KR100690429B1 - 디스크 어레이 내에 다중 종속 디스크 장해 또는 임의의이중 디스크 장해를 허용하는 방법 및 수단 - Google Patents

디스크 어레이 내에 다중 종속 디스크 장해 또는 임의의이중 디스크 장해를 허용하는 방법 및 수단 Download PDF

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Abstract

저장된 데이터는 어느 2개의 디스크에 장해가 발생하거나 또는 2개 이상의 종속적인 디스크 장해 발생 시에, n개의 물리적 디스크의 데이터 값을 저장할 수 있는 적어도 2n+1개의 물리적 디스크를 갖는 디스크 어레이로부터 복구될 수 있다. 데이터는 n개의 실질적으로 동일한 사이즈의 스트립으로 분할되고, n개의 디스크에 걸쳐서 분산되는 데이터 스트라이프에 저장된다. 각각의 데이터 스트라이프는 대응하는 패리티 스트립을 갖는데, 이 패리티 스트립은 생성 시에 데이터 스트라이프의 데이터 스트립을 한번만 포함한다. 각 데이터 스트라이프마다의 데이터 스트립, 그 각 데이터 스트립의 카피 및 대응하는 패리티 스트립은 디스크에 걸쳐서, 상기 각 데이터 스트라이프의 데이터 스트립, 그 각 데이터 스트립의 카피 및 대응하는 패리티 스트립이 각각 디스크 어레이의 각기 다른 디스크 상에 있도록 분산된다.

Description

디스크 어레이 내에 다중 종속 디스크 장해 또는 임의의 이중 디스크 장해를 허용하는 방법 및 수단{METHOD AND MEANS FOR TOLERATING MULTIPLE DEPENDENT OR ARBITRARY DOUBLE DISK FAILURES IN A DISK ARRAY}
본 발명은 대용량 기억 장치 분야에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 어떤 저장된 데이터의 손실없이 다중 종속 디스크 장해 또는 임의의 이중 디스크 장해를 허용할 수 있는 디스크 어레이에 관한 것이다.
디스크는 종종 성능 및 관리 용이성을 위해 어레이로 편성된다. 어레이 내의 어떤 디스크의 장해로 인해 데이터가 손실되는 것을 방지하기 위해서, 디스크의 서브세트가 어레이에 저장된 데이터 모두를 얻기에 충분하도록 데이터를 어레이의 디스크들을 통해 중복 저장한다. 최근에, 대부분의 시스템들은 단일 디스크 장해를 허용하도록 설계되고 있다. 단일 디스크 장해를 대비하여 설계하기 위한 이론적 근거로는 디스크 장해 시에, 또다른 장해가 발생하기 전에 그 장해를 복구할 수 있는 시간이 충분하도록 디스크 장해가 비교적 드물게 발생해야 한다는 것이다.
그러나, 필드 데이터는 디스크 장해가 종속적일 수 있음을 시사한다. 즉, 기억 시스템 또는 데이터 어레이 내에서 제2 디스크 장해는 제1 장해 발생 후 곧이어 발생하기 쉽다. 이러한 종속성은, 한 어레이 내에 있는 디스크들이 동일한 디스크 배치(batch)로부터의 것인 경향이 있으므로, 동일한 물리적 및 전기적 상태의 영향을 받으며, 동일한 컨트롤로부터의 동일한 작업부하 및 커맨드를 취급한다는 등의 사실에 단순히 기인한다. 또한, 한 어레이 내에서 발생하는 디스크 장해는 시스템에 변화를 야기하여 나머지 디스크에 악영향을 끼친다. 장해 디스크를 교체한다고 해도 그 어레이에서 그 밖의 결함이 발생할 가능성이 커질 수 있다. 예를 들어, 교체된 디스크에 결함이 있을 수 있다.
관련 산업은 단일 장해 결함 허용(single-failure fault-tolerance)을 점점 약화시키는 방향으로 가고 있다. 첫째, 더 많은 디스크가 하나의 어레이로 그룹화되고 있다. 그에 따라, 한 어레이 내에서 복수의 장해가 있을 가능성이 커진다. 둘째, 디스크 용량이 데이터 레이트의 증가보다 더 빠르게 증가한다. 그 결과, 디스크를 재구축할 시간이 대개 늘어나서, 그 어레이가 후속 디스크 장해에 취약하게 되는 윈도우 기간이 늘어난다. 셋째, 디스크 공급자들이 영역 밀도를 공격적으로 증가시키려고 하고 있다. 역사상, 이것은 디스크 신뢰도의 저감을 야기하며 이는 추후에도 계속될 것으로 예상할 수 있다. 넷째, 다중 디스크 장해와 관련된 비용이 증가하게 된다. 호스트 논리 유닛 번호(LUN; Logical Unit Number)를 다수의 디스크 어레이에 걸쳐 확산시킬 수 있는 가상화와 같은 기술은 다수의 더 많은 호스트 LUN에 영향을 미칠 수 있기 때문에 다중 디스크 장해의 악영향을 증가시킬 수 있다.
