JPH0784876A - データ記憶装置のマトリックス構造 - Google Patents
データ記憶装置のマトリックス構造Info
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- JPH0784876A JPH0784876A JP6193898A JP19389894A JPH0784876A JP H0784876 A JPH0784876 A JP H0784876A JP 6193898 A JP6193898 A JP 6193898A JP 19389894 A JP19389894 A JP 19389894A JP H0784876 A JPH0784876 A JP H0784876A
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- G06F11/1008—Adding special bits or symbols to the coded information, e.g. parity check, casting out 9's or 11's in individual solid state devices
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- G06F3/0601—Interfaces specially adapted for storage systems
- G06F3/0668—Interfaces specially adapted for storage systems adopting a particular infrastructure
- G06F3/0671—In-line storage system
- G06F3/0673—Single storage device
Abstract
タ記憶装置への保護記憶タスクの分散を可能にするデー
タ記憶システム構造を提供するものである。 【構成】 複数バスのネットワークを介して互いに通信
するために相互に接続されたインテリジェント記憶ノー
ドのマトリックスからなるデータ記憶システム。この複
数バスによるネットワークには、対応する複数のホスト
システムプロセッサとデータを送受信する複数の第1バ
スと、各々が第1バスの各バスと交差する複数の第2バ
スがある。ノードは各交点に配置されている。また、記
憶ノードは、それぞれ磁気ディスク駆動装置などのデー
タ記憶装置とプロセッサおよびバッファメモリを具備
し、これにより、ノードプロセッサは、ネットワーク内
の他のノードにおけるデータの記憶および検索を調整で
きるだけでなく、そのノードにおけるデータの記憶およ
び検索を制御する。
Description
関し、これをさらに詳細に述べると、マトリックス状に
配置されたデータ記憶装置への保護記憶タスクの分散を
可能にするデータ記憶システム構造に関する。
ソナルコンピュータやワークステーションで使用されて
いる5.25または3.5インチディスク駆動装置など
の複数のハードディスク駆動装置を具備しており、これ
らのディスク駆動装置は並列に動作を行うため、ホスト
システムからは1台の大容量ディスク駆動装置のように
見える。多くのディスク駆動装置に数台を組み込んで、
非常に多くのディスク配列設計が考えられる。それぞれ
異なる属性、利益、欠点を有する配列設計が、デイビッ
ド・A・パターソン、ガース・ギブソン、ランディ・H
・カッツにより「低価格ディスクの冗長配列(RAI
D) ケースA」(カリフォルニア大学 報告書No.
UCB/CSD 87/391、1987年12月)と
題された論文に掲載されている。ここに引用している論
文では、ディスク配列の説明と、1台の大容量磁気ディ
スクと比較したときのディスク配列の性能、信頼性、消
費電力、およびスカラビリティにおける改良点について
述べられている。
およびパリティチェック、データの復元および再構成な
どの必須のまたは任意の動作を行う際に一つの配列内で
多くのデータ記憶装置の動作を調整するためには、複雑
な記憶管理技術が必要である。配列動作は、ハードウェ
ア配列構造などの配列動作を制御するために構成された
専用ハードウェア制御装置、あるいはソフトウェア配列
構造などのホストコンピュータシステムによって実行さ
れるソフトウェアルーチンによって管理できる。 ハー
ドウェア配列構造を用いた場合、データ記憶の信頼性お
よび可用性が向上し、さらに、ユーザアプリケーション
を修正しなくてもシステムの性能が向上する。ハードウ
ェア制御装置は、ホストシステムプロセッサからデータ
記憶タスクの多くを取り除くことから、ホストシステム
が他のアプリケーションおよびタスクを一層多く収容で
きるようになる。
合、既存のシステムハードウェアおよび記憶装置を配列
記憶システムとして利用できるようになる。高度コンピ
ュータシステムの高速化やパワーアップにより、多くの
ハードウェア配列構造からなる製品と拮抗するような性
能が実現されている。ソフトウェア配列構造は、ハード
