JPH10105344A - データ記録装置システム及びそのデータ書込方法 - Google Patents
データ記録装置システム及びそのデータ書込方法Info
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- JPH10105344A JPH10105344A JP9246751A JP24675197A JPH10105344A JP H10105344 A JPH10105344 A JP H10105344A JP 9246751 A JP9246751 A JP 9246751A JP 24675197 A JP24675197 A JP 24675197A JP H10105344 A JPH10105344 A JP H10105344A
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Abstract
減らしてデータ入出力性能を向上させる記憶装置システ
ムを提供する。 【解決手段】 記憶装置システムにおいて、データ復旧
情報をブロック形態で所定の領域に記録し、残りの領域
にデータを記録する多数の記録装置と、これら各記録装
置から読出されるデータ復旧情報を記憶する多数のキャ
ッシュ記憶装置と、前記記録装置へのデータ書込時に、
前記記録装置から読出した既存のデータ及びデータ復旧
情報とこれから記録する新データとから新たにデータ復
旧情報を計算して前記キャッシュ記憶装置に記憶させる
コントローラと、を備える。
Description
ける記録装置システムに関するものである。
装置( CPU)と入出力サブシステムによって左右され
る。近年、LSI技術の発展でCPUの処理速度が大き
く向上しているにもかかわらず、入出力サブシステムの
性能改善が遅れているために、全システムの実行時間の
中で入出力にかかる時間の比率が増大している。また、
入出力サブシステムの誤り発生時のデータ復旧費用が増
加していることからも、優れた性能と信頼性を備えた入
出力サブシステムの必要性が増してきた。
ID(Redundant Arrays of Inexpensive Disks)サブシ
ステムである。現在RAID関連技術は商用化段階にあ
り、大学ではRAIDアルゴリズムに関する研究とシミ
ュレーションを用いた実験を通じて活発な理論的研究を
続けており、一方、企業では多様な性能確認試験を通じ
て改善点を見つけることにより、入出力性能改善及び信
頼性向上のための努力を続けている。
造である。ディスクアレイ構造自体は以前からハードデ
ィスクの入出力性能向上のための方法としてスーパーコ
ンピュータ等で用いられてきたが、RAIDの概念は1
988年にカリフォルニア大学バークレー校の3人のコ
ンピュータ学者により確立された。RAID理論は入出
力装置のうち、カートリッジテープのような順次アクセ
ス装置にも適用可能であるが、主な対象はハードディス
ク装置である。RAIDシステムの主な目的は、データ
を複数のディスクドライバに分散記録するか、入出力装
置の性能向上と容量拡大のためにストリッピング重複デ
ータをもったディスクミラーリングにして記録し、そし
てデータ復旧にはパリティ情報を用いることである。こ
の目的を達成するために、RAIDシステムは各コンピ
ュータシステムの特徴及び使用環境に従って6段階に分
類される。以下、各RAIDレベルに関する内容を簡単
に説明する。
き、ディスクアレイ上の全てのドライバにデータを分散
記録するが、データの信頼性に劣る。
ータを記録する。ミラーリングはよく用いられる信頼性
向上のための方法であるが、ディスク内容の全てが複写
ディスクに記録されるために多くのディスク領域が必要
となり、データの記録に最大でも全ディスク容量の50
%しか使用できないという欠点がある。しかし、同じデ
ータが複写ディスクに存在するので、信頼性の点では一
番良い方法である。
点である、信頼性確保のために使われる多くのディスク
領域を削減するために、データをバイト単位で各ディス
