KR100364895B1 - 데이터 액세스 제어 방법 및 시스템 - Google Patents

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Abstract

대용량 저장 매체에 데이터를 액세스하는 데이터 액세스 제어 시스템 및 방법이 개시되어 있다. 상기 데이터 액세스를 제어하는 마스터 컨트롤러, 상기 마스터 컨트롤러와 데이터/어드레스 버스로 접속되고, 제1 RAID 동작 모드를 실행하는 상부 컨트롤러, 상기 상부 컨트롤러와 데이터/어드레스 버스로 접속되고, 하부에 접속된 2개 이상의 데이터 저장 매체들을 제어하기 위해 제2 RAID 동작 모드를 실행하는 2개 이상의 하부 컨트롤러들을 포함한다. RAID를 실행하는 컨트롤러를 2단으로 구성함으로써 데이터 처리 속도 및 데이터 안정성을 향상시킬 수 있다.

Description

데이터 액세스 제어 방법 및 시스템{METHOD OF CONTROLLING DATA ACCESS AND SYSTEM THEREOF}
본 발명은 데이터 액세스 제어 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 특히 데이터 처리 속도 및 데이터 보호의 안정성을 향상시킬 수 있는 디스크 처리 시스템 및 방법에 관한 것이다.
도 1은 통상적인 디스크 처리 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
디스크 드라이브(30 : 이하, 디스크라 한다)은 서로 동일하고, 동일한 용량을 갖으며 마이크로 컨트롤러(20)에 접속된다. 마이크로 컨트롤러(20)은 마스터 컨트롤러(10)에 접속되고, 디스크(30)와 마스터 컨트롤러(10) 사이에서 실행되는 데이터 판독 및 기록 동작을 제어한다.
여기서, 다수의 데이터 블록을 판독하거나 기록하는 속도는 디스크 드라이브의 버퍼링 능력과 디스크 드라이브의 회전 속도에 제한을 받게 된다.
이 때, 디스크(30)이 1개 또는 그 이상의 데이터 블록을 처리하고 있을 때, 마스터 컨트롤러(10)은 디스크(30)로부터 데이터를 보내도 된다는 신호 또는 데이터를 받으라는 신호를 받을 때까지 읽기 또는 쓰기 동작을 하지 못하고 기다려야 한다.
이러한 문제점을 해결하는 방법으로서 스트라이핑(striping)을 이용한다. 즉, 스트라이핑은 마스터 컨트롤러(10)이 1개의 디스크를 계속 액세스하는 것이 아니라 다수의 디스크(30)에 데이터 블록을 분산 처리하여 속도를 높이는 방법을 말한다.
스트라이핑을 사용하는 RAID(Redundant Array of Inexpensive Disks) 동작 모드의 하나로서 RAID 0이 알려져 있다.
RAID는 다수의 동작 모드, 즉 RAID 0, RAID 1, RAID 3, RAID 4, RAID 5 등을 갖고 있다.
도 2 내지 도 5는 RAID 동작 모드를 나타내는 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, RAID 0은 패리티 코드 같은 에러 정정 코드를 부가하지 않는다. 예컨대, n개의 디스크(1, 2 … n)를 사용하여 각 디스크마다 m개의 데이터 블록을 쓰는 경우, 마이크로 컨트롤러(30)은 마스터 컨트롤러(10)의 데이터 액세스 신호에 따라 디스크 1, 디스크 2, … , 디스크 n의 순서대로 데이터 블록을 하나씩 액세스한다. 따라서, 총 mn개의 데이터 블록을 쓰게 된다.
RAID 0을 사용하면 데이터 처리 속도는 향상되지만, 1개의 디스크가 고장나면 고장나지 않은 디스크로부터 데이터를 복구하지 못하는 문제점이 있다.
한편, RAID 3과 4는 데이터 보호를 위하여 1개의 지정된 디스크에 패리티(parity)를 쓰는 방식을 사용한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 마이크로 컨트롤러(50)은 마스터 컨트롤러(10)의 데이터 액세스 신호에 따라 동일 용량을 갖는 n개의 디스크 중 1, … , n-1개의 디스크에 데이터를 기록한다. 여기서, RAID 3는 나머지 하나의 디스크(n)에 바이트급 패리티 데이터(byte-level parity)를 기록한다. RAID 4는 나머지 하나의 디스크(n)에 블록급 패리티 데이터(block-level parity)를 기록한다.
