JPH0844503A - 階層ディスク・アレイにおいて容量の異なる記憶ディスクを単一記憶ボリューム内で使用する方法 - Google Patents

階層ディスク・アレイにおいて容量の異なる記憶ディスクを単一記憶ボリューム内で使用する方法

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JPH0844503A
JPH0844503A JP7125491A JP12549195A JPH0844503A JP H0844503 A JPH0844503 A JP H0844503A JP 7125491 A JP7125491 A JP 7125491A JP 12549195 A JP12549195 A JP 12549195A JP H0844503 A JPH0844503 A JP H0844503A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明によって、異なる容量の記憶ディスク
(12)を持つ異種階層ディスク・アレイ(10)において、記
憶容量を最大限に使用する方法が提供される。 【構成】 前記ディスク(12)は複数の領域(35)にセグメ
ント化される。第１の方法は個々の記憶ディスクの非連
続領域を連結させて、RAID領域を形成する。前記RAID領
域は、物理記憶空間のビューを単一記憶ボリュームとし
て提供する仮想記憶空間(40)にマッピングされる。次
に、データはRAIDレベル１、及びRAIDレベル５のような
別の冗長基準に従って、これらのRAID領域内に記憶され
る。第２の方法は、ディスク・アレイ内の他の個々の記
憶ディスクより大きな記憶容量を持つ、少なくとも２つ
の同一サイズの記憶ディスクを使用するよう、前記異種
ディスクを構成することによって、記憶容量を最大限に
使用する方法である。ここで複数のディスクにわたる連
続領域は、１つにグループ化され、RAID領域を形成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、階層ディスク・アレイ
・データ記憶システム等のデータ記憶システム、及びこ
うしたシステムにおいて容量の異なる記憶ディスクを単
一記憶ボリューム内で使用する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】コンピュータ・システムは、速度、信頼
性、及び処理能力の点で絶えず進歩している。その結
果、コンピュータは、より複雑で高度なアプリケーショ
ンを処理できるようになった。しかし、コンピュータが
進歩するにつれて、大容量記憶域、及び入出力(I/O)装
置に対する性能面での要求が増加している。進化するコ
ンピュータ・システムに性能面で追随する大容量記憶シ
ステムを設計する必要が引き続きある。
【０００３】本発明は、特に、ディスク・アレイ・タイ
プの大容量記憶システムに関する。ディスク・アレイ・
データ記憶システムは、単一大容量記憶システムを形成
するように配置、調整された複数の記憶ディスク・ドラ
イブ装置を有する。大容量記憶システムには、コスト、
性能、及び可用性の３つの主要な設計基準がある。１メ
ガバイト当りのコストが低く、入出力性能が高く、デー
タ可用性が高い記憶装置を製造することが最も望まし
い。「可用性」とは、障害、又は他の何らかの理由のた
めにデータのある部分がアクセス不能になった場合で
も、記憶システム内に記憶されているデータを回復する
能力と、そうした障害の場合に、動作を確実に続けられ
る能力である。通常、データ可用性は、データ、又はデ
ータ間の関係が複数の位置に記憶される、冗長性を用い
ることによって与えられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】冗長データを記憶する
２つの一般的な方法がある。第１の方法、即ち「ミラ
ー」技法によれば、データは記憶システムの２つの別々
の領域にコピーされ記憶される。例えば、ディスク・ア
レイでは、ディスク・アレイ内の２つの別々のディスク
に同一のデータが提供される。ミラー技法は、二重の記
憶技法であるために、性能、及びデータ可用性が高いと
いう利点を有する。しかし、ミラー技法はデータを記憶
するコストを事実上２倍にするので、比較的高価でもあ
る。
【０００５】第２の方法、即ち「パリティ」技法では、
記憶領域の一部分が冗長データを記憶するために使用さ
れるが、この冗長データ記憶領域のサイズは、元のデー
タを記憶するために使用された現存する記憶空間より小
さい。例えば、５つのディスクを有するディスク・アレ
イでは、４つのディスクが、データを記憶するために使
用され、５つ目のディスクが、冗長データを記憶するた
めだけに使用される。パリティ技法は、ミラー技法より
コストが低いため有利ではあるが、ミラー技法と比べて
性能、及び可用性が低い。
【０００６】ディスク・アレイ・データ記憶システムを
設計する際の１つの問題は、記憶ディスクによって提供
される記憶容量を最大限使用し、冗長によって、データ
について所望の可用性、及び信頼性を維持することに関
する。この問題は、記憶容量の等しい複数の記憶ディス
ク・ドライブ装置を使用する「同種の」ディスク・アレ
イの場合はあまり問題にならない。一方、記憶容量の異
なる複数の記憶ディスクを使用する「異種の」ディスク
・アレイではこの問題が顕在化する。従来の複数異種デ
ィスク・アレイは、その構成の中で最も小さい容量のデ
ィスクの容量を超える、各記憶ディスク上の部分が使用
できないことが多い。このような使用率の低下は、記憶
コストの増大を招き望ましくない。
【０００７】従来技術における１つの解決策は、これら
の容量の異なる不均一な記憶ディスクを複数の独立した
