JPH08123628A - ディスクアレイ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 データアクセス速度を向上させる。 【構成】 リード時に、例えば、５台のデータ保持用記
憶装置２１〜２４及びパリティ保持用記憶装置２５のう
ち任意の４台に対してアクセスが完了すれば、判定部３
によりこれが判定され、データに欠損があればデータ転
送部４で欠損したデータがパリティにより復元され、結
合されてホスト計算機２０に転送される。ライト時に
も、リード時と同様に、任意の４台の記憶装置に対して
アクセスが完了すれば、ライト動作を完了させる。そし
て、障害の発生に対してはその４台の記憶装置に格納さ
れたデータを読み出すことにより他の１台の記憶装置に
格納されるべきデータを再生することによって対応す
る。従って、リード及びライトの双方の場合に、なるべ
く動作の速い記憶装置が使用され、アクセス速度を向上
させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、冗長構造並列分散型デ
ィスクアレイにおいて、アクセス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】近年における半導体技術の躍進、パイプ
ライン方式等の計算機アーキテクチャの採用により、コ
ンピュータシステムの各構成要素の性能、信頼性は飛躍
的に向上している。一方、機構デバイスを中心とする二
次記憶装置の性能・信頼性向上は他の構成要素には及ば
ず、コンピュータシステム全体の処理能力のボトルネッ
クとなっている。ところで、二次記憶の性能と信頼性
を、現実的なコストの元に改善するため、ＲＡＩＤ（Re
dundant Arrays of Inexpensive Disks ）アーキテクチ
ャのディスクアレイが提唱されている。このようなディ
スクアレイは複数の二次記憶装置により構成され、デー
タを複数の装置に分割して保存する。そして、アクセス
を並列に行なうことによりデータ転送を高速化する。一
方、１つの二次記憶装置にパリティを格納し、いずれか
１つの二次記憶装置の障害に対応できるようにしてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の技術には、次のような課題があった。即ち、二
次記憶装置として一般に採用されているものはハードデ
ィスクドライブであり、アクセスの際は回転待ち時間を
伴なう。例えば、４台の装置を使用する場合は４台分の
回転待ち時間が生じる。この場合、高価なシステムでは
スピンドル同期機能により各ディスクの回転を同期させ
て待ち時間を短縮することができるが、小型で安価な普
及品にはこのようなスピンドル同期機能を持たないもの
が多い。従って、例えば、リード時には４台のデータデ
ィスクの回転待ちのため、単一のハードディスクへのア
クセスに比較して回転待ち時間が増加する。また、ライ
ト時にはデータディスクが４台であるとすると、パリテ
ィディスクにもパリティをライトする必要があるので、
５台のディスクの回転待ちを行なう必要があり、回転待
ち時間が更に増加する。これらの増加時間の割合は、シ
ミュレーションを使った実験等の結果、リード時は約６
０％、ライト時は約６６％であることがわかっている。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明のディスクアレイ
装置は、上述した課題を解決するため、以下の点を特徴
とするものである。 （１） データリード要求時にデータ保持用記憶装置及びパリ
ティ保持用記憶装置のすべてに対してデータリード要求
を発行するデータリード要求発行部を備える。 当該データリード要求発行部によるデータリード要求
の発行後、データリード動作が最も遅い１台を除いたす
べての記憶装置のデータリード動作が完了した時点で、
まだその動作が完了していない記憶装置がデータ保持用
記憶装置かパリティ保持用記憶装置かを判定する判定部
を備える。 当該判定部の判定結果に応じて、パリティ保持用記憶
装置の動作が遅れている場合は、データ保持用記憶装置
からのデータを合成して転送する一方、データ保持用記
憶装置の動作が遅れている場合は、パリティ保持用記憶
装置からのパリティにより遅れて欠落しているデータを
再生しつつ各データを合成して転送するデータ転送部を
備える。