디스크 어레이의 다중 디스크 장해를 복구하기 위한 종래의 기술은 넓게 더블 패리티(double-parity), 더블 미러링(double mirroring), RAID 51 타입 스킴으로 분류될 수 있다. 더블 패리티 타입 스킴은 더블 패리티를 사용하기 위해, (단일 패리티를 사용하는) RAID 5 타입 스킴을 확장시킨다. 더블 패리티 타입 스킴의 단점 중 하나는 소수(素數)개의 디스크와 같이, 지원되는 디스크의 수에 유연성이 없다는 것이다. 이와 관련해서, L. Xu 등의 "X-Code: MDS array codes with optimal encoding,"[IEEE Transcations on Information Theory, 45, 1, PP. 272-276, 1999]를 참조할 수 있다. 더블 패리티 타입 스킴의 또다른 단점은 블록의 매 업데이트 시에 몇몇의 다른 블록의 업데이트가 필요할 수 있는 매우 복잡한 업데이트 절차가 요구될 수 있다는 점이다. 이에 대해서는, M. Blaum 등의 "The EVENODD code and its generalization: An efficient scheme for tolerating multiple disk failures in RAID architectures", High Performance Mass Storage and Parallel I/O: Technologies and Applications(H. Jin et al. eds.)[Ch. 14, pp. 187-208, New York, NY: IEEE Computer Society Press and Wiley, 2001]"를 참조할 수 있다. 더블 패리티 타입 스킴의 또 다른 단점은 패리티 인코딩 및 디코딩의 복잡도가 높을 수 있다는 점이다. 이에 대해서는, 예컨대 P.M. Chen 등의 "RAID: High-performance, reliable secondary storage,"[ACM Computing Surveys, 26, 2, pp. 145-185, June 1994]를 참조할 수 있다. 매 기록 요구 시에 적어도 3회의 디스크 판독 동작 및 3회의 디스크 기록 동작이 필요하다. 더블 패리티형 스킴은 기껏해야 2개의 디스크 장해만 허용할 수 있다.
더블 미러링 타입 스킴에 있어서, 데이터는 3개의 데이터 카피가 존재하도록 2회 미러링된다. 매 기록 요구 시에 각 카피를 업데이트하기 위해 3회의 디스크 기록 동작이 필요하다. 더블 미러형 스킴은 미보호 어레이의 기억 용량의 3배를 사용한다.
RAID 51 타입 스킴은 단일 디스크 장해에 대비하여 데이터를 보호하고, 최고 3개의 임의의 디스크 장해까지 보호하기 위하여 RAID 5 어레이를 미러링한다. 기록 요구 시에, 2회의 디스크 판독 동작 및 4회의 디스크 기록 동작이 수반된다.
발명이 명칭이 "Method and means for distributed sparing in DASD Arrays"인, Menon 등에게 허여된 미국 특허 제5,258,984호는 성능 향상을 위해 디스크 어레이 내의 모든 디스크 간에 예비 공간을 균등하게 분산하는 방법을 개시하고 있다.
따라서, 어레이 내의 임의의 2개의 디스크가 장해를 일으키거나, 2개 이상의 종속적인 디스크 장해 발생 시에도 데이터를 여전히 이용할 수 있도록, 디스크의 어레이 상에 데이터를 저장하기 위한 효율적인 기술이 필요하다.
본 발명은 어레이 내의 임의의 2개의 디스크에 결함이 발생하거나, 2개 이상의 종속적인 디스크 장해 발생 시에도 여전히 데이터를 이용할 수 있도록 디스크 어레이 상에 데이터를 저장하기 위한 효율적인 기술을 제공한다.
본 발명의 장점은 n개의 물리적 디스크의 데이터 값(worth)을 저장할 수 있는 적어도 2n+1개의 물리적 디스크를 포함하는 디스크 어레이에 의해 제공된다. 데이터는 물리적 디스크 상에서 적어도 하나의 데이터 스트라이프에 저장된다. 각 데이터 스트라이프는 스트립이라고 불리는 n개의 실질적으로 동일한 사이즈의 그룹으로 분할된다. 각 데이터 스트라이프는 대응하는 패리티 스트립을 가지며, 이 패리티 스트립은 생성 시에 한번만 각 데이터 스트립을 포함한다. 각 데이터 스트라이프에 있는 데이터 스트립, 그 각 데이터 스트립의 카피 및 각 데이터 스트라이프마다 대응하는 패리티 스트립은 디스크 어레이의 2n+1개의 물리적 디스크에 걸쳐서 분산된다. 이 분산은 데이터 스트라이프의 각 데이터 스트립, 그 각 데이터 스트립의 카피, 각 데이터 스트라이프마다 대응하는 패리티 스트립이 각각 디스크 어레이의 각기 상이한 디스크 상에 있도록 이루어진다. 디스크 어레이가 적어도 하나의 예비적 물리 디스크를 포함하는 경우에, 각 데이터 스트라이프마다의 데이터 스트립, 그 각 데이터 스트립의 카피, 각 데이터 스트라이프마다 대응하는 패리티 스트립은 디스크 어레이의 2n+1개의 물리적 디스크 및 각 예비 디스크에 걸쳐서 분산된다. 이러한 분산은 각 데이터 스트라이프마다의 데이터 스트립과, 그 각 데이터 스트립의 카피와, 각 데이터 스트라이프마다 대응하는 패리티 스트립이 각각 디스크 어레이의 각기 상이한 디스크 상에 있도록 이루어진다.