ウェア配列構造よりも低いインプリメンテーションコス
トでこのような機能性を達成できるうえに、機器構成の
柔軟性も向上する。しかし、ホストプロセッサは依然デ
ータ記憶タスクの負担を負っている。
列構造は、1台の大容量磁気ディスクを用いた場合と比
較して、性能、信頼性、消費電力、スカラビリティおよ
び容量の点で改良が見られる。しかし、このような改良
点があると同時に、絶えず増大するデータを記憶ならび
に管理し、且つホストプロセッサ、配列コントローラ、
および記憶装置を最も効率的かつ効果的な方法で使用し
なければならない。したがって、現世代ならびに次世代
のコンピュータシステム、特に多重プロセッサによるコ
ンピュータシステムのスピードとパワーを一層活用する
ために、さらにデータ記憶システムに対する改良が求め
られている。
目的は、既存の記憶オプションに関する不都合な点を大
幅に克服する新型の実用的なデータ記憶システムを提供
することにある。
ードがネットワーク内の数ヵ所のノードにおけるデータ
記憶および検索動作の調整ができるような記憶装置とプ
ロセッサを有している相互接続されたノードによるネッ
トワークを備えた新型の実用的なデータ記憶システムを
提供することにある。
して行われ、各動作がネットワーク内の別のノードによ
って調整されるデータ記憶システムを提供することにあ
る。
スにより互いに通信するために相互接続されたノードの
ネットワークからなるデータ記憶システムを提供する。
各ノードは、複数のバスのうち少なくとも1本のバスと
データの送受信を行うために接続された磁気ディスク駆
動装置などのデータ記憶装置と、そのノードにおけるデ
ータの記憶および検索を制御するためのバスに接続され
たノードプロセッサを具備している。さらに、このノー
ドプロセッサは、複数のバスを介したノードプロセッサ
および追加ノード間での通信により、ネットワーク内の
追加ノードに対応するデータ記憶装置におけるデータの
記憶および検索を制御できる。
のホストシステムプロセッサとのデータ送受信に用いら
れる複数の第1バスと、各々が第1バスの各バスと交差
する第2バスがある。また、前記ネットワークのノード
は、各交点に設けられている。このようなノードの各々
は、そのノードに対応する第1バスおよび第2バスとデ
ータ送受信を行うために接続されたディスク記憶装置
と、ネットワーク内の他のノードにおけるデータの記憶
および検索を制御できるだけでなく、前記ノードにおけ
るデータの記憶および検索の制御も行う前記ノードに対
応した第1バスおよび第2バスに接続されたプロセッサ
を具備している。
特徴と、利益とは、下記の説明と添付図面とを読めば、
明らかになるであろう。
よるデータ記憶システムを示すものである。図1の構造
では、ホストプロセッサ接続ブロック12があり、これ
により、不図示の1台以上のホストシステムプロセッサ
への接続が可能になる。このホストプロセッサは、参照
符号H0、H1、H2、・・・Hmにより示されている。接
続ブロック12は、ホストプロセッサH0、H1、H2、
・・・Hmをデータ記憶ノードのネットワーク14に接
続する。ネットワーク14には、行(横)方向に配置さ
れたR0〜Rmの数本のバスがあり、各バスは、ホストプ
ロセッサH0〜Hmの1台を記憶ノードのグループに接続
している。さらに、ネットワーク14には、列(縦)方
向に配置されたC0〜Cnの数本のバスがある。各ノード
は、行方向と列方向の各バスの交点に位置する。これら
のノードは、一対の座標によって識別され、第1の座標
は、接続されている行方向のバスの番号を示し、第2の
座標は、接続されている列方向のバスの番号を示してい
る。ネットワークには、バスR0とバスC0との交点にあ
る(0,0)のノードから、バスRmとバスCnの交点に
ある(m,n)のノードまでが含まれている。
憶ノード(0,0)〜(0,n)に直接接続されてい
る。さらに、H0は、ノード(0,0)を通り、ノード
(1,0)〜(m,0)などのバスC0上のすべての記
憶ノードにアクセスできる。同様に、ノード(0,1)
〜(0,n)によって、プロセッサH0は、バスC1〜C
n上の各ノードにアクセスできる。ホストプロセッサH1
〜Hmの各々は、バスR1〜Rm上のすべての記憶ノード
に直接アクセスすることができ、また、相互に接続され
たノードを介してネットワーク14上のすべての記憶ノ
ードにアクセスできる。
ットワーク14内の記憶装置が障害を起こしたとき、入
出力動作の指示を送り、エラー例外条件処理を行い、且
つデータを再構成するうえで必要なRAIDアルゴリズ
ムなどのグループ配列アルゴリズムを実行する論理回路
を有している。接続ブロック12の論理回路の他の機能
には、システム管理によって行われた入力に対して実行
される診断およびグループアルゴリズムの初期化も含ま
れている。ハイパフォーマンスの構造では、ノードネッ
トワーク14内の各行方向のバス(R0〜Rm)ごとに、
ホストプロセッサ接続ブロックが存在する。このハイパ
フォーマンスの構造では、複数の入出力コマンドおよび
データを、接続された行方向の複数のバス上を同時に送