【０００５】（２） 複数のデータ保持用記憶装置及びパリティ保持用記憶
装置に対応してそれぞれ設けられたデータバッファを備
える。 データライト要求時にデータ保持用記憶装置及びパリ
ティ保持用記憶装置のすべてに対してデータライト要求
を発行するデータライト要求発行部を備える。 当該データライト要求発行部によるデータライト要求
の発行直後、複数のデータ保持用記憶装置及びパリティ
保持用記憶装置に分割されたデータ及びパリティを転送
するとともに、これらをデータバッファにも転送するデ
ータ転送部を備える。 当該データ転送部によるデータ転送後、データライト
動作が最も遅い１台を除いたすべての記憶装置のデータ
ライト動作が完了した時点で、ライト動作が完了した旨
を上位装置に報告するライト報告部を備える。 当該ライト報告部によるデータライトの完了報告後、
既にデータライト動作が完了した記憶装置に対応するデ
ータバッファ中のデータを破棄し、その後残りの１台の
記憶装置もデータライト動作が完了した時はそれに対応
するデータバッファ中のデータも破棄する後処理部を備
える。

【０００６】

【作用】

（１）リード時に、例えば、５台の記憶装置のうち任意
の４台に対してアクセスが完了すれば、判定部によりこ
れが判定され、データに欠損があればデータ転送部で欠
損したデータがパリティにより復元され、結合されて転
送される。この結果、データリードに際し、なるべく動
作の速い記憶装置が使用でき、アクセス速度を向上させ
ることができる。

【０００７】（２）ライト時にも、リード時と同様に、
例えば５台の記憶装置のうち任意の４台に対してアクセ
スが完了すれば、その４台の記憶装置に格納されたデー
タを読み出すことにより他の１台の記憶装置に格納され
るべきデータを再生することができる。従って、その時
点でライト動作を完了できる。この結果、データリード
の場合と同様に、なるべく動作の速い記憶装置を使用し
てアクセス速度を向上させることができる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細
に説明する。図１は、本発明のディスクアレイ装置の一
実施例のブロック図である。図示の装置は、データリー
ド要求発行部１、データライト要求発行部２、判定部
３、データ転送部４、データバッファ５１〜５５、ライ
ト報告部６、後処理部７を備えている。データリード要
求発行部１、データライト要求発行部２は、主制御部１
０に設けられている。主制御部１０は、ディスクアレイ
装置１１の全体を制御する。この主制御部１０には、不
揮発性メモリ１２が設けられている。

【０００９】データリード要求発行部１は、ホスト計算
機２０からのデータリード要求時にデータ制御部１３を
介してデータ保持用記憶装置２１〜２４及びパリティ保
持用記憶装置２５のすべてに対してデータリード要求を
発行する。データライト要求発行部２は、データリード
要求発行部１と同様に、ホスト計算機２０からのデータ
ライト要求時にデータ制御部１３を介してデータ保持用
記憶装置２１〜２４及びパリティ保持用記憶装置２５の
すべてに対してデータライト要求を発行する判定部３、
データ転送部４、ライト報告部６、後処理部７は、デー
タ制御部１３に備えられている。データ制御部１３は、
データをＲＡＩＤレベル３に合せて処理し、データ保持
用記憶装置２１〜２４及びパリティ保持用記憶装置２５
に対するアクセスを制御する。

【００１０】判定部３は、データリード要求発行部１に
よるデータリード要求の発行後、データ保持用記憶装置
２１〜２４及びパリティ保持用記憶装置２５からのデー
タリード動作の完了報告を監視する。そして、動作が最
も遅い１台を除いたすべての記憶装置のデータリード動
作が完了した時点で、まだその動作が完了していない記
憶装置がデータ保持用記憶装置かパリティ保持用記憶装
置かを判定する。即ち、５台の記憶装置からの完了報告
を順次記憶していき、４台までの完了報告があった時点
でまだ完了報告のない記憶装置を検出する。

【００１１】データ転送部４は、判定部３の判定結果に
応じて、パリティ保持用記憶装置２５の動作が遅れてい
る場合は、データ保持用記憶装置２１〜２４からのデー
タを合成して主制御部１０を介してホスト計算機２０に
転送する。一方、データ保持用記憶装置２１〜２４のい
ずれかの動作が遅れている場合は、パリティ保持用記憶
装置２５からのパリティにより遅れて欠落しているデー
タを再生する。そして、再生したデータを含めた各デー
タを合成してホスト計算機２０に転送する。データバッ
ファ５１〜５５は、不揮発性メモリ等から成り、複数の
データ保持用記憶装置２１〜２４及びパリティ保持用記
憶装置２５に対応してそれぞれ設けられている。これら
のデータバッファ５１〜５５には、データライト要求発
行部２によるデータライト要求の発行直後、データ転送
部４により複数のデータ保持用記憶装置２１〜２４及び
パリティ保持用記憶装置２５に分割されたデータ及びパ
リティが転送されるとともに、それと同一のデータ及び
パリティが転送される。

