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DE20006458U1 - RAID-Vorrichtung mit anpassungsfähiger Befehlsverarbeitung und Datenübertragung - Google Patents

RAID-Vorrichtung mit anpassungsfähiger Befehlsverarbeitung und Datenübertragung

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DE20006458U1
DE20006458U1 DE20006458U DE20006458U DE20006458U1 DE 20006458 U1 DE20006458 U1 DE 20006458U1 DE 20006458 U DE20006458 U DE 20006458U DE 20006458 U DE20006458 U DE 20006458U DE 20006458 U1 DE20006458 U1 DE 20006458U1
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Description

RAID-Vorrichtung mit anpassungsfähiger Befehlsverarbeitung und Datenübertragung
Die Erfindung betrifft eine RAID-Vorrichtung (= "Redundant v4rray of Inexpensive Z)isk"-Vorrichtung) und insbesondere ein RAID-System mit anpassungsfähiger Befehlsverarbeitung und Datenübertragung, bei dem der Pufferspeicher eingespart werden kann und die Daten eines neuen Plattentreibers wiederhergestellt werden können.
Ein herkömmliches RAID-System, das in Fig. 1 gezeigt ist, umfaßt wenigstens einen Host-Computer 10, einen Host-Bus 12, einen RAID-Controller 14, der mit dem Host-Computer 10 über den Host-Bus 12 verbunden ist, und mehrere Festplatten 160 und 162, die mit dem RAID-Controller 14 verbunden sind. Der RAID-Controller 14 enthält seinerseits wenigstens einen Funktionscontroller 142, der mit dem Host-Bus 12 verbunden ist, und einen Datenpufferspeicher 144, der mit dem Funktionscontroller 142 verbunden ist. Der Host-Computer 10 gibt an die Festplatten 160 und 162 über den RAID-Controller 14 Befehle zum Anfordern einer Lese-ZSchreiboperation aus. Wenn die Festplatten 160 und 162 bereit sind, schicken sie an den Host-Computer 10 über den RAID-Controller 14 einen Bereit-Befehl. Die zu lesenden oder zu schreibenden Daten werden vorübergehend im Datenpufferspeicher 144 gespeichert, um die Übertragungsverzögerungszeiten zu verringern, und werden dann je nach Steuerung des Funktionscontrollers 142 an den Host-Computer oder an die Festplatten 160 und 162 geschickt.
Das obenbeschriebene RAID-System hat die Vorteile einer großen Speicherkapazität, einer Fehlertoleranz, einer schnellen Zugriffsgeschwindigkeit und einer automatischen Datenwiederherstellung und Datensicherung. Der Funktionscontroller muß jedoch sowohl die Lese- als auch die Schreiboperationen ausführen, so daß die Zugriffsgeschwindigkeit abgesenkt wird. Darüber hinaus sind Pufferspeicher mit erheblicher Kapazität erforderlich, so daß die Kosten des herkömmlichen RAID-Systems hoch sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein RAID-System zu schaffen, das eine anpassungsfähige Befehlsverarbeitung und eine anpassungsfähige Datenübertragung ausführen kann.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine RAID-Vorrichtung nach Anspruch 1. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Gemäß einem Merkmal der Erfindung enthält das RAID-System einen Controller für die Verarbeitung von Befehlen und für die Steuerung von Kanälen für die Datenübertragung, so daß der Pufferspeicher eingespart wird und die Kosten reduziert werden.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung enthält das RAID-System einen Daten-Hub sowie eine Datenverarbeitungseinheit, um Daten in kürzerer Zeit automatisch wiederherzustellen.
Gemäß einem nochmals weiteren Merkmal der Erfindung enthält das RAID-System eine Datenverarbeitungseinheit, die die Datenspeicher-Betriebsart auswählt und den Aufbau einer RAIDO- und die RAIDl-Architektur erleichtert.
Gemäß einem nochmals weiteren Merkmal der Erfindung enthält das RAID-System ein ODER-Gatter, das in eine Datenverarbeitungseinheit eingebaut ist und die Gefahr eines Übertragungsfehlers oder eines Computerausfalls verringert.
Gemäß einem nochmals weiteren Merkmal der Erfindung ist in dem RAID-System jeder Festplatten-Treiber mit einer Master-Festplatte und mit einer Slave-Festplatte verbunden, so daß zwei entsprechende Master-Festplatten ein Master-Spiegel-RAID-System bilden und zwei entsprechende Slave-Festplatten ein Slave-Spiegel-RAID-System bilden.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden deutlich beim Lesen der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen, die auf die
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Zeichnung Bezug nimmt; es zeigen:
Fig. 1 den bereits erwähnten Blockschaltplan eines herkömmlichen RAID-Systems;
Fig. 2 einen Blockschaltplan eines RAID-Systems gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 3 einen Ablaufplan zur Erläuterung des Datenzugriffs des RAID-Systems nach Fig. 2;
Fig. 4 einen Blockschaltplan eines RAID-Systems gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung; und
Fig. 5 einen Blockschaltplan eines RAID-Systems gemäß einer nochmals weiteren bevorzugten Ausführungsforrn der Erfindung.