信することも可能である。パフォーマンスが低い低コス
ト構造では、コマンドやデータが1本の行方向のバス上
で送信される。
は、図2に示すように記憶装置、ノードプロセッサ、バ
ッファ、およびインタフェースロジックを有している。
ここでは、ネットワーク14のノード(m,n)内に設
置されたプロセッサ、ディスク駆動装置、および関連す
る構成要素を示すブロック図を示している。
スCnに接続されたインタフェースI/F1、行方向の
バスRmに接続された第2インタフェースI/F2、低
価格プロセッサP、データバッファB1、B2、Iおよ
びB3、データを記憶し検索するためのヘッドディスク
機構(HDA)などの記憶素子Dを具備していることが
示されている。ノードプロセッサPおよびデータバッフ
ァB1、B2、I、およびB3がインタフェースI/F
1に接続され、したがって、バス1で示されるノードバ
スによってネットワークバスCnに接続されている。バ
ス2により示される第2バスは、ノードプロセッサP、
データバッファB1、B2、IおよびB3とインタフェ
ースI/F2の間を接続し、これにより、ネットワーク
バスRmとの接続も行っている。さらに、読出し/書込
みバッファB3は、ノードと記憶素子Dとの接続も行っ
ている。ノード(0,0)〜(m,n)は、同様に構成
されている。
ネットワークプロトコル、バッファ管理、エラー回復お
よびヘッド位置決めなどの記憶媒体制御、データの符号
化/復号化および欠陥処理を制御する。ネットワークノ
ードの代表的な例は、小型コンピュータシステムインタ
フェース(SCSI)のディスク駆動装置である。
配列記憶要求が受信され、これを実行するためにネット
ワーク14内の指定ノードに送信される。配列動作の具
体例を挙げると、H0がRAIDレベル5の書込み動作
要求を送信できる。このコマンドは、直列接続用のパケ
ットモードまたは並列接続用のハンドシェークモードで
作成され、バスR0により適正なノードに送信される。
H0は、バスR0に常駐し、希望するノード(0,0)〜
(0,n)のいずれのノードにも書込みコマンドを送信
できる。コマンドを受信するノードは、次の説明の中で
1次ノードと呼ばれ、他のネットワークノードは2次ノ
ードと呼ばれている。このコマンドには、1次ノードに
よって次に行われる読出し/書込み動作と関連のある2
次ノードに関する情報が含まれている。この読出し/書
込み動作は、RAIDレベル5の書込みコマンドを完了
させるために必要である。1次ノードは、コマンドを受
信すると、エラー状態が発生しない限り、その動作を行
う責任を負っている。1次ノードは、変則的な状態に備
えて、該当するホストプロセッサにその状態を知らせ
る。
ゴリズムおよび機能を実行するために必要なコンピュー
タ機能を、汎用型ネットワークの各ノードに分散するこ
とができる。このネットワークは、前記配列アルゴリズ
ムおよび最も共通した機能が各配列ノードで実行される
ように、インテリジェントディスク駆動装置によって構
成することも可能である。
の負担が軽減される。さらに、配列要求をいくつか同時
に実行でき、各要求は、別の1次ノードによって処理さ
れる。このため、前記システムによって、1台のハード
ウェア制御装置を用いた記憶システムの能力を上回るよ
うな性能の向上が実現できる。
以下に述べる。
ハードウェア配列プロセッサの負担を軽減するのに充分
なプロセッサの能力を有していることから、パフォーマ
ンスが向上する。
に使用できることから、入出力の接続に関する帯域ボト
ルネックの負担を軽減できる。
ク構造にも極めて順応性が高く、ネットワーク記憶パフ
ォーマンスの点において改良が見られる。これは、ホス
トシステムのアプリケーションロードとは無関係にコン
ピュータの能力を利用できることによるものである。ま
た、本発明は、コンピュータネットワークの記憶容量の
増大と信頼性の向上を目指したものである。
の記憶装置に多数のパスを提供するような汎用型スイッ
チ構成にもできる点に注意されたい。
って行われる動作の実行例を示すシナリオである。
ベル5の書込み動作を指示する。H0は、コマンドおよ
びデータを、ノード(0,1)のプロセッサPとバッフ
ァB1に対し、それぞれネットワークバスR0およびノ
ードバスのバス1によって送信する。ノード(0,1)
のプロセッサPは、送信されたコマンドを復号化して、
読出し・修正・書込みサイクルが2次ノード(1,1)
に関して必要かどうか判断する。ノード(0,1)のプ
ロセッサPは、ノード(0,1)がノード(1,1)へ
の送信元として識別された読出しコマンドを発行する。
発行されたコマンドは、バスC1を介してノード(1,
1)に送信される。
は、旧データをHDA装置Dからバッファ1に読み出す
ために、ノード(0,1)のHDA装置Dに対して読出
しコマンドを発行する。
は、バスC1、インタフェースブロックI/F1、およ
びノードバスのバス1を介して読出しコマンドを受信す
る。ノード(1,1)のプロセッサPは、受信した読出
しコマンドを復号化して、読み出したデータをHDA装