【００１２】ライト報告部６は、データ転送部４による
データ転送後、データライト動作が最も遅い１台を除い
たすべての記憶装置のデータライト動作が完了した時点
で、ライト動作が完了した旨を上位装置であるホスト計
算機２０に報告する。即ち、５台の記憶装置からの完了
報告を順次記憶していき、４台までの完了報告があった
時点でまだ完了報告のない記憶装置を検出する。この検
出時点でホスト計算機２０への完了報告を行ない、検出
結果は後処理部７へ渡す。後処理部７は、ライト報告部
６によるデータライトの完了報告後、既にデータライト
動作が完了した記憶装置に対応するデータバッファ５１
〜５５中のデータを破棄する。そして、その後残りの１
台の記憶装置もデータライト動作が完了した時はそれに
対応するデータバッファ中のデータも破棄する。

【００１３】データ保持用記憶装置２１〜２４は、ハー
ドディスク等から成る二次記憶デバイスであり、データ
をバイト単位に分散して格納する。パリティ保持用記憶
装置２５も、データ保持用記憶装置２１〜２４と同様
に、ハードディスク等から成る二次記憶デバイスであ
り、分割データＡ〜Ｄに分散したデータに対するパリテ
ィを格納する。

【００１４】次に、上述したディスクアレイ装置の動作
を説明する。まず、ＲＡＩＤレベル３のディスクアレイ
装置の一般的な動作を詳細に説明する。図２は、ＲＡＩ
Ｄレベル３のディスクアレイ装置のデータ及びパリティ
の分散形式を示した図である。ホスト計算機２０からの
データは複数のデータ保持用記憶装置２１〜２４に、バ
イト単位でｄ０〜ｄ３、ｄ４〜ｄ７の順に格納される。
これらの記憶装置のバイト単位のデータに対して、デー
タライト時にそのパリティｐ１、ｐ２が生成されてパリ
ティ保持用記憶装置２５に格納される。一般に、ＲＡＩ
Ｄレベル３のディスクアレイ装置では、このようにデー
タをバイト単位で複数の記憶装置に分散して格納するた
め、データを高速にリード／ライト可能であり、またパ
リティ保持用記憶装置２５を有しているため、複数の記
憶装置のうちの１台が故障してもディスクアレイ装置１
１としてはデータが失われることがなく、高速性と信頼
性が発揮される。

【００１５】次に、図１、図２を用いてＲＡＩＤレベル
３のディスクアレイ装置のデータライト動作、データリ
ード動作、単一ディスクドライブ、障害時のデータライ
ト動作を説明する。ホスト計算機２０からのデータライ
ト要求に対して、主制御部１０のデータライト要求発行
部２はデータ保持用記憶装置２１〜２４及びパリティ保
持用記憶装置２５にデータライト要求を発行する。そし
て、これらの記憶装置のデータ受理準備ができた時点で
ホスト計算機２０からのライトデータをデータ転送部４
により各記憶装置に転送する。このとき、ライトデータ
はデータ保持用記憶装置２１〜２４に対し、バイト単位
でインタリーブし、同時にこれらの記憶装置のデータバ
イトに対するパリティバイトを図２中の式に従って生成
し、パリティ保持用記憶装置２５に転送する。

【００１６】次に、このようにして書き込まれたデータ
を本発明に係る手順で読み出す動作を説明する。図３
は、本発明に係るデータリード手順の説明図である。図
示のａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｐは、データ保持用記憶装置２１
〜２４及びパリティ保持用記憶装置２５から得られるデ
ータバイト及びパリティバイトである。ホスト計算機２
０からのデータリード要求に対して、主制御部１０のデ
ータリード要求発行部１はデータ保持用記憶装置２１〜
２４及びパリティ保持用記憶装置２５のすべてにデータ
リード要求を発行する。このデータリード要求を受けて
データ保持用記憶装置２１〜２４及びパリティ保持用記
憶装置２５の各ディスクドライブはシーク及びスピンド
ルの位置付けの完了後、データ転送を実行できる状態と
なる。

