KR101048997B1 - 디스크 어레이 기록 장치 및 그 기록 제어 방법 - Google Patents

디스크 어레이 기록 장치 및 그 기록 제어 방법 Download PDF

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가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼
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Abstract

본원 발명은, 복수의 HDD로 구성된 디스크 어레이 기록 장치에서, 전원 투입 후 기록 동작을 개시할 때까지의 기동 시간을 확실하게 단축시키는 것을 목적으로 한다. 기동 제어 회로(4)는, 4대의 HDD(11∼14) 중 3대(예를 들면 참조 부호 11∼13)가 기동 완료된 시점에서, RAID 방식에 따라서 입력 데이터의 기록을 개시시켜, 아직 기동 완료되어 있지 않은 최종의 HDD(14)에 기록하는 데이터를 대행 기록 매체(19)에 대행하여 기록시킨다. 그리고, 최종의 HDD(14)가 기동 완료된 시점에서, 대행 기록 매체(19)에 기록한 데이터로부터 대행 기간의 데이터를 복원하고, 최종의 HDD(14)에 기록시킨다. 여기서 대행 기록 매체(19)에는, 최종의 HDD(14)에의 기록 어드레스 정보를 기록하고, 대행 기간의 데이터는 입력 데이터로부터 생성한 패리티 신호를 이용하여 복원한다.
기동 제어 회로, HDD, 대행 기록 매체, RAID 제어 회로, 패리티 신호, 기록 어드레스 정보

Description

디스크 어레이 기록 장치 및 그 기록 제어 방법{DISK ARRAY RECORDING DEVICE AND METHOD OF CONTROLLING THE SAME}
본 발명은, 감시 카메라의 영상 데이터 등을 바람직하게 기록하는 디스크 어레이 기록 장치 및 그 기록 제어 방법에 관한 것이다.
감시 카메라의 영상 데이터 등을 기록하는 영상 기록 장치에서는, 장시간, 고화질 기록의 요구에 부응하기 위해서, 영상의 디지털 압축 기술의 향상과 기록 매체의 대용량화가 진행되고 있다. 기록 매체는, 하드디스크나 DVD 등의 디스크 매체로 이행하고 있지만, 대용량이며 용량당의 단가가 작은 하드디스크가 주류로 되어 있다. 하드디스크 장치는 한층 더한 장시간 기록을 실현하기 위해서, 복수개의하드디스크 드라이브(이하, HDD)를 조합한 디스크 어레이 장치로 하고, 이것을 가상적인 1대의 하드디스크 장치로서 운용하는 RAID(Redundant Arrays of Inexpensive Disks) 시스템을 채용하고 있다.
개개의 HDD는, 디스크의 회전을 개시하여 데이터의 읽기쓰기가 가능하게 될때까지 소정의 기동 시간이 필요하다. 그리고 그 기동 시간은 HDD마다 상이하며, 수초∼수십초의 변동이 보인다. RAID 시스템과 같이 복수개의 HDD로 구성된 디스 크 어레이 기록 장치에서는, 전원 투입 후 데이터의 기록이 가능하게 되기 위해서는, 모든 HDD가 기동 완료되어 있어야만 한다. 즉, 기동 시간이 가장 느린 HDD가 기동 완료될 때까지 대기하지 않으면 안되어, 시스템 전체의 기동 시간을 지연시키는 원인으로 되고 있었다.
기동 시간을 단축하기 위해서, 예를 들면 특허 문헌 1에 개시되는 기술이 있다. 동 문헌에서는, 복수대의 HDD 각각의 기동 시간을 측정하고, 그 기동 시간이 긴 순으로 각 HDD의 기동 순서를 결정해 놓고, 차회 기동 시에, 결정해 둔 기동 순서에 따라서 각 HDD를 순차적으로 기동시키는 것이다.
