JP2005099995A - 磁気ディスク装置のディスク共有方法及びシステム - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は磁気ディスク装置のディスク共有方法及びシステムに関し、ホットスペアディスクを使用する柔軟性のある磁気ディスク装置のディスクの共有方法及びシステムを提供することを目的としている。
【解決手段】ＲＡＩＤサブシステムを用いたストレージ装置において、複数台の磁気ディスク装置１１から構成された少なくとも１個の論理ボリューム１２と、同一論理ボリューム１２内の１台の磁気ディスク装置１１が故障した場合、同一論理ボリューム内の残りの磁気ディスク装置にあるデータを使用して、磁気ディスク装置１１のオンライン状態で故障した磁気ディスク装置のデータを復元するリビルド復元手段１５と、を具備して構成する。
【選択図】 図２

Description

本発明は磁気ディスク装置のディスクの共有方法及びシステムに関し、更に詳しくは複数の磁気ディスク装置を一つの論理ボリュームとして扱う磁気ディスクアレイ装置において、磁気ディスク装置で故障が発生した場合のバックアップとなる機構に関する。

近年、磁気ディスク装置の高密度化が進み、１年〜１年半で磁気ディスク装置単体の物理容量は約２倍となっている。このため、磁気ディスクアレイ装置の搭載容量も同様に増大している。ところが、一方では、従来システムの互換性、あるいは磁気ディスク装置間のアクセス競合を避ける目的等から、磁気ディスク装置の記憶容量をクリップし、磁気ディスク装置の物理的な容量より少ない記憶容量で使用することが少なくない。

従来、データ格納用の磁気ディスク装置（データディスク）とバックアップ用のホットスペアディスクとは物理容量が同一であったが、近年の磁気ディスク装置の容量の高密度化に伴い、磁気ディスク装置の物理容量クリップ時、ホットスペアディスクの容量がデータディスクの２倍〜１６倍とすることが可能になった。このことから、１台のホットスペアディスクを複数台のデータドライブのバックアップディスクとして使用することが可能となっている。

複数台の磁気ディスク装置をグループ化したものをＲＡＩＤ装置という。ＲＡＩＤ装置に関する文献としては、複数の論理ボリュームと、該論理ボリュームをアクセス制御するディスクコントローラとを有し、複数の同一の論理ボリュームの各々を、異なる論理ディスクユニットに配置し、かつ複数の各論理ディスクユニットに配置された複数の論理ボリュームの組み合わせが、各物理ディスクユニットにおいて異なるようにしたものがある（例えば特許文献１参照）。また、特許文献１と同様な構成のシステムにおいて、物理ディスクユニットのアクセスの偏よりを防止するようにしたものがある（例えば特許文献２参照）。

磁気ディスク装置をアレイ状に接続した磁気ディスクアレイ装置では、ある１台のデータドライブ装置が故障した場合、磁気ディスクアレイ装置のリビルド機能により故障したデータドライブのデータを復元し、ホットスペアディスクに復元データの書き込みを行なう。故障ディスクの交換が完了すると、ホットスペアディスクのデータを交換ディスクにコピーし、データドライブの復旧を実施していた。従来は、データディスクとホットスペアディスクの物理容量が同一であったことから、ホットスペアディスクが使用状態にある時、別の故障ディスクは当該ホットスペアディスクを使用することはできず、磁気ディスクアレイ装置内の磁気ディスク装置搭載台数が多い場合には、複数台のホットスペアディスクを搭載する必要があった。

図４は磁気ディスクアレイ装置の構成例を示すブロック図である。図において、１０は磁気ディスクアレイ装置である。該磁気ディスクアレイ装置１０において、１１は磁気ディスクアレイを構成する磁気ディスク装置、１２は磁気ディスク装置１１のアレイを種々の組み合わせで実現した論理ボリュームである。図では、論理ボリューム１２をそれぞれ論理ボリューム１、論理ボリューム２として示している。