【００１７】ここで、スピンドルの位置付けの一番遅か
った、又はシークエラー、セレクタ交代を発生させたデ
ィスクドライブをデータ保持用記憶装置２４とする。こ
の場合、図３（ａ）に示すように、データ保持用記憶装
置２１〜２３及びパリティ保持用記憶装置２５のディス
クドライブの転送準備が整った時点でデータ制御部１３
のデータ転送部４はバス上のデータバイトａ，ｂ，ｃ，
ｐの取込みを行なう。そして、データ転送部４内のパリ
ティ生成器は得られたデータバイトａ，ｂ，ｃ，ｐによ
り欠落しているデータバイトｄを生成し、データバイト
ａ，ｂ，ｃ，ｄを主制御部１０を介してリードの要求元
であるホスト計算機２０に転送する。このようにして、
スピンドルの位置付けの遅れ、又はシークエラー、セレ
クタ交代等により、動作が最も遅いディスクドライブの
影響を除去することができ、データリード動作を高速化
することができる。

【００１８】次に、本発明に係る手順でデータを書き込
む動作を説明する。図４は、本発明に係るデータの同期
ライト手順の説明図である。図示のａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｐ
は、データ保持用記憶装置２１〜２４及びパリティ保持
用記憶装置２５に転送されるべきデータバイト及びパリ
ティバイトである。ホスト計算機２０からのデータの同
期ライト要求に対して主制御部１０のデータライト要求
発行部２はデータ保持用記憶装置２１〜２４及びパリテ
ィ保持用記憶装置２５のすべてのディスクドライブに対
してデータライト要求を発行する。このデータライト要
求を受けて各ディスクドライブはライトデータの取込み
を開始する。そして、データバイトａ〜ｄ、パリティバ
イトｐを各ディスクドライブに転送すると同時にこれら
のバイトを対応する各データバッファ５１〜５５にも書
き込む。

【００１９】すべてのデータバイトａ〜ｄ及びパリティ
バイトｐの転送後、各ディスクドライブはシーク、スピ
ンドルの位置付けを経て媒体への書き込みを行ない、デ
ータライトとの完了報告を行なう。この完了報告のタイ
ミングはスピンドルの位置付けの差、又はシークエラ
ー、セクタ交代の影響により各ディスクドライブで差異
がある。このため、例えば、データ保持用記憶装置２４
のディスクドライブの完了報告が遅れた場合、ライト報
告部６は残りのデータ保持用記憶装置２１〜２３及びパ
リティ保持用記憶装置２５のディスクドライブから完了
報告を受けた時点でホスト計算機２０に対して完了報告
を行なう。

【００２０】この段階でデータバッファ５１〜５３、５
５中のデータは必要なくなるため、破棄、若しくはその
領域を再利用できるようにする。このとき、不揮発性メ
モリ１２に完了報告を行なっていないディスクドライブ
の識別子、要求アドレス、データ長、完了報告の無いこ
とを示すフラグを記憶する。その後、後処理部７がディ
スクドライブからの完了報告を受けてバッファのデータ
を破棄、若しくはその領域を再利用できるようにし、か
つ不揮発性メモリ１２の内容を無効にする。これによ
り、ホスト計算機２０からのライト要求に対する一連の
処理を終える。このようにして、スピンドルの位置付け
の遅れ、又はシークエラー、セレクタ交代等により、動
作が最も遅いディスクドライブの影響を除去することが
でき、データライト動作を高速化することができる。

【００２１】尚、ホスト計算機２０へのデータライトの
完了報告後、アクセスの遅れているディスクドライブか
らの完了報告を受ける前にディスクアレイ装置１１が電
源断等によりダウンした場合は、データバッファ５４中
の書き込みデータが失われる。このため、この後のディ
スクアレイ装置１１の電源の立ち上げ後、不揮発性メモ
リ１２に残されている情報を元にしてアクセスの遅れて
いるディスクドライブ中の欠落データの回復を行なう。
これは、以下の手順で行なう。