クアレイに分散記録する。そして、誤り認識と誤り訂正
のためにハミングコードを使用しており、データディス
ク以外に幾つかの検査ディスクを持つ。
ると、データがドライバに対し並列に入出力され、パリ
ティデータは別のドライバに記録され、且つディスクス
ピンドルは全てのドライバが同時にデータを入出力し得
るように同期化される。従って、入出力は処理速度が遅
くても並列で行われるため、速いデータ伝送が可能にな
る。また、一つのドライバがエラーを起こしても、他の
ドライバとパリティドライブを使用することにより、全
体のデータレートは落ちるがエラーしたデータは復元さ
れる。RAIDレベル3は、非常に速いデータ伝送速度
を要求するアプリケーション、スーパーコンピュータ、
イメージ操作プロセッサなどに用いられる。即ち、ロン
グデータブロック(Long Data Block) の伝送には高い能
力を発揮する。しかし、速い入出力が要求されるショー
トデータブロック(Short Data Block)の伝送には向いて
いない。尚、RAIDレベル3は重複のために、シング
ルドライバをデータドライバのように使用することによ
り、RAIDレベル1より少ないドライバで済むが、コ
ントローラは高性能のものが要求され複雑になる。
パリティデータが別のドライバ内で演算記録され、デー
タもストリップトアクロス(Striped Across)される。デ
ータのエラー時に復旧可能であり、読出し性能はRAI
Dレベル1と同様であるが、書込み性能はパリティ情報
をドライバに供給しなければならないために、シングル
ドライバに比べて著しく劣る。
RAIDレベル4の書き込み性能の改善を目的としてお
り、データは各ドライブアレイにストリップトアクロス
され、パリティデータも書込み時のボトルネック現象を
無くすために全ドライバに分散記録される。RAIDレ
ベル5では、データ書込み時にパリティを再び計算する
ために全ドライバで書き込まれたデータを読み出さなけ
ればならないため、書込み速度が遅くなる。しかし、デ
ータ入出力の伝送のためのプロセッシングが可能であ
り、エラーが生じたドライブデータの復旧も可能であ
る。また、ロングデータ記録に効果的であり、もしアプ
リケーションプログラムをデータ読出しに多くの比重を
置くようにするか、或いはアレイデザイン(array desig
n)を書込み性能向上のために改善すれば、ショートデー
タの書込みにも高い性能を得ることができる。更に、R
AIDレベル5はノンアレイ装置に比べて価格面で一番
効果的である。
RAIDレベル5の構造は少ない費用で大きな信頼性が
得られるとともに、並列ディスクアクセスが可能なので
データ処理速度が向上する。
レベル5の構造と、伝送されてきたデータを各ドライバ
に書き込む過程を説明する。
入出力バス4を通じて伝送されてきたデータをコントロ
ーラ6へ伝送し、入出力バス4に連結されたコントロー
ラ6はCPU2によって制御され、CPU2とSCSI
バス8に連結されている各ドライブディスク(ドライバ
DR)DR1〜DR5の間の入出力データを制御する。
SCSIバス8に連結されている各ドライバDR1〜D
R5はコントローラ6の制御下に伝送されてきたデータ
を記録/再生する。
てきたデータ(ND)は、ストリップ単位(図2ではデ
ータをストリップ3に分けている)に分けられ、各ドラ
イバDR1〜DR5に分散記録される。各ドライバDR
1〜DR5はデータの記録されるデータブロックDと、
パリティ情報の記録されるパリティブロックPを有し、
コントローラ6の制御下に伝送されてきたNDを記録す
る。
たデータNDとパリティ情報が各ドライバに書き込まれ
る過程を示すフローチャートである。まずCPU2はデ
ータ書込み命令を受信すると、10段階で目標位置を計
算した後に12段階に進む。12段階で、CPU2は伝
送されてきたデータNDをコントローラ6へ伝送する。
以後、14、16段階でコントローラ6は各ドライバに
記録されたデータODとパリティOPを読み出した後、
18段階に進む。18段階でコントローラ6は下記の数