１５は論理ボリュームの書き込みと読み出し等の制御を行なうディスクアレイコントローラ、１４は該ディスクアレイコントローラ１５と論理ボリューム１２間に設けられたディスクアクセスインタフェース（Ｉ／Ｆ）である。３０はホスト、２０は該ホスト３０と磁気ディスクアレイ装置１０間に接続されたホストインタフェース（Ｉ／Ｆ）である。このように構成されたシステムにおいて、ディスクアレイコントローラ１５はホストインタフェース２０を介してホスト３０からのコマンドを解釈し、ホスト３０からのデータの書き込み、磁気ディスクアレイ装置１０から読み出したデータのホスト３０への転送を行なう。

図５は従来システムの動作説明図である。図４と同一のものは、同一の符号を付して示す。図において、１２は論理ボリュームであり、ここでは＃０〜＃２までの３組ある場合を示している。論理ボリューム＃０において、１１はディスク装置であり、Ｄ０〜Ｄ２はデータドライブ、Ｐはパリティドライブである。１６はこれら磁気ディスク装置の内容を一時的に保持するホットスペアディスク（ＨＳ）である。これら磁気ディスク装置の容量は例えば９ＧＢであるものとする。今、Ｄ２が故障したものとすると、残りの磁気ディスク装置でＤ２の内容を復元することができる。

ディスク装置Ｄ０，Ｄ１，Ｐの出力データは、排他的論理和ゲート（ＥＯＲ）１８に入る。そして、ＥＯＲゲート１８の出力を順にホットスペアディスク１７に記憶していくと、ディスク装置Ｄ２の内容がホットスペアディスク１７に再現される。後は、元の故障したディスク装置Ｄ２を新しいものと取り替え、ホットスペアディスク１７の内容を新しいディスク装置Ｄ２に書き戻せばよい。この結果、ディスク装置Ｄ２の内容を復元（リビルド）することができる。

論理ボリューム＃１の場合には、ホットスペアディスクが設けられていない。しかしながら、この場合パリティドライブＰが故障した場合、ホットスペアディスクがないので、残りのディスク装置を用いてディスク装置Ｐを復元することはできないが、論理ボリューム＃１の動作は継続が可能である。

論理ボリューム＃２は、ディスク装置として１８ＧＢの容量のものを用いている。このボリューム＃２には、ホットスペアディスク１７が設けられている。従って、例えばデータドライブＤ２が故障した場合には、論理ボリューム＃０の場合と同様のシーケンスを用いてディスク装置Ｄ２を復元することができる。
特願平１０−１３３８２６号公報（第３頁、第４頁、図１） 特願平１０−１９８５２６号公報（第３頁、第４頁、図１）

従来は、データディスクとホットスペアディスクの物理容量が同一であったことから、磁気ディスクアレイ装置内の磁気ディスク装置搭載数に応じてホットスペアディスク数を増加する、もしくは磁気ディスクアレイ装置内の論理ボリューム単位（ＲＡＩＤグループ）にホットスペアディスクを装備する構成としていた。

ホットスペアディスク数を増加することは、磁気ディスクアレイ装置の信頼度向上に寄与するが、同時に装置のコストアップ、磁気ディスク装置の物理的な搭載台数の制限等の装置構成単位での柔軟性に欠ける点があった。更に、ホットスペアディスクを使用する場合には、データディスクの故障を起因としており、ディスクアレイ装置の可用性向上につながるデータディスクの予防交換に伴ってホットスペアディスクを使用する柔軟性のある運用はできなかった。

ここで、予防交換とは、保守者が磁気ディスク装置を診断し、取り替えた方がよいと判断した時に、まだ故障中でないにもかかわらず、新しい磁気ディスク装置と交換することをいう。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、ホットスペアディスクを使用する柔軟性のある磁気ディスク装置のディスクの共有方法及びシステムを提供することを目的としている。

