JPH08286844A - パリティ生成制御方法およびディスク制御装置 - Google Patents

パリティ生成制御方法およびディスク制御装置

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JPH08286844A
JPH08286844A JP7087927A JP8792795A JPH08286844A JP H08286844 A JPH08286844 A JP H08286844A JP 7087927 A JP7087927 A JP 7087927A JP 8792795 A JP8792795 A JP 8792795A JP H08286844 A JPH08286844 A JP H08286844A
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JP7087927A
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Takeo Fujimoto
健雄 藤本
賢一 ▲高▼本
Kenichi Takamoto
Takao Sato
孝夫 佐藤
Hisao Honma
久雄 本間
Osamu Sakaguchi
治 阪口
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Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 多重障害の発生に対してもデータ冗長度を維
持して高信頼性と無停止運転を実現する。 【構成】 RAID5などデータ冗長度を持つディスク
制御装置において、セグメントS0〜Snの各々毎に当
該セグメントS0〜Snの各々のパリティP0 〜Pn
生成に関与したデータブロックD00〜D03,D10
13,D20〜D23,Dn0〜Dn3を識別するビットマップ
としてのパリティ構成フラグ73(f0〜fn)を備
え、パリティP0 〜Pn の生成や更新時に、対応するパ
リティ構成フラグ73に、パリティ生成に使用したデー
タブロックを“0”、パリティ生成に使用しなかったデ
ータブロックを“1”として記憶し、パリティの構成を
動的に変更可能とし、データ冗長度以上の障害が生じ、
パリティによるデータ回復ができない場合、残りの正常
データブロックのみから新しいバージョンのパリティを
生成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はパリティ生成制御技術お
よびディスク制御技術に関し、特に、RAID(Redund
ant Arrays of Inexpensive Disks)などデータ冗長性を
有するアーキテクチャを持つディスクサブシステム等の
情報処理システムにおけるパリティ生成および制御に適
用して有効な技術に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、磁気ディスク装置等の外部記憶装
置の低価格化を図る等の観点から、小型ディスクドライ
ブを搭載したディスクアレイが注目を集めている。その
際、小型ディスクドライブの信頼性の不足を補うべく、
多くのシステムがRAIDと呼ばれるアーキテクチャを
採用している。たとえば、日経BP社、1993年4月
26日発行「日経エレクトロニクス4月26日号」P7
7〜P103等の文献にも記載されているように、RA
ID5などの構成ではデータを複数記憶媒体に分散する
とともに、各データのブロックからパリティを生成して
別の記憶媒体に保存する。障害発生時、アクセスできな
いデータがパリティ数以下である限り、残りのデータと
パリティから障害データを復元でき、信頼性の比較的低
い小型ディスクドライブでのデータ保証を可能にしてい
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】前記従来技術は一次障
害のみを対象としているため、システムが持つデータ冗
長度を超えた障害が発生したら、パリティによるデータ
回復ができなくなり、また従来通りに全データブロック
からのパリティ生成も不可能となる。その際、残りの正
常データは継続アクセス可能であるが、パリティによる
データ保証が提供できなくなり、二次障害などが要因で
新たなデータ破壊が発生することも懸念される。
