JPH1091363A - パリティ生成方式及びそれを用いたディスクアレイ制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ディスクのデータにはパリティを有し、複数の
論理デバイスを多重制御可能とするキャッシュ付きディ
スクアレイ制御装置において、ディスクアクセス時の占
有待ち時間がアクセス性能上のネックとなっているた
め、パリティ生成手順の検討による占有時間の削減が必
要となっている。 【解決手段】ディスク上のパリティを更新する際、旧パ
リティリードから新パリティライトまでの間、パリティ
生成中もディスクを継続して占有することにより、新パ
リティライト時のディスクへのシークを不要とし、パリ
ティ生成処理全体としてのディスク占有時間を短縮す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は情報処理システムに
おけるディスク制御装置に係わり、特にＲＡＩＤ（Redu
ndant Arrays ofInexpensive Disks)などデータ冗長性
を有するアーキテクチャーをもつシステムにおけるパリ
ティ生成、制御方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、記憶装置の低価格化を図り、小型
ディスクアレイ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
キテクチャーを採用している。その中には、パリティを
生成することによりデータの冗長性を確保しているもの
がある。これにより、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れば、残りのデータとパリテ
ィから障害データを復元できる。

【０００３】ＲＡＩＤを採用しているキャッシュ付きの
システムでは、ホストは直接ディスクにアクセスしてデ
ータをリードライトをするのではなく、ホストのアクセ
ス対象はキャッシュとなっている。ホストがキャッシュ
にデータをライトした際には、パリティ生成に必要なデ
ータをキャッシュに取得し、パリティの生成を行う。そ
して、ホストのライト要求とは非同期に新データおよび
新パリティはディスクにライトする。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】パリティは、データが
更新に対応して必ず更新される。一般的なパリティの生
成シーケンスは、新データのリード、旧データのリー
ド、旧パリティのリード、それらを用いた新パリティの
計算、新パリティのライトからなる。パリティ生成シー
ケンスのうち、新パリティのキャッシュへのライトまで
のパリティ作成は継続して行うが、ディスク上への新パ
リティのライトは完全にパリティ作成とは非同期に行わ
れる。また、本制御方式ではディスク上のヘッドは多重
制御により動作しているため、パリティ作成後、新パリ
ティをディスクにライトするまでの間に、該パリティと
同一ディスクに対するアクセス要求が多くの場合発生す
る。そうすると、旧パリティがキャッシュ上にない時
に、パリティの生成を行う際、ディスクから旧パリティ
をリードした後、新パリティをディスクにライトするま
での間にヘッドが他のトラックに移動しているため、新
パリティライト時には再びシークを必要とする。ディス
クへのアクセス時間に占めるシーク時間の割合は大きい
ため、シーク回数の増加は全体としての処理時間増大の
要因となっている。

【０００５】本発明は、こうした課題を踏まえ、上記の
ような場合にディスク上でのヘッドのシーク回数を削減
することにより、処理時間を短縮し、システムのアクセ
ス性能向上に寄与する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によるパリティ生成に関するディスク制御方
式は、ディスクと、データやパリティの一時的な保管や
パリティ生成時の作業エリアとして用いるキャッシュ
と、旧データ、新データ、旧パリティを入力することに
より、新パリティを計算することのできるパリティ生成
回路と、ディスクとキャッシュとパリティ生成回路間の
アクセスに用いる経路を備えた記憶システムにおいて、
旧データを新データに更新する際、その更新をパリティ
に反映するために必要な一連の作業のうち、旧パリティ
リード時から新パリティライト時までヘッドを一定トラ
ック上に保持するようにしたものである。これにより、
ディスクから旧パリティリード時のアクセスには、ヘッ
ドの位置決めを行うシークと、ディスクの回転待ちを行
うサーチが必要であるが、新パリティライト時のアクセ
スには、サーチのみが必要となり、シークは不要とな
る。ヘッドを保持するためには、旧パリティをディスク
からリードしてから、新パリティをライトが完了するま
での間、該ディスクに対する他のアクセスは待機させな
ければならないため、パリティ生成処理中は、該ディス
クを占有状態にする。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明方式の実施例について、図
面を用いて以下詳細に説明する。

