JP2010503941A

JP2010503941A - グローバルホットスペアディスクが存在するときに、切断されたドライブを復元、及びコピーバックする最適化された方法

Info

Publication number: JP2010503941A
Application number: JP2009529225A
Authority: JP
Inventors: サンガプ，サティッシュ; キドニー，ケビン; ヘトリック，ウィリアム，エー
Original assignee: LSI Logic Corp
Current assignee: LSI Corp
Priority date: 2006-09-18
Filing date: 2007-09-18
Publication date: 2010-02-04
Anticipated expiration: 2027-09-18
Also published as: GB2455256B; CN101517542A; WO2008036319A2; WO2008036319A3; DE112007002170T5; JP5285611B2; GB2455256A; US20080126838A1; KR101251245B1; US7805633B2; GB0904995D0; KR20090096406A

Abstract

本発明は、マルチディスク大容量記憶システムにおける、故障したディスクに格納されたデータの復元、及びコピーバックを最適化するシステムである。本発明によるシステムは、次の要素を含む：大容量記憶装置を必要とする処理ユニット、ＲＡＩＤシステムとして構成された１以上のディスク、関連グローバルホットスペアディスク、並びに、前記処理ユニット、前記ＲＡＩＤ、及び前記グローバルホットスペアディスクを繋ぐ相互接続。本発明の更に別の態様として、グローバルホットスペアディスクを使用して、切断されたＲＡＩＤディスクを復元、及びコピーバックする方法を開示する。この方法は、ＲＡＩＤコンポーネントディスクを切断するステップと、前記切断されたＲＡＩＤディスクからグローバルホットスペアディスク上へデータを復元するステップと、前記切断されたＲＡＩＤコンポーネントディスクを再接続するステップと、前記復元されたデータを前記グローバルホットスペアディスクから前記再接続されたＲＡＩＤコンポーネントディスクへコピーバックするステップとを含む。
【選択図】図６

Description

[発明の分野]
本発明は、ＲＡＩＤ（Redundant Arrays of Inexpensive Disks）ストレージシステムに関し、より具体的には、コンポーネントドライブが切断されたときの、コンポーネントドライブの復元の最適化に関する。

[発明の背景]
ＲＡＩＤ（Redundant Arrays of Inexpensive Disks）は、現在のコンピュータシステムアーキテクチャにおいて、データを管理する有用なツールになった。ＲＡＩＤシステムは、種々のドライブ間でデータを複製したり、共有したりすることが可能な小型で安価なハードディスクのアレイを使用する。種々のＲＡＩＤレベルに関する詳細な説明は、ＡＣＭＳＩＧＭＯＤ国際会議において、「A Case for Redundant Arrays of Inexpensive Disks(RAID)」と題し、Patterson他により開示された。

ＲＡＩＤ実施形態には、幾つかの異なるレベルがある。最も単純なアレイである、ＲＡＩＤレベル１は、データ記憶用の１以上のディスクを備え、データディスクに記憶される全ての情報のコピーを記憶するために、同数の更に別の「ミラー」ディスクを備える。残りのＲＡＩＤレベル２、３、４、５、及び６は全て、連続的なデータを複数の断片に分割し、種々のディスクにわたって記憶する。

ＲＡＩＤレベル２、３、４、５、又は６のシステムは、このデータをブロック単位で種々のディスクにわたって分散させる。１ブロックは、多数の連続したセクタから構成され、１セクタは、バイトの集まりを含むディスクドライブの一つの物理セクションである。セクタは、ディスクドライブが有する、データ転送の最小単位である。あるデータブロックをディスクに書き込むとき、そのデータブロックには、ディスク・ブロック・ナンバー（ＤＢＮ）が割り当てられる。ＲＡＩＤディスクは全て、同じＤＢＮシステムを有し、その結果、各ディスク上の１ブロックは、所与のＤＢＮを有する。同じＤＢＮを有する異なるディスク上の一群のブロックは、まとめてストライプと呼ばれる。

また、現在のオペレーティングシステムの多くは、種々の大容量記憶装置上の空間を複数のボリュームにパーティショニングすることにより、空間の割り当てを管理する。ボリュームという言葉は、ＲＡＩＤシステムにおけるように、複数のディスク、及び関連ディスクドライブにわたって分散された、種々の物理的記憶空間要素の論理的グループを意味する。ボリュームは、ストレージの物理的ビューとは対称的に、ストレージの論理的ビューを可能にする抽象概念の一部である。従って、大半のオペレーティングシステムは、ボリュームを独立した複数のディスクドライブであるかのように解釈する。ボリュームは、ボリューム管理ソフトウェアによって作成され、管理される。ボリュームグループは、共通の一組のドライブを含む一群の個別のボリュームである。