본 발명의 다른 실시예는 호스트 데이터 처리 시스템에게 적어도 하나의 디스크가 보이는 복수의 디스크를 갖는 디스크 어레이 시스템을 제공하다. 이 디스크 어레이 시스템은 복수의 디스크에 대해 2회의 판독 동작만 그리고 복수의 디스크에 대해 3회의 기록 동작만 수행함으로써, 호스트 데이터 처리 시스템으로부터의 호스트 데이터 기록 요구에 응답한다. 본 발명에 따르면, 디스크 어레이 시스템은 복수의 디스크 중 임의의 2개의 디스크에 장해가 발생하는 경우에, 저장된 데이터 모두를 복구할 수 있다. 본 발명의 제1 다른 실시예가 제공하는 복수의 디스크는 데이터, 그 데이터의 전체 카피, 및 그 데이터의 적어도 하나의 서브세트를 통해 연산된 패리티 데이터를 저장한다. 제2 다른 실시예가 제공하는 패리터 데이터는 RAID 5 시스템 구성으로서 어레이에 있는 복수의 디스크 사이에 실질적으로 균등하게 분산된다. 제3 다른 실시예가 제공하는 복수의 디스크 중 적어도 하나의 디스크는 예비 디스크이고, 각 예비 디스크에 의해 제공되는 예비 공간은 복수의 디스크 사이에서 실질적으로 균등하게 분산된다.
제4 다른 실시예에 있어서, 복수의 디스크는 컨트롤러에 의해 각각 제어되는 2개의 서브어레이로 구획화된다. 그에 따라, 2개의 서브어레이는 같은 장소에 배치되거나 서로 원격으로 떨어져 있을 수 있다. 한쪽 서브어레이는 RAID 5 시스템 구성으로서 배열되는 것이 좋으며, 다른쪽 서브어레이는 RAID 0 구성으로 배열되는 것이 좋다. RAID 0 시스템 구성으로서 배열된 서브어레이는 RAID 5 시스템 구성으로서 배열된 서브어레이 상에 저장된 데이터의 미러 데이터를 저장하지만, RAID 5 시스템 구성으로서 배열된 서브어레이 상에 저장된 데이터의 패리티 데이터는 저장하지 않는다. 호스트 데이터 처리 시스템으로부터 수신한 요구는 2개의 서브어레이의 각 디스크의 작업부하가 실질적으로 평형하도록 2개의 서브어레이 중 하나로 선택적으로 향하게 된다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 복수의 디스크는 2개의 서브어레이로 구획화되고, 그 복수의 디스크 중 적어도 하나의 디스크는 예비 디스크이다. 각 예비 디스크에 의해 제공되는 예비 공간은 서브어레이들 사이에 그리고 복수의 디스크 사이에 실질적으로 균등하게 분산된다. 디스크 어레이 시스템이 기억하는 RAID 5 시스템 패리티는 서브어레이들 사이에 그리고 복수의 디스크 사이에 실질적으로 균등하게 분산된다. 한쪽 서브어레이는 다른쪽 서브어레이 상에 저장된 데이터의 미러 데이터를 저장한다.
다른 특징에서 볼 때, 본 발명은 적어도 하나의 디스크가 호스트 데이터 처리 시스템에게 보이는 복수의 디스크를 포함하는 디스크 어레이 시스템을 제공하며, 이 디스크 어레이 시스템은 복수의 디스크에 대해 2회의 판독 동작만, 복수의 디스크에 대해 3회의 기록 동작만 수행함으로써, 호스트 데이터 처리 시스템으로부터의 호스트 데이터 기록 요구에 응답하고, 디스크 어레이 시스템은 복수의 디스크 중 어느 2개의 디스크에서 장해가 발생하는 경우, 저장된 모든 데이터를 복구할 수 있다.
양호하게는 본 발명이 제공하는 디스크 어레이 시스템에 있어서, 복수의 디스크는 데이터, 그 데이터의 전체 카피, 및 그 데이터의 적어도 하나의 서브세트를 통해 연산된 패리티 데이터를 저장하는 수단을 제공한다.
양호하게는 본 발명이 제공하는 디스크 어레이 시스템에 있어서, 패리티 데이터는 RAID 5 시스템 구성으로서 어레이에 있는 복수의 디스크 사이에서 그 패리티 데이터를 실질적으로 균등하게 분산시키는 수단을 제공한다.
양호하게는 본 발명이 제공하는 디스크 어레이 시스템에 있어서, 복수의 디스크 중 적어도 하나의 디스크 수단은 예비 디스크이며, 각 예비 디스크가 제공하는 예비 공간 수단은 복수의 디스크 사이에 실질적으로 균등하게 분산된다.
양호하게는 본 발명이 제공하는 디스크 어레이 시스템에 있어서, 각 예비 디스크가 제공하는 예비 공간 수단은 RAID 5 시스템 구성에서의 패리터와 동일한 방식으로 복수의 디스크 사이에 분산된다.
양호하게는 본 발명이 제공하는 디스크 어레이 시스템에 있어서, 복수의 디스크는 2개의 서브어레이로 구획화되고, 디스크 어레이 시스템 수단은 각기 서브어레이를 각각 제어하는 컨트롤러 수단을 더 포함한다.