置Dからバッファ1へ取り出す。ノード(0,1)およ
び(1,1)は、各読出しコマンドを非同期に終了す
る。この読出しコマンドが終了すると、ノード(0,
1)は、バッファB1内に新データを、バッファIに旧
データを入れる。また、ノード(1,1)は、旧パリテ
ィをそのバッファIに入れ、旧パリティデータがバッフ
ァ内にあることをノード(0,1)に知らせる。ノード
(0,1)は、旧パリティデータを列方向のバスC1に
よりノード(0,1)のバッファB2に読み出す。これ
により、ノード(0,1)は、新データ、旧データ、お
よび旧パリティをバッファ内に保持していることにな
る。
ために、ノードプロセッサ(0,1)は、新規パリティ
データ生成のためバッファB1、バッファB2、および
バッファI内に記憶されているデータの排他的論理和を
指示する。この新規パリティはバッファI内に置かれ、
パリティ更新のためノード(1,1)への送信に備え
る。同時に、ノード(0,1)は、記憶装置Dへの書込
みを行うため、新データをバッファB1からバッファB
3へ書き込む。ノード(0,1)は、バッファIから新
規パリティの通常の書込みコマンドを発行する。
パリティの書込みが終了したことを知らせ、ノード
(0,1)が新データの書込みを終了したときは、ホス
トプロセッサH0にRAIDレベル5の書込みが終了し
たことを知らせる。
のバスR1によりノード(1,0)に通常の読出しを指
示する。読出しが終了すると、ノード(1,0)は、バ
スR1により、プロセッサH1に対して動作が終了したこ
とを知らせる。
方向のバスR2および列方向のバスC2によって送信され
且つ通知終了メッセージがバスR2を介してホストH2に
出される点以外は、動作1と同じである。
る。
RAIDアルゴリズムをノードの配列上に分散する多重
並行動作が可能になる。このようなノードは、対等に機
能し合い、動的なクライアント/サーバ方式で動作す
る。本発明は、縦横両方向のノードの拡張を促すもので
ある。このような拡張により、ホストプロセッサの性能
に強い影響を与えずに、性能や容量の点で改善を図るこ
とができる。
ら、各ノードは、1次または2次ノードとして機能し且
つ多数のチャネルにより通信できるように動作を実行す
ることが可能である。
が管理する記憶システムや1台のハードウェア制御装置
を用いた記憶システムの能力を上回る高性能のデータ記
憶システムが提供されたことが理解できる。また、前記
システムでは、多重記憶動作を同時に実行することがで
き、各動作は、記憶ネットワーク内の別のノードによっ
て調整される。
ことができ、ノードを追加することにより縦横両方向に
拡張できる。さらに、前記構造は、磁気ディスク駆動装
置との使用に限定されるものではなく、他の直接アクセ
ス装置(例えば、光ディスクおよびメディア変換器)や
ロボット工学メディア変換記憶装置だけでなく、順次ア
クセス装置(例えば、QICテープ、DATテープ等)
に関するRAID技術が必要な場合にも使用できる。前
記システムは、1台のホストプロセッサに接続したり、
あるいは多重プロセッサによるコンピュータシステム内
の数台のホストプロセッサと相互接続することができ
る。
れば、複数のバスを介して互いに通信するために相互に
接続されたノードからなるネットワークを用いることに
より、ホストシステムの記憶動作の負担が軽減され且つ
ノードによる多重並行動作が可能になるので、データ記
憶システムの性能や記憶容量の点で改善を図ることがで
き、操作性が向上するという効果がある。
トワーク内に設置された複数のディスク駆動装置と低価
格プロセッサを具備するデータ記憶システムの線図であ
る。
ノード内に設置されたプロセッサ、ディスク駆動装置、
および関連する構成要素を示すブロック図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 複数のバスを介して互いに通信するため
に相互に接続されたノードのネットワークからなるデー
タ記憶システムにおいて、 前記ノードの各々が、 前記複数バスの少なくとも一つとデータの送受信を行う
ために接続されたデータ記憶装置と、 前記データ記憶装置におけるデータの記憶および検索を
制御する前記バスの少なくとも一つに接続され、且つ前
記複数バスを介して行われる前記複数ノード中の追加ノ
ードとの通信により前記追加ノードに対応づけられたデ
ータ記憶装置におけるデータの記憶および検索を制御で
きるノードプロセッサを具備することを特徴とする、デ
ータ記憶システム。 - 【請求項2】 ホストプロセッサおよびデータ記憶ノー
ドマトリックスの第1サブセット間でのデータ転送を制
御する前記データ記憶ノードのうちのいずれか一つを選
択する段階からなる前記ホストプロセッサおよび前記デ
ータ記憶ノードマトリックス間でのデータ転送方法にお
いて、各ノードがデータ記憶装置と複数のデータ記憶ノ
ードに対してデータ記憶動作の調整を行うための制御論
理回路を具備することを特徴とするデータ転送方法。
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