그리고, 판독 시에는 패리티 이외의 데이터를 판독한다.
또한, 디스크 고장시에는 패리티 데이터를 포함하여 데이터를 판독하고, 고장난 디스크를 교체한 후 패리티를 이용하여 데이터를 복구할 수 있다. 그러나, 지정된 디스크(n)에 데이터 복구를 위한 패리티가 모두 저장되어 있기 때문에 1개의 데이터 디스크와 패리티 디스크(n)이 동시에 고장나면 데이터를 복구할 수 없다는 문제점이 있다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위해, RAID 5는 다수의 디스크에 패리티 및 데이터를 스트라이핑하여 분산 처리하는 방식을 사용한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 마이크로 컨트롤러(60)은 마스터 컨트롤러(10)의 데이터 액세스 신호에 따라 동일 용량을 갖는 n개의 디스크 각각에 데이터 블록을 스트라이핑하여 분산 기록한다. 이와 동시에, 블록급 패리티 데이터(P)를 디스크 각각에 스트라이핑하여 분산 기록한다.
그리고, 데이터 판독시에는 패리티 이외의 데이터를 판독한다. 또한, 디스크 고장시에는 패리티 데이터도 포함하여 데이터를 판독하며, 고장난 디스크를 교체한 후 패리티를 이용하여 데이터를 복구한다.
한편, RAID 1은 스트라이핑 대신 미러링(mirroring) 방식을 사용한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 마이크로 컨트롤러(40)은 마스터 컨트롤러(10)의 데이터 액세스 신호에 따라 동일 용량의 2개의 디스크 각각에 동일한 데이터를 기록한다. 그리고, 판독시에는 하나의 디스크로부터 판독한다.
이와 같이 하여, 데이터 처리 속도는 스트라이핑에 비해 떨어지지만, 데이터 보호 측면을 강화한다.
RAID 0과 5는 데이터 스트라이핑을 하기 때문에 데이터 처리 속도를 향상시키지만, 기존의 RAID 방식은 소프트웨어적으로만 제어하기 때문에 속도 향상에 한계가 있다. 또한, 대용량의 저장 매체를 구성하기 위해서는 다수의 디스크를 사용해야 하는 데, 이 경우 하나의 마이크로 컨트롤러에서 다수의 디스크를 제어해야 하기 때문에 데이터 처리 속도에 제한이 있다.
또, RAID 3 내지 5는 패리티를 이용하기 때문에 데이터 보호 측면을 향상시키지만, 완벽한 데이터 보호 기능을 제공하지는 못한다. 예컨대, 패리티가 저장되어 있는 디스크와 데이터 디스크가 동시에 고장나면 데이터 복구가 거의 불가능하다. RAID 1의 경우, 데이터 처리 속도가 낮을 뿐 아니라 디스크 2개가 동시에 고장나면 데이터 복구가 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 창안한 것으로서, 본 발명의 목적은 데이터의 처리 속도를 향상시킴과 동시에 저장된 데이터의 안정성을 향상시킬 수 있는 데이터 액세스 제어 시스템를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 데이터 액세스 제어 시스템은,
상기 데이터 액세스를 제어하는 마스터 컨트롤러;
상기 마스터 컨트롤러와 데이터/어드레스 버스로 접속되고, 제1 RAID 동작 모드를 실행하는 상부 컨트롤러; 및
상기 상부 컨트롤러와 데이터/어드레스 버스로 접속되고, 하부에 접속된 2개 이상의 데이터 저장 매체들을 제어하기 위해 제2 RAID 동작 모드를 실행하는 2개 이상의 하부 컨트롤러들을 포함한다.
또한, 본 발명의 제2 관점에 따른 데이터 액세스 제어 방법은,
상기 상부 컨트롤러에서 제1 RAID 동작 모드로 상기 하부 컨트롤러를 제어하는 단계; 및
상기 하부 컨트롤러에서 제2 RAID 동작 모드로 상기 2개 이상의 데이터 저장 매체들을 제어하는 단계를 포함한다.