양호하게는 본 발명이 제공하는 디스크 어레이 시스템에 있어서, 이 디스크 어레이 시스템은 2개의 서브어레이를 서로 원격으로 배치시키는 수단을 제공한다.
양호하게는 본 발명이 제공하는 디스크 어레이 시스템에 있어서, 한쪽 서브어레이 수단은 RAID 5 시스템 구성으로서 배열되고, 다른쪽 서브어레이 수단은 RAID 0 시스템 구성으로서 배열되며, RAID 5 시스템 구성으로서 배열된 서브어레이 수단 상에 저장된 데이터의 미러 데이터는 저장되고, RAID 5 시스템 구성으로서 배열된 서브어레이 수단 상에 저장된 데이터의 패리티 데이터를 저장되지 않는다.
양호하게는 본 발명이 제공하는 디스크 어레이 시스템에 있어서, 호스트 데이터 처리 시스템으로부터 수신한 요구 수단은 2개의 서브어레이의 각 디스크의 작업부하가 실질적으로 평형하도록 2개의 서브어레이 중 어느 하나로 선택적으로 향하게 된다.
양호하게는 본 발명이 제공하는 디스크 어레이 시스템에 있어서, RAID 0 시스템으로서 배열된 서브어레이는 RAID 5 시스템 구성으로서 배열된 서브어레이에 포함된 디스크 타입과 상이한 타입의 디스크를 포함한다.
양호하게는 본 발명이 제공하는 디스크 어레이 시스템에 있어서, RAID 0 시스템으로서 배열된 서브어레이 수단은 RAID 5 시스템 구성으로서 배열된 서브어레이에 포함된 디스크의 용량과 상이한 용량 수단을 갖는 디스크 수단을 포함한다.
양호하게는 본 발명이 제공하는 디스크 어레이 시스템에 있어서, RAID 0 시스템 구성으로서 배열된 서브어레이 수단은 RAID 5 시스템 구성으로서 배열된 서브어레이에 포함된 디스크의 총수와 상이한 총수의 디스크 수단을 포함한다.
양호하게는 본 발명이 제공하는 디스크 어레이 시스템에 있어서, 복수의 디스크 중 적어도 하나의 디스크 수단은 각각 예비 공간을 제공하는 예비 디스크이고, 한쪽 서브어레이 수단은 RAID 5 시스템 구성으로서 배열되며 디스크 어레이 시스템 상에 저장된 데이터에 대한 모든 패리티 정보를 포함하고, 다른쪽 서브어레이 수단은 RAID 0 시스템으로서 배열하는 수단을 제공하고, 각 예비 디스크에 의해 제공되는 모든 예비 공간을 포함하며, RAID 5 시스템으로서 배열된 서브어레이 상에 저장된 데이터의 미러 데이터를 저장하는 수단은 RAID 5 시스템으로서 배열된 서브어레이 상에 기억된 데이터의 패리티 데이터를 기억하지 않는다.
양호하게는, 본 발명은, 예컨대 2개의 서브어레이가 서로로부터 원격으로부 배치되어 있는 디스크 어레이 시스템을 제공한다.
양호하게는, 본 발명이 제공하는 디스크 어레이 시스템에 있어서, 복수의 디스크 중 적어도 하나의 디스크 수단은 각각 예비 공간을 제공하는 예비 디스크이고, 상기 예비 공간 수단은 서브어레이 사이에서 그리고 복수의 디스크 사이에서 실질적으로 균등하게 분산하는 수단을 제공하며, 디스크 어레이 시스템에 의해 저장된 RAID 5 시스템 패리티는 서브어레이 사이에서 그리고 복수의 디스크 사이에서 실질적으로 공평하게 분산되며, 한쪽 서브어레이는 다른쪽 서브어레이 상에 저장된 데이터의 미러 데이터를 저장한다.
양호하게는, 본 발명이 제공하는 디스크 어레이 시스템에 있어서, 2개의 서브어레이는 서로 원격으로 배치되어 있다.
본 발명의 다른 실시예는 n개의 물리적 디스크의 데이터 값을 저장할 수 있는 적어도 2n+1개의 물리적 디스크를 갖는 디스크 어레이에 데이터를 저장하는 방법을 제공한다. 데이터는 물리적 디스크 상에서 적어도 하나의 데이터 스트라이프에 저장되고, 그 각각의 데이터 스트라이프는 스트립이라고 불리는 n개의 실질적으로 동일한 사이즈의 그룹으로 분할된다. 패리티 스트립이 각 데이터 스트라이프마다 생성됨으로써, 데이터 스트라이프의 각 데이터 스트립은 대응하는 생성된 패리티 스트립에 한번만 포함된다. 각 데이터 스트라이프에 있는 데이터 스트립, 그 각 데이터 스트립의 카피, 각 데이터 스트라이프마다 대응하는 패리티 스트립은 디스크 어레이의 2n+1개의 물리적 디스크에 걸쳐서 분산된다. 이 분산은 각 데이터 스트라이프에 있는 데이터 스트립, 그 각 데이터 스트립의 카피 및 데이터 스트라이프마다 대응하는 패리티 스트립이 디스크 어레이의 각기 다른 디스크 상에 각각 있도록 이루어진다.