記憶ボリュームとしてホスト・コンピュータ・システム
に提供することである。この解決策は、容量計画、及び
データ管理の面で複雑さ、及び困難さを増すという欠点
がある。
【０００８】関連する他の問題は、既存のディスク・ア
レイ・データ記憶システムに、容量のより大きな記憶デ
ィスク・ドライブ装置を追加することに関する。技術の
進歩によって、ディスク・ドライブ装置の記憶容量が改
良されてきており、従って、既存のディスク・アレイの
記憶容量を増加させるために、後で購入された記憶ディ
スクは通常、現在ディスク・アレイにある古いディスク
より大きな容量を有している。こうした新しい大容量の
ディスクを追加すると、以前は同種であったディスク・
アレイはバランスが崩れ、すでに異種となったディスク
・アレイは更に多様化する可能性がある。従来のディス
ク・アレイでは、新しいディスクの追加記憶容量は、構
成内で最も小さい容量のディスクの容量を超えているの
で無駄になることが多い。
【０００９】従って、複数の独立した記憶容量を定義す
ることなく、ディスク・アレイ・データ記憶システム内
の全ての記憶容量の使用率を向上させ、同時に、データ
可用性を維持する必要がある。容量の異なる追加記憶デ
ィスクに適応し、その容量全てを使用するディスク・ア
レイも必要である。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、容量の異なる
不均一な記憶ディスクを異種階層ディスク・アレイにお
いて使用する方法を提供する。本発明は、容量の異なる
記憶ディスクを別々の記憶ボリュームとして提供せず
に、これらの記憶ディスクを単一ボリュームとしてホス
ト・コンピュータ・システムに提供し、この最大限の使
用を達成する。
【００１１】記憶容量を使用する一方法によれば、異種
階層ディスク・アレイは、最小限２つのサイズの等しい
記憶ディスクを含むように構成され、その記憶ディスク
はディスク・アレイ内の記憶ディスクのうちで容量が最
大でもある。ここで、そのアレイ内の全ての記憶ディス
クが、複数の領域にセグメント化される。RAID領域は、
複数のディスクにわたる、連続した領域で形成される。
この連続した領域は個々の記憶ディスク上の同じ物理ア
ドレスにある物理記憶空間を表している。
【００１２】RAID領域は、物理記憶空間のビューを単一
記憶ボリュームとして提供する仮想記憶空間にマッピン
グされる。次に、各RAID領域が幾つかの冗長データを記
憶する、選択されたRAIDレベル（RAIDレベル１、又はRA
IDレベル５等）に従うRAID領域に、データが記憶され
る。従って、２つ以上の、容量が最大であるディスクを
使用して、次に大きな容量のディスクの容量を超える部
分から成る、連続した記憶領域に、ミラー冗長（容量が
最大であるディスクが２つ以上の場合）、又はパリティ
冗長（容量が最大であるディスクが３つ以上の場合）に
従ってデータを記憶することができる。
【００１３】記憶容量を使用する他の方法は、個々の記
憶ディスクの非連続領域を結合してRAID領域を形成する
ことである。連続領域とは異なり、このような非連続領
域は、様々な複数の記憶ディスクにわたって散在する異
なる物理アドレスにある物理記憶空間を表す。このRAID
領域も、物理記憶空間のビューを単一記憶ボリュームと
して提供する仮想記憶空間にマッピングされる。データ
は、各RAID領域が幾つかの冗長データを記憶する、選択
されたRAIDレベルに従って、RAID領域に記憶される。
【００１４】本発明の実施に関する最良の態様を具体化
する例を示す添付図面に関して、以下に本発明の好適実
施例を説明する。
【００１５】
【実施例】本発明の開示は、米国特許法の法律上の目的
「科学、及び有用な技術の進歩を推進するため（米国憲
法第１章第８条）」を推進するために提出されたもので
ある。
【００１６】図１は、本発明によって構成されたデータ
記憶システム10を示す。データ記憶システム10は、記憶
容量の異なる複数の不均一な記憶ディスク12を有する異
種階層ディスク・アレイ11を含むディスク・アレイ・デ
ータ記憶システムであることが好ましい。データ記憶シ
ステム10は、記憶ディスク12との間のデータ転送の調整
を行うためにディスク・アレイ11に結合されたディスク
・アレイ制御装置14、及びRAID管理システム16も含む。
【００１７】本開示に関し、「ディスク」とは、それ自
体の記憶障害を検出することができる、不揮発性、ラン
ダム・アクセス可能、かつ再書込み可能な大容量記憶装
置である。このディスクは、回転磁気ディスクと回転光
ディスク、及び固体ディスクの両方、又は不揮発性電子
記憶素子（PROM、EPROM、EEPROM等）を含む。「ディスク
・アレイ」という用語は、ディスク、１つ以上のホスト
・コンピュータにディスクを接続するために必要なハー
ドウェア、及び物理ディスクの動作を制御して、この物
理ディスクを１つ以上の仮想ディスクとしてホスト動作
環境に提供するために使用される管理ソフトウェアの集
合である。「仮想ディスク」とは、管理ソフトウェアに
よってディスク・アレイ内で実現される抽象的実体であ
る。「単一ボリューム」又は「ボリューム・セット」と
いう用語は、同体であり、単一装置として機能する、物
理記憶ディスクのグループを意味する。
【００１８】「RAID」（Redundant Array of Independe
nt Disks(独立ディスクの冗長アレイ)）という用語は、
物理記憶容量の一部を使用して、残りの記憶容量上に記
憶されたユーザ・データに関する冗長情報を記憶するデ
ィスク・アレイを意味する。この冗長情報によって、ア
レイを構成するディスクの１つ、又はディスクへのアク
セス経路に障害が発生した場合に、ユーザ・データを再
生成することができる。RAIDシステムに関するより詳細