Fig. 2 zeigt einen Blockschaltplan eines RAID-Systems gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, umfaßt das RAID-System einen Host-Computer, einen Host-Bus 22, einen RAID-Controller 24 und wenigstens eine Festplatte. In der bevorzugten Ausführungsform enthält das RAID-System eine erste Festplatte 260 und eine zweite Festplatte 262. Der RAID-Controller 24 umfaßt wenigstens ein Befehlsregister 244, das mit dem Bus 22 über einen Wählschalter 243 verbunden ist und lediglich die Funktion hat, den vom Host-Computer ausgegebenen Befehl vorübergehend zu speichern, einen Daten-Hub 246, der mit dem Bus 22 über den Wählschalter 243 verbunden ist und die Übertragung nur derjenigen Daten zuläßt, auf die zugegriffen werden soll, und wenigstens einen Festplatten-Treiber. Die bevorzugte Ausführungsform umfaßt einen ersten Festplatten-Treiber 247 und einen zweiten Festplatten-Treiber 249, die mit dem Befehlsregister 244 und mit einem Ende einer Datenverarbeitungseinheit 248 verbunden sind. Das andere Ende der Datenverarbeitungseinheit 248 ist mit dem Daten-Hub 246 verbunden. Der RAID-Controller 24 umfaßt ferner einen Controller 242, der mit dem Wählschalter 243, mit dem Befehlsregister 244, mit dem Daten-Hub 246 und mit den Festplattentreibern 247 und 249 verbunden ist und die Funktion hat, eine Anpassung der Befehlsverarbeitung und der
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Datenübertragung vorzunehmen.
Fig. 3 zeigt den Ablaufplan des Datenzugriffs durch den Host-Computer 20 gemäß einer bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung.
Zunächst speichert im Schritt 301 das Befehlsregister 244 vorübergehend den vom Host-Computer 20 ausgegebenen Datenzugriffsbefehl. Danach liest der Controller 242 im Schritt 302 den vom Befehlsregister 244 ausgegebenen Datenzugriffsbefehl und beurteilt, ob der Befehl ein Schreibbefehl ist. Wenn ja, wird Schritt 303 ausgeführt, andernfalls wird Schritt 402 ausgeführt.
Im Schritt 303 schickt der Controller 242 den Schreibbefehl, der im Befehlsregister 244 gespeichert ist, an die Festplattentreiber 247 und 249.
Im Schritt 304 empfangen die Festplattentreiber 247 und 249 den Schreibbefehl und suchen die Adresse zum Schreiben von Daten auf die entsprechenden Festplatten 260 und 262.
Im Schritt 305 schicken die Festplattentreiber 247 und 249 Bereit-Signale an den Controller 242 und speichern das Signal im Befehlsregister 244.
Im Schritt 306 befiehlt der Controller 242 dem Befehlsregister 244, den Host-Computer 20 über den Bereit-Zustand der Festplattentreiber 247 und 249 zu informieren.
Im Schritt 307 steuert der Host-Computer 20 den Wählschalter 243 und die Festplattentreiber 247 und 249, um den zugeordneten Kanal als Datenübertragungskanal zu schalten.
Im Schritt 308 schreibt der Host-Computer 20 über den Bus 22, den Wählschalter 243, den Daten-Hub 246, die Datenverarbeitungseinheit 248 und die Festplattentreiber 247 und 249 direkt Daten auf die entsprechenden Festplatten 260 und 262.
Im Schritt 309 beurteilt der Controller 242, ob der Host-Computer 20 die Schreiboperation beendet hat. Wenn ja, ist der Prozeß beendet, andernfalls
·· ···· ·. a it »♦■
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geht er zum Schritt 304 zurück.
Im Schritt 402 liest der Controller 242 den vom Befehlsregister 244 ausgegebenen Datenzugriffsbefehl und beurteilt, ob der Befehl ein Lesebefehl ist. Wenn ja, wird Schritt 404 ausgeführt, andernfalls wird Schritt 502 ausgeführt. Im Schritt 502 führt der Controller 242 den Nichtschreib- und den Nichtlesebefehl aus und kehrt in den Anfangszustand zurück.
Die Operationen in den Schritten 403 bis 409 sind den Operationen in den Schritten 303 bis 309 ähnlich, mit der Ausnahme, daß die Schreiboperation durch eine Adressensuchoperation für die Festplatten 260 und 262 ersetzt ist, um das Lesen des Host-Computers 20 zu erleichtern. Daher wird eine genaue Erläuterung dieser Operationen um der Kürze willen weggelassen.
Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht, greift der Controller 242 in einer frühen Stufe der Zugriffsoperation und nicht während der gesamten Zugriffsoperation ein. Darüber hinaus wird der herkömmliche Pufferspeicher eingespart. Daher können sowohl die Verzögerungszeit als auch die Kosten gesenkt werden.
Außerdem überwachen die Festplattentreiber 247 und 249 in Echtzeit außergewöhnliche Bedingungen der Festplatten 260 und 262 wie etwa eine Beschädigung oder eine Heißauslagerung (hot swap). Sobald außergewöhnliche Bedingungen auftreten, informieren die Festplattentreiber 247 und 249 den Controller 242, damit dieser einen Alarm wie etwa einen Warnton, eine Warnnachricht oder eine graphische Anzeige auf der RAID-Systemanzeige oder auf dem Computermonitor (nicht gezeigt) erzeugt und dem Befehlsregister 244 befiehlt, die außergewöhnlichen Bedingungen zu speichern und danach den Host-Computer 20 zu informieren.
Die Festplattentreiber 247 und 249 überwachen in Echtzeit die außergewöhnlichen Bedingungen, wenn eine neue Festplatte eingesetzt wird, und informieren den Controller 242. Danach befiehlt der Controller 242 dem Befehlsregister 244, die außergewöhnlichen Bedingungen zu speichern und danach den Host-Computer 20 zu informieren. Der Controller 242 steuert den Daten-Hub 246 und die Datenverarbeitungseinheit 248, damit sie die Integration der neu
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hinzugefügten Festplatte in das System selbsttätig ausführen und die vorhandenen Festplatten zu geeigneten Zeiten wie etwa einer Leerlaufzeit der CPU sichern, wodurch die Datenintegrität der Festplatten sichergestellt wird.
Fig. 4 zeigt einen Blockschaltplan eines RAID-Systems gemäß einer weiteren bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung. Wie in Fig. 4 gezeigt ist, enthält das RAID-System gemäß dieser Ausfuhrungsform in der Datenverarbeitungseinheit 248 ein ODER-Gatter 2488, so daß das RAID-System außergewöhnliche Bedingungen der Festplatten 264 und 266 wie etwa eine Beschädigung oder eine Heißauslagerung handhaben kann. Wenn eine der Festplatten 264 und 266 aufgrund einer Beschädigung oder einer Heißauslagerung ausfällt, übernimmt die andere der Festplatten 264 und 266 die Aufgabe der Datenübertragung, um einen Normalbetrieb des RAID-Systems zu gewährleisten. Die Festplattentreiber 247 und 249 können mit entsprechenden Festplattenvorrichtungen kombiniert sein, um Festplatten 264 und 266 mit IDE-, ISA- oder PCI-Schnittstellen zu bilden.
Das erfindungsgemäße RAID-System umfaßt ferner im Daten-Hub 246 ein Datenregister 2466, in dem der &Agr;&Tgr;&Agr;-Befehl des ATA-Identifizierungstreibers gespeichert wird. Das Datenregister 2466 besitzt jedoch im Vergleich zu dem herkömmlichen Pufferspeicher eine viel kleinere Kapazität. Daher werden die Kosten nicht unannehmbar erhöht.
Fig. 5 zeigt den Blockschaltplan eines RAID-Systems gemäß einer nochmals weiteren bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung. Wie in Fig. 5 gezeigt ist, ist jeder der Festplattentreiber 247 und 249 mit einer ersten Master-Festplatte 3471 und mit einer ersten Slave-Festplatte 3472 bzw. mit einer zweiten Master-Festplatte 3491 und mit einer zweiten Slave-Festplatte 3492 verbunden. Die beiden Master-Festplatten 3471 und 3491 bilden ein IDE-Master-Spiegel-RAID-System, während die beiden Slave-Festplatten 3472 und 3492 ein selbständiges IDE-Slave-Spiegel-RAID-System bilden. Mit anderen Worten, der Host-Computer 20 erkennt nur zwei Festplatten. Diese Konfiguration kann auch auf eine SCSI-Schnittstelle angewendet werden, bei der jeder der Festplattentreiber 247 und 249 mit höchstens sieben Festplatten verbunden ist. Die mit dem SCSI-Bus verbundenen Festplatten können paarweise angeordnet sein, um mehrere SCSI-Spiegel-RAID-Systeme zu bilden, die unterschiedli-
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chen Logikeinheiten auf dem SCSI-Bus und den wenigstens zwei Festplattentreibern 247 und 249 der Erfindung zugeordnet sind. Mit anderen Worten, zwei SCSI-Festplatten einer entsprechenden Logikeinheit, die mit den beiden Festplattentreibern verbunden sind, können ein SCSI-Spiegel-RAID-System derselben Logikeinheit für den Host-Computer bilden. Daher werden die Kosten reduziert und wird der Datenschutz und die Wiederaufbaufunktion des RAID-Systems beibehalten.