이제, 첨부하는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 예시적으로 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른, 패리티 보호형 미러 어레이 기술을 이용하는 예시적인 시스템을 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른, 패리티 보호형 미러 어레이 기술을 이용하고 예비 공간이 분산되는 예시적인 시스템을 도시하는 도면이다.
도 3은 도 2에 도시한 예시적인 시스템의 서브어레이 내의 디스크(1)에 장해가 있을 경우의 예시적인 복구를 도시하는 도면이다.
도 4는 패리티가 시스템의 모든 디스크에 걸쳐서 분산되는 본 발명에 따른 패리티 보호형 미러 어레이 기술을 이용하는 예시적인 시스템을 도시하는 도면이다.
도 5는 패리티 및 예비 공간이 시스템의 모든 디스크에 걸쳐서 분산되는 본 발명에 따른 패리티 보호형 미러 어레이 기술을 이용하는 예시적인 시스템을 도시하는 도면이다.
도 6은 패리티 및 예비 공간이 시스템의 모든 디스크에 걸쳐서 분산되며, 대칭적인 본 발명의 패리티 보호형 미러 어레이 기술을 이용하는 또 다른 예시적인 시스템을 도시하는 도면이다.
본 발명은 디스크 어레이의 어느 2개의 디스크의 장해시에, 또는 2개 이상의 종속 디스크 장해 시에도 데이터를 여전히 이용할 수 있도록 디스크 어레이 상에 데이터를 저장하는 기술을 제공한다. 따라서, 본 발명은 임의개의 디스크에 상당하는 기억 용량을 갖는 디스크 어레이를 제공하고, 오직 XOR 연산만 이용하므로, 어느 2개의 디스크의 장해를 허용하는 데 필요한 디스크 기록 수에 적합하다.
어느 2개의 디스크의 장해를 허용할 수 있는 디스크 어레이는 데이터의 적어도 3개의 독립적 카피를 저장해야만 한다. 이와 관련하여, 본 발명은 데이터의 오리지널 카피, 추가적인 전체 카피, 데이터의 서브세트에 걸쳐 연산된 패리티 데이터로 이루어진 파생 카피를 보유한다. 본 발명에 필요한 기억 용량은 비보호형 디스크 어레이의 기억 용량의 고작 2배이다.
도 1은 본 발명에 따른 패리티 보호형 미러 어레이 기술을 이용하는 예시적인 시스템(100)을 도시하고 있다. 시스템(100)은 3개의 디스크에 상당하는 총 용량을 갖는 총 7개의 디스크(0-6)를 포함한다. 디스크(0-6)는 제1 서브어레이(101)와 제2 서브어레이(102)로 편성된다. 서브어레이(101)는 4개의 디스크, 즉 디스크(0-3)로 된 그룹을 포함한다. 서브어레이(102)는 3개의 디스크, 즉 디스크(4-6)로 된 그룹을 포함한다. 도 1 내지 도 6에 있어서, Di는 데이터 유닛(또는 스트립) i를 나타내고, Pj는 열 또는 스트라이프 j의 패리티를 나타낸다. 서브어레이(102)의 3개의 디스크 상에 데이터를 미러링하고, 서브어레이(101)의 패리티에 공간을 제공하도록 하나의 디스크를 추가함으로써 데이터를 보호한다. 서브어레이(101)는 RAID 5 어레이 시스템으로서 편성되지만, 서브어레이(102)는 RAID 0 어레이 시스템으로서 편성된다.
호스트 판독 동작 시에, 데이터는 서브어레이(101)와 서브어레이(102) 중 하나로부터 판독될 수 있다. 호스트 기록 동작 시에, 제1 어레이에 있는 데이터 및 대응하는 패리티 모두의 카피가 업데이트되어야 한다. 서브어레이(101)에서의 기록 동작은 소규모 기록을 의미하는 RAID 5 시스템 업데이트로서 진행되어, 데이터의 오래된 값 및 대응하는 오래된 패리티가 판독되어야 하며, 새로운 패리티가 계산되고 새로운 데이터 및 새로운 패리티가 기록되므로, 2회의 디스크 판독 동작 및 2회의 디스크 기록 동작이 필요하다. 제2 어레이에서의 기록은 데이터가 단순히 기록되었음을 의미하는 RAID 0 시스템 업데이트로서 진행된다. 이에, 호스트 기록 동작에 있어서, 총 2회의 디스크 판독 동작 및 3회의 디스크 기록 동작이 필요하다. 임의의 2개의 디스크 장해를 허용하려면 데이터의 적어도 3개의 카피가 필요하기 때문에 3회의 디스크 기록 동작의 발생이 적합하다. 호스트 기록 동작은 서브어레이의 한쪽 또는 양쪽 모두가 업데이트되는 때에 완료로서 플래깅될 수 있다. RAID 51 스킴과 대조적으로, 본 발명은 하나 이하의 디스크를 필요로 하는 것외에, 매 호스트 기록 요구 시에 하나 이하의 기록 동작이 필요하다.