[특허 문헌 1] 일본 특개평 11-328823호 공보
상기 특허 문헌 1에서는, 기동 시의 전원 효율을 고려하여, 복수의 HDD를 동시에 기동시키는 것이 아니라 순차적으로 기동시키는 것을 전제로 하고 있다. 그 경우, 문헌에 기재된 기술에 의해 동작 가능하게 될 때까지의 기동 시간을 단축할 수 있다. 그러나, 기동 시간이 가장 느린 HDD가 기동 완료될 때까지 대기하지 않으면 전체의 동작을 개시할 수 없어, 그 점에서는 종래와 같다. 또한，HDD의 기동 시간은, 그 HDD의 직전의 동작 이력이나 동작 시의 환경의 영향을 받으므로, 매회동일한 값이 재현된다고는 할 수 없다. 따라서, 기동 시간의 단축 효과가 안정적으로 얻어진다고는 말하기 어렵다.
감시 카메라의 영상 데이터를 기록하는 감시용 기기에서는, 무인으로 24시간 상시 기록 동작을 행한다. 기록 동작 중에 예를 들면 정전 때문에 기록을 중단하여도, 전원이 복귀되었을 때 신속하게 기록 동작을 재개하여, 기록 중단 시간을 최소로 억제해야만 한다. 즉, 중단 시의 동작 이력이나 동작 환경에 상관없이, 최소의 기동 시간에서 동작을 재개하는 것이 요구된다.
본 발명의 목적은, 복수의 하드디스크 드라이브(HDD)로 구성된 디스크 어레이 기록 장치에서, 전원 투입 후 기록 동작을 개시할 때까지의 기동 시간을 확실하게 단축시키는 것에 있다.
본 발명은, 입력 데이터를 N대(N은 복수)의 하드디스크 드라이브에 분산하여 기록하는 디스크 어레이 기록 장치로서, 입력 데이터를 RAID 방식에 따라서 N대의 하드디스크 드라이브에 분산하여 기록하도록 제어하는 RAID 제어 회로와, 하드디스크 드라이브에 기록하는 데이터를 대행하여 기록하는 대행 기록 매체와, 장치 기동 시에 RAID 제어 회로와 대행 기록 매체의 제어를 행하는 기동 제어 회로를 구비한다. 기동 제어 회로는, N대의 하드디스크 드라이브 중 (N-1)대가 기동 완료 된 시점에서, RAID 제어 회로에 대하여 입력 데이터의 기록을 개시시켜, 아직 기동 완료되어 있지 않은 최종의 하드디스크 드라이브에 기록하는 데이터를 대행 기록 매체에 대행하여 기록시킨다. 그리고, 최종의 하드디스크 드라이브가 기동 완료 된 시점에서, 대행 기록 매체에 기록한 데이터로부터 대행 기간의 데이터를 복원하고, 최종의 하드디스크 드라이브에 기록시킨다.
여기서 상기 RAID 방식은, 입력 데이터로부터 패리티 신호를 생성하여 입력 데이터와 함께 분산하여 기록하는 방식이며, 대행 기록 매체에는, 상기 최종의 하드디스크 드라이브에의 기록 어드레스 정보를 기록하고, 대행 기간의 데이터를 패리티 신호를 이용하여 복원시키고, 복원한 데이터를 어드레스 정보에 기초하여 상기 최종의 하드디스크 드라이브에 기록시킨다.
여기서 상기 대행 기록 매체로서, 반도체 메모리, 또는 각 하드디스크 드라이브에 설정한 대행 기록용 영역을 이용한다.
본 발명은, 입력 데이터를 N대(N은 복수)의 하드디스크 드라이브에 분산하여 기록하는 디스크 어레이 기록 장치의 기록 제어 방법으로서, 장치 기동 후, N대의 하드디스크 드라이브 중 (N-1)대가 기동 완료된 시점에서, 입력 데이터를 RAID 방식에 따라서 기동 완료한 하드디스크 드라이브에 분산하여 기록을 개시함과 함께, 아직 기동 완료되어 있지 않은 최종의 하드디스크 드라이브에 기록하는 데이터를 대행 기록 매체에 대행하여 기록시킨다. 그리고, 최종의 하드디스크 드라이브가 기동 완료된 시점에서, 대행 기록 매체에 기록한 데이터로부터 대행 기간의 데이터를 복원하고, 최종의 하드디스크 드라이브에 기록한다.