【0004】本発明の目的は、回復不可能な障害が発生
した場合、アクセス可能な他のデータについてはシステ
ム正常運転時と同等のデータ冗長度を維持し、障害箇所
に対する保守作業が完了するまでのデータ保証を維持す
ることが可能なパリティ生成制御技術およびディスク制
御装置を提供することにある。
【0005】本発明の他の目的は、予備の記憶媒体への
切り換えや、新規な媒体の増設に伴うパリティ生成を、
無停止状態で動的に実行することが可能なパリティ生成
制御技術およびディスク制御装置を提供することにあ
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明のパリティ生成制
御技術では、一例として、格納データをいくつかのセグ
メントに分割し、各セグメントは複数データブロックと
それらのデータブロックから生成されるパリティによっ
て構成する場合、各セグメントごとにパリティ構成情報
としてのビットマップを設定し、パリティ生成に用いた
データブロックの組合せを更新可能な状態で記憶し、セ
グメントごとにパリティ生成方法を変更可能にしたもの
である。
【0007】通常、パリティはセグメント内の全データ
ブロックから生成され、1つのデータブロックに障害が
発生したとき、他ブロックのデータとパリティを用いて
障害データを復元するが、パリティによって回復できな
い複数ブロックのデータ障害が発生した場合、本発明で
はもとのパリティを破棄し、以降は、障害部位を除害し
た残りのデータブロックから新たにパリティを生成す
る。その際、現在のパリティ生成に用いたデータブロッ
クを該当セグメント内のビットマップに反映する。
【0008】また、本発明のディスク制御装置では、何
等かの障害によって通常のパリティの生成に用いる全て
のデータブロックが取得できない場合、取得できる範囲
のデータブロックの組み合わせからパリティを生成する
パリティ生成手段を備えている。
【0009】
【作用】本発明においては、パリティを用いてもデータ
回復できない複数ブロックの障害が発生した場合、不要
になった従来のパリティを破棄し、残された他データブ
ロックのみによるパリティ生成を実行し、新パリティ生
成に用いたデータブロックを該当セグメントに対応した
ビットマップに記憶する。障害発生時のデータ回復処理
ではビットマップを参照して新パリティの生成に用いら
れたデータブロック群を特定し、パリティと正常なデー
タブロックを用いた不良データブロックの復元操作を行
う。これにより、続発障害などにより新たな単一ブロッ
クのデータ障害が発生したとき、新パリティによってデ
ータリカバリが実現可能となる。
【0010】本発明は、障害部位に対する保守作業が完
了されるまでの過渡時期におけるデータ保証に有効であ
り、特にフォールトトレラント性の高い無停止システム
を実現できる。
【0011】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しながら
詳細に説明する。
【0012】図1は本発明の一実施例であるパリティ生
成制御方法を実施するディスク制御装置を含むディスク
サブシステムの構成の一例を示すシステムブロック図で
ある。
【0013】本実施例のディスクサブシステムは、上位
のホストコンピュータに接続するESCON(Enterpri
se System CONection)ケーブル接続系1、入出力データ
を一時的に格納するバッファの役割をも果たすキャッシ
ュメモリ2、ホストコンピュータ側とキャッシュメモリ
2間のデータ転送を制御するプロセッサ付きアダプタで
あるCHA(CHanel Adapter)3、記憶媒体であるディ
スクアレイ4、キャッシュメモリ2とディスクアレイ4
の間のデータ転送を制御するプロセッサ付きアダプタで
あるDKA(DisK Adapter)5、CHA3とDKA5か
らキャッシュメモリ2にアクセスするためのI/Oバス
6によって構成される。
【0014】また、I/Oバス6には、共用メモリ70
が接続されており、キャッシュメモリ2に格納されたデ
ータを管理するためのキャッシュ管理情報71が記憶さ
れている。CHA3およびDKA5は、必要に応じてこ
のキャッシュ管理情報71を参照し、キャッシュメモリ
2のデータにアクセスする。
【0015】I/Oバス6を介して接続されたCHA
3、DKA5、キャッシュメモリ2、共用メモリ70は
ディスク制御装置を構成する。
