JPH05233155A - ディスクアレイ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ファイル装置への書込み時間を短縮する。 【構成】 データ格納用ファイル装置Ｄ０〜Ｄ３とパリ
ティデータ格納用ファイル装置ＤＰ′のデータ格納エリ
アを各々同数の複数のブロックに分割すると共に、パリ
ティデータ格納用ファイル装置ＤＰ′の各ブロックにデ
ータ格納用ファイル装置Ｄ０〜Ｄ３の対応するブロック
のデータから求めたパリティデータを格納するディスク
アレイ装置において、使用頻度の高いブロックのデータ
を記憶するキャッシュメモリ３と、書込みデータを一時
記憶する書込みバッファ４とを設けた。また、パリティ
データ格納用ファイル装置ＤＰ′はＩＣメモリ等から成
る半導体ディスク装置で構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ディスクアレイ装置に
関するものであり、更に詳しくはキャッシュメモリ、書
き込みバッファ及び半導体ディスク装置を設けることに
より書き込み時のオーバーヘッド時間を短縮するように
したディスクアレイ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】コンピュータシステムに使われるファイ
ル装置としては、ハードディスク装置が一般的によく知
られている。

【０００３】近年、マルチメディア指向に伴い取り扱う
データ量が増えたこと、マルチユーザ環境によりファイ
ルアクセスの並列化が必要不可欠になったことにより、
ディスクアレイ装置と呼ばれるファイル装置が最近注目
を浴びている。

【０００４】ディスクアレイ装置とは、カリフォルニア
大学バークレー校において考案されたアーキテクチャ
“ＲＡＩＤアーキテクチャと呼ばれる”を利用したもの
である。

【０００５】本ＲＡＩＤアーキテクチャには幾つかのレ
ベルがあるが、その中でレベル４と呼ばれるアーキテク
チャを利用したディスクアレイ装置は、高速データ転送
が可能で、かつ、ファイルアクセスの並列動作が可能と
なる。

【０００６】図６に、従来のＲＡＩＤレベル４を利用し
たディスクアレイ装置の概略ブロック図を示す。

【０００７】同図において、１はホストと本ディスクア
レイ装置間のシステムバス、２ｂは本ディスクアレイ装
置の制御装置、Ｄ０〜Ｄ３はデータを格納するハードデ
ィスク装置、ＤＰは後述するパリティデータを格納する
ハードディスク装置（以下、パリティディスクと呼
ぶ）、５ａ〜５ｄ及び５ｆは制御装置２ｂとハードディ
スク装置Ｄ０〜ＤＰを接続するインタフェースバス、６
ｂはハードディスク装置Ｄ０〜ＤＰの回転を同期させる
ためのインタフェースバスである。

【０００８】図２に、ディスクアレイ装置のデータ書き
込み形式を示す。

【０００９】ホストからの書き込みデータは、あるブロ
ック単位（本例は、１ブロックサイズ＝１セクタサイズ
を示す。）に分割されハードディスク装置Ｄ０〜Ｄ３に
書き込まれる。また、パリティディスクには、後述のパ
リティデータが書き込まれる。

【００１０】図７に、ホストからのデータ読み出しに対
する動作説明図を示す。

【００１１】図８に、ホストからのデータ書き込みに対
する動作説明図を示す。

【００１２】図９に、ホストからの部分データ書き込み
に対する動作説明図を示す。

【００１３】以下に、図２及び図６〜図９を参照して、
従来のディスクアレイ装置における各種動作を詳細に説
明する。

【００１４】まず、ホストより、図２に示すデータブロ
ックｄ０〜ｄ１の読み出し要求と、データブロックｄ６
〜ｄ７の読み出し要求が同時に発生した場合の動作を説
明する。

【００１５】ホストからの要求に対し、制御装置２ｂ
（図６参照）は、ハードディスク装置Ｄ０，Ｄ１に対し
てセクタ０の読み出し指示、ハードディスク装置Ｄ２，
Ｄ３に対してセクタ１の読み出し指示を同時に行う。