본 발명의 디스크 어레이 기록 장치에 따르면, 전원 투입 후 모든 HDD가 기동 완료되는 시점보다도 전의 시점에서 기록 동작을 개시하므로, 기록 중단 시간을 최소로 단축할 수 있고, 이것을 적용한 감시용 기기의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 디스크 어레이 기록 장치의 일 실시예를 도시하는 구 성도이다.
본 실시예의 디스크 어레이 기록 장치(1)는, 기록 매체로서 복수개(여기서는 4대)의 하드디스크 드라이브(HDD#1∼#4)(11∼14) 외에 장치 기동 시에 이용하는 대행 기록 매체(19)를 구비하고，RAID 기술을 이용하여 기록을 행한다. 기록 재생 회로(2)는, 감시 카메라 등의 외부 기기로부터 입력되는 영상 신호를 처리하여 기록 데이터와 패리티 신호를 생성하고, 각 HDD에 공급한다. 또한 각 HDD로부터의 재생 데이터를 처리하여 영상 신호를 생성한다. RAID 제어 회로(3)는 기동 완료 후의 HDD에 대하여, RAID 방식에 따라서 기록 데이터와 패리티 신호를 분산하여 기록시킨다. 또한 본 실시예에서는, 기동 제어 회로(4)를 설치하고, 모든 HDD가 기동 완료될 때까지의 기간, 대행 기록 매체(19)를 이용하여 기동 완료되어 있지 않은 HDD의 대행 기록을 행하게 하는 구성으로 하였다.
여기서 대행 기록 매체(19)는, 4대의 HDD 중 기동이 가장 느린 1대의 HDD(최종 HDD라고 부름)에 대한 대행 기록을 행한다. 대행 기록을 행하는 것은 3대의 HDD가 기동 완료되고 나서 최종 HDD가 기동 완료될 때까지의 기간이며, 또한 기록 데이터 그 자체가 아니라, 최종 HDD 상의 기록 어드레스 정보를 기록하도록 한 것이므로, 소용량의 매체로 족한다. 예를 들면 플래시 메모리와 같은 반도체 메모리가 적절하며, 혹은 상기 각 HDD에 대행 기록용 영역을 설정해 놓고, 기동 완료된 HDD의 대행 기록용 영역을 사용할 수도 있다. 대행 기록이 종료되면, 기록 재생 회로(2)는 패리티 신호를 이용하여 대행 기록 기간의 데이터를 복원하여(리빌드 처리), 최종 HDD의 해당하는 어드레스 위치에 기록한다. 이에 의해, 전원 투입 후 모든 HDD가 기동 완료되는 시점보다도 전의 시점에서 기록 동작을 개시시킬 수 있다.
도 2는 본 실시예의 디스크 어레이 기록 장치의 기록 동작을 설명하는 도면이다.
본 실시예에서는 RAID5 방식에 따라서, 3대의 HDD에 영상 데이터를 순차적으로 기록하고, 나머지 1대 HDD에 오류 정정용의 패리티를 기록한다. 또한 RAID5 방식에서는, 소정 기간마다 영상 데이터와 패리티의 기록처를 각 HDD에 순회하여 할 당한다. 도면에서는, HDD#1∼#3에 영상 데이터 D1, D2, D3, …을 순차적으로 기록하고, HDD#4에 패리티 P1, P2, P3, …을 기록하는 경우를 나타낸다. 패리티는 3개의 영상 데이터로부터 생성하고, 예를 들면 패리티 P1은 데이터 D1, D2, D3으로부터 생성한다. 이에 의해, 임의의 1대의 HDD가 파손되어도, 나머지 3대에 기록된 영상 데이터(또는 패리티)로부터 파손된 HDD의 영상 데이터(또는 패리티)를 복원할 수 있다.
다음으로, 장치 전원 투입 후의 기동 시의 처리를 설명한다. 시각 T0에서 전원이 투입되면, 기동 제어 회로(4)의 명령에 의해 각 HDD는 스핀들 모터를 회전시켜 기동 처리를 행한다. 도면에서는 일제히 기동 개시시키는 경우를 나타내지만, 각 HDD의 기동 순서를 결정해 두고 그것에 따라서 순서대로 기동시켜도 된다. 그 결과, 각 HDD는 각각의 기동 시간에서 기동 완료된다. 기동 완료는, 각 HDD와의 사이의 커맨드에 의해 확인한다. 도면의 예에서는, HDD#1→#3→#2→#4의 순으로 기동 완료된 경우를 나타낸다. 종래의 RAID 장치에서는, 4대의 모든 HDD가 기 동 완료된 시각 T2에서 데이터의 기록을 개시하는 것이었다.