ホットスペアディスクは、冗長化構成を維持することが目的であることから、磁気ディスクアレイ装置内の論理ボリューム単位にホットスペアディスクを装備することが原則である。しかしながら、ディスクアレイ装置内のホットスペアディスクの論理記憶容量をデータドライブの論理記憶容量よりも大きくすることで、ホットスペアディスク内部に既に故障ドライブのリビルドデータが格納されている状態でも、ホットスペアディスクの残り容量を他の磁気ディスク装置用に使用することができるようにした。
。
（１）図１は本発明方法の原理を示すフローチャートである。本発明方法は、ＲＡＩＤサブシステムを用いたストレージ装置において、複数台の磁気ディスク装置を論理ボリュームとして設け（ステップ１）、同一論理ボリューム内の１台の磁気ディスク装置が故障した場合、同一論理ボリューム内の残りの磁気ディスク装置にあるデータを使用して、磁気ディスク装置のオンライン状態で故障した磁気ディスク装置のデータをリビルド機能により復元する（ステップ２）、ようにしたことを特徴とする。
（２）図２は本発明の原理ブロック図である。図４，図５と同一のものは、同一の符号を付して示す。図において、１１は磁気ディスク装置である。ディスク装置１１には、データディスク（Ｄｉ：ｉは整数）とパリティディスク（Ｐ）とがある。１２はこれら磁気ディスク装置１１が複数個で構成される論理ボリュームである。図では、＃０〜＃２までの３個の論理ボリュームがある場合を示すが、この数に限るものではなく、少なくとも１個あればよい。論理ボリューム＃０と＃１は磁気ディスク装置の容量９ＧＢ、論理ボリューム＃２は磁気ディスク装置の容量１８ＧＢの場合を示す。

１７は磁気ディスク装置交換の際にデータの一時保存領域として用いられるホットスペアディスクである。図に示す例では、９ＧＢずつに区切った例を示す。９ＧＢに区切られた領域をそれぞれ領域Ａ，Ｂ，Ｃ…で示す。図の例では、領域Ａから領域Ｈまでの総計７２ＧＢの場合を示している。１５は論理ボリューム１２と接続され、磁気ディスク装置１１及び論理ボリューム１２の制御を行なうディスクアレイコントローラである。該ディスクアレイコントローラ１５は、同一論理ボリューム内の１台の磁気ディスク装置１１が故障した場合、同一論理ボリューム１２内の残りの磁気ディスク装置１１にあるデータを使用して、磁気ディスク装置１１のオンライン状態で故障した磁気ディスク装置１１のデータを復元するリビルド復元手段として機能する。また、故障した磁気ディスク装置の交換後、磁気ディスク装置のオンライン状態で、ホットスペアディスクのデータを交換ディスクに書き戻すコピーバック機能を更に有する。
（３）請求項３記載の発明は、前記磁気ディスク装置内の磁気ディスク装置が故障した場合のバックアップ用ディスクとして、前記リビルド復元手段により復元したデータの書き込みを行なうホットスペアディスクを更に有することを特徴とする。
（４）請求項４記載の発明は、故障した磁気ディスク装置の交換後、磁気ディスク装置のオンライン状態で、ホットスペアディスクのデータを交換ディスクに書き戻すコピーバック手段を更に有することを特徴とする。
（５）請求項５記載の発明は、前記ホットスペアディスクは、所定容量毎に領域分割し、それぞれの領域を独立に用いて磁気ディスク装置の内容の復元を行なうことを特徴とする
（６）この場合において、磁気ディスク装置のエラー発生状況の監視を行ない、磁気ディスク装置の判定基準を超えた時点で当該磁気ディスク装置を予防交換の対象とし、当該ディスク装置の内容をホットスペアディスクにコピーし、磁気ディスク装置の交換を行ない、交換された磁気ディスク装置にホットスペアディスクにコピーされていた内容を書き戻すことを特徴とする。