式( 1) により新しいパリティNPを計算した後、2
0、22段階でコントローラ6はNDとNPを該当のド
ライバに書き込む。
を意味する)
IDレベル5の構造をもつRAIDシステムの記憶装置
システムでは、ショートデータブロックの書込み命令を
受信した場合、ストリップ上で他のディスクドライバに
もアクセスするため、システム全体の性能が低下する。
これは作業負荷の多いOLTP(On-Line Transaction P
rocessing)環境で更に著しくなる。即ち、パーシャルス
トリップ書込みの場合、書込み遂行の手続きは前記数式
( 1) のようにOPとODを該当ドライバから読み出し
た後、排他的論理和を行い、その結果を再びNDと排他
的論理和を行った後、NPとNDを該当ドライバに書き
込むことになるため、2回の読出し動作と2回の書込み
動作が必要となり、シングルドライバに比べてオーバヘ
ッドが大きくなる。
るために本発明のデータ記録装置システムは、データ復
旧情報をブロック形態で所定の領域に記録し、残りの領
域にデータを記録する多数の記録装置と、これら各記録
装置から読出されるデータ復旧情報を記憶する多数のキ
ャッシュ記憶装置と、前記記録装置へのデータ書込時
に、前記記録装置から読出した既存のデータ及びデータ
復旧情報とこれから記録する新データとから新たにデー
タ復旧情報を計算して前記キャッシュ記憶装置に記憶さ
せるコントローラと、を備えることを特徴とする。記録
装置のデータ復旧情報を記録する領域は先頭領域に設定
しておくとよく、新たに計算されたデータ復旧情報を記
録装置にも書込むようにする。また、既存のデータ、既
存のデータ復旧情報、及び新データを排他的論理和演算
して新たにデータ復旧情報を計算することができる。
タ復旧情報を読出す前にキャッシュ記憶装置のキャッシ
ュヒットを判断する。具体的には、コントローラは、デ
ータ書込命令が入ってくると、記録装置から既存のデー
タを読出すとともにキャッシュ記憶装置のキャッシュヒ
ットを判断し、キャッシュヒットの場合は該キャッシュ
ヒットのデータ復旧情報、前記既存のデータ、及び新デ
ータから新たにデータ復旧情報を計算して前記キャッシ
ュ記憶装置を更新しかつ前記記録装置へ新データととも
に書込み、キャッシュミスの場合は前記記録装置から読
出した既存のデータ復旧情報、前記既存のデータ、及び
新データから新たにデータ復旧情報を計算して前記キャ
ッシュ記憶装置を更新しかつ前記記録装置へ新データと
ともに書込む制御を行うものとする。この場合、データ
書込命令が入ってくると、コントローラが記録装置から
既存のデータを読出す前に、該記録装置の新しいデータ
復旧情報の書込位置が計算されて提供されるようにして
おくことができ、これはコントローラが接続されるCP
Uにより計算可能である。
添付の図面を参照して詳細に説明する。
接続されたRAIDシステムのブロック構成図である。
RAIDシステムは、RAIDシステムの全般的な制御
を行うCPU30と、入出力バス32によりCPU30
に接続されCPU30の制御により伝送されてきたデー
タを各ドライブアレイ39に分散記録或いは記録されて
いるデータを再生するコントローラ34と、SCSIバ
ス36を通じてコントローラ34に接続され、コントロ
ーラ34の制御下に伝送されてきたデータとデータ復旧
情報(パリティ情報)を記録及び再生するドライバ1〜
5(39)と、コントローラ34と各ドライバ1〜5(
39) との間のSCSIバス36に接続されてパリティ
情報を記録するキャッシュ1〜5(38)とから構成さ
れる。各ドライバ1〜5(39)は、データ及びパリテ
ィ情報の記録及び読出しのために多数のブロックで構成
される。尚、この例の各ドライバ1〜5(39)はRA
IDレベル5の構造で定義されたストリッピングをやめ
て、ディスク上のシリンダゼロ(先頭領域)に必要な数
だけのパリティブロックを設定して、データは記録しな
いパリティ情報記録領域として使用する。
ートである。図4及び図5を参照して、データ書込み動