【００１６】その後、ハードディスク装置Ｄ０，Ｄ１よ
り送られてきたデータを制御装置２ｂ内の図示せぬメモ
リバッファに一旦格納し、次に該データをホストに送信
する。

【００１７】また、ハードディスク装置Ｄ２，Ｄ３より
送られてきたデータも制御装置２ｂ内の図示せぬメモリ
バッファに格納後ホストに送信する。

【００１８】メモリバッファの構成及びホストへのデー
タ送信方法には、様々な方式があるが、本発明には直接
関係のないため説明は省略する。

【００１９】なお、Ｄ０及びＤ１（または、Ｄ２及びＤ
３）より送られてくるデータは、インタフェースバス６
ｂ（図６参照）によりハードディスク装置Ｄ０〜ＤＰの
回転を同期させているので、同一タイミングとなってい
る。

【００２０】以上説明した動作の処理時間は、一般的に
は数十ミリ秒を必要とする。

【００２１】次に、ホストより、図２に示すデータブロ
ックｄ０〜ｄ３の書き込み要求が発生した場合の動作を
説明する（図８参照）。

【００２２】ホストからの要求に対し、制御装置２ｂ
は、まず以下の式によりパリティデータを生成する。

【００２３】

【数１】

【００２４】次に、制御装置２ｂは、ハードディスク装
置Ｄ０〜Ｄ３及びＤＰに対してセクタ０に書き込み指示
を行う。書き込みデータは、ハードディスク装置Ｄ０に
はｄ０、Ｄ１にはｄ１、Ｄ２にはｄ２、Ｄ３にはｄ３、
パリティディスクＤＰには（式１）で求めたｄＰ０であ
る。

【００２５】その後、各ハードディスク装置Ｄ０，Ｄ
１，Ｄ２，Ｄ３，ＤＰより書き込み終了通知が送られて
きて、それをホストに通知して終了となる。

【００２６】なお、各ハードディスク装置より送られて
くる書き込み終了通知は、前述の通り回転同期を行って
いることにより、同一タイミングで来る。

【００２７】以上説明した動作の処理時間は、一般的に
は数十ミリ秒を必要とする。

【００２８】最後に、ホストより、図２に示すデータブ
ロックｄＷの書き込み要求が発生した場合の動作を説明
する（図９参照）。

【００２９】この様な、あるハードディスク装置のみの
データブロックを書き換える場合、以下に示す様にパリ
ティデータも書き換える必要がある。

【００３０】

【数２】

【００３１】（ｄＰＷ′，ｄＷ′，ｄＸ′，ｄＹ′，ｄ
Ｚ′は書き込み以前の旧データ、ｄＰＷ，ｄＷは書き換
え後の新データを示す。）このことより、ホストからの
要求に対し、制御装置２ｂは、ハードディスク装置Ｄ
０，ＤＰに対してセクタｍの読み出し指示を行う。

【００３２】その後、ハードディスク装置Ｄ０，ＤＰよ
り送られてきたデータ（ｄＷ′，ｄＰＷ′）を用いて、
上記（式４）により新しいパリティデータを生成する。

【００３３】次に、制御装置２ｂは、ハードディスク装
置Ｄ０，ＤＰに対してセクタｍに書き込み指示を行う。
書き込みデータは、ハードディスク装置Ｄ０にはｄＷ、
パリティディスクＤＰには（式４）で求めたｄＰＷであ
る。

【００３４】その後、ハードディスク装置Ｄ０，ＤＰよ
り書き込み終了通知が送られてきて、それをホストに通
知して終了となる。

【００３５】なお、各ハードディスク装置より送られて
くる書き込み終了通知は、前述の通り回転同期を行って
いることにより、同一タイミングで来る。

【００３６】以上説明した動作の処理時間は、一般的に
は数十ミリ秒×２を必要とする。

【００３７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、以上説明し
たように従来のＲＡＩＤレベル４を利用したディスクア
レイ装置では、あるデータブロックのみを書き換える場
合、書き込み以前の該データブロックが格納されている
ハードディスク装置と、パリティデータが格納されてい
るパリティディスクを一旦読み出し、新しいパリティデ
ータを生成し、その後、前記ハードディスク装置とパリ
ティディスク装置を書き換えねばならず、通常の書き込
み時間の約２倍の書き込み時間がかかるという問題点が
あった。