な議論は、1993年６月９日、RAID AdvisoryBoard,Lino
Lakes, Minnesotaによって発行された「The RAIDBook:
A Source Book for RAID Technology」と題する文献に
記載されている。
【００１９】ディスク・アレイ制御装置14は、小型コン
ピュータ・システム・インタフェース(SCSI)等のような
１つ以上のインタフェース・バス13を介してディスク・
アレイ11に結合されている。RAID管理システム16は、イ
ンタフェース・プロトコル15を介してディスク・アレイ
制御装置14に動作可能に結合されている。データ記憶シ
ステム10も入出力インタフェース・バス17を介してホス
ト・コンピュータ（図示せず）に結合されている。RAID
管理システム16は、個別の構成要素として実施すること
も、あるいはディスク・アレイ制御装置14内、又はホス
ト・コンピュータ内に構成することもできる。RAID管理
システム16は、ディスクの記憶レベル、及び信頼性レベ
ルを制御し、様々な信頼性記憶レベル間でデータを転送
するデータ管理手段を提供する。これらの信頼性記憶レ
ベルは、後述のようにミラー冗長レベル、又はパリティ
冗長レベルであることが好ましいが、冗長性を持たない
信頼性記憶レベルを含むこともできる。
【００２０】ディスク・アレイ制御装置14は、ディスク
・アレイ制御装置A(14a)とディスク・アレイ制御装置B
(14b)から成る二重の制御装置として実施することが好
ましい。この二重の制御装置14a、及び14bは、一方の制
御装置が動作不能に陥った場合に、連続的バックアッ
プ、及び冗長性を提供することによって、信頼性を拡張
する。しかし、本発明の方法は単一の制御装置で実施す
ることも、又、他の制御装置の構成で実施することもで
きる。
【００２１】階層ディスク・アレイ11は、物理記憶空
間、及び１つ以上の仮想記憶空間を含む、異なる記憶空
間の集合として特徴付けることができる。このような記
憶域の様々なビューは、マッピング技法によって関連付
けられる。例えば、ディスク・アレイの物理記憶空間
は、様々なデータ信頼性レベルに従う記憶域を表す仮想
記憶空間にマッピングすることができる。仮想記憶空間
内の幾つかの領域は、ミラー、即ちRAIDレベル１のよう
な第１の信頼性記憶レベルに関して割り当てられること
ができ、他の領域は、パリティ、即ちRAIDレベル５のよ
うな第２の信頼性記憶レベルに関して割り当てられう
る。RAIDレベルに関する様々なマッピング技法、及び仮
想空間は、図４に関して以下で詳細に説明する。
【００２２】データ記憶システム10は、異なる記憶空間
を相互にマッピングするために使用される仮想マッピン
グ情報の記憶を持続させるメモリ・マップ記憶21を含
む。このメモリ・マップ記憶は、ディスク・アレイの外
部にあり、ディスク・アレイ制御装置14内に常駐するこ
とが好ましい。メモリ・マッピング情報は、異なるビュ
ー間の様々なマッピング構成が変化した時に、制御装
置、又はRAID管理システムによって連続的に、又は周期
的に更新されうる。
【００２３】メモリ・マップ記憶21は、それぞれの制御
装置14a、及び14b内に配置された２つの不揮発性RAM
（ランダム・アクセス・メモリ）21a、及び21bとして実
施されることが好ましい。不揮発性RAM(NVRAM)の一例
は、バッテリ・バックアップ型RAMである。バッテリ・
バックアップ型RAMは、独立したバッテリ源からのエネ
ルギーを使用して、データ記憶システム10への電力供給
がなされない場合、その期間、メモリ内のデータを維持
する。１つの好適な構成は、自己リフレッシュ・バッテ
リ・バックアップ型DRAM（ダイナミックRAM）である。
【００２４】二重のNVRAM21a、及び21bは、メモリ・マ
ッピング情報の冗長記憶を可能にする。この仮想マッピ
ング情報は、ミラー冗長技法に従って、NVRAM21aとNVRA
M21bの両方にコピーされ記憶される。このように、元の
マッピング情報を記憶することだけにNVRAM21aを使用
し、冗長マッピング情報を記憶することだけにNVRAM21b
を使用することができる。代替構成では、ミラーリング
されたメモリ・マップ記憶は、二重にデータを記憶する
のに十分な空間を有する単一の不揮発性RAMを使用して
構成されうる。
【００２５】図１に示したように、異種ディスク・アレ
イ11は、異なるサイズの容量を有する複数の不均一な記
憶ディスク・ドライブ装置12を有する。これらの記憶デ
ィスクのサイズの一例は、１ギガバイト、２ギガバイ
ト、又は３ギガバイトであるが、他のサイズも適用可能
である。容量が異なるにもかかわらず、記憶ディスク12
は、複数のディスクが、結合した単一メモリ装置として
同体で機能する、単一ボリューム・セットとして、ホス
ト・コンピュータに提供される。更に、データ記憶シス
テム10は、ディスク・アレイが動作中に、容量が同じ
か、又は異なる追加ディスクを、ディスク・アレイ内の
利用可能な機械ベイに「常時挿入(hot plug)」できるよ
うに設計されている。この記憶ディスクは、SCSIバス13
とのインタフェースを提供する機械ベイに独立して接
続、又は取り外しが可能である。ディスク・アレイ制御
装置14は、記憶ディスク12がどのベイに挿入されるかに
かかわらず、記憶ディスクを認識する。
【００２６】ディスク・アレイ11内の記憶ディスク12
は、説明のために、複数のディスク20から成るミラー・
グループ18、及び複数のディスク24から成るパリティ・
グループ22に配置されたものとして概念化されうる。ミ
ラー・グループ18は、第１の、即ちミラー冗長レベルに
従ってデータを記憶するディスク・アレイの第１のメモ