이에 대하여 본 실시예에서는, 기동 제어 회로(4)는 각 HDD의 기동 상황을 감시하여, 3대의 HDD#1, #3, #2가 기동 완료된 시각 T1에서 데이터의 기록을 개시시킨다. 기동 제어 회로(4)는 시각 T1에 도달하면, RAID 제어 회로(3)에 대하여 RAID5 방식으로 기록하도록 지시한다. RAID 제어 회로(3)는, 데이터 D1, D2, D3, …을 HDD#1, #2, #3에 순서대로 할당하여 기록시킨다. 그러나, 패리티 P1, P2, …는 기록처인 HDD#4가 기동 완료되어 있지 않으므로, 기록할 수 없다. 따라서 기동 제어 회로(4)는, HDD#4에 기록할 패리티 P1, P2, …의 HDD#4 상의 어드레스 정보A1, A2, …를, 대행 기록 매체(19)에 기록시킨다. RAID5 방식에서는, 결락한 패리티는 대응하는 영상 데이터로부터 복원할 수 있으므로, 패리티 자신을 대행 기록할 필요가 없고, 기록처 어드레스를 알고 있으면 되기 때문이다. 이와 같이 하여, HDD#1에는 영상 데이터 D1, D4, D7이, HDD#2에는 영상 데이터 D2, D5, D8이, HDD#3에는 영상 데이터 D3, D6, D9가 기록된다. 또한 대행 기록 매체(19)에는, 패리티 P1, P2, P3의 어드레스 A1, A2, A3이 기록된다.
그 후, 시각 T2에서 최종의 HDD#4가 기동 완료되면 모든 HDD가 기록 가능하게 된다. 기동 제어 회로(4)는 HDD#4의 기동 완료를 확인하면，RAID 제어 회로(3)에 대하여 통상의 RAID 처리를 명령한다. 그리고, HDD#1∼#3에는 영상 데이터 D10, D11, D12, …를, HDD#4에는 패리티 P4, P5, …를 기록한다.
또한 기동 제어 회로(4)는, HDD#4의 기동 완료를 확인하면 리빌드 처리를 개시한다. 리빌드 처리에서는, 기록 재생 회로(2)를 이용하여, HDD 상에서 기록 결 락한 데이터를 복원한다. 그를 위해서, 대행 기록 매체(19)로부터 대행 기록한 어드레스 A1, A2, A3을 읽어냄과 함께，HDD#4에 원래 기록할 패리티 P1, P2, P3을 복원한다. 예를 들면 패리티 P1은, HDD#1, #2, #3에 기록한 데이터 D1, D2, D3을 읽어내고, 이들을 연산함으로써 생성한다. 생성한 패리티 P1, P2, P3은, HDD#4의 어드레스 A1, A2, A3 위치에 기록함으로써, 대행 기록 기간의 데이터를 복원한다. 또한，이 리빌드 처리는, 시각 T2 이후의 통상의 RAID 처리의 틈틈이(각 HDD의 빈 시간) 병행하여 실행하는 것이 가능하며, 따라서 리빌드 처리에 의해 입력되는 영상 신호의 기록이 중단되는 일은 없다.
상기 예에서는, 기동이 가장 느린 HDD(최종 HDD)가 패리티를 기록하는 HDD#4의 경우를 설명하였지만, 최종 HDD가 영상 데이터를 기록하는 HDD#1∼#3 중 어느 하나인 경우에도 마찬가지로 리빌드 처리가 가능하다. RAID5 방식에서는, 결락한 영상 데이터는 대응하는 2개의 영상 데이터와 패리티로부터 복원할 수 있으므로, 대행 기록 매체(19)에는 영상 데이터 자신을 대행 기록할 필요가 없고, 그 기록처 어드레스를 기록하면 된다.