도 1은 통상적인 디스크 처리 장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 RAID 0 모드를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 RAID 1 모드를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 RAID 3,4 모드를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 RAID 5 모드를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 데이터 액세스 제어 시스템를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예를 나타낸 도면이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
100 : 마스터 컨트롤러 200 : 마이크로 컨트롤러
300 : 디스크 드라이브 컨트롤러 400 : 하드 디스크 드라이브
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명한다.
도 6은 본 발명의 데이터 액세스 제어 시스템를 나타낸 도면이다.
본 발명에 따른 데이터 액세스 제어 시스템은, 도 6에 도시된 바와 같이 데이터의 액세스를 제어하는 마스터 컨트롤러(100)과, 상기 마스터 컨트롤러(100)과 데이터/어드레스 버스로 접속되고, RAID 0 내지 5 중 하나를 소프트웨어적으로 실행하는 마이크로 컨트롤러(200)과, RAID 0 또는 RAID 1을 이용하여 2개 이상의 하드 디스크 드라이브(400 : 이하, 디스크라 한다)를 하드웨어적으로 제어하는 2개 이상의 디스크 드라이브 컨트롤러(300)을 포함하는 RAID 2단 아키텍처를 갖는다.
즉, 본 발명의 특징은 RAID를 다단으로 구성하는 데 있으며, 특히 RAID 0 내지 5를 소프트웨어적으로 실행하는 마이크로 컨트롤러(200)과 디스크(400)과의 사이에 2개 이상의 디스크(400)을 RAID 0 또는 RAID 1을 이용하여 하드웨어적으로 제어하는 2개 이상의 디스크 드라이브 컨트롤러(300)을 구성하는 데 있다.
설명의 편의상, 상기 디스크 드라이브 컨트롤러(300)을 중심으로 위쪽을 시스템 상단이라 하고, 아래쪽을 시스템 하단이라 한다.
바람직한 실시예로서, 전체 시스템을 RAID 0 내지 5 하나를 소프트 웨어로 제어하면서 시스템 하단을 RAID 0 및 RAID 1을 이용하여 하드웨어적으로 제어하는 경우에 대해 설명한다.
우선, 시스템 하단을 RAID 0으로 제어하는 경우에 대해 설명한다.
RAID 0은 상기한 바와 같이, 스트라이핑 방식을 사용하기 때문에 데이터 처리 속도를 극대화시킬 수 있다. 이 때, 2개 이상의 디스크(400)을 RAID 0으로 제어하는 2개 이상의 디스크 드라이브 컨트롤러(300)을 RAID 전용 칩과 같은 하드웨어로 구성하면 소프트웨어적으로 디스크(400)를 제어하는 기존의 한계점, 즉 속도 및 데이터 보호상의 한계를 극복할 수 있게 된다.
이와 같이, 전체 시스템을 시스템 상단에서 RAID 0 내지 5 중 하나를 소프트 웨어로 제어하면서 시스템 하단의 2개 이상의 디스크(400)을 RAID 0을 이용하여 하드웨어로 제어함으로써, 기존의 RAID 0 내지 5의 하나를 이용하여 소프트웨어적으로 제어한 RAID 시스템보다 데이터 처리 속도를 향상시킬 수 있다.
둘째, 시스템 하단을 RAID 1로 제어하는 경우에 대해 설명한다.
RAID 1은 상기한 바와 같이, 미러링 방식을 사용하기 때문에 데이터 안정성을 극대화시킬 수 있다. 이 때, 2개 이상의 디스크(400)을 RAID 1로 제어하는 2개 이상의 디스크 드라이브 컨트롤러(300)을 하드웨어로 구성하면 소프트웨어적으로 디스크(400)를 제어하는 기존의 한계점, 즉 속도 및 데이터 보호상의 한계를 극복할 수 있게 된다.