作時の制御過程を説明する。
信すると、40段階で必要なタスクファイルをアップデ
ートし、ドライバ内の別のパリティブロックを使用する
ために、ターゲットシリンダを計算(目標位置=パリテ
ィブロック+要求位置)して42段階に進む。42段階
では、CPU30は書込むデータNDをコントローラ3
4へ伝送する。44段階で、コントローラ34はNPを
生成するためにODを該当ドライバ1〜5(39)から
読み出した後、46段階に進んで読み出すパリティ情報
OPがキャッシュ1〜5( 38) でヒットするか確認
し、キャッシュヒットであれば、50段階に進む。キャ
ッシュミスの場合は48段階に進み、コントローラ34
はOPをドライバから読み出してキャッシュテーブルを
アップデートさせた後、50段階に進む。その後、50
段階でコントローラ34は読み出したOP、OD及びN
Dから下記の数式(2)のような計算過程を通じて新た
なNPを計算した後、52段階に進む。52段階ではコ
ントローラ34はキャッシュテーブルをアップデートさ
せた後、54段階に進む。そして、コントローラ34は
54、56段階でホストコンピュータから伝送されたデ
ータNDと計算されたNPを該当のドライバに書き込ん
だ後データ書込み過程を終了する。
ィキャッシュを各ドライバとコントローラとの間に接続
することにより、パリティ情報の読出し動作要求を迅速
に支援可能にし、且つパリティ情報を記録するためのパ
リティブロックをディスク上のシリンダゼロから設定す
るために、連続的な読出/書込動作時に別の検索作業に
よる時間遅延を防止することができる利点がある。
テムのブロック構成図。
流れを示した説明図。
明するためのフローチャート。
図。
ローチャート。
Claims (7)
- 【請求項1】 データ復旧情報をブロック形態で所定の
領域に記録し、残りの領域にデータを記録する多数の記
録装置と、これら各記録装置から読出されるデータ復旧
情報を記憶する多数のキャッシュ記憶装置と、前記記録
装置へのデータ書込時に、前記記録装置から読出した既
存のデータ及びデータ復旧情報とこれから記録する新デ
ータとから新たにデータ復旧情報を計算して前記キャッ
シュ記憶装置に記憶させるコントローラと、を備えたこ
とを特徴とするデータ記録装置システム。 - 【請求項2】 記録装置のデータ復旧情報を記録する領
域が先頭領域に設定される請求項1記載のデータ記録装
置システム。 - 【請求項3】 新たに計算されたデータ復旧情報を記録
装置にも書込む請求項2記載のデータ記録装置システ
ム。 - 【請求項4】 既存のデータ、既存のデータ復旧情報、
及び新データを排他的論理和演算して新たにデータ復旧
情報を計算する請求項1〜3のいずれか1項に記載のデ
ータ記録装置システム。 - 【請求項5】 コントローラは、記録装置から既存のデ
ータ復旧情報を読出す前にキャッシュ記憶装置のキャッ
シュヒットを判断する請求項1〜4のいずれか1項に記
載のデータ記録装置システム。 - 【請求項6】 コントローラは、データ書込命令が入っ
てくると、記録装置から既存のデータを読出すとともに
キャッシュ記憶装置のキャッシュヒットを判断し、キャ
ッシュヒットの場合は該キャッシュヒットのデータ復旧
情報、前記既存のデータ、及び新データから新たにデー
タ復旧情報を計算して前記キャッシュ記憶装置を更新し
かつ前記記録装置へ新データとともに書込み、キャッシ
ュミスの場合は前記記録装置から読出した既存のデータ
復旧情報、前記既存のデータ、及び新データから新たに
データ復旧情報を計算して前記キャッシュ記憶装置を更
新しかつ前記記録装置へ新データとともに書込む請求項
5記載のデータ記録装置システム。 - 【請求項7】 データ書込命令が入ってくると、コント
ローラが記録装置から既存のデータを読出す前に、該記
録装置の新しいデータ復旧情報の書込位置が計算されて
提供される請求項6記載のデータ記録装置システム。
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