도 3은 본 실시예의 기록 제어 동작을 설명하는 플로우차트이다. 여기서는 도 2와 마찬가지로 4대의 HDD#1∼#4를 사용하여 RAID5 처리를 행하는 경우로 한다.
장치의 전원이 투입되면, 각 HDD의 기동 처리를 개시한다(S101). 기동 제어 회로는 각 HDD의 기동 상태를 감시하여, 3대의 HDD가 완료되었는지의 여부를 판정한다(S102). 3대의 HDD의 기동이 완료되면, 기동한 3대의 HDD#1∼#3을 이용하여 영상 데이터와 패리티의 기록을 개시한다. 그 때 기동이 완료되어 있지 않은 HDD#4에 대한 기록 데이터는, HDD#4 상의 기록 어드레스를 대행 기록 매체(19)에 기록한다(S103). 대행 기록하면서, 4대째의 HDD#4의 기동이 완료되었는지의 여부를 판정한다(S104).
4대째의 HDD#4의 기동이 완료되면，RAID 제어 회로에 의해, 모든 HDD#1∼#4를 이용하여 통상의 RAID 기록을 개시한다(S105). RAID 기록과 병행하여, HDD 상의 결락한 데이터를 복원하는 리빌드 처리가 필요한지의 여부를 판정한다(S106). 본 건의 경우 HDD#4의 리빌드 처리가 필요하므로, 대행 기간의 결락한 데이터(패리티)를 대응하는 데이터(패리티)를 이용하여 복원하고, 복원한 데이터를 HDD#4의 어드레스 위치에 기록한다(S107). 리빌드 처리는 RAID 처리의 틈틈이 분할하여 실행한다. 결락한 데이터를 모두 복원하면 리빌드 처리를 종료하고, 통상의 RAID 기록을 반복한다.
이상의 동작으로부터, 모든 HDD의 기동이 완료되는 것을 대기하지 않고, 3대의 HDD가 기동 완료된 시점에서 기록을 개시할 수 있으므로, 전원 투입으로부터 기록 개시까지의 기동 시간을 확실하게 단축할 수 있다. 또한, 각 HDD의 기동 시간은 동작 이력이나 동작 환경에 의해 변동하는 경우가 있지만, 본 실시예에 따르면, 그 때의 기동 완료가 빠른 순으로 사용하는 3대의 HDD를 결정하므로, 최소의 기동 시간에서 기록을 개시할 수 있다.
상기한 실시예는 다음의 변형이 가능하다.
상기 실시예에서는 HDD를 4대 사용하였지만, 대수는 이에 한정되지 않는 것은 물론이다. N대 사용하면 (N-1)대의 HDD가 기동 완료된 시점에서 기록을 개시할 수 있다. 또한 RAID 방식은, 패리티를 부가하여 기록하는 방식이면 RAID5 이외의 방식이어도 된다.
상기 실시예에서는, 대행 기록 매체에는 기록 데이터(또는 패리티) 그 자체가 아니라, HDD 상의 기록 어드레스 정보를 기록하도록 하였지만, 매체 용량에 여유가 있으면, 기록 데이터(또는 패리티) 그 자체를 기록하도록 하여도 된다. 그 경우에는, 리빌드 처리에서 데이터의 카피를 행하면 되므로, 처리 시간이 단축된다.
본 실시예의 디스크 어레이 기록 장치는, 특히 24시간 상시 동작하는 감시 카메라로부터의 영상을 기록하는 감시용 기기에 적합하다. 동작 중에 정전이 일어나고 그 후 정전으로부터 복귀하는 경우에서, 기록이 중단되는 시간을 최소로 억제하여 감시용 기기의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 디스크 어레이 기록 장치의 일 실시예를 도시하는 구성도.
도 2는 본 실시예의 디스크 어레이 기록 장치의 기록 동작을 설명하는 도면.