【０００８】図１は本発明方式を適用したディスクアレ
イ制御装置のシステムブロック図である。ホストコンピ
ュータ２に接続するチャネルインタフェースケーブル接
続系３、入出力データを一時的に格納する役割を果たす
キャッシュメモリ５、ホスト２とキャッシュメモリ５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)４、記憶媒体であるディスク
アレイ７、キャッシュメモリ５とディスクアレイ７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Ｄ
ＫＡ（DisK Adapter)６、ＣＨＡ４とＤＫＡ６からキャ
ッシュメモリ５にアクセスするためのＩ／Ｏバス８によ
って構成される。

【０００９】図１の構成をもつディスクアレイ制御装置
においてホストからライト要求があると、ホストのライ
ト要求を受信したＣＨＡは、ライトデータをケーブル接
続系、Ｉ／Ｏバスを経由して、キャッシュメモリにライ
トし、キャッシュメモリに新データが存在すること、お
よび新データの存在する論理デバイスをキャッシュメモ
リ上に制御情報として記録して処理を終了する。ＤＫＡ
は定期的に制御情報を参照し、新データが存在すること
を検出し、新データをキャッシュメモリからディスクア
レイに格納するための制御を行う。本制御方式を用いる
ディスクアレイ制御装置においては、データを冗長化し
て格納することにより、ディスクに障害が発生しその中
のデータのリードができなくなった時、パリティを用い
て該データの再生が可能となっているため、ディスクア
レイに新データをライトするためのＤＫＡの制御は、新
データのディスクへのライト機能に加え、ディスクデー
タの旧データから新データへの変更に対応した新パリテ
ィの作成機能、および新パリティのディスクへのライト
機能を有している。

【００１０】図２はＤＫＡがキャッシュメモリの新デー
タをディスクアレイにライトする制御の処理ブロック図
であり、ＤＫＡのデータライト時の制御は、ＲＡＩＤ制
御９、ドライブ制御１０およびパリティ生成制御１１か
らなっている。

【００１１】図３はＲＡＩＤ制御が行う処理のシーケン
スを示すフロー１２である。フロー１２の処理は定期的
に実施し、キャッシュメモリ上の制御情報を参照する１
０１。キャッシュメモリ上に新データがあるならば２０
１、新データを処理中データとして制御情報に登録変更
し１０２、処理中データの論理デバイスを物理デバイス
に変換し１０３、処理中データと同一物理デバイスの旧
データがキャッシュメモリ上にあるか否か参照する１０
４。当該旧データがキャッシュメモリ上にない時２０２
には、旧データのディスクからキャッシュメモリへの転
送をドライブ制御に対して要求し１０５、次に処理中デ
ータの物理デバイスと同一ストライプ列の旧パリティが
キャッシュメモリ上にあるか否か参照する１０６。当該
旧パリティがキャッシュメモリ上にない時２０３には、
旧パリティのディスクからキャッシュメモリへの転送を
ドライブ制御に対して要求し１０７、ドライブ制御に対
する２つの要求１０５、１０７に対して双方の処理が終
了したか否かを参照し１０８、終了するまで待つ２０
４。次にパリティ生成制御に対して当該処理中データ、
当該旧データ、当該旧パリティの属するストライプ列の
新パリティの生成を要求し１０９、パリティ生成制御に
対する要求１０９に対して処理が終了したか否かを参照
し１１０、終了するまで待つ２０５。最後に処理中デー
タを処理済データとして制御情報に登録変更し１１１、
一連のライト処理を終了する１１２。処理済データおよ
び新パリティはフロー１２の処理とは非同期にキャッシ
ュメモリからディスクへの転送をドライブ制御に対して
要求して行なわれる。