リ位置、即ち第１のRAID領域を表す。このミラー冗長レ
ベルは、RAIDレベル１としてもみなされる。RAIDレベル
１、即ちディスク・ミラーリングは、あらゆるデータの
ビットがデータ記憶システム内にコピーされ記憶され
る、１対１の保護を提供することによって、最高のデー
タ信頼性を与える。ミラー冗長は図１の３つのディスク
対20によって概略的に示されている。元のデータは、第
１セットのディスク26上に記憶されることができ、一方
コピーされた冗長データは、対になった第２セットのデ
ィスク28上に記憶される。
【００２７】図２は、RAIDレベル１に従ったデータの記
憶をより詳細に示す。縦の列は、ディスク０、ディスク
１、ディスク２、及びディスク３で示される個別のディ
スクを表す。この４つのディスクから成るディスク・ア
レイ内に含まれる物理記憶空間は、横の行で表されるよ
うに、複数のストライプとして構成することができる。
「ストライプ」は、複数の記憶ディスクにわたって広が
り、１つのセグメントが、アレイ内の各ディスクに関連
付けられた、サイズの等しい多数の記憶空間のセグメン
トから成る。即ち、セグメントはストライプの一部であ
り、単一ディスク上に常駐する。各ストライプは、複数
の記憶ディスクにわたって分配された所定量のデータを
保持する。ストライプ内のいくつかのセグメントは、元
のデータに関して使用され、他のセグメントは冗長デー
タに使用される。
【００２８】ミラー冗長（RAIDレベル１）のこの例で
は、ストライプ０のセグメント０内でディスク０上に記
憶されているデータは、ストライプ０のセグメント０’
内でディスク１上にコピーされ記憶される。同様に、ス
トライプ２のセグメント５内でディスク２上に記憶され
ているデータは、ストライプ２のセグメント５’内でデ
ィスク３上にミラーリングされる。このように、各デー
タは、該ディスク上にコピーされ記憶される。図２の冗
長のレイアウトは、説明のために提供されている。冗長
データは、図に示されるように、同じストライプ内に整
然と配置される必要はない。例えば、ストライプ１のセ
グメント２内でディスク０上に記憶されているデータを
ストライプＳのセグメントＴ’内のディスク３上にコピ
ーして配置することができる。
【００２９】再び図１を参照すると、ディスク24のパリ
ティ・グループ22は、データがRAIDレベル５のような第
２の冗長レベルに従って記憶される第２のメモリ位置、
即ち第２のRAID領域を表す。６つのディスクから成るこ
の説明図では、元のデータは５つのディスク30上に記憶
され、冗長の「パリティ」データは６つ目のディスク32
上に記憶される。
【００３０】図３は、パリティRAID領域のレイアウトを
より詳細に示している。図２のミラーRAID領域のレイア
ウトと同様、ディスク０、１、２、３の物理記憶領域
は、サイズの等しい複数のストライプとして構成するこ
とができる。この図の例では、データがRAIDレベル５に
従って記憶され、セグメント内に記憶されている冗長デ
ータが、文字Ｐで示されている。冗長セグメントＰは、
ストライプ内の他のセグメントのパリティを記憶する。
例えば、ストライプ０では、ディスク３上の冗長セグメ
ントＰは、ディスク０、１、及び２のパリティを記憶す
る。各ストライプに関するパリティは、排他OR関数のよ
うな何らかの関数によって計算される。最初の４つのス
トライプのパリティ（下付き数値は、対応するストライ
プを表す）は以下の通りである。
【００３１】
【数１】
【００３２】パリティ冗長によって、複数のディスクの
うちの１つで使用できなくなったデータを再生成するこ
とができる。例えば、セグメント５内のデータが使用で
きなくなった場合、その内容は、セグメント３、４、及
びセグメントＰ内のパリティ・データから確認すること
ができる。パリティ記憶はミラー記憶より廉価である
が、信頼性、及び性能が低い。
【００３３】図１のディスク配列は、概念を示すために
提供されているにすぎない。実際、ディスク・アレイ11
はミラー冗長、及びパリティ冗長に従ってデータを記憶
できる複数のディスク12を単に有しているだけである。
全てのディスク12によって提供される利用可能な記憶域
のうちで、その記憶空間の一部がミラー冗長に関して割
り当てられ、別の部分がパリティ冗長に関して割り当て
られる。ディスク12は、サイズの等しい複数の記憶領域
（図４では符号35として参照されている）を含み、その
個々の領域が複数のセグメントを有するように構成する
ことが好ましい。更に、RAID領域、及びデータ冗長記憶
技法がユーザ、又はホストに対して透過的であるよう
に、記憶空間全体の均一なビューがユーザ、又はホスト
に提示される。こうした特徴が図４に関して以下でより
詳細に議論される。
【００３４】データ記憶システム10は、ミラー記憶技法
とパリティ記憶技法の間のデータの「移行」を管理す
る。両タイプの冗長管理は、RAID管理システム16（図
１）によって調整される。RAID管理システム16は、ディ
スク・アレイ内の２つの異なるタイプのRAID領域を、パ
リティRAID領域用のキャッシュと同様に動作するミラー
RAID領域を有する、メモリ階層として管理する。データ
がパリティRAID領域からミラーRAID領域に移されると、
そのデータが以前にパリティRAID領域で占有していた空
間が、他のデータを記憶するために使用可能となる。RA
ID管理システム16は、定義された性能プロトコルに従っ
てミラーRAID領域とパリティRAID領域の間でデータをシ
フトさせ、組織化し、及びその他の方法で管理する。ミ
ラーRAID領域とパリティRAID領域の間でデータを移すプ
ロセスを「移行」と呼ぶ。
【００３５】データ記憶システム10は、より重要なデー
タをミラーRAID領域に配置し、このことによって最高の