도 3은 본 실시예의 기록 제어 동작을 설명하는 플로우차트.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 디스크 어레이 기록 장치
2 : 기록 재생 회로
3 : RAID 제어 회로
4 : 기동 제어 회로
11∼14 : 하드디스크 드라이브(HDD)#1∼#4
19 : 대행 기록 매체

Claims (6)

  1. 입력 데이터를 N대(N은 복수)의 하드디스크 드라이브에 분산하여 기록하는 디스크 어레이 기록 장치로서,
    입력 데이터를 RAID 방식에 따라서 상기 N대의 하드디스크 드라이브에 분산하여 기록하도록 제어하는 RAID 제어 회로와,
    상기 하드디스크 드라이브에 기록하는 데이터를 대행하여 기록하는 대행 기록 매체와,
    장치 기동 시에 상기 RAID 제어 회로와 상기 대행 기록 매체의 제어를 행하는 기동 제어 회로를 포함하고,
    상기 기동 제어 회로는, 상기 N대의 하드디스크 드라이브 중 (N-1)대가 기동 완료된 시점에서, 상기 RAID 제어 회로에 대하여 입력 데이터의 기록을 개시시켜, 아직 기동 완료되어 있지 않은 최종의 하드디스크 드라이브에 기록하는 데이터를 상기 대행 기록 매체에 대행하여 기록시키고, 그 최종의 하드디스크 드라이브가 기동 완료된 시점에서, 상기 대행 기록 매체에 기록한 데이터로부터 대행 기간의 데이터를 복원하고, 그 최종의 하드디스크 드라이브에 기록시키는 것을 특징으로 하는 디스크 어레이 기록 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 RAID 방식은, 입력 데이터로부터 패리티 신호를 생성하여 입력 데이터 와 함께 분산하여 기록하는 방식이며,
    상기 기동 제어 회로는, 상기 대행 기록 매체에는, 상기 최종의 하드디스크 드라이브에의 기록 어드레스 정보를 기록하고, 대행 기간의 데이터를 상기 패리티 신호를 이용하여 복원시키고, 그 복원한 데이터를 상기 어드레스 정보에 기초하여 상기 최종의 하드디스크 드라이브에 기록시키는 것을 특징으로 하는 디스크 어레이 기록 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 대행 기록 매체로서, 반도체 메모리, 또는 각 하드디스크 드라이브에 설정한 대행 기록용 영역을 이용하는 것을 특징으로 하는 디스크 어레이 기록 장치.
  4. 입력 데이터를 N대(N은 복수)의 하드디스크 드라이브에 분산하여 기록하는 디스크 어레이 기록 장치의 기록 제어 방법으로서,
    장치 기동 후, 상기 N대의 하드디스크 드라이브 중 (N-1)대가 기동 완료된 시점에서, 상기 입력 데이터를 RAID 방식을 따라서 상기 기동 완료된 하드디스크 드라이브에 분산하여 기록을 개시함과 함께, 아직 기동 완료되어 있지 않은 최종의 하드디스크 드라이브에 기록하는 데이터를 대행 기록 매체에 대행하여 기록시키고,
    상기 최종의 하드디스크 드라이브가 기동 완료된 시점에서, 상기 대행 기록 매체에 기록한 데이터로부터 대행 기간의 데이터를 복원하고, 그 최종의 하드디스 크 드라이브에 기록하는 것을 특징으로 하는 디스크 어레이 기록 장치의 기록 제어 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 RAID 방식은, 입력 데이터로부터 패리티 신호를 생성하여 입력 데이터와 함께 분산하여 기록하는 방식이며,
    상기 대행 기록 매체에는, 상기 최종의 하드디스크 드라이브에의 기록 어드레스 정보를 기록하고, 대행 기간의 데이터를 상기 패리티 신호를 이용하여 복원시키고, 그 복원한 데이터를 상기 어드레스 정보에 기초하여 상기 최종의 하드디스크 드라이브에 기록시키는 것을 특징으로 하는 디스크 어레이 기록 장치의 기록 제어 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 최종의 하드디스크 드라이브가 기동 완료된 시점에서, 상기 입력 데이터를 모든 하드디스크 드라이브에 분산하여 기록을 계속함과 함께, 이것과 병행하여, 상기 대행 기록 매체에 기록한 데이터로부터 대행 기간의 데이터를 복원하여 상기 최종의 하드디스크 드라이브에 기록하는 것을 특징으로 하는 디스크 어레이 기록 장치의 기록 제어 방법.
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