【００１２】ドライブ制御が行う処理のシーケンスを示
すフロー１３を図４に示す。ドライブに対する要求によ
って指示された物理デバイスのあるディスクにアクセス
する際、当該ディスクに対する他のドライブ制御による
アクセスを待機させるため、ディスクの使用権を宣言す
る必要が有り、これをＰＤＥＶロックと呼ぶ。フロー１
３の処理では、まずＰＤＥＶロック取得の結果が成功か
否かを参照し１２１、失敗の時には成功するまで待つ２
２１。次に、データの転送要求を実行し１２２、ＰＤＥ
Ｖロックを解除し１２３、一連の処理を終了する１２
４。

【００１３】パリティの生成制御が行うパリティ生成シ
ーケンスを説明するために、１ディスク中のデータを更
新する際のパリティ生成方法を図５に示す。パリティ生
成を要求された時、キャッシュ上には旧データ１４３、
処理中データ１４４および旧パリティ１４６が存在して
いる。新パリティを生成するために、１４３、１４４お
よび１４６のデータをパリティ生成回路１４２に順に送
信する２４２、２４３、２４４。そして、新パリティ１
４５をパリティ生成回路から取得し２４５、一連の処理
を終了する。

【００１４】フロー１２の処理は、キャッシュメモリ上
にライトされた新データの存在を検出する毎に起動さ
れ、本処理起動後も新データの存在を検出すればフロー
１２の処理を起動する。そのため、同時に複数のフロー
１２の処理が多重に動作することになる。よって、多重
に動作するそれぞれのフロー１２の処理中でフロー１３
の処理を要求することになるため、同一ディスクに属す
る物理デバイスに対する要求が競合することがある。こ
の時、ＰＤＥＶロックを取得時間が長くなればなるほど
フロー１３の待ち時間２２１が長くなることになる。以
上の通り、処理の最小単位でしかＰＤＥＶロックしない
論理とすることにより、ディスクアクセス処理時間のネ
ックであるＰＤＥＶロック待ち時間の低減を図ってい
る。

【００１５】一般的には、ロック待ち時間を短縮してデ
ィスクへのアクセス性能を向上するためには、一回の処
理毎のロック時間を短くすればよいが、一回毎のロック
時間が少し長くなっても、ロック中の処理を効率化する
ことにより、全体としてのロック時間を短くし、ディス
クアクセス性能を向上することが可能である。ディスク
アクセス時間には、一般的にヘッドの移動、回転待ち、
およびデータ転送時間があり、シークおよびサーチに要
する時間はＰＤＥＶロック時間の大部分を占めるため、
ディスクアクセス処理時間のネックである。そのため、
本ディスクアレイ制御方式では、シーク回数の削減によ
るディスクアクセス時間の短縮を実施する。ディスク上
のパリティの更新という観点におけるパリティ生成シー
ケンスを図６に示す。パリティ生成するためのデータの
うち旧パリティのみがキャッシュメモリ１４１上にない
時、ドライブ１４７から該当パリティのデータをキャッ
シュメモリ１４１に送信する必要がある２４１。その
後、図５の手順により、新パリティ１４５をパリティ生
成回路１４２から取得し２４５、その後、非同期にキャ
ッシュメモリ１４１から、旧パリティが格納されていた
ドライプ１４７に新パリティ１４５を送信することによ
り２４６、パリティ生成の全過程が終了する。

【００１６】上記パリティ生成シーケンスにおいて、旧
パリティがキャッシュメモリ上にない場合、パリティが
格納されているディスクのあるドライブ１４７へのアク
セスは、旧データのリード時と新データのライト時の二
回必要となる。そこで、従来は新パリティの生成と新パ
リティのライトは非同期に行なっているが、新パリティ
生成から新パリティのライトまでを連続して実施する方
法を採用する。これにより、旧パリティをディスクから
リードする時にはシークおよびサーチの双方が必要であ
るが、その後、ヘッドの位置を特定のトラックに保持し
たままパリティ生成を行うと、新パリティライト時のシ
ーク動作を削減することができる。ヘッドの位置を特定
のトラックに保持するためには、該ディスクに対する他
のアクセスを待機させるため、ＰＤＥＶロックを取得し
たままにすればよい。