性能、及び信頼性が得られる。RAID管理システム16によ
って実施される性能プロトコルは、２つの好適移行方式
のうちの１つを含む。「アクセス頻度方式」として知ら
れる第１の移行方式によれば、階層ディスク・アレイ上
で最も頻繁にアクセスされるデータが、ミラーRAID領域
18に保持される。それほど頻繁にアクセスされないデー
タは、パリティRAID領域22に保持される。「アクセス最
新度方式」として知られる第２の移行方針によれば、最
も新しく検索されたデータはミラーRAID領域18に保持さ
れ、以前に検索されたデータはパリティRAID領域22に保
持される。他の性能プロトコルを使用することもでき、
理想的には、こうしたプロトコルは、特定のコンピュー
タ・アプリケーション、及びユーザのニーズに基づいて
定義される。
【００３６】このように、RAID管理システム16は、アプ
リケーション、又はユーザの要件に応じてデータ記憶シ
ステムの記憶資源を効果的に「調整」する。例えば、高
い性能、及び信頼性を必要とするアプリケーションで
は、RAID管理システムが、比較的大きなミラーRAID領域
を定義、作成して、それによって、パリティRAID領域に
比べてより大きい容量の物理記憶容量を、ミラー冗長専
用として提供する。逆に、コストが重要であり、性能、
又は信頼性がそれほど重要でないアプリケーションで
は、RAID管理システムは、ミラーRAID領域と比べて比較
的大きなパリティRAID領域を確立することができる。従
って、本発明のデータ記憶システムは最大の柔軟性、及
び適応性を提供する。
【００３７】図４は、データ記憶システム10の利用可能
な記憶空間のメモリ・マッピングを、マッピングされた
複数の層をなす仮想記憶空間として示す。図における垂
直方向に長い各長方形は、物理記憶空間のビューを表
す。この図では、物理記憶空間34が、２つの仮想記憶ビ
ュー40、及び50によって参照されている。物理記憶空間
34は、符号０、１、２、及び３で参照した（図１のディ
スク12のような）４つのディスクで表されている。ディ
スクに対応する４つの長方形は、ディスク１、２、及び
３がほぼ等しい記憶容量を有し、ディスク０がわずかに
小さい記憶容量を有する、物理記憶空間のビューを表
す。記憶空間34は、領域A0、A1、A2等に区画化される。個
々の領域は、領域A0内のストライプ０ないしＱのような
多数のストライプを含む。個々の領域は、多数の領域35
も含む。領域35は、ディスク・アレイ全体にわたって領
域のサイズが等しくなるように、あらゆる記憶ディスク
上で、サイズが均一な、選択された数のセグメントから
成ることが好ましい。
【００３８】ディスクの記憶空間は、物理記憶空間34の
第１仮想ビュー、即ち中間仮想ビュー40にマッピングさ
れる。この第１仮想ビューは、概念的には、ユーザ、即
ちホスト・アプリケーション・プログラムから見た時
に、ディスク０、１、２、及び３上の記憶空間を示す１
つのより大きな記憶空間を表す、１組のRAID領域であ
る。従って、RAID領域内の長方形の高さは、ディスクの
高さよりも高いものとして示されている。
【００３９】RAID領域記憶空間40は、ミラー記憶空間、
及びパリティ記憶空間を同一視する記憶域のビューであ
る。例えば、RAID領域42はＭ個のブロック43のミラーRA
ID領域を表すことができ、RAID領域44はＮ個のブロック
45のパリティRAID領域を表すことができる。これらのRA
ID領域は、物理記憶空間34上の対応する物理領域A0、A1、
A2等に関連する。ミラーRAID領域、及びパリティRAID領
域は、ディスク・アレイの記憶空間34全体を使い尽くす
かも知れないし、使い尽くさないかも知れない。従っ
て、あるアプリケーションの間、特定のRAID領域に対応
しない未使用で未指定の記憶空間が存在する可能性があ
る。しかし、こうした記憶空間はミラーRAID領域、又は
パリティRAID領域に変換することができる。
【００４０】RAID領域で使用可能な記憶空間は、ユー
ザ、即ちホスト・アプリケーション・プログラムに提示
される記憶域のビューである、第２の、即ちフロント・
エンド仮想ビュー50にマッピングされる。ユーザ、即ち
ホスト・アプリケーション・プログラムから見た時、第
２の仮想ビュー50は、記憶ディスク12上の使用可能な記
憶空間を示す、単一の大きな記憶容量も表す。仮想記憶
空間50は、個々に０，１，２，...，J-1，Ｊ，J+
1，...，L-1，Ｌ，L+1，...等として参照された、サイ
ズの等しい記憶ブロック52、及び53の線形集合のビュー
を表す。仮想ブロック記憶空間50は、RAID領域40によっ
て表されるビュー内の記憶ブロックに対する参照、又は
ポインタ（矢印54で表される）のテーブルによって表さ
れる。ミラー記憶領域、及びパリティ記憶領域が共に使
用可能なように仮想ブロック・テーブルから参照でき
る、少なくとも２つのRAID領域がある。RAID領域40の記
憶容量は、記憶空間の仮想ブロック・ビューのサイズと
同じサイズのブロックに分割されることが好ましい。
【００４１】RAID管理システム16は、RAID領域の構成を
動的に修正することができる。RAID領域は、特定の時間
におけるデータ信頼性のニーズに従って拡大、又は縮小
されうる。その結果、第１の仮想ビュー40内のRAID領域
のディスク上へのマッピングと、フロント・エンド仮想
ビュー50のRAIDビュー40へのマッピングは一般に、変更
状態である。NVRAM21a、及び21b（図１）内のメモリ・
マップ記憶は、RAID領域をディスク上にマッピングする
ためにRAID管理システム16によって使用される現在のマ
ッピング情報と、２つの仮想ビューの間でマッピングを
行うために使用される情報を維持する。RAID管理システ