이와 같이, 전체 시스템을 시스템 상단에서 RAID 0 내지 5 중 하나로 제어하면서 시스템 하단의 2개 이상의 디스크(400)을 RAID 1을 이용하여 하드웨어로 제어함으로써, 기존의 RAID 0 내지 5로만 제어한 RAID 시스템보다 데이터 안정성을 향상시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 여러 실시예 중 전체 시스템을 RAID 0으로 제어하면서 시스템 하단을 RAID 0으로 제어하는 경우(실시예 1) 및 전체 시스템을 RAID 5로 제어하면서 시스템 하단을 RAID 0으로 제어하는 경우(실시예 2)의 실시예에 대해 설명한다.
실시예 1)
도 7에 도시된 바와 같이, 마이크로 컨트롤러(200)은 하드웨어로 동작하는 2개의 디스크 드라이브 컨트롤러(300)을 RAID 0으로 제어한다. 상기 각 디스크 드라이브 컨트롤러(300)은 예컨대, 50GB 용량을 갖는 2개의 디스크 - 총 4개의 디스크(400) -을 RAID 0으로 제어한다.
여기서, 상기 디스크 드라이브 컨트롤러(300)의 최대 속도는 50Mbyte/sec이고, 상기 디스크(400)의 속도는 25Mbyte/sec이다. 상기 마이크로 컨트롤러(200)와 디스크 드라이브 컨트롤러(300) 간 데이터 버스의 최대 속도는 132Mbyte/sec이다.
이와 같이 시스템을 구성하는 경우, 상기 마이크로 컨트롤러(200)은 데이터를 2개의 디스크 드라이브 컨트롤러(300)에 스트라이핑하면서 액세스하기 때문에, 상기 마이크로 컨트롤러(200)와 디스크 드라이브 컨트롤러(300) 간의 최대 데이터 처리 속도는 50Mbyte/sec×2 = 100Mbyte/sec가 된다.
그리고, 상기 각 디스크 드라이브 컨트롤러(300)이 2개의 디스크를 스트라이핑하기 때문에, 상기 각 디스크 드라이브 컨트롤러(300)와 2개의 디스크 간의 최대데이터 처리 속도는 25Mbyte/sec×2 = 50Mbyte/sec가 된다.
따라서, 상기 2개의 디스크 드라이브 컨트롤러(300)와 4개의 디스크(400) 간의 최대 데이터 처리 속도는 50Mbyte/sec×2 = 100Mbyte/sec가 된다.
이와 같이, 상기 2개의 디스크 드라이브 컨트롤러(300)와 4개의 디스크(400) 간의 최대 데이터 처리 속도는 상기 마이크로 컨트롤러(200)와 2개의 디스크 드라이브 컨트롤러(300) 간의 최대 데이터 처리 속도와 동일하게 되는 한편, 상기 마이크로 컨트롤러(200)과 디스크 드라이브 컨트롤러(300) 간 데이터 버스의 최대 속도보다는 작기 때문에, 전체 시스템의 최대 데이터 처리 속도는 100Mbyte/sec가 된다.
따라서, 2단 구성을 취하지 않은 기존의 RAID 0 시스템에 비해 데이터 처리가 약 2배 정도 향상된다.
실시예 2)
도 8에 도시된 바와 같이, 마이크로 컨트롤러(200)은 하드웨어로 동작하는 5개의 디스크 드라이브 컨트롤러(300)을 RAID 5로 제어한다. 상기 각 디스크 드라이브 컨트롤러(300)은 2개씩의 디스크- 총 10개의 디스크(400) -를 RAID 0으로 제어한다.
상기한 바와 같이, RAID 5는 데이터 보호 측면을 향상시키는 장점이 있고, RAID 0은 데이터 처리 속도를 향상시키는 장점이 있다.
따라서, 도시된 바와 같이 상기 각 디스크 드라이브 컨트롤러(300)이 2개의 디스크를 RAID 0으로 제어하면서, 상기 마이크로 컨트롤러(200)이 상기 각 디스크드라이브 컨트롤러(300)을 RAID 5로 제어하면 디스크 5개를 RAID 5로 제어하도록 시스템을 구성하는 것보다 데이터 처리 속도면에서 약 2배 정도 빠르게 된다.