【0016】上記のディスクアレイ4の構成および本デ
ィスクサブシステムにおけるデータ、パリティの格納方
式の一例を図2の概念図に示す。図2において、縦列
は、たとえばSCSIケーブルで接続される一群の小形
ディスクドライブからなるドライブ列40〜44を表
し、横列はディスクアレイの記憶空間から分割されたセ
グメントS0〜Snを表す。各セグメントS0〜Snを
構成する複数の小形ディスクドライブは、それぞれデー
タブロックが格納されるデータドライブおよびパリティ
が格納されるパリティドライブに割り当てられる。また
RAID5の場合、各セグメントのパリティドライブ
は、互いに異なるドライブ列40〜44に属するように
設定される。説明の便宜上、図2では、セグメントS0
〜Snは整数個の小型ディスクドライブの集合で表して
いるが、セグメントサイズは論理的な管理単位であり、
個々のドライブ間の物理的境界に従う必要はない。
【0017】上位から転送されてきたデータは「Dnn
で表している任意のデータブロックに格納される。また
データ保証のためのパリティブロックはセグメントS0
〜Snの各々ごとに存在し、図2では「P0 〜Pn 」で
表す。パリティP0 〜Pn は通常データライト時、セグ
メント内の全データブロックの論理和によって計算され
るが、本実施例では、後述するようにセグメント内の一
部のデータブロックのみの論理和を表す場合もある。そ
の際パリティ作成から除外されたデータブロックの組合
せをビットマップで表し、セグメントごとに持つセグメ
ント管理情報72に登録する。このセグメント管理情報
72は、たとえば共用メモリ70の一部に設けることが
できる。
【0018】尚、このビットマップを以降ではパリティ
構成フラグ73(f0〜fn)と呼ぶ。たとえば、セグ
メントS0内の全データブロックD00、D01、D02、D
03からパリティP0 を生成したとき、パリティ作成フラ
グは変更せずf0=“0000”(初期値)とする。D
00、D01を除外し、D02とD03からパリティを作成した
場合、パリティ構成フラグf0を“1100”とする。
パリティ構成フラグf0〜fnを参照することにより、
該当セグメント(S0〜Sn)内のパリティP0 〜Pn
の各々は対応するセグメント(S0〜Sn)の各々内の
全データブロックの論理和を表しているかどうかを判別
でき、また障害などによりパリティ生成から外されたデ
ータブロックを知ることも可能である。
【0019】パリティ構成フラグ73の使い方と効果を
述べる前に、まず正常ケースにおけるリード動作を例と
して、本実施例のディスクサブシステムのデータアクセ
ス手順を簡単に説明する。
【0020】リードコマンドを受信したCHA3はまず
キャッシュ管理情報71を参照し、リードしようとする
データがキャッシュメモリ2上に存在しているかどうか
を判定する。すでにキャッシュメモリ2に存在するデー
タであればそのまま上位に転送する。該当データがキャ
ッシュメモリ2にない場合はプロセッサ間通信により、
DKA5へディスクアレイ4からの読み出しを要求す
る。DKA5はリードデータがディスクアレイ4のどの
部分にあるかを計算し、該当データをキャッシュメモリ
2に転送する。その際、一定ブロック長毎のデータを転
送したら、キャッシュ管理情報71内の対応領域に該当
データブロックがキャッシュメモリ2上に確立されたこ
とを示す情報を書き込む。このディスクアレイ4とキャ
ッシュメモリ2間のデータ転送と同時に、CHA3は確
立されたデータブロック毎に、キャッシュメモリ2から
上位のESCONケーブル接続系1へのデータ転送を行
う。
【0021】ディスクアレイ4からキャッシュメモリ2
への転送で、ディスクアレイ4の障害等によってデータ
のアンコレクタブルエラーが発生することがある。その
際、まずパリティ構成フラグ73をチェックし、障害発
生セグメントのパリティを構成するデータブロックを確
認し、それらのデータブロックとパリティを用いて障害
データの再生を行う。
【0022】上述のような単一障害データの回復手順を
コレクションリードと呼び、データの流れは図3(a)
に示すが、基本的には従来のRAID5システムとほぼ
同様である。すなわち、データブロックD00のリードエ
ラー()が発生した場合、他の健全なデータブロック
01〜D03とパリティP0 を読み出して目的のデータブ
ロックD00を復元し()、上位側に送出する。