ムは、RAIDレベル・マッピングを動的に変更する時、メ
モリ・マップ記憶21内のマッピング情報も更新してその
変更を反映する。
【００４２】データ記憶システム10の移行動作は、1993
年８月19日に出願され、本出願人に譲渡された、米国出
願における同時係属特許出願第08/108,137号に、より詳
細に記載されている。ここでこの特許出願を引用するこ
とによって、前記出願が本明細書に組み込まれる。
【００４３】次に、異種階層ディスク・アレイ内の記憶
容量の使用率を最大にする方法が図５ないし図８に関し
て説明される。
【００４４】図５、及び図６は、異種ディスク・アレイ
内の記憶容量を最大限に使用する第１の方法を示す。こ
の方法は、少なくとも２つの、容量が最大である記憶デ
ィスクがディスク・アレイ構成内に存在するという規則
を使用する。従って、第１ステップ100は、アレイ内の
残りのディスクの記憶容量を超え、同じ容量を持つ２つ
以上の記憶ディスクを含むディスク・アレイを構成する
ことである。ここで、不均一なディスク０ないし４から
なる異種ディスク・アレイが、２つの同じ容量を有する
大容量の記憶ディスク１、及び４を含んで構成される。
この容量は、他のディスク０、２、及び３の記憶容量よ
り大きい。
【００４５】ステップ102で、記憶ディスク０ないし４
は、広く符号35で参照した複数の領域にセグメント化さ
れる。領域35は、ディスク・アレイ全体にわたって同じ
サイズであり、サイズの等しい１つ以上のセグメントか
ら成ることが好ましい（図４参照）。次いで、複数の記
憶ディスク上の連続領域からRAID領域A0ないしA4等を形
成する（ステップ104）。「連続領域」とは、全てが同
じ物理アドレスを有する、別のディスク上の物理記憶空
間を表す領域である。例えば、RAID領域A3、A4等はそれ
ぞれ、各ディスク上の同じ物理アドレスにある、全部で
５つの記憶ディスク０ないし４の領域を含む。RAID領域
A2は、４つの記憶ディスク０、１、３、及び４の領域を
含み、RAID領域A0、及びA1はそれぞれ、ディスク１、及
び４の領域を含む。
【００４６】ステップ106で、RAID領域A0ないしA4は、
図４で上述したように、単一ボリュームの仮想ビューに
マッピングされる。従って、本発明の方法は、アレイを
ホスト・コンピュータへの独立した複数ボリュームとし
て特徴付ける必要なしに、異種ディスク・アレイ内の全
ての記憶空間を使用する。その代わり、異種アレイ全体
が単一ボリュームとして提示されうる。次いで、RAIDレ
ベル１、及び／又はRAIDレベル５のような選択されたRA
IDレベルに従って（水平な直線矢印で表した）連続RAID
領域内にデータが記憶される（ステップ108）。各RAID
領域は幾つかの冗長データを記憶する。
【００４７】この方法は、異種単一ボリューム・ディス
ク・アレイ内の全ての記憶ディスク上の記憶空間全体を
使用できるようにするという点で有益である。この点を
例示するため、RAID領域A3、A4等の組み合わせられた記
憶空間を集合０として定義する。集合０内の記憶空間
は、従来技術の異種ディスク・アレイで使用可能な記憶
空間の量に等しい。しかし、従来技術のアレイでは、設
計で、多数の記憶ボリュームを提供する、より複雑な設
計を考慮しない限り、最小容量ディスク（即ち、ディス
ク２）を超える容量のディスクは使用されなかった。
【００４８】しかし、本発明の技法によれば、ディスク
０、１、３、及び４の追加容量が使用される。RAID領域
A2は、記憶ディスク０、１、３、及び４の領域を含み、
それによって、４つのディスクから成る集合１の追加記
憶空間を画定する。RAID領域A0、及びA1はそれぞれ、デ
ィスク１、及び４の領域を含み、そこでは、この空間の
集合が追加記憶空間の集合２を画定する。従って、本発
明の方法では、全てのディスク０ないし４内の全てのデ
ィスク空間を最大限に使用し、それによって、集合１、
及び集合２内の空間だけ従来技術より多く記憶域を使用
し、使用率の改良を図っている。
【００４９】RAIDレベル１、又はRAIDレベル５に従っ
て、集合０、及び集合１（RAID領域A2、A3、A4等）内に、
データが記憶されることに留意されたい。これらのRAID
領域は、３つ以上の記憶ディスクの連続領域を含み、そ
れによって、パリティ記憶を可能にする。RAIDレベル
１、即ちミラー冗長に従って、集合２（即ち、RAID領域
A0ないしA1）にデータが記憶される。一方のディスクを
使用して元のデータを記憶し、他方のディスクを使用し
て冗長データを記憶する。同時に、この２つのディスク
集合内でRAIDレベル５を使用して、同様のミラーリング
冗長を達成することができる。一方のディスクを使用し
て元のデータを記憶し、他方のディスクを使用してパリ
ティ・データを記憶する。パリティ・データは、元のデ
ータと同じであることが分かっており、従って、元のデ
ータを効果的にミラーリングする。
【００５０】図７、及び図８は、異種ディスク・アレイ
内の記憶容量を最大限に使用する第２の方法を示す。こ
の方法は、その構成にかかわらず、異種ディスク・アレ
イに適用可能である（そのため、同種ディスク・アレイ
にも適用可能である）という点で、第１の方法とは異な
る。サイズが最大である少なくとも２つのディスクを維
持するという構成要件はない。第１のステップ200は、
図７で不均一のディスク０ないし４によって示された記
憶ディスクのような、容量の異なる記憶ディスクを有す
る異種ディスク・アレイを単に構成することである。デ
ィスク３は、最大容量を有し、その後が同じ容量を有す
るディスク１、及び４であり、次がディスク０、最後に
ディスク２と続く。
【００５１】ステップ202で、記憶ディスク０ないし４
が、好ましくはサイズの等しい、複数の領域（この場合