【００３８】本発明は、前記問題点を解決するためにな
されたもので、部分書き換え動作に対しても高速にアク
セスが可能なディスクアレイ装置を提供することを目的
とするものである。

【００３９】

【課題を解決するための手段】本発明は、複数のデータ
格納用ファイル装置と少なくとも１台のパリティデータ
格納用ファイル装置とで構成され、前記データ格納用フ
ァイル装置とパリティデータ格納用ファイル装置のデー
タ格納エリアを各々同数の複数のブロックに分割すると
共に、前記パリティデータ格納用ファイル装置の各ブロ
ックに前記データ格納用ファイル装置の対応するブロッ
クのデータから求めたパリティデータを格納するディス
クアレイ装置に関し、使用頻度の高いブロックのデータ
を記憶するキャッシュメモリと書込みデータを一時記憶
する書込みバッファとを設けた。

【００４０】また、前記パリティデータ格納用ファイル
装置としてＩＣメモリ等から成る半導体ディスク装置を
用いた。

【００４１】また、使用頻度の高いブロックのデータを
記憶するキャッシュメモリと書込みデータを一時記憶す
る書込みバッファとを設けると共に、パリティデータ格
納用ファイル装置としてＩＣメモリ等から成る半導体デ
ィスク装置を用いた。

【００４２】

【作用】キャッシュメモリには使用頻度の高いブロック
のデータが記憶され、これらのデータは高速に読み出さ
れる。また、書込みデータは書込みバッファに一時記憶
され、制御装置の空時間を利用してハードディスク装置
に書き込まれる。また、パリティデータ格納用ファイル
装置はＩＣメモリ等から成る半導体ディスク装置なの
で、パリティデータが高速に読み出され、書き込みが行
われる。

【００４３】したがって、高速なディスクアレイ装置を
提供することができる。

【００４４】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面を参照して
詳細に説明する。

【００４５】図１は、本発明に係るＲＡＩＤレベル４を
利用したディスクアレイ装置の概略ブロック図を示す。

【００４６】同図において、１はホストと本発明に係る
ディスクアレイ装置間のシステムバス、２ａは本発明に
係るディスクアレイ装置の制御装置、３は本発明に係る
ディスクアレイ装置の制御装置内のキャッシュメモリ、
４は本発明に係るディスクアレイ装置の制御装置内の書
込みバッファ、Ｄ０〜Ｄ３はデータを格納するハードデ
ィスク装置、５ａ〜５ｄは制御装置２ａとハードディス
ク装置Ｄ０〜Ｄ３を接続するインタフェースバス、Ｄ
Ｐ′は本発明に係るパリティデータを格納する半導体デ
ィスク装置、５ｅは制御装置２ａと半導体ディスク装置
ＤＰ′を接続するインタフェースバス、６ａはハードデ
ィスク装置Ｄ０〜Ｄ３の回転を同期させるためのインタ
フェースバスである。

【００４７】図３に、ホストからのデータ読み出しに対
する動作説明図を示す。

【００４８】図４に、ホストからのデータ書き込みに対
する動作説明図を示す。

【００４９】図５に、ホストからの部分データ書き込み
に対する動作説明図を示す。

【００５０】以下に、図１〜図５を参照して、本発明の
ディスクアレイ装置における各種動作を詳細に説明す
る。

【００５１】まず、ホストより、図２に示すデータブロ
ックｄ０〜ｄ１の読み出し要求と、データブロックｄ６
〜ｄ７の読み出し要求が同時に発生した場合の動作を説
明する（図３参照）。

【００５２】ホストからの要求に対し、制御装置２ａ
（図１参照）は、まず該データブロックがキャッシュメ
モリ３内に存在するかどうかを調べる。

【００５３】ここでは、一例としてデータブロックｄ
０，ｄ１がキャッシュメモリ３内に存在し、データブロ
ックｄ６，ｄ７はキャッシュメモリ３内に存在しない場
合を説明する。