【0023】しかし、図3(b)に示すような、同一パ
リティグループ(セグメント)内でパリティ数以上のデ
ータブロックD00およびD03が同時にアクセス不能(
および)となり、障害データの回復ができなくなった
場合()、従来のRAID5システムはパリティディ
スク(パリティP0)の効果を全く失ってしまうのに対し
て、本実施例ではパリティを構成するデータブロックの
組合せを変更し、残りの正常データに対するパリティを
生成することによってRAID5の持つデータ回復機能
を引続き提供する。すなわち、パリティディスクを無駄
なく有効利用し、障害部位に対する保守作業が完遂する
までにデータ保証度を維持することが可能となる。
【0024】障害検出からパリティ構成フラグ73を変
更するまでの本実施例の動作を以下、データリード時に
発生した場合を例に詳細を述べる。
【0025】まず、図3(b)に示すように、ドライブ
40aからキャッシュメモリ2へ、たとえばセグメント
S0のデータブロックD00のデータを転送する途中にア
ンコレクタブルエラーを検出し()、単純リトライを
行うが、そのアクセスも失敗したのでコレクションリー
ド制御ジョブを起動した。コレクションリード制御ジョ
ブは対象セグメントS0のパリティ構成フラグf0をチ
ェックし、ビットマップの内容が“0000”であるこ
とを確認した。データブロックD00のデータを再生する
ために、パリティP0 とデータブロックD01、D02、D
03のステージング(ディスクアレイ4からキャッシュメ
モリ2へのデータブロックの複写)を行うが、ここで再
度ドライブ43aで障害を検出し()、データブロッ
クD03のリードが失敗に終った。
【0026】コレクションリードによる障害データの回
復が失敗し()、ホストへリード不可のエラーを報告
するとともにパリティ構成フラグf0を更新する。い
ま、データブロックD00とD03に障害が検出されたの
で、該当データブロックD00およびD03をパリティP0
の構成対象から外す。よって、アクセス可能なD01とD
02のみからパリティP0 ’を作成し()、これに伴
い、パリティ構成フラグf0を“1001”に変更す
る。
【0027】上記手順のほか、データライト時の障害検
出を契機にパリティ構成フラグ73を変更することもあ
る。たとえば、リードモディファイライト方式(RAI
D5システムで旧データ、旧パリティと新データから新
パリティを生成する方式)でパリティを作成するとき、
旧データが読み出し不可となった。リカバリ方法として
全ストライプ方式(新データと他の全データブロックか
らパリティを生成する方式)を行うが、他のデータブロ
ックでさらにアンコレクタブルエラーが発生し、結果と
して2データブロックの障害になることが考えられる。
この場合にも、前記コレクションリード失敗時同様、パ
リティ構成フラグ73を更新し、該当セグメントのパリ
ティジェネレーションを行う。
【0028】次に、上述のようにしてパリティ構成フラ
グ73を変更した後のデータアクセス動作について述べ
る。
【0029】正常データに関しては通常通りにアクセス
することが可能である。全ストライプライト時のパリテ
ィ生成はパリティ構成フラグ73を参照して行い、また
リード失敗時のコレクションリードもパリティ構成フラ
グ73をもとに動作するので、基本的な制御方式を全く
変更することなく、RAID5システムの特徴である障
害データ回復能力を維持することが可能である。
【0030】パリティ生成から除外された障害データブ
ロックに対するリードは、コレクションリード動作時
に、パリティ構成フラグがチェックされ、パリティ構成
対象から除外されたことを認識すれば、コレクションリ
ード不可とする。この場合、従来のRAID5システム
でコレクションリード失敗時同様、ホストに対してリー
ド不可のエラーを報告する。
【0031】パリティ生成から除外されたデータブロッ
クへのライトにはまず、旧データをオールゼロとしてリ
ードモディファイライト方式で新パリティを作成する。
なぜなら、この時点のパリティは障害部位を除いたデー
タブロックの論理和であり、障害検出データブロックの
データがオールゼロとして作成されたパリティともみな
せる。ライトデータの書き込みおよびパリティの生成が
成功した場合、パリティ構成フラグ73を更新する。た
とえば、前述のデータブロックD00とD03が除外され、