（１）請求項１記載の発明によれば、システムの持つリビルド機能により、故障した磁気ディスク装置の内容を復元することができる。
（２）請求項２記載の発明によれば、ディスクアレイコントローラがリビルド機能を持ち、故障した磁気ディスク装置の内容を復元することができる。
（３）請求項３記載の発明によれば、磁気ディスク装置が故障した場合のバックアップ用としてホットスペアディスクを用いることにより、故障した磁気ディスク装置の内容をホットスペアディスクに一旦保持することで、故障した磁気ディスク装置の内容を復元することができる。
（４）請求項４記載の発明によれば、ホットスペアディスクの内容を交換した磁気ディスク装置に書き戻すことにより、磁気ディスク装置の内容を復元することができる。
（５）請求項５記載の発明によれば、ホットスペアディスクを所定容量毎に分割して、それぞれの領域を独立に磁気ディスク装置へのコピーバック用に用いることが可能となる。
（６）この場合において、磁気ディスク装置が所定の判定基準を超えたものに対して、予防交換の対象とすることで、磁気ディスク装置の故障に起因してホットスペアディスクを使用する場合よりも発生頻度が高く、ホットスペアディスクへのデータコピー中のデータの冗長性が維持されていることから、自由度の高い予防交換を実施することが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態例を詳細に説明する。
図２に示す原理ブロック図について更に詳細に説明する。
（ホットスペアディスクの共有１）
磁気ディスクアレイ装置１０（図４参照）に、３つの論理ボリューム（ＲＡＩＤグループ）＃０，＃１，＃２が存在する。これら論理ボリュームはＲＡＩＤサブシステムを構成している。＃０と＃１の各磁気ディスク装置１１の記憶容量は９ＧＢタイプ、論理ボリューム＃２は、１８ＧＢタイプの磁気ディスク容量で構成されている。この装置において、ホットスペアディスク１７として、７２ＧＢの物理容量磁気ディスク装置を搭載する。ホットスペアディスク１７の内部は、９ＧＢ容量毎に分割し、領域Ａ〜領域Ｈまでの領域が存在する。

この時、論理ボリューム＃０内の１台のディスク装置１１がオンライン状態で故障した場合、ディスクアレイコントローラ１５はホットスペアディスク１７内に故障磁気ディスク装置１１の論理記憶容量分の領域確保（この場合は領域Ａ）を行ない、その領域Ａに対してリビルドした故障磁気ディスク装置１１のデータを書き込む。書き込み方法は、図５について説明した通りである。リビルド完了後、故障ディスク装置１１の交換が実行されると、ディスクアレイコントローラ１５は領域Ａに復元されたリビルドデータの書き戻し（コピーバック）を交換ディスク装置１１に対して行なう。

ホットスペアディスク１７の領域Ａに論理ボリューム＃０のディスク装置Ｄ２が存在する状態で、論理ボリューム＃１で新たに磁気ディスク装置１１が故障した場合には、ホットスペアディスク１７内の領域Ｂへの割り当てを行ない、同様の方法によりデータ復元を実行する。また、同様にして論理ボリューム＃２において、故障磁気ディスク装置Ｄ２が発生した場合には、ホットスペアディスク１７内部の２つの領域（領域Ｃと領域Ｄ）へ対して割り当てを行ない、リビルドを行なう。