も、広く符号35で参照されている）にセグメント化す
る。次のステップ204は、個々の記憶ディスク０ないし
４の非連続領域を連結し、様々なRAID領域を形成する。
「非連続領域」とは、異なる物理アドレスを有する、異
なるディスク上の物理記憶空間を表す領域である。個々
のRAID領域は、各記憶ディスクの全て、又は部分集合か
らの１つの領域から成る。
【００５２】連結手順は、ディスク０ないし４のそれぞ
れの領域350ないし354を含む、波状の矢印によってグラ
フィカルに例示されている。連結手順は、ポインタ連鎖
技法を使用して実施することが好ましい。連鎖ヘッド・
ポインタを含む第１のテーブルを使用して、様々なRAID
領域を見つける。１つの連鎖ヘッド・ポインタは関連す
る１つのRAID領域を識別する。次いで、二次連鎖ポイン
タを含む第２のテーブルを使用して、識別されたRAID領
域内の特定の領域を参照する。２つのテーブルは共に、
メモリ・マップ記憶21に記憶されている。メモリ・マッ
プ記憶にポインタ・テーブルを維持することによって、
１つ以上のディスクに障害が発生した場合に、RAID領域
を容易に再構成することができる。
【００５３】ポインタ・テーブルと同時に使用されるこ
とが望ましい二次連結手順は、各RAID領域の領域内の記
憶ディスク上に、領域ポインタを埋め込むことである。
領域ポインタは、ある領域から、連結されるべき次の領
域を指す。例えば、図７では、領域352は、関連するRAI
D領域の一部として連結されるべき記憶域の次の位置と
して領域353を指す。ポインタは、次の領域のアドレス
と、場合によっては、前の領域のアドレスを含む。一連
のポインタは、記憶システムが記憶ディスクをシフトさ
せてRAID領域を再構成できるようにする参照連鎖を形成
する。ディスク・アレイ制御装置14が誤動作した場合
に、この二次連結手順を回復動作に使用することができ
る。
【００５４】ステップ206で、ディスク０ないし４上の
物理記憶空間を単一記憶ボリュームとしてユーザ、又は
ホストに提供する仮想記憶空間に、非連続領域で形成さ
れたRAID領域がマッピングされる。次に、データが、各
RAID領域が幾つかの冗長データを記憶する、RAIDレベル
１、及びRAIDレベル５を含む、様々なRAIDレベルに従っ
て記憶される（ステップ208）。
【００５５】記憶容量が最大使用率に近づいた時は、デ
ータをRAIDレベル５領域に移行して記憶空間の使用を効
率的に最適化することができる。それによって、RAIDレ
ベル１に従って記憶されたデータに対する、RAIDレベル
５に従って記憶されたデータの割合が増加する。RAIDレ
ベル５では、冗長データに使用される空間がより少な
い。全てのデータがRAIDレベル１に従って記憶された場
合、記憶空間の半分を使用して冗長データを保持するこ
とになる。多数の記憶ディスクのディスク・アレイ内に
おけるRAIDレベル５の記憶に関しては、記憶空間の極小
さな部分が冗長データ用に使用される。従って、RAIDレ
ベル５では、所与のディスク・アレイに関して、より多
くのユーザ・データを記憶することができるが、その代
わり性能、及び可用性が低下する。最終的に、記憶容量
が満たされた場合、全てのデータをRAIDレベル５領域に
移行することができる。
【００５６】本発明の２つの方法は共に、ほぼ同じ程度
に、異種ディスク・アレイの記憶容量を最大限に使用す
る。非連続領域を連結する前述の第２の方法は、ディス
ク・アレイ全体にわたって、よりランダムにデータが拡
散しているので、わずかに柔軟性、及び性能が優れてい
る。このため、ディスク・アレイ全体にわたる領域に対
して、より均一なアクセスが可能となる。
【００５７】本発明の方法は、容量が大きな新しいディ
スクに対してさえ、柔軟性、及び適応性を促進するとい
う付加的利益を有する。既存のディスク・アレイ構成の
最大容量に達した時は、余分の新しい空間の使用率が低
下するという心配なしに、容量のより大きな１つ以上の
記憶ディスクを容易に組み込むことができる。本明細書
で説明した技法によって、アレイ内の全ての記憶ディス
ク上の全空間を使用するようにディスク・アレイを再構
成することができる。
【００５８】本発明の方法は、異種階層ディスク・アレ
イ内で容量の異なる記憶ディスクを最大限使用できるよ
うにするという点で有益である。本発明は、記憶ディス
クを複数の記憶ボリュームとして提供するのではなく、
記憶ディスクを単一ボリュームとしてホスト・コンピュ
ータ・システムに提供して、これを達成する。
【００５９】法令に従い、構造、及び方法上の特徴につ
いて、幾分特定の言葉により説明してきた。しかし、本
明細書で開示した手段は、本発明を効果的に実施する好
適態様を含むため、本発明が、図示し説明した特定の特
徴に制限されないことを理解されたい。従って、本発明
は、同等物の原理に従って適切に解釈される、適当な特
許請求の範囲内のあらゆる態様、及び修正について請求
される。
【００６０】以下に本発明の実施態様を列挙する。
【００６１】１． 記憶容量の異なる複数の記憶ディス
クの異種階層ディスク・アレイを有するデータ記憶シス
テムにおいて、記憶容量を使用する方法であって、前記
記憶ディスクが全体の物理記憶空間を画定する前記方法
が、(a)ディスク・アレイ内の他の記憶ディスクの記憶
容量より大きい、同一の記憶容量を持つ、少なくとも２
つの記憶ディスクを含むようにディスク・アレイを構成
するステップ、(b)ディスク・アレイ内の記憶ディスク
を複数の領域にセグメント化するステップ、(c)複数の
記憶ディスク上の連続領域でRAID領域を形成するステッ
プであって、各RAID領域に関する前記連続領域が個々の
記憶ディスク上の同じ物理アドレスにある物理記憶空間