【００２２】まず、不揮発性メモリ１２上の情報を読み
出し、どのディスクドライブのどの部分に欠落データが
存在するかを識別する。そして、欠落データの存在する
ディスクドライブにライト要求を発行し、その他のディ
スクドライブにリード要求を発行する。データの欠落し
ていないディスクドライブからのデータにより、データ
制御部１３内のパリティ生成器において図３に示す処理
手順に従って欠落データを回復し、欠落データの存在す
るディスクドライブに転送する。そして、欠落データの
転送を終えて、欠落データの存在したディスクドライブ
からのライトの完了報告を受理した後、不揮発性メモリ
１２中の情報を無効化し欠落データの回復処理を終え
る。このようにして、電源断による障害にも対応するこ
とができる。

【００２３】尚、本発明は上述した実施例に限定される
ものではなく、種々の変形が可能であることはもちろん
である。例えば、二次記憶装置の例としてハードディス
ク装置について説明したが、フロッピディスク装置等で
も同様である。また、データバッファを各二次記憶装置
に対応して設けるように説明したが、物理的には１つの
データバッファを論理的に分割して使用することも可能
である。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のディスク
アレイ装置によれば、すべてのディスクドライブに対し
てアクセス要求を発行して動作の最も遅い１台を除いた
他のディスクドライブのみのアクセス動作の完了により
上位装置に対する完了報告を行なうようにしたので、リ
ード時及びライト時の双方において、ディスクの回転待
ち等のための待ち時間が減少させることができ、アクセ
ス速度の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のディスクアレイ装置の一実施例のブロ
ック図である。

【図２】ＲＡＩＤレベル３のディスクアレイ装置のデー
タ及びパリティの分散形式の説明図である。

【図３】本発明に係るデータリード手順の説明図であ
る。

【図４】本発明に係るデータの同期ライト手順の説明図
である。

【符号の説明】

１ データリード要求発行部 ２ データライト要求発行部 ３ 判定部 ４ データ転送部 ６ ライト報告部 ７ 後処理部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 データリード要求時にデータ保持用記憶
   装置及びパリティ保持用記憶装置のすべてに対してデー
   タリード要求を発行するデータリード要求発行部と、 当該データリード要求発行部によるデータリード要求の
   発行後、データリード動作が最も遅い１台を除いたすべ
   ての記憶装置のデータリード動作が完了した時点で、ま
   だその動作が完了していない記憶装置がデータ保持用記
   憶装置かパリティ保持用記憶装置かを判定する判定部
   と、 当該判定部の判定結果に応じて、前記パリティ保持用記
   憶装置の動作が遅れている場合は、前記データ保持用記
   憶装置からのデータを合成して転送する一方、前記デー
   タ保持用記憶装置の動作が遅れている場合は、前記パリ
   ティ保持用記憶装置からのパリティにより遅れて欠落し
   ているデータを再生しつつ各データを合成して転送する
   データ転送部とから成ることを特徴とするディスクアレ
   イ装置。
2. 【請求項２】 複数のデータ保持用記憶装置及びパリテ
   ィ保持用記憶装置に対応してそれぞれ設けられたデータ
   バッファと、 データライト要求時にデータ保持用記憶装置及びパリテ
   ィ保持用記憶装置のすべてに対してデータライト要求を
   発行するデータライト要求発行部と、 当該データライト要求発行部によるデータライト要求の
   発行直後、前記複数のデータ保持用記憶装置及びパリテ
   ィ保持用記憶装置に分割されたデータ及びパリティを転
   送するとともに、これらを前記データバッファにも転送
   するデータ転送部と、 当該データ転送部によるデータ転送後、データライト動
   作が最も遅い１台を除いたすべての記憶装置のデータラ
   イト動作が完了した時点で、ライト動作が完了した旨を
   上位装置に報告するライト報告部と、 当該ライト報告部によるデータライトの完了報告後、既
   にデータライト動作が完了した記憶装置に対応するデー
   タバッファ中のデータを破棄し、その後残りの１台の記
   憶装置もデータライト動作が完了した時はそれに対応す
   るデータバッファ中のデータも破棄する後処理部とから
   成ることを特徴とするディスクアレイ装置。