【００５４】データブロックｄ０，ｄ１はキャッシュメ
モリ３内に存在するため、ハードディスク装置Ｄ０，Ｄ
１に対してアクセスすることなくキャッシュメモリ３内
のデータブロックｄ０，ｄ１のデータをホストに送信す
る。

【００５５】次に、データブロックｄ６，ｄ７はキャッ
シュメモリ３内に存在しないため、ハードディスク装置
Ｄ２，Ｄ３に対してセクタ１の読み出し指示を行う。

【００５６】その後、ハードディスク装置Ｄ２，Ｄ３よ
り送られてきたデータを制御装置２ａ内の図示せぬメモ
リバッファに一旦格納し、次に該データをホストに送信
する。

【００５７】また、ハードディスク装置Ｄ２，Ｄ３より
送られてきたデータブロックｄ６，ｄ７はキャッシュメ
モリ３にも格納する。

【００５８】なお、Ｄ２及びＤ３より送られてくるデー
タは、インタフェースバス６ａ（図１参照）によりハー
ドディスク装置Ｄ０〜Ｄ３の回転を同期させているの
で、同一タイミングとなっている。

【００５９】以上説明した動作の処理時間は、キャッシ
ュメモリ３内にデータブロックが存在する場合は、一般
的には数ミリ秒を必要とし、キャッシュメモリ内にデー
タブロックが存在しない場合は、一般的には数十ミリ秒
を必要とする。

【００６０】次に、ホストより、図２に示すデータブロ
ックｄ０〜ｄ３の書き込み要求が発生した場合の動作を
説明する（図４参照）。

【００６１】ホストからの要求に対し、制御装置２ａ
は、まず一旦書込みバッファ４（図１参照）にデータブ
ロックｄ０〜ｄ３のデータを格納する。

【００６２】データブロックｄ０〜ｄ３が既にキャッシ
ュメモリ３内に存在する場合には、ホストよりのデータ
に書き換える。

【００６３】次に、以下の式によりパリティデータを生
成する。

【００６４】

【数３】

【００６５】その後、制御装置２ａは、半導体ディスク
装置ＤＰ′に対してセクタ０に書き込み指示を行う。書
き込みデータは、（式５）で求めたｄＰ０である。

【００６６】その後、半導体ディスク装置ＤＰ′より書
き込み終了通知が送られてきて、それをホストに通知し
て終了となる。

【００６７】なお、各ハードディスク装置Ｄ０，Ｄ１，
Ｄ２，Ｄ３への書き込みは、ホストへの書き込み終了通
知を報告後、制御装置２ａの処理の空時間を利用して行
う。

【００６８】空時間を利用する方式にはライトバック型
ディスクキャッシュ装置等で使われている、一定周期、
可変周期、ランダム周期等があるが本実施例では特に規
定はしない。

【００６９】以上説明した動作の処理時間で、ホストへ
の書き込み終了通知報告までは、書込みバッファ４への
書き込みと、半導体ディスク装置ＤＰ′への書き込みの
みであり、半導体ディスク装置ＤＰ′は、メカニカルな
機構がないためヘッド移動時間及び回転待ち時間が非常
に小さく、かつＩＣメモリ等を用いているため、アクセ
スが非常に高速であり、一般的には数ミリ秒となる。

【００７０】最後に、ホストより、図２に示すデータブ
ロックｄＷの書き込み要求が発生した場合の動作を説明
する（図５参照）。

【００７１】ホストからの要求に対し、制御装置２ａ
は、まず一旦書込みバッファ４にデータブロックｄＷの
データを格納する。

【００７２】次に、該データブロックがキャッシュメモ
リ３内に存在するかどうかを調べる。

【００７３】まず最初に該データブロックがキャッシュ
メモリ３内に存在する場合を説明する。

【００７４】新しいパリティデータｄＰＷは、以下の式
で求められることは既に説明した。

【００７５】

【数４】

【００７６】このことより、新しいパリティデータｄＰ
Ｗは、書き換え前のパリティデータｄＰＷ′を読み出
し、該データとキャッシュメモリ３内にあるｄＷ′及び
ホストからのデータｄＷを用い（式６）により求められ
ることがわかる。