以上のように、１台のホットスペアディスクの領域を分割し、複数の論理ボリュームのホットスペアディスクとして使用可能にする。このようにすることで、ディスクアレイコントローラがリビルド機能を持ち、故障した磁気ディスク装置の内容を復元することができる。また、磁気ディスク装置が故障した場合のバックアップ用としてホットスペアディスクを用いることにより、故障した磁気ディスク装置の内容をホットスペアディスクに一旦保持することで、故障した磁気ディスク装置の内容を復元することができる。また、本発明によれば、ホットスペアディスクの内容を交換した磁気ディスク装置に書き戻すことにより、磁気ディスク装置の内容を復元することができる。更に、ホットスペアディスクを所定容量毎に分割して、それぞれの領域を独立に磁気ディスク装置へのコピーバック用に用いることが可能となる。
（ホットスペアディスクの共有２）
１台の磁気ディスクアレイ装置の中で複数の磁気ディスク装置がほぼ同時期に故障となり、使用不可能となるケースは希である。そのため、前述の説明のように１台のホットスペアディスクの内部に、磁気ディスク装置の故障が原因で複数の論理ボリュームからのデータが存在するケースは非常に少ない。むしろ、磁気ディスクアレイ装置のディスクアレイコントローラが磁気ディスクアレイ装置の可用性向上させるため、磁気ディスク装置が故障する前に予防的観点から、予防交換対象磁気ディスク装置のデータをホットスペアディスクにリビルドするディスク予防交換の実行を目的に使用するケースが一般的である。

ディスク予防交換では、通常の運用中にディスクアレイ装置のディスクアレイコントローラが各データドライブのエラー発生状況の監視をオンライン中に行ない、磁気ディスクアレイ装置の判定基準を超えた時点で当該ディスクを予防交換対象と判断し、当該磁気ディスク装置のデータをホットスペアディスクにコピーする。この場合、予防交換を行なう磁気ディスク装置のデータは冗長性を維持した状態であることから、高信頼性が確保される。

更に、予防交換にてホットスペアディスクを使用する場合は、磁気ディスク装置の故障に起因してホットスペアディスクを使用する場合よりも発生頻度が高く、またホットスペアディスクへのデータコピー中のデータの冗長性が維持されていることから、自由度の高い予防交換を実施することが可能であり、磁気ディスクアレイ装置の可用性向上を実現することができる。

図３は本発明の動作の一例を示すフローチャートである。システムとしては、図２を用いる。先ず、ディスク故障が発生すると（Ｓ１）、ディスクアレイコントローラ１５は故障ディスク装置１１の容量を確認する（Ｓ２）。次に、ホットスペアディスクの未使用領域の容量は故障ディスク装置の容量よりも大きいかどうかを判定する（Ｓ３）。大きくない場合には、故障ディスク装置のリビルドは不可能なので、リビルド実行不可と判断し、“リビルド未実行ディスクあり”として処理を終了する（Ｓ４）。

ステップＳ３において、未使用領域がディスク装置の容量よりも大きい場合には、ディスクアレイコントローラ１５は、ホットスペアディスク１７に対して、故障ディスクのデータ復元処理を開始する（Ｓ５：リビルド処理）。次に、新規のディスク故障発生、もしくはリビルド未実行の故障ディスク装置があるかどうかチェックする（Ｓ６）。ある場合には、ステップＳ２に戻り、リビルド処理を実行する。ない場合には、ディスクアレイコントローラ１５はリビルド処理が完了したかどうかチェックする（Ｓ７）。完了していない場合には、ステップＳ６に戻り、故障ディスク装置があるかどうかチェックする（Ｓ６）。完了している場合には、処理を終了する。

（付記１） ＲＡＩＤサブシステムを用いたストレージ装置において、複数台の磁気ディスク装置を論理ボリュームとして設け（ステップ１）、
同一論理ボリューム内の１台の磁気ディスク装置が故障した場合、同一論理ボリューム内の残りの磁気ディスク装置にあるデータを使用して、磁気ディスク装置のオンライン状態で故障した磁気ディスク装置のデータをリビルド機能により復元する（ステップ２）、
ようにしたことを特徴とする磁気ディスク装置のディスクの共有方法。