호스트 기록 동작 시에, 서브어레이(101)는 오래된 패리티의 판독 동작, 및 새로운 패리티와 새로운 데이터의 기록 동작을 서비스해야 한다. 2개의 어레이를 통해 부하를 평형시키기 위해, 오래된 데이터는 서브어레이(102)로부터 판독될 수 있다. 이에, 서브어레이(101)는 호스트 기록 동작마다 3회의 I/O를 처리하며, 서브어레이(102)는 호스트 기록 동작마다 2회의 I/O를 처리한다. 작업부하를 더욱 평형시키기 위해서, 더 많은 호스트 판독 동작이 서브어레이(102)에서 서비스될 수 있다. 예를 들어, r를 작업부하에서의 판독 동작을 나타내는 분수라고 하고, f를 서브어레이(101)가 서비스해야 하는 판독 동작을 나타내는 분수라고 할 때,
매 입력 I/O 요구시에,
서브어레이(101)에서 발생하는 디스크 판독 동작의 평균수 = rf
서브어레이(101)에서 발생하는 디스크 기록 동작의 평균수 = 3(1-r)
서브어레이(102)에서 발생하는 디스크 판독 동작의 평균수 = r(1-f)
서브어레이(102)에서 발생하는 디스크 기록 동작의 평균수 = 2(1-r)
가 필요하다.
부하를 평형시키기 위해서는
rf + 3(1-r) = r(1-f) + 2(1-r).
이에,
f = 1 - 1/2r.
다시 말해, 서브어레이(101)에게 보내지는 판독 동작을 나타내는 분수는 1 - 1/2r이다. 서브어레이(101, 102)를 거친 부하도 같은 방식으로 평형될 수 있는데, 단지 서브어레이(102)가 서브어레이(101)보다 디스크가 하나 더 적다는 것을 고려해야 한다.
시스템(100)은 서브어레이(102)에서의 임의개의 디스크 장해와, 또는 서브어레이(102)에서 디스크 장해가 발생하지 않는다면, 서브어레이(101)에서의 임의개의 디스크 장해와 함께, 서브어레이(101)에서 최대 하나의 디스크 장해까지 허용할 수 있다. 다시 말해, 시스템(100)은 임의의 2개의 디스크의 장해, 즉 동일한 서브어레이 내에서의 다중 디스크 장해로부터 데이터 손실 보호를 제공한다. 이에, 본 발명이 제공하는 데이터 보호는 기억 시스템에서의 디스크의 장해율이 일부 상관을 나타내는 경향이 있고, 하나의 어레이 내의 장해율 역시 상관되는 경향이 있다는 점에서 실제로 겪게 되는 것을 처리한다.
하나 이상의 디스크에 장해가 발생하는 경우에, 데이터는 RAID 1과 RAID 5 시스템 재구축 조합을 이용해서 복구된다. RAID 1 재구축이 보다 효과적이기 때문에, RAID 1 시스템 재구축을 가능한 한 많이 이용한다. 예를 들어, 서브어레이(101)에 있는 하나 이상의 디스크에 장해가 있는 경우에, 데이트 블록은 먼저 서브어레이(102)로부터 복구된 후에, 손실된 패리티가 재생성된다. 서브어레이(102)에 있는 임의개의 디스크에 장해가 발생하는 경우에, 불량 디스크 상의 데이터는 서브어레이(101)로부터의 데이터를 간단히 카피함으로써 복구된다. 서브어레이(102) 내의 하나의 디스크와 서브어레이(102) 내의 몇몇 디스크에 장해가 발생하는 경우에, 복구 프로세스는 서브어레이(101)를 재구축함으로써 시작된다. 데이터가 동작 드라이브 상에서 서브어레이(102)에 있는 경우에, 서브어레이(102)로부터 데이터를 카피한 후, 손실된 패리티가 재생성된다. 다른 방식에 있어서, 데이터는 RAID 5 시스템 재구축을 이용해서 복구된다. 일단 서브어레이(101)가 재구축된다면, 서브어레이(102)는 서브어레이(101)로부터의 데이터를 간단히 카피함으로써 회복된다.
데이터 손실 가능성을 더욱 줄이기 위해서는, 또다른 디스크를 서브어레이(102)에 추가하여, 장해 검출 시에 시스템(100)을 재구축하는데 이용될 예비 공간을 제공할 수 있어서, 시스템(100)이 디그레이드 모드(degraded)에 있는 시간의 윈도우를 최소화할 수 있다. 예시적인 시스템(100)에서는 또다른 디스크를 서브어레이(102)에 추가하고 서브어레이(102)에 있는 모든 디스크에 걸쳐서 이용 가능한 예비 공간을 논리적으로 확장함으로써, 분산된 예비 공간을 이용할 수 있다.
도 2는 본 발명에 따라 패리티 보호형 미러식 어레이 기술을 이용하고 예비 공간이 분산되는 예시적인 시스템(200)을 도시하고 있다. 시스템(200)은 제1 서브 어레이(201)와 제2 서브어레이(202)로 편성되는 총 8개의 디스크, 즉 디스크(0-7)을 포함한다. 서브어레이는 4개의 디스크, 즉 디스크(0-3)으로 된 그룹을 포함한다. 서브어레이(202)는 4개의 디스크, 즉 디스크(4-7)로 된 그룹을 포함한다. 블록은 도 2에 나타내는 바와 같은 예시적인 방법으로 배열되며, 여기서 Sk는 스트라이프 k에 대한 예비 공간을 나타낸다. 서브어레이(201, 202) 중 하나에서 디스크 장해가 있는 경우에, 복구된 블록은 서브어레이(202)를 통해 분산되는 예비 장소로 이동된다.