を表す前記ステップ、(d)物理記憶空間のビューを単一
記憶ボリュームとして提供する、仮想記憶空間にRAID領
域をマッピングするステップ、及び(e)選択されたRAID
レベルに従いRAID領域にデータを記憶するステップであ
って、各RAID領域が幾つかの冗長データを記憶する前記
ステップを含むことを特徴とする前記方法。
【００６２】２． RAID領域に記憶されるデータが、RA
IDレベル１、及びRAIDレベル５を含むグループから選択
されたRAIDレベルに従って記憶されることを特徴とす
る、項番１に記載の方法。
【００６３】３． RAIDレベル１に従って記憶されたデ
ータに対する、RAIDレベル５に従って記憶されたデータ
の割合が増加し、それによって、記憶空間の使用が効率
的に最適化されるように、記憶容量が最大使用率に近づ
いた時に、データがRAIDレベル５に移行されることを特
徴とする、項番１に記載の方法。
【００６４】４． 記憶容量の異なる複数の記憶ディス
クの異種階層ディスク・アレイを有するデータ記憶シス
テムにおいて記憶容量を使用する方法であって、前記記
憶ディスクが全体の物理記憶空間を画定する前記方法
が、(a)ディスク・アレイ内の記憶ディスクを複数の領
域にセグメント化するステップ、(b)個々の記憶ディス
クの非連続領域を連結してRAID領域を形成するステップ
であって、前記非連続領域が複数の記憶ディスク上の異
なる物理アドレスにある物理記憶空間を表す前記ステッ
プ、(c)物理記憶空間のビューを単一記憶ボリュームと
して提供する仮想記憶空間に、RAID領域をマッピングす
るステップ、及び(d)各RAID領域が幾つかの冗長データ
を記憶する、選択されたRAIDレベルに従ってRAID領域内
にデータを記憶するステップを含むことを特徴とする方
法。
【００６５】５． 前記連結ステップ(b)が、個々の領
域が、連結されたRAID領域内の次の領域を指すポインタ
連鎖技法を使用して、非連続領域を接続することを含む
ことを特徴とする、項番４に記載の方法。
【００６６】６． 前記ステップ(d)でデータの記憶に
関して選択されたRAIDレベルが、RAIDレベル１、及びRA
IDレベル５を含むグループから選択されることを特徴と
する、項番４に記載の方法。
【００６７】７． RAIDレベル１に従って記憶されたデ
ータに対する、RAIDレベル５に従って記憶されたデータ
の割合が増加し、それによって、記憶空間の使用が効率
的に最適化されるように、記憶容量が最大使用率に近づ
いた時にデータがRAIDレベル５に移行されることを特徴
とする、項番４に記載の方法。
【００６８】
【発明の効果】本発明によって、容量の異なる不均一な
記憶ディスクを異種階層ディスク・アレイで使用する方
法が開示され、それによって、これらの記憶ディスクが
単一ボリュームとして提供され、かつ最大限の使用が達
成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による記憶システムの概略ブロック図で
ある。
【図２】複数の記憶ディスク上の記憶空間を概略的に例
示し、RAIDレベル１によるデータ記憶を示す図である。
【図３】複数の記憶ディスク上の記憶空間を概略的に例
示し、RAIDレベル５によるデータ記憶を示す図である。
【図４】２つの仮想記憶空間が物理記憶空間上にマッピ
ングされる、本発明のメモリ・マッピング配置を概略的
に例示する図である。
【図５】最大容量のディスクが２つ存在する場合の、容
量の異なる複数のディスク上の記憶空間を概略的に例示
し、冗長データ記憶用に、前記２つの最大容量のディス
クを含む記憶ディスク上に、連続領域を形成する方法を
示す図である。
【図６】図５に示した方法のステップを示すフロー図で
ある。
【図７】１つのディスクの容量が残りのディスクの容量
よりも大きい場合の、容量の異なる複数の記憶ディスク
上の記憶空間を概略的に示し、複数のディスクにわたる
非連続領域を形成し、そのディスク上の全空間を使用す
る方法を示す図である。
【図８】図７に示した方法のステップを示すフロー図で
ある。
【符号の説明】
10 データ記憶システム 11 異種階層ディスク・アレイ 12 記憶ディスク 14 ディスク・アレイ制御装置 16 RAID管理システム 40、50 仮想記憶ビュー 42、44 RAID領域

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】記憶容量の異なる複数の記憶ディスクの異
    種階層ディスク・アレイを有するデータ記憶システムに
    おいて、記憶容量を使用する方法であって、前記記憶デ
    ィスクが全体の物理記憶空間を画定する前記方法が、 (a)ディスク・アレイ内の他の記憶ディスクの記憶容量
    より大きい、同一の記憶容量を持つ、少なくとも２つの
    記憶ディスクを含むようにディスク・アレイを構成する
    ステップ、 (b)ディスク・アレイ内の記憶ディスクを複数の領域に
    セグメント化するステップ、 (c)複数の記憶ディスク上の連続領域でRAID領域を形成
    するステップであって、各RAID領域に関する前記連続領
    域が個々の記憶ディスク上の同じ物理アドレスにある物
    理記憶空間を表す前記ステップ、 (d)物理記憶空間のビューを単一記憶ボリュームとして
    提供する、仮想記憶空間にRAID領域をマッピングするス
    テップ、及び(e)選択されたRAIDレベルに従いRAID領域
    にデータを記憶するステップであって、各RAID領域が幾
    つかの冗長データを記憶する前記ステップを含むことを
    特徴とする前記方法。
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