【００１７】新パリティ生成から新パリティのライトま
でを連続して実施するためには、ドライブ制御が行うフ
ロー１３の処理は、フロー１４のように修正すればよ
く、フロー１４を図４に示す。まずＰＤＥＶロック取得
の結果が成功か否かを参照し１３１、ロック取得に成功
するまで１３１の判定を繰り返す２３１。次に、データ
の転送要求を実行し１３２、この時に旧データがキャッ
シュメモリ上にあるか否か、およびデータ転送の要求内
容を判定し１３３、既に旧データがキャッシュメモリ上
にあり、かつ要求内容が旧パリティリードの時に限り２
３２、見かけ上フロー１４の処理が終了したことをＲＡ
ＩＤ制御の処理に対して宣言し、フロー１２の１０８の
終了判定の結果、ＲＡＩＤ制御の処理がパリティ生成処
理へ進行できるようにする１３４。次に、ＲＡＩＤ制御
のフロー１２の処理の終了宣言を、当該データの制御情
報が処理中データから処理済データに登録変更されたか
否かにより判定し１３５、処理済データに登録変更され
たのを確認するまでこれを繰り返す２３３。処理済デー
タへの登録変更により、新パリティの生成が完了したこ
とを確認できたならば、その新パリティをディスクへラ
イトする１３６。その後、ＰＤＥＶロックを解除し１３
７、一連の処理を終了する１３８。

【００１８】本方式の効果を検証するため、本方式を実
現するディスクアレイ制御装置において、従来の方式と
のＰＤＥＶロック時間の違いを比較する。平均シーク時
間は１２ミリ秒、平均回転待ち時間は６ミリ秒、データ
転送能力は１ミリ秒あたり２キロバイト、パリティ生成
回路の処理能力は１ミリ秒あたり５０キロバイトとし
て、４キロバイトのパリティを生成する場合を対象とす
る。従来の方式では、１回ディスクアクセスすると、シ
ーク、サーチおよびデータ転送を行うため、ロック時間
は２０ミリ秒となり、旧パリティリード時と新パリティ
ライト時の２回ディスクにアクセスするため、パリティ
を生成するためには、ロック時間を４０ミリ秒必要とす
る。本方式では、旧パリティリード時のシーク、サーチ
およびデータ転送に２０ミリ秒を要するのは従来の方式
と同じである。本方式では、パリティ生成時間もロック
時間となるため、パリティ生成に必要な４つの４キロバ
イトのデータのパリティ生成回路の処理を伴い、従来の
方式に加えてロック時間が増加するが、その時間は１ミ
リ秒未満である。新パリティライト時のサーチが完了
し、データ転送可能になるのは、旧パリティのデータ転
送開始からディスクが１回転する１２ミリ秒後であり、
ディスクが一回転する間に旧データのデータ転送および
パリティの生成が可能であるため、全体の処理時間はシ
ーク時間とディスクが一回転する時間の合計から旧パリ
ティのデータ転送時間を引き、それに新パリティのデー
タ転送時間を加えた３２ミリ秒となるため、従来の方式
より、ロック時間の短縮が可能となる。

【００１９】

【発明の効果】本発明ディスクアレイ制御方式において
は、ディスク上の旧パリティを新パリティに更新する際
のＰＤＥＶロック時間が低減されることにより、多重動
作によりアクセス要求が競合する時間が短くなるため、
ディスクの利用効率が上がり、システム全体としてのア
クセス性能の向上に有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用される記憶制御装置のブロック図
である。