도 3은 [도 2에 나타낸 시스템(200)의 서브어레이(201)에 대응하는]서브어레이(301)의 디스크(1) 장해 시의 예시적인 복구를 나타내고 있다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 예를 들어 서브어레이(301)에서 (선을 그어 지운 디스크(1)의 블록으로 표시하는 바와 같이) 디스크(1)에 장해가 있는 경우에, 장해 블록은 복구되어 서브어레이(302)에 저장된다.
분산된 예비 디스크를 서브어레이(302)에 추가함으로써, 서브어레이(301, 302)는 대칭적이게 되는데, 단지 예외적으로 서브어레이(302)에는 패리티가 기록되지 않는다. 그러한 대칭은 시스템을 간략화하고 패키징에 있어서 실제적인 이점을 제공한다. 또한, 2개의 서브어레이에서의 장해 경계가 정렬된다. 이에, 서브어레이(301, 302)의 어느 한쪽에서의 임의의 디스크 장해는 다른쪽 서브어레이 내의 하나의 디스크 상에만 저장된 데이터에 영향을 미칠 것이다. 더욱이, 전술한 장해 시나리오와 함께, 이러한 시스템은 다른쪽 서브어레이에 있는 미러링된 카피를 사용할 수 있다면, 서브어레이 양쪽에 있는 임의의 디스크의 장해를 허용할 수 있다. 예를 들어, 어레이는 서브어레이(302)에 있는 디스크(5, 6)의 장해와 함께, 서브어레이(301)에 있는 디스크(0, 3)의 장해를 허용할 수 있다.
본 발명은 2개의 디스크 어레이(및/또는 서브어레이)가 상이한 기억 시스템에 물리적으로 존재하는 디스크 어레이에 적용될 수 있다. 이에, 본 발명은 한쪽의 제1 서브어레이는 로컬 사이트에 있고 다른쪽 서브어레이는 원격의 재난 복구 사이트에 있기에 2개의 어레이를 원거리 네트워크로써 접속하는 경우와 같이, 서브어레이가 지리적으로 분리되는 시스템에도 적용될 수 있다. 게다가, 2개의 서브어레이에 있는 디스크는 타입 및 용량이 다를 수 있으며, 유리한 점은 2개의 서브어레이가 같은 수의 디스크를 가질 필요는 없다는 것이다.
본 발명을 2개의 서브어레이의 기억 장치로서 물리적 디스크의 견지에서 설명하였지만, 본 발명의 기술은 광기억 장치 및 MEMS(마이크로전자기계 시스템) 기반의 기억 장치 등의 다른 형태의 대용량 기억 장치에도 적용 가능하다.
이에, 전술한 본 발명의 패리티 보호형 미러 어레이 기술을 이용하는 시스템의 실시예들은 기존의 RAID 5 및 RAID 0 어레이 시스템을 이용하는 것을 기초로 한다. 시작 시에 본 발명에 따른 패리티 보호형 미러 어레이 기술을 이용하는 시스템을 설계하는 데 유연성을 적용할 수 있다. 더 나은 부하 평형 및 그 결과 더 나은 성능을 위해 디스크 전체에 걸쳐 패리티를 분산시키는 것이 유리하다. 도 4는 패리티가 시스템의 모든 디스크에 걸쳐 분산되는 본 발명에 따른 패리티 보호형 미러식 어레이 기술을 이용하는 예시적인 시스템(400)을 도시하고 있다. 이 시스템은 총 7개의 디스크를 포함한다. 패리티는 7개 디스크 전체에 걸쳐 분산된다.
도 5는 시스템의 모든 디스크에 걸쳐서 패리티 및 예비 공간이 분산되는 본 발명에 따른 패리티 보호형 미러 어레이 기술을 이용하는 예시적인 시스템(500)을 도시하고 있다.
도 6은 정렬된 장해 경계의 원리를 염두하여, 시스템의 모든 디스크에 걸쳐서 패리티 및 예비 공간이 분산되고, 대칭적인 본 발명의 패리티 보호형 미러식 어레이 기술을 이용하는 또 다른 예시적인 시스템(600)을 도시하고 있다. 시스템(600)은 장해 허용이라는 관점에서 전술한 이점을 제공하지만, 장해 경계가 정렬됨으로써 예시적인 시스템(500)과 상이한 특징을 갖는다.

Claims (11)

  1. n개의 물리적 디스크의 데이터 값을 저장할 수 있는 2n+1개의 물리적 디스크를 갖는 디스크 어레이에 데이터를 저장하는 방법으로서,
    상기 n개의 물리적 디스크 상에서 적어도 하나의 데이터 스트라이프에 데이터를 저장하는 단계로서, 각 데이터 스트라이프는 스트립이라고 불리는 동일한 사이즈의 n개의 그룹으로 분할되어 상기 n개의 물리적 디스크에 걸쳐서 분산되는 것인 데이터 저장 단계와,
    각 데이터 스트라이프마다 패리티 스트립을 생성하는 단계로서, 각 데이터 스트라이프의 데이터 스트립은 대응하는 생성된 패리티 스트립에 한번만 포함되는 것인 패리티 스트립 생성 단계와,
    각 데이터 스트라이프의 데이터 스트립과, 그 각 데이터 스트립의 카피와, 각 데이터 스트라이프마다 대응하는 패리티 스트립을 상기 디스크 어레이의 2n+1개의 물리적 디스크에 걸쳐서 분산시키는 단계를 포함하고,
    상기 각 데이터 스트라이프의 데이터 스트립과, 그 각 데이터 스트립의 카피와, 각 데이터 스트라이프마다 대응하는 패리티 스트립은 상기 디스크 어레이의 각기 다른 디스크 상에 있는 것인 데이터 저장 방법.