（付記２） ＲＡＩＤサブシステムを用いたストレージ装置において、複数台の磁気ディスク装置から構成された少なくとも１個の論理ボリュームと、
同一論理ボリューム内の１台の磁気ディスク装置が故障した場合、同一論理ボリューム内の残りの磁気ディスク装置にあるデータを使用して、磁気ディスク装置のオンライン状態で故障した磁気ディスク装置のデータを復元するリビルド復元手段と、
を有することを特徴とする磁気ディスク装置のディスクの共有システム。

（付記３） 前記磁気ディスク装置内の磁気ディスク装置が故障した場合のバックアップ用ディスクとして、前記リビルド復元手段により復元したデータの書き込みを行なうホットスペアディスクを更に有することを特徴とする付記２記載の磁気ディスク装置のディスクの共有システム。

（付記４） 故障した磁気ディスク装置の交換後、磁気ディスク装置のオンライン状態で、ホットスペアディスクのデータを交換ディスクに書き戻すコピーバック手段を更に有することを特徴とする付記３記載の磁気ディスク装置のディスクの共有システム。

（付記５） 前記ホットスペアディスクは、所定容量毎に領域分割し、それぞれの領域を独立に用いて磁気ディスク装置の内容の復元を行なうことを特徴とする付記３記載の磁気ディスク装置のディスク共有システム。

（付記６） 磁気ディスク装置のエラー発生状況の監視を行ない、磁気ディスク装置の判定基準を超えた時点で当該磁気ディスク装置を予防交換の対象とし、当該ディスク装置の内容をホットスペアディスクにコピーし、磁気ディスク装置の交換を行ない、交換された磁気ディスク装置にホットスペアディスクにコピーされていた内容を書き戻すことを特徴とする付記２記載の磁気ディスク装置のディスク共用システム。

本発明方法の原理を示すフローチャートである。 本発明の原理ブロック図である。 本発明の動作の一例を示すフローチャートである。 磁気ディスクアレイ装置の構成例を示すブロック図である。 従来システムの動作説明図である。

符号の説明

１１ 磁気ディスク装置
１２ 論理ボリューム
１５ ディスクアレイコントローラ
１７ ホットスペアディスク

Claims (5)

1. ＲＡＩＤサブシステムを用いたストレージ装置において、複数台の磁気ディスク装置を論理ボリュームとして設け（ステップ１）、
   同一論理ボリューム内の１台の磁気ディスク装置が故障した場合、同一論理ボリューム内の残りの磁気ディスク装置にあるデータを使用して、磁気ディスク装置のオンライン状態で故障した磁気ディスク装置のデータをリビルド機能により復元する（ステップ２）、
   ようにしたことを特徴とする磁気ディスク装置のディスクの共有方法。
2. ＲＡＩＤサブシステムを用いたストレージ装置において、複数台の磁気ディスク装置から構成された少なくとも１個の論理ボリュームと、
   同一論理ボリューム内の１台の磁気ディスク装置が故障した場合、同一論理ボリューム内の残りの磁気ディスク装置にあるデータを使用して、磁気ディスク装置のオンライン状態で故障した磁気ディスク装置のデータを復元するリビルド復元手段と、
   を有することを特徴とする磁気ディスク装置のディスクの共有システム。
3. 前記磁気ディスク装置内の磁気ディスク装置が故障した場合のバックアップ用ディスクとして、前記リビルド復元手段により復元したデータの書き込みを行なうホットスペアディスクを更に有することを特徴とする請求項２記載の磁気ディスク装置のディスクの共有システム。
4. 故障した磁気ディスク装置の交換後、磁気ディスク装置のオンライン状態で、ホットスペアディスクのデータを交換ディスクに書き戻すコピーバック手段を更に有することを特徴とする請求項３記載の磁気ディスク装置のディスクの共有システム。
5. 前記ホットスペアディスクは、所定容量毎に領域分割し、それぞれの領域を独立に用いて磁気ディスク装置の内容の復元を行なうことを特徴とする請求項３記載の磁気ディスク装置のディスク共有システム。

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