は、前記所定単位として、前記複数のディスクにデータを分散して記録する際の単位でデータの再構築を行う
    ことを特徴とする請求項1に記載のディスクアレイ制御装置。
  3. 前記ディスクアレイは、RAIDレベル5の構成とされ、
    前記エラー修復手段は、前記複数のディスクにデータを分散して記録する際の単位として、ストライプ単位でデータの再構築を行う
    ことを特徴とする請求項2に記載のディスクアレイ制御装置。
  4. 前記メディアエラー管理手段は、メディアエラーが複数セクタ連続するかどうかを検出して、単一のメディアエラーであるか又はメディアエラー群かを判定することを特徴とする請求項1に記載のディスクアレイ制御装置。
  5. 前記メディアエラー管理手段は、メディアエラーが2セクタ以上連続したら、メディアエラー群が発生していると判定することを特徴とする請求項4に記載のディスクアレイ制御装置。
  6. 複数のディスクからなるディスクアレイを制御するディスクアレイ制御方法において、
    前記ディスクアレイを構成するディスクのメディアエラーを検出する工程と、
    前記メディアエラーが、単一のメディアエラーであるか、又はメディアエラー群が発生しているかを判定する工程と、
    前記メディアエラーが単一のメディアエラーの場合には、セクタ毎にエラー修復を行い、前記メディアエラーがメディアエラー群の場合には、所定単位のデータの再構築を行う工程と
    を含むことを特徴とするディスクアレイ制御方法。
  7. 複数のディスクからなるディスクアレイを制御するためのディスクアレイ制御プログラムにおいて、
    前記ディスクアレイを構成するディスクのメディアエラーを検出するステップと、
    前記メディアエラーが、単一のメディアエラーであるか、又はメディアエラー群が発生しているかを判定するステップと、
    前記メディアエラーが単一のメディアエラーの場合には、セクタ毎にエラー修復を行い、前記メディアエラーがメディアエラー群の場合には、所定単位のデータの再構築を行うステップと
    を含むことを特徴とするコンピュータで実行可能なディスクアレイ制御プログラム。
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