  2. 제1항에 있어서, 데이터는 복수의 데이터 스트라이프에 저장되고, 복수의 패리티 스트립은 상기 2n+1개의 물리적 디스크에 걸쳐서 균등하게 분산되는 것인 데이터 저장 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 디스크 어레이는 적어도 하나의 예비적 물리 디스크를 더 포함하고,
    상기 각 데이터 스트라이프의 데이터 스트립을 분산시키는 단계는 상기 각 데이터 스트라이프의 데이터 스트립과, 그 각 데이터 스트립의 카피와, 각 데이터 스트라이프마다 대응하는 패리티 스트립을 상기 디스크 어레이의 2n+1개의 물리적 디스크 및 각 예비 디스크에 걸쳐서, 분산시키는 단계를 포함하고, 상기 각 데이터 스트라이프의 데이터 스트립과, 그 각 데이터 스트립의 카피와, 각 데이터 스트라이프마다 대응하는 패리티 스트립은 상기 디스크 어레이의 각기 다른 디스크 상에 있는 것인 데이터 저장 방법.
  4. n개의 물리적 디스크의 데이터 값을 저장할 수 있는 2n+1개의 물리적 디스크를 포함하는 디스크 어레이로서, 데이터는 그 디스크 상에서 적어도 하나의 데이터 스트라이프에 저장되고, 각 데이터 스트라이프는 n개의 동일한 사이즈의 스트립으로 분할되고 그 n개의 물리적 디스크에 걸쳐서 분산되며, 각 데이터 스트라이프는 대응하는 패리티 스트립을 갖는데, 이 패리티 스트립은 생성 시에 한번만 각각의 데이터 스트립을 포함하며,
    각 데이터 스트라이프마다의 데이터 스트립과, 그 각 데이터 스트립의 카피와, 각 데이터 스트라이프마다 대응하는 패리티 스트립은 상기 디스크 어레이의 2n+1개의 물리적 디스크에 걸쳐서 분산되며, 상기 각 데이터 스트라이프마다의 데이터 스트립, 그 각 데이터 스트립의 카피, 및 각 데이터 스트라이프마다 대응하는 패리티 스트립은 상기 디스크 어레이의 각기 다른 디스크 상에 있는 것인 디스크 어레이.
  5. 제4항에 있어서, 데이터는 복수의 데이터 스트라이프에 저장되고, 복수의 패리티 스트립은 상기 2n+1개의 물리적 디스크에 걸쳐서 균등하게 분산되는 것인 디스크 어레이.
  6. 제4항에 있어서, 상기 디스크 어레이 적어도 하나의 예비적 물리 디스크를 더 포함하고,
    각 데이터 스트라이프마다의 데이터 스트립과, 그 각 데이터 스트립의 카피와, 각 데이터 스트라이프마다 대응하는 패리티 스트립은 상기 디스크 어레이의 2n+1개의 물리적 디스크 및 각 예비 디스크에 걸쳐서, 상기 각 데이터 스트라이프마다의 데이터 스트립과, 그 각 데이터 스트립의 카피와, 각 데이터 스트라이프마다 대응하는 패리티 스트립이 각각 상기 디스크 어레이의 각기 다른 디스크 상에 있도록 분산되는 것인 디스크 어레이.
  7. 삭제
  8. 적어도 하나의 디스크가 호스트 데이터 처리 시스템에게 보여지는 복수의 디스크를 포함하는 디스크 어레이 시스템으로서, 상기 디스크 어레이 시스템은 복수의 디스크에 대해 2회의 판독 동작만, 그리고 복수의 디스크에 대해 3회의 기록 동작만 수행함으로써 상기 호스트 데이터 처리 시스템으로부터의 호스트 데이터 기록 요구에 응답하고, 상기 디스크 어레이 시스템은 상기 복수의 디스크 중 임의의 2개의 디스크에 장해가 있을 경우에, 저장된 모든 데이터를 복구할 수 있는 것인 디스크 어레이 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 상기 복수의 디스크는 데이터, 그 데이터의 전체 카피, 그 데이터의 적어도 하나의 서브세트에 대하여 계산된 패리티 데이터를 저장하는 것인 디스크 어레이 시스템.
  10. 제8항에 있어서, 상기 복수의 디스크의 적어도 하나의 디스크는 예비 디스크이고, 각 예비 디스크가 제공하는 예비 공간은 상기 복수의 디스크 사이에 균등하게 분산되는 것인 디스크 어레이 시스템.
  11. 제8항에 있어서, 상기 복수의 디스크는 2개의 서브어레이로 구획화되고,
    상기 디스크 어레이 시스템은 각기 서브어레이를 제어하는 컨트롤러를 더 포함하는 것인 디스크 어레이 시스템.
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