【００７７】依って、制御装置２ａは、半導体ディスク
装置ＤＰ′に対してセクタｍの読み出し指示を行う。

【００７８】その後、半導体ディスク装置ＤＰ′より送
られてきたデータ（ｄＰＷ′）を用いて、上記（式６）
により新しいパリティデータを生成する。

【００７９】次に、制御装置２ａは、半導体ディスク装
置ＤＰ′に対してセクタｍに書き込み指示を行う。書き
込みデータは、（式６）で求めたｄＰＷである。

【００８０】そして、キャッシュメモリ３内のデータブ
ロックｄＷ′をホストからのデータｄＷに書き換える。

【００８１】その後、半導体ディスク装置ＤＰ′より書
き込み終了通知が送られてきて、それをホストに通知し
て終了となる。

【００８２】なお、ハードディスク装置Ｄ０への書き込
みは、ホストへの書き込み終了通知を報告後、制御装置
２ａの処理の空時間を利用して行う。

【００８３】以上説明した動作の処理時間は、書込みバ
ッファ４への書き込みと、キャッシュメモリ３の書き換
え及び、半導体ディスク装置ＤＰ′に対する読み出しと
書き込みであり、半導体ディスク装置ＤＰ′は、メカニ
カルな機構がなく、かつＩＣメモリ等を用いているため
アクセスが非常に高速であるため、一般的には数ミリ秒
となる。

【００８４】次に該データブロックがキャッシュメモリ
内に存在しない場合を説明する。

【００８５】新しいパリティデータｄＰＷは、以下の式
で求められることは既に説明した。

【００８６】

【数５】

【００８７】このことより、新しいパリティデータｄＰ
Ｗは、書き換え前のデータｄＷ′及びパリティデータｄ
ＰＷ′を読み出し、該データとホストからのデータｄＷ
を用い（式７）により求められることがわかる。

【００８８】依って、制御装置２ａは、ハードディスク
装置Ｄ０及び半導体ディスク装置ＤＰ′に対してセクタ
ｍの読み出し指示を行う。

【００８９】その後、ハードディスク装置Ｄ０及び半導
体ディスク装置ＤＰ′より送られてきたデータ（ｄ
Ｗ′，ｄＰＷ′）を用いて、上記（式７）により新しい
パリティデータを生成する。

【００９０】次に、制御装置２ａは、半導体ディスク装
置ＤＰ′に対してセクタｍに書き込み指示を行う。書き
込みデータは、（式７）で求めたｄＰＷである。

【００９１】その後、半導体ディスク装置ＤＰ′より書
き込み終了通知が送られてきて、それをホストに通知し
て終了となる。

【００９２】なお、ハードディスク装置Ｄ０への書き込
みは、ホストへの書き込み終了通知を報告後、制御装置
２ａの処理の空時間を利用して行う。

【００９３】以上説明した動作の処理時間は、ハードデ
ィスク装置Ｄ０に対する読み出しが発生するため、一般
的には数十ミリ秒を必要とする。

【００９４】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、ディスクアレイ制御装置内に使用頻度の高いデー
タブロックを一時保存しておくためのキャッシュメモ
リ、書き込み動作の高速化を図るための書込みバッファ
及び、パリティデータ格納用に半導体ディスク装置を持
ったことにより、ホストからの読み出し要求に対し、該
データブロックがキャッシュメモリ内に存在する場合、
ハードディスク装置にアクセスすることなく、キャッシ
ュメモリ内の該データをホストに送信するだけでよく、
アクセス時間が短縮できるという効果がある。

【００９５】また、ホストからの書き込み要求に対し、
該データブロックがキャッシュメモリ内に存在する場
合、書き込みバッファへの書き込みと、キャッシュメモ
リの書き換え及び高速アクセスが可能な半導体ディスク
装置に対する読み出しと書き込みだけで済み、アクセス
時間が短縮できるという効果もある。

