KR100347527B1 - 단일 광채널 중재루프를 이용한 래이드 시스템의 구조 - Google Patents

단일 광채널 중재루프를 이용한 래이드 시스템의 구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 단일 광채널 중재루프를 이용한 래이드 시스템의 구조에 관한 것으로, 데이터 저장을 위한 디스크 저장 장치와, 상기 디스크 저장 장치와 연결되며, 상기 디스크 저장 장치를 관리하기 위한 래이드 제어기로 구성되는 단일 광채널 중재루프를 이용한 래이드 시스템의 구조에 있어서, 단일 입출력 명령에 대하여 상기 디스크 저장 장치에 기록된 데이터를 상기 래이드 제어기 및 호스트 컴퓨터에서 동시에 접근 가능하도록, 상기 디스크 저장 장치와 상기 래이드 제어기 및 상기 래이드 제어기와 호스트 컴퓨터는 광채널 중재루프에 의해 연결되어 구성된 단일 광채널 중재루프를 이용한 래이드 시스템의 구조가 개시된다.

Description

단일 광채널 중재루프를 이용한 래이드 시스템의 구조{RAID system with single fibre channel arbitrated loop}
본 발명은 단일 광채널 중재루프(Fibre Channel Arbitrated Loop; FC_AL)를 이용한 래이드(Redundant Array of Inexpensive Disks ; RAID) 시스템의 구조에 관한 것이다.
컴퓨터 시스템은 디스크, 자기 테이프 드라이브와 같은 다양한 형태의 저장 장치들을 가지고 있다. 컴퓨터 시스템에서 이러한 저장 장치들의 신뢰성은 상당히 중요한 문제로 대두되고 있으며, 특히 데이터베이스 서버, 비디오 서버, 네트워크파일 서버와 같은 대형 시스템에서는 더욱 중요하게 인식되고 있다.
래이드 시스템은 이러한 저장 장치의 신뢰성을 높이고 고성능, 대용량 저장 장치를 구현하기 위해 제안된 디스크 어레이 시스템이다. 래이드 시스템은 데이터 저장 방식과 여분의 데이터(Redundant Data) 형태에 따라 래이드 레벨 0에서 5까지로 구분한다. 래이드 시스템에 대한 기본적인 내용은 "Patterson, et al., A Case for Redundant Arrays of Inexpensive Disks, Proc. ACM SIGMOD, June 1988" 논문에 잘 나타나 있으며, 현재 래이드 시스템은 SCSI 버스를 이용하여 구현한 것이 주류를 이루고 있다.
도 1은 SCSI 버스를 이용한 래이드 시스템의 구조도이다.
도시된 바와 같이, SCSI 버스를 이용한 래이드 시스템으로서, 다수의 호스트 컴퓨터(11, 12)와 다수의 터미네이터(13, 14) 간에 접속된 여러 개의 디스크 드라이브로 구성된 디스크 어레이(15) 및 다수의 래이드 제어기(16, 17)로 구성된다. 래이드 제어기(16, 17)는 SCSI와 같은 버스를 통하여 호스트 컴퓨터(11, 12) 및 디스크 저장 드라이브들과 연결되어 있다. 또한 래이드 제어기(16, 17)는 고장 감내 기능을 위하여 하나 이상으로 구성되어질 수 있다.
래이드 제어기(16, 17)와 외부의 호스트 컴퓨터(11, 12) 및 디스크 저장 장치들을 연결하기 위한 버스로는 지금까지 SCSI 버스가 가장 일반적으로 많이 사용되고 있으나 최근에는 광 채널을 이용한 래이드 시스템이 등장하고 있다.
광 채널(Fibre Channel)은 ANSI(American National Standards Institute)에 의해서 개발된 고속 직렬 통신 규약이며, 점대점(Point to Point) 통신을 기본으로 하고 있다. 광 채널 표준에서 물리적 계층은 광 섬유(Optical Fiber)와 구리선(Copper Wire) 모두를 사용할 수 있도록 규정하고 있으며, 초당 100MB의 전송 속도를 지원한다. 광 채널 상위 계층에서는 SCSI, IPI, ATM, HIPPI등과 같은 다양한 형태의 통신 프로토콜을 지원하고 있다. 또한 광 채널 표준에서는 디스크 드라이브와 같은 입출력 저장 장치들이 저렴한 비용으로 광 채널을 이용할 수 있도록 하기 위하여 광 채널 중재 루프(Fibre Channel Arbitrated Loop : FC-AL) 규약을 만들어 놓고 있다.