【図２】ＤＫＡによるディスクへのデータライト制御の
処理ブロック図である。

【図３】ＲＡＩＤ制御が行う処理のシーケンスである。

【図４】ドライブ制御が行う処理のシーケンスである。

【図５】パリティ生成制御が行う処理のシーケンスであ
る。

【図６】ディスク上のパリティ更新の観点から見たパリ
ティ生成処理のシーケンスである。

【符号の説明】

１…ディスクアレイ制御装置、２…ホストコンピュー
タ、３…チャネルインタフェースケーブル、４…ＣＨＡ
（チャネル向けアダプタ）、５…キャッシュメモリ、６
…ＤＫＡ（ディスク向けアダプタ）、７…ディスクアレ
イ、８…データ転送バス、９…ＲＡＩＤ制御処理、１０
…ドライブ制御処理、１１…パリティ生成制御処理、１
２…ＲＡＩＤ制御が行う処理フロー、１３…ドライブ制
御が行う従来の処理フロー、１４…ドライブ制御が行う
本方式の処理フロー、１０１…キャッシュメモリ上に新
データが存在するか否かの判定、１０２…制御情報の登
録変更、１０３…論理デバイスから物理デバイスへの変
換、１０４…キャッシュメモリ上に旧データが存在する
か否かの判定、１０５…旧データ転送要求、１０６…キ
ャッシュメモリ上に旧パリティが存在するか否かの判
定、１０７…旧パリティ転送要求、１０８…１０５、１
０６処理の終了判定、１０９…パリティ生成要求、 １
１０…１０９の終了判定、１１１…制御情報の登録変
更、１１２…フロー終了、１２１…ＰＤＥＶロック成否
判定、１２２…データ転送要求実行、１２３…ＰＤＥＶ
ロック解除、 １２４…フロー終了、１３１…ＰＤＥ
Ｖロック成否判定、１３２…データ転送要求実行、１３
３…旧データの存在の有無および要求アクセス内容判
定、１３４…見かけ上の終了宣言、 １３５…ＲＡＩＤ
制御の処理終了判定、１３６…新パリティライト実行、
１３７…ＰＤＥＶロック解除、１３８…フロー終了、
１４１…キャッシュメモリ、１４２…パリティ生成
回路、１４３…旧データ、１４４…処理中データ、１４
５…新パリティ、 １４６…旧パリティ、１４７…
更新対象パリティの存在ディスク、２０１…キャッシュ
メモリ上に新データあり、２０２…キャッシュメモリ上
に旧データなし、２０３…キャッシュメモリ上に旧パリ
ティなし、２０４…１０５、１０６処理の少なくとも一
方が未終了、２０５…１０９の処理が未終了、 ２
２１…ＰＤＥＶロック不可、２３１…ＰＤＥＶロック不
可、２３２…旧データがキャッシュ上に存在かつ要求ア
クセスが旧パリティリード、２３３…ＲＡＩＤ制御の処
理が未終了、２４１…旧パリティ転送、２４２…旧デー
タ送信、 ２４３…処理中データ送信、２４４…旧パリ
ティ送信、２４５…新パリティ取得、２４６…新パリテ
ィ転送。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 奥元 勝博 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

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ディスク障害回復用にパリティを有し、パ
   リティは各ディスクに分散して配置し、パリティ生成に
   必要なデータの保管用にキャッシュを用い、ホストから
   転送されたライトデータはキャッシュへのライトを以っ
   てホストへのライト終了報告を行い、キャッシュに保管
   されたデータはホストの要求とは非同期にディスクへラ
   イトし、 かつ、複数の論理デバイスを多重制御可能として、複数
   のアクセス要求の対象となる物理デバイスが論理−物理
   変換によって同一のディスクに対して割り当てられた結
   果アクセス要求が競合することのあるディスクアレイ制
   御装置のパリティ生成方式において、 旧データ、新データ、旧パリティから新パリティを生成
   し、パリティを更新する処理において、旧データ、新デ
   ータがキャッシュ上にあり、かつ、旧パリティがキャッ
   シュ上にない場合に、 旧パリティのリードから、パリティ生成、新パリティの
   ライトまでを一連の動作として処理し、この間、当該処
   理対象ディスクへの他のアクセス要求を待機させること
   を特徴とするパリティ生成方式、およびそれを用いたデ
   ィスクアレイ制御装置。