또한, 전체적인 시스템을 RAID 5로 제어하기 때문에 데이터의 안정성이 보장되는 것은 당업자라면 충분히 이해할 것이다.
상기의 실시예들에서는 데이터 저장 매체로서 디스크 드라이브를 사용한 경우에 대해 설명하였지만, 이에 한정되지 않음은 물론이다.
또한, RAID 시스템을 2단 아키텍쳐로 구성한 경우에 대해 설명하였지만, 이에 한정되지 않고, 2개 이상의 디스크를 제어하는 RAID 컨트롤러를 2단 이상으로 구성할 수 있음은 물론이다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, RAID 시스템을 다단으로 구성함으로써 데이터 처리 속도 및 데이터의 안정성을 향상시킬 수 있다.
본 발명을 상기 실시 예에 의해 구체적으로 설명하였지만, 이에 한정되지 않고, 특허청구범위에 의해 특정지어지는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형이 가능하다.

Claims (11)

  1. 데이터 저장 매체로의 데이터 액세스를 제어하는 시스템에 있어서,
    상기 데이터 액세스를 제어하는 마스터 컨트롤러와;
    상기 마스터 컨트롤러와 데이터/어드레스 버스로 접속되고, 제1 RAID 동작 모드를 실행하는 상부 컨트롤러와; 및
    상기 상부 컨트롤러와 데이터/어드레스 버스로 접속되고, 하부에 접속된 2개 이상의 데이터 저장 매체들을 제어하기 위해 제2 RAID 동작 모드를 실행하는 2개 이상의 하부 컨트롤러들을 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 액세스 제어 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 RAID 동작 모드는 소프트웨어적으로 수행되고, 상기 제2 RAID 0 동작 모드는 하드웨어적으로 수행하는 것을 특징으로 하는 데이터 액세스 제어 시스템.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 제1 RAID 동작 모드는 RAID 0 내지 5 중의 하나인 것을 특징으로 하는 데이터 액세스 제어 시스템.
  4. 제2 항에 있어서, 상기 제2 RAID 동작 모드는 RAID 0 또는 RAID 1인 것을 특징으로 하는 데이터 액세스 제어 시스템.
  5. 제1 항에 있어서, 상기 2개 이상의 데이터 저장 매체들은 디스크 드라이브인 것을 특징으로 하는 데이터 액세스 제어 시스템.
  6. 제2 항에 있어서, 상기 상부 컨트롤러는 범용 마이크로 컨트롤러로 구성되며, 상기 2개 이상의 하부 컨트롤러들은 RAID 전용 칩과 같은 전용 RAID 컨트롤러로 구성되는 것을 특징으로 하는 데이터 액세스 제어 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 2개 이상의 하부 컨트롤러는 2단 이상으로 구성되는 것을 특징으로 하는 데이터 액세스 제어 시스템.
  8. 상부 컨트롤러와 접속된 2개 이상의 하부 컨트롤러, 상기 하부 컨트롤러와 접속된 2개 이상의 데이터 저장 매체들을 포함하는 데이터 액세스 제어 시스템에서 데이터 저장 매체로의 데이터 액세스를 제어하는 방법에 있어서,
    상기 상부 컨트롤러에서 제1 RAID 동작 모드로 상기 하부 컨트롤러를 제어하는 단계; 및
    상기 하부 컨트롤러에서 제2 RAID 동작 모드로 상기 2개 이상의 데이터 저장 매체들을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 액세스 제어 방법.
  9. 제8 항에 있어서, 상기 제 1 RAID 동작 모드에 의한 제어 단계는 RAID 0 내지 5 중의 하나를 소프트웨어적으로 수행하는 것을 특징으로 하는 데이터 액세스 제어 방법.
  10. 제8 항에 있어서, 상기 제2 RAID 동작 모드에 의한 제어 단계는 RAID 0 또는 RAID 1을 하드웨어적으로 수행하는 것을 특징으로 하는 데이터 액세스 제어 방법.
  11. 제8 항에 있어서, 상기 2개 이상의 데이터 저장 매체들은 디스크 드라이브인 것을 특징으로 하는 데이터 액세스 제어 방법.
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