도 2는 광채널 중재루프의 구성을 설명하기 위한 블럭도이다.
광 채널 중재 루프는 광 채널 정합 장치를 가지고 있는 컴퓨터나 저장 장치들(NL_Port1 내지 NL_Port4)을 스위치 장치(Switch-Fabric)에 연결하지 않고 하나의 루프로 구성하여 서로 통신을 할 수 있도록 한 것이다. 이와 같은 광채널 중재루프를 사용하여 래이드 시스템을 구성하면 성능면에서는 스위치를 사용하는 것보다 다소 떨어지지만 대체로 고가인 스위치 장치를 사용하지 않아도 되므로 비용면에서는 많이 유리하다.
도 3은 광채널을 이용한 일반적인 래이드 시스템의 구조도로서, 기존 SCSI 버스를 이용한 래이드 시스템에서 SCSI 버스를 광 채널로 대체한 구조이다.
도시된 바와 같이, 광채널을 이용한 래이드 시스템은 여러 개의 디스크 저장 장치들(31)과 하나 이상의 래이드 제어기(32, 33)로 구성되어 있고, 이들간의 연결은 광채널 중재루프(FC_AL)에 의해 이루어진다. 래이드 제어기(32, 33)는 광채널 스위치(36)를 통해 호스트 컴퓨터(34, 35)와의 통신을 위한 광 채널 정합 장치 및 디스크들을 연결하기 위한 또 다른 광 채널 정합 장치를 가지고 있다. 래이드 제어기(32, 33) 내에는 호스트 컴퓨터(34, 35)와 디스크 저장 장치 사이의 데이터 버퍼링을 위한 버퍼 메모리를 가지고 있으며, 호스트 컴퓨터(34, 35)에서 오는 입출력 명령을 분석, 처리하고 디스크 저장 장치들을 제어하기 위한 CPU가 있다.
호스트 컴퓨터로부터 데이터 쓰기(Write) 명령이 내려지면 래이드 제어기는 버퍼 메모리의 일정 영역을 할당하고, 호스트 컴퓨터로부터 오는 데이터를 할당된 버퍼 메모리에 저장한다. 버퍼 메모리에 저장된 데이터는 설정된 래이드 레벨에 따른 추가적인 작업(예를 들어, 래이드 레벨 5인 경우에는 패리티 데이터 갱신)을 한 후 해당 디스크로 데이터를 쓰고 난 후 호스트 컴퓨터로 쓰기 동작이 완료되었음을 알린다. 읽기(Read) 명령인 경우에는 버퍼 메모리의 일정 영역을 확보한 후 디스크장치로부터 버퍼 메모리로 데이터를 읽어 들인 후, 호스트 컴퓨터와 연결된 광 채널을 통해 버퍼 메모리에 저장된 데이터를 호스트 컴퓨터로 보낸다.
이와 같이 래이드 시스템은 호스트 컴퓨터와 디스크 장치 사이의 모든 데이터 송수신이 래이드 제어기의 버퍼 메모리를 거치기 때문에, 독립 디스크에 비해 입출력 처리율(Throuput)은 월등히 높지만, 단일 입출력 명령에 대한 응답 시간(Response Time) (또는, 입출력 지연 시간(I/O Latency Time)이라고도 함)이 길어지는 단점이 있다.
따라서, 본 발명은 호스트 컴퓨터와 래이드 제어기 및 래이드 시스템에 속하는 디스크 장치들을 하나의 루프로 구성하고 제어하므로써, 시스템의 구성 비용을 줄이고 호스트 컴퓨터와 래이드 시스템 간의 접근 지연시간을 단축할 수 있는 단일 광채널 중재루프를 이용한 래이드 시스템의 구조를 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 단일 광채널 중재루프를 이용한 래이드 시스템의 구조는 데이터 저장을 위한 디스크 저장 장치와, 상기 디스크 저장 장치와 연결되며, 상기 디스크 저장 장치를 관리하기 위한 래이드 제어기로 구성되는 단일 광채널 중재루프를 이용한 래이드 시스템의 구조에 있어서, 단일 입출력 명령에 대하여 상기 디스크 저장 장치에 기록된 데이터를 상기 래이드 제어기 및 호스트 컴퓨터에서 동시에 접근 가능하도록, 상기 디스크 저장 장치와 상기 래이드 제어기 및 상기 래이드 제어기와 호스트 컴퓨터는 광채널 중재루프에 의해 연결되어 구성된 것을 특징으로 한다.