パリティ構成フラグf0が“1001”となった例にお
いて、のちにデータブロックD00に対するフォーマット
ライトとパリティ生成が成功すれば、パリティ構成フラ
グf0は“0001”に更新され、データブロック
00、D01とD02の論理和によってパリティP0 ”が生
成される。
【0032】本実施例のパリティ生成制御方法およびデ
ィスク制御装置は訂正不可能な2データブロックの障害
発生時において、パリティ構成フラグ73を変更するこ
とによって、障害発生から故障部分に対する保守作業が
完了するまでの間におけるデータ冗長度を維持すること
ができ、従来のディスク制御装置よりも、続発障害への
対応能力が高く、データ損害を最小限に抑えることに関
して有効である。
【0033】尚、本実施例は1パリティのRAID5シ
ステムについて論じたが、障害データ回復方法がほぼ同
様であるRAID4(パリティが特定のドライブ列に固
定的に格納される)などの装置に適用できることはいう
までもない。また、複数パリティを持つシステムにおい
ても、コレクションリード失敗の基準が異なるのみで、
前記パリティ生成制御方法がそのまま適用できる。
【0034】また、上述の説明でデータのフォーマット
ライトなどによって、縮小していたパリティの構成範囲
を回復できることを述べたが、スペアディスクを有する
システムにおいて、オンラインスペアディスク回復を契
機に同様なパリティ構成フラグ73の変更を開始させる
ことも容易に考えられる。
【0035】さらに、図4におけるフラグビットの幅を
大きく設定しておき、パリティ構成フラグ73を拡張で
きるように余裕を持たせれば、ディスクアレイ4の増設
によってパリティ生成に関与するデータブロック数が増
えた時にも容易に対応可能である。
【0036】尚、パリティブロックで障害を検出した場
合、データブロックの1つを破棄し、当該データブロッ
ク上でパリティを生成する方式も考えられる。破棄した
データブロックに対するアクセスはコレクションリード
などで行うことになり、単純に障害パリティを破棄する
より性能的に劣るが、続発障害などによって新たにデー
タ障害が発生した場合、新バージョンのパリティへ移行
することが容易である。
【0037】また、パリティ構成フラグ73を記憶する
方法としては、前述のように共用メモリ70の一部に格
納することに限らず、たとえば、図5に例示されるよう
に、パリティデータの一部として、ディスクアレイ4内
に保持することも可能である。すなわち、任意のセグメ
ントS0〜Snに対応するパリティP0 〜Pn の各々の
一部に、任意サイズのパリティとともに、当該パリティ
の生成に用いられたデータブロックを識別するパリティ
構成フラグ73を付加した状態で格納しておく。パリテ
ィ構成フラグ73が必要になる場合、パリティP0 〜P
n の読み出しを伴うので、パリティ構成フラグ73の読
み出しに伴うオーバーヘッドの発生もない。
【0038】以上説明したように、本実施例のパリティ
生成制御方法およびディスク制御装置によれば、回復不
可能な複数データブロックの障害発生時においても、他
の正常データに関しては正常時にシステムが提供してい
たデータ回復能力を維持することができる。また障害部
位が再使用可能となれば、その度に回復データブロック
をパリティ構成範囲に動的に組み込むことも可能であ
る。よって障害部位が完全修復されるまでにおいても、
従来のディスク制御装置よりも常に高いデータ回復能力
を提供することが可能であり、特に高信頼性と無停止運
転能力が要求されるシステムにおいて有効である。
【0039】
【発明の効果】本発明のパリティ生成制御方法によれ
ば、回復不可能な障害が発生した場合、アクセス可能な
他のデータについてはシステム正常運転時と同等のデー
タ冗長度を維持し、障害箇所に対する保守作業が完了す
るまでのデータ保証を維持することができる、という効
果が得られる。
【0040】また、本発明のパリティ生成制御方法によ
れば、予備の記憶媒体への切り換えや、新規な媒体の増
設に伴うパリティ生成を、無停止状態で動的に実行する
ことができる、という効果が得られる。
【0041】本発明のディスク制御装置によれば、回復
不可能な障害が発生した場合、アクセス可能な他のデー
タについてはシステム正常運転時と同等のデータ冗長度
を維持し、障害箇所に対する保守作業が完了するまでの
データ保証を維持することができる、という効果が得ら
れる。