Darüber hinaus kann die Konfiguration des RAID-Systems der Erfindung entsprechend dem Bedarf der Anwender unterschiedlich sein. Beispielsweise werden zwei 3,5-Zoll-Festplatten zusammengefügt, um eine Einheit mit der Größe einer 5,25-Zoll-Festplatte zu bilden; alternativ werden zwei 2,5-Zoll-Festplatten zusammengefügt, um eine Einheit mit der Größe einer 3,5-ZoIl-Festplatte zu bilden, wobei die beiden zusammengefügten Festplatten in einem dafür vorgesehenen Einschub eines Computers angeordnet werden können. Darüber hinaus ist die Anzahl der Festplattentreiber 247 und 249 nicht auf zwei eingeschränkt, außerdem kann die Anzahl der Festplatten 260 und 262 entsprechend dem Bedarf der Anwender geändert werden.
Obwohl die Erfindung mit Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen beschrieben worden ist, ist die Erfindung selbstverständlich nicht auf die Einzelheiten hiervon eingeschränkt. Dem Fachmann werden im Licht der vorangehenden Beschreibung viele Ersetzungen und Abwandlungen deutlich werden. Daher sollen alle diese Ersetzungen und Abwandlungen im Umfang der Erfindung liegen, der durch die beigefügten Ansprüche definiert ist.

Claims (12)

1. RAID-Vorrichtung, mit einem RAID-Controller (24), der über einen Bus (22) mit einem Host-Computer (20) verbunden ist, und wenigstens einer Festplatte (260, 262; 264, 266; 3471, 3472, 3491, 3492) dadurch gekennzeichnet, daß
der RAID-Controller (24) eine anpassungsfähige Befehlsverarbeitung und Datenübertragung ausführen kann und umfaßt:
ein Befehlsregister (244), das mit dem Bus (22) über einen Wählschalter (243) verbunden ist und die Funktion hat, einen vom Host-Computer (20) ausgegebenen Befehl vorübergehend zu speichern,
einen Daten-Hub (246), der mit dem Bus (22) über den Wählschalter (243) verbunden ist und nur die Übertragung von Daten zuläßt, auf die zugegriffen wird,
wenigstens einen Festplattentreiber (247, 249), der einerseits mit dem Befehlsregister (244) und mit dem Daten-Hub (246) und andererseits mit der wenigstens einen Festplatte (260, 262; 264, 266; 3471, 3472, 3491, 3492) verbunden ist, und
einen Controller (242), der mit dem Wählschalter (243), mit dem Befehlsregister (244), mit dem Daten-Hub (246) und mit jedem der Festplattentreiber (247, 249) verbunden ist und den Befehls- und Steuerungskanal für die Datenübertragung steuert.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Datenverarbeitungseinheit (248), die funktional zwischen dem Daten-Hub (246) und jedem der Festplattentreiber (247, 249) angeordnet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch ein ODER-Gatter, das mit jedem der Festplattentreiber (247, 249) verbunden ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein mit dem Daten- Hub (246) verbundenes Datenregister (2466).
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Festplattentreiber (247, 249) eine Heißauslagerung eines Plattentreibers erfassen kann und den Controller (242) darüber informiert.
6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Daten- Hub (246) und die Datenverarbeitungseinheit (248) Daten von einer Festplatte (260, 262; 264, 266; 3471, 3472, 3491, 3492) an eine andere Festplatte (260, 262; 264, 266; 3471, 3472, 3491, 3492) übertragen können.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wählschalter (243) durch den Controller (242) in der Weise gesteuert wird, daß er entweder eine Verbindung mit dem Daten-Hub (246) oder mit dem Befehlsregister (244) herstellt.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Festplattentreiber (247, 249) ein IDE-Festplattentreiber ist und mit einer Master- Festplatte (3471, 3491) sowie mit einer Slave-Festplatte (3472, 3492) verbunden ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Master-Festplatten (3471, 3491) der beiden Festplattentreiber (247, 249) zu einem Master-Spiegel-RAID-System zusammengefügt sind.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Slave- Festplatten (3472, 3492) der beiden Festplattentreiber (247, 249) zu einem Slave-Spiegel-RAID-System zusammengefügt sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Festplattentreiber (247, 249) ein SCSI-Festplattentreiber ist und mit sieben Festplatten (260, 262) verbunden ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Festplatten (260, 262), die Logikeinheiten zweier Festplattentreiber (247, 249) zugeordnet sind, zu einem Spiegel-RAID-System zusammengefügt sind, wobei die Logikeinheiten dem Host-Computer als dieselben Logikeinheit erscheinen.
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