도 1은 SCSI 버스를 이용한 래이드 시스템의 구조도.
도 2는 광채널 중재루프의 구성을 설명하기 위한 블럭도.
도 3은 광채널을 이용한 일반적인 래이드 시스템의 구조도.
도 4는 본 발명에 따른 광채널 중재루프를 이용한 래이드 시스템의 구조도.
도 5(a) 및 5(b)는 본 발명에 따른 광채널 중재루프를 이용한 래이드 시스템에서 호스트 컴퓨터, 래이드 제어기 및 디스크 저장장치 사이의 상호 관계를 설명하기 위한 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>
41, 42 : 호스트 컴퓨터 43, 44 : 래이드 제어기
45 : 디스크 저장 장치 FC_AL : 광채널 중재루프
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명에 따른 광채널 중재루프를 이용한 래이드 시스템의 구조도이다.
도시된 바와 같이, 호스트 컴퓨터(41, 42)와 래이드 제어기(43, 44) 및 디스크 저장 장치들(45)을 하나의 광 채널 중재 루프(FC_AL)로 구성한다. 광 채널 중재 루프(FC_AL)에 연결된 디스크 저장 장치들은 래이드 제어기(43, 44)에 의해 관리되는 디스크들과 호스트 컴퓨터에 의해 관리되는 독립 디스크들이 공존할 수 있다. 하나의 래이드 시스템은 래이드 제어기(43, 44)와 래이드 제어기(43, 44)에 의해서 관리되는 디스크들(45)로 구성되며, 래이드 제어기(43, 44)와 디스크들은 중재 루프에 삽입되고 제거될 때 중재 루프에 연결된 다른 장치들의 동작에 영향을 미치지 않도록 Port Bypass 회로를 통하여 연결된다.
광 채널 중재 루프(FC_AL)에 연결된 각각의 제어기와 장치들은 독립된 하나의 ID 번호를 가지고 있으며, 광 채널 버스를 통하여 들어오는 데이터 프레임(Data Frame)의 목적 ID가 자신의 ID와 일치하면 그 데이터 프레임을 수신하고, 다르면 중재 루프로 바이패스(Bypass)시킨다. 광 채널 중재 루프에 연결된 제어기나 장치들이 광 채널 버스를 사용하기를 원하면 먼저 광 채널 버스의 사용권을 얻기 위한 중재에 참가한다. 광 채널 중재 루프의 중재는 ARB Primitive 신호를 내보냄으로써시작된다. 버스 중재를 통하여 광 채널 사용권을 얻은 후에는 통신하기를 원하는 상대로 OPN Primitive 신호를 보내어 상대의 광 채널 포트를 OPEN하고 필요한 명령이나 데이터를 주고 받으며, 데이터 전송이 완료되면 CLS Primitive 신호를 보내어 채널 포트를 CLOSE 한다.
도 5(a) 및 5(b)는 본 발명에 따른 광채널 중재루프를 이용한 래이드 시스템에서 호스트 컴퓨터, 래이드 제어기 및 디스크 저장장치 사이의 상호 관계를 설명하기 위한 도면이다.
호스트 컴퓨터는 광 채널을 통하여 래이드 제어기로 읽기, 쓰기와 같은 입출력 명령을 보냄으로써 래이드 시스템을 제어한다. 호스트 컴퓨터로부터 입출력 명령을 받은 래이드 제어기는 명령에 따른 해당 디스크 저장 장치를 구동하여 호스트 컴퓨터가 요구하는 데이터를 주고 받는다. 만약, 호스트 컴퓨터가 래이드 시스템으로부터 데이터 읽기를 원하면 래이드 제어기는 먼저 캐쉬 메모리를 검색하여 해당 데이터가 캐쉬 메모리에 있는지를 확인한 후, 캐쉬 메모리에 존재하면 캐쉬 메모리의 데이터를 호스트 컴퓨터로 전송하고, 그렇지 않으면 광 채널 버스를 통하여 해당 디스크 저장 장치로 데이터 읽기 명령을 내린다.