【0042】また、本発明のディスク制御装置によれ
ば、予備の記憶媒体への切り換えや、新規な媒体の増設
に伴うパリティ生成を、無停止状態で動的に実行するこ
とができる、という効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例であるパリティ生成制御方法
を実施するディスク制御装置を含むディスクサブシステ
ムの構成の一例を示すシステムブロック図である。
【図2】本発明の一実施例であるパリティ生成制御方法
を実施するディスク制御装置を含むディスクサブシステ
ムにおけるセグメントの構成の一例を示す概念図であ
る。
【図3】(a)および(b)は、本発明の一実施例であ
るパリティ生成制御方法およびディスク制御装置の作用
の一例を示す概念図である。
【図4】本発明の一実施例であるパリティ生成制御方法
およびディスク制御装置において用いられるパリティ構
成フラグの一例を示す概念図である。
【図5】本発明の一実施例であるパリティ生成制御方法
およびディスク制御装置において用いられるパリティ構
成フラグの格納方法の変形例を示す概念図である。
【符号の説明】
1…ESCONケーブル接続系、2…キャッシュメモ
リ、3…チャネルアダプタ(CHA)、4…ディスクア
レイ、40〜44…ドライブ列、5…ディスクアダプタ
(DKA)、6…I/Oバス、70…共用メモリ、71
…キャッシュ管理情報、72…セグメント管理情報、7
3…パリティ構成フラグ(f0〜fn)(パリティ構成
情報)、S0〜Sn…セグメント。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ▲高▼本 賢一 神奈川県小田原市国府津2880番地 株式会 社日立製作所ストレージシステム事業部内 (72)発明者 佐藤 孝夫 神奈川県小田原市国府津2880番地 株式会 社日立製作所ストレージシステム事業部内 (72)発明者 本間 久雄 神奈川県小田原市国府津2880番地 株式会 社日立製作所ストレージシステム事業部内 (72)発明者 阪口 治 神奈川県横浜市中区尾上町6丁目81番地 日立ソフトウェアエンジニアリング株式会 社内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数のデータブロックからパリティを生
    成して記憶しておき、一部の前記データブロックが失わ
    れた時には健全な他の前記データブロックと前記パリテ
    ィを用いて失われた前記データブロックの復元を行うパ
    リティ生成制御方法であって、前記パリティの生成に用
    いた複数の前記データブロックの組み合わせを示すパリ
    ティ構成情報を記憶し、前記パリティ構成情報の更新お
    よび参照によって前記パリティの生成に用いる複数の前
    記データブロックの組み合わせを任意に変更可能にした
    ことを特徴とするパリティ生成制御方法。
  2. 【請求項2】 複数のディスク装置と上位装置との間に
    介在し、前記上位装置から受領した複数のデータブロッ
    クおよび当該データブロックから生成されるパリティを
    前記記憶装置に分散して格納し、一部の前記データブロ
    ックが失われた時には健全な他の前記データブロックと
    前記パリティを用いて失われた前記データブロックの復
    元を行うディスク制御装置であって、 何等かの障害によって通常の前記パリティの生成に用い
    る全ての前記データブロックが取得できない場合、取得
    できる範囲の前記データブロックの組み合わせから前記
    パリティを生成するパリティ生成手段を備えたことを特
    徴とするディスク制御装置。
  3. 【請求項3】 請求項2記載のディスク制御装置におい
    て、データ冗長度以上の障害が生じ、失われた前記デー
    タブロックの前記パリティによる回復ができなくなった
    場合、取得不可となった前記データブロックを前記パリ
    ティの生成時の組み合わせから除外し、残りの前記デー
    タブロックを用いて新しいバージョンの前記パリティを
    生成し、他の正常な前記データブロックに関しては前記
    パリティによるデータ保証機能を維持することを特徴と
    するディスク制御装置。
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