【００９６】また、ホストからの書き込み要求に対し、
該データブロックがキャッシュメモリ内に存在しない場
合であっても、書き込みバッファへの書き込みと、半導
体ディスク装置に対する読み出しと書き込み及び、ハー
ドディスク装置に対する読み出しだけで済み、ハードデ
ィスク装置への書き込みは空時間を利用して行うため、
従来に比較して約半分のアクセス時間の短縮ができると
いう効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るディスクアレイ装置の概略ブロッ
ク図である。

【図２】ディスクアレイ装置におけるデータ書き込みを
説明する図である。

【図３】本発明におけるホストからのデータ読み出しに
対する動作説明図である。

【図４】本発明におけるホストからのデータ書き込みに
対する動作説明図である。

【図５】本発明におけるホストからの部分データ書き込
みに対する動作説明図である。

【図６】従来のディスクアレイ装置の概略ブロック図で
ある。

【図７】従来におけるホストからのデータ読み出しに対
する動作説明図である。

【図８】従来におけるホストからのデータ書き込みに対
する動作説明図である。

【図９】従来におけるホストからの部分データ書き込み
に対する動作説明図である。

【符号の説明】

１ システムバス ２ａ 本発明のディスクアレイ制御装置 ２ｂ 従来のディスクアレイ制御装置 ３ キャッシュメモリ ４ 書込みバッファ ５ａ〜５ｄ，５ｆ ハードディスク装置と制御装置間
のインタフェースバス ５ｅ 半導体ディスク装置と制御装置間のインタフェ
ースバス ６ａ，６ｂ 回転同期用インタフェースバス Ｄ０〜Ｄ３ データ格納用ハードディスク装置 ＤＰ パリティデータ格納用ハードディスク装置 ＤＰ′ パリティデータ格納用半導体ディスク装置

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のデータ格納用ファイル装置と少な
   くとも１台のパリティデータ格納用ファイル装置とで構
   成され、前記データ格納用ファイル装置とパリティデー
   タ格納用ファイル装置のデータ格納エリアを各々同数の
   複数のブロックに分割すると共に、前記パリティデータ
   格納用ファイル装置の各ブロックに前記データ格納用フ
   ァイル装置の対応するブロックのデータから求めたパリ
   ティデータを格納するディスクアレイ装置において、 使用頻度の高いブロックのデータを記憶するキャッシュ
   メモリと、書込みデータを一時記憶する書込みバッファ
   とを設けたことを特徴とするディスクアレイ装置。
2. 【請求項２】 複数のデータ格納用ファイル装置と少な
   くとも１台のパリティデータ格納用ファイル装置とで構
   成され、前記データ格納用ファイル装置とパリティデー
   タ格納用ファイル装置のデータ格納エリアを各々同数の
   複数のブロックに分割すると共に、前記パリティデータ
   格納用ファイル装置の各ブロックに前記データ格納用フ
   ァイル装置の対応するブロックのデータから求めたパリ
   ティデータを格納するディスクアレイ装置において、 前記パリティデータ格納用ファイル装置としてＩＣメモ
   リ等から成る半導体ディスク装置を用いたことを特徴と
   するディスクアレイ装置。
3. 【請求項３】 複数のデータ格納用ファイル装置と少な
   くとも１台のパリティデータ格納用ファイル装置とで構
   成され、前記データ格納用ファイル装置とパリティデー
   タ格納用ファイル装置のデータ格納エリアを各々同数の
   複数のブロックに分割すると共に、前記パリティデータ
   格納用ファイル装置の各ブロックに前記データ格納用フ
   ァイル装置の対応するブロックのデータから求めたパリ
   ティデータを格納するディスクアレイ装置において、 使用頻度の高いブロックのデータを記憶するキャッシュ
   メモリと書込みデータを一時記憶する書込みバッファと
   を設けると共に、前記パリティデータ格納用ファイル装
   置としてＩＣメモリ等から成る半導体ディスク装置を用
   いたことを特徴とするディスクアレイ装置。