도 5(a)를 참조하여, 읽기(Read) 명령을 받은 디스크 저장 장치는 해당 섹터들의 데이터를 읽어 내고, 읽은 데이터를 래이드 제어기로 보내기 위해 중재를 통하여 광 채널 버스의 사용권을 얻는다. 그리고 래이드 제어기의 광 채널 포트를 OPEN 하기 위하여 OPNyx Primitive 신호를 래이드 제어기로 보낸다. OPNyxPrimitive 신호의 y는 AL_PD(Arbitration Loop Destination Physical Address)를, x는 AL_PS(Arbitration Loop Source Physical Address)를 나타낸다.
OPNyx Primitive 신호를 받은 래이드 제어기의 광 채널 제어기는 OPNyx Primitive 신호의 y 값을 호스트 컴퓨터의 y 값으로, x 값을 자신의 x 값으로 바꾸어 호스트 컴퓨터로 보낸다. 이것은 래이드 제어기와 호스트 컴퓨터의 광 채널 제어기의 포트를 동시에 OPEN하기 위한 것이다. 호스트 컴퓨터가 데이터를 받을 준비가 되어 있으면 OPN에 대한 응답으로 래이드 제어기로 RDY Primitive 신호를 보내며, R_RDY Primitive 신호를 받은 래이드 제어기는 또한 OPN한 디스크 저장 장치로 RDY Primitive 신호를 보냄으로써 디스크가 데이터 전송을 시작하도록 한다.
RDY 신호를 받은 디스크 저장 장치는 해당 섹터로부터 읽은 데이터를 광 채널 표준에 따른 데이터 프레임을 만들어 광 채널 출력 포트로 전송한다. 데이터 프레임이 래이드 제어기의 광 채널 입력 포트로 들어오면 래이드 제어기는 데이터 프레임의 헤드를 분석하여 Source Address 및 Destination Address를 바꾸어 호스트 컴퓨터로 보내고, 데이터 프레임 Payload 부분의 원 데이터만 추출하여 래이드 제어기내의 버퍼 메모리에 저장하여 관리한다.
도 5(b)를 참조하여, 호스트 컴퓨터가 래이드 시스템으로 데이터 쓰기(Write)를 원하면 래이드 시스템으로 쓰기 명령과 데이터를 보낸다. 쓰기 명령을 받은 래이드 제어기는 버퍼 메모리를 할당하여 호스트 컴퓨터로부터의 데이터를 할당된 버퍼 메모리에 저장하고 난 후 바로 호스트 컴퓨터로 쓰기가 완료되었음을 알린다. 버퍼 메모리에 저장된 데이터는 캐쉬 형태로 관리하며, 버퍼 메모리가 부족하거나 디스크 저장 장치가 아이들(idle) 상태인 경우에는 디스크로 저장한다. 디스크로 데이터를 저장할 때에는 패리티와 같은 래이드 레벨에 따른 보조 데이터(Redundant Data)도 아울러 갱신한다.
이과 같이, 본 발명은 기존의 래이드 시스템에서 발생하는 단일 입출력 명령에 대한 응답 시간을 최대한 줄일 수 있도록 하였다. 특히, 읽기 명령에 대하여 래이드 제어기와 호스트 컴퓨터가 디스크로부터 동시에 데이터를 받을 수 있도록 함으로써 독립 디스크와 같은 응답 시간을 제공하고, 광 채널 중재 루프의 사용 시간을 줄임으로써 성능 향상을 도모할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 호스트 컴퓨터와 래이드 제어기 및 디스크 저장장치들을 하나의 광 채널 중재루프(FC_AL)로 구성하므로써, 래이드 시스템에서 발생하는 단일 입출력 명령을 동시에 수행도록 하여 응답 시간을 향상시킬 수 있고, 광 채널 중재루프(FC_AL)의 사용 시간을 감소시키므로써 시스템의 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

  1. 데이터 저장을 위한 디스크 저장 장치와,
    상기 디스크 저장 장치와 연결되며, 상기 디스크 저장 장치를 관리하기 위한 래이드 제어기로 구성되는 단일 광채널 중재루프를 이용한 래이드 시스템의 구조에 있어서,
    단일 입출력 명령에 대하여 상기 디스크 저장 장치에 기록된 데이터를 상기 래이드 제어기 및 호스트 컴퓨터에서 동시에 접근 가능하도록, 상기 디스크 저장 장치와 상기 래이드 제어기 및 상기 래이드 제어기와 호스트 컴퓨터는 광채널 중재루프에 의해 연결되어 구성된 것을 특징으로 하는 단일 광채널 중재루프를 이용한 래이드 시스템의 구조.
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