ＲＡＩＤシステムの主な利点は、故障したコンポーネントディスクのデータを、残りの動作中のディスクに記憶された情報に基いて復元する能力を有する点にある。ＲＡＩＤレベル３、４、５、及び６では、パリティブロックを使用して、冗長性が実現される。所与のストライプのパリティブロックに格納されるデータは、そのストライプ中のデータブロックに対して書き込みが行われるたびに実行される計算の結果である。所与のパリティブロックの次の状態を算出するために、下記の式が一般に使用される。

新たなパリティブロック＝（古いデータクロックＸＯＲ新たなデータブロック）ＸＯＲ古いパリティブロック

このパリティブロックの記憶場所は、ＲＡＩＤレベルによって異なる。ＲＡＩＤレベル３、及び４では、パリティブロックを記憶するために特定のディスクを専用に使用する。ＲＡＩＤレベル５、及び６では、種々のディスクの全てにわたって、パリティブロックがインタリーブされる。ＲＡＩＤ６は、自分自身が、１ストライプあたり２つのパリティブロックを有するものとして自分自身を区別し、従って、２つのディスクの同時切断を考慮する。もし、アレイ内のあるディスクが切断された場合でも、残りのディスクから得られる所与のストライプに関するデータブロック、及び関連パリティブロックを結合することで、失われたデータは復元することができる。

ＲＡＩＤシステム内の単一ディスクの切断を処理する一つのメカニズムは、グローバルホットスペアディスクの組み込みである。グローバルホットスペアディスクは、ＲＡＩＤ構成において、切断された一次ディスクを置き換えるために使用されるディスク、又は一群のディスクである。この装置は通電され、すなわち「ホット」であるものとみなされるが、システムにおいて活発に機能することはない。ＲＡＩＤシステム内のあるディスクが切断されると、グローバルホットスペアディスクは、切断されたディスクの代わりに一体化され、残りの動作中のディスクから得られるデータブロック、及びパリティブロックを使用して、失われたディスクのボリューム断片を全て復元する。このデータが復元されると、グローバルホットスペアディスクは、切断されたＲＡＩＤディスクが再接続されるまで、ＲＡＩＤシステムのコンポーネントディスクとして機能する。切断された一次ディスクが再接続されると、グローバルホットスペアから再接続された一次ディスクへ、復元データのコピーバックが行われる場合がある。

現在、非ＲＡＩＤ０システムにおいてコンポーネントディスクが切断された場合、グローバルホットスペアディスクは、切断されたディスクの代わりに一体化され、切断されたディスクから全てのボリューム断片を復元する。このアプローチは、ＲＡＩＤコンポーネントディスクの切断から、再接続までの間に、アクセスも変更もなされなかった（すなわち、Ｉ／Ｏ要求を受信しなかった）ボリュームに属するボリューム断片をも不必要に復元し、コピーバックする。

従って、切断されたディスク上にあるボリューム断片のうち、ＲＡＩＤディスクの切断から再接続までの間にＩ／Ｏ要求を受信したボリュームの一部を成していたボリューム断片だけを復元し、コピーバックするシステム、及び方法を提供することが望まれている。

[発明の概要]
従って、本発明は、グローバルホットスペアディスクを使用して、切断されたＲＡＩＤディスクの中身を復元し、コピーバックする最適化されたシステム、及び方法に関する。

本発明の第１の態様として、グローバルホットスペアディスクを使用して、故障したＲＡＩＤディスクを復元し、コピーバックするシステムを開示する。このシステムは、次の要素を含む：大容量記憶装置を必要とする処理ユニット、ＲＡＩＤシステムとして構成された１以上のディスク、関連グローバルホットスペアディスク、並びに、処理ユニット、ＲＡＩＤ、及びグローバルホットスペアディスクを繋ぐ相互接続。

本発明の他の態様として、グローバルホットスペアディスクを使用して、切断されたＲＡＩＤディスクを復元し、コピーバックする方法を開示する。この方法は、次のステップを含む：ＲＡＩＤコンポーネントディスクを切断するステップ、切断されたＲＡＩＤディスクからグローバルホットスペアディスク上にデータを復元するステップ、切断されたＲＡＩＤコンポーネントディスクを再接続するステップ、及びグローバルホットスペアディスクから復元されたデータを再接続されたＲＡＩＤコンポーネントディスクへコピーするステップ。

上記の概略的説明と下記の詳細な説明はいずれも、例示的なものであり、単なる例に過ぎず、特許請求の範囲に記載するような発明の制限にはならないものと解釈すべきである。本明細書に取り込まれ、本明細書の一部を構成する添付の図面は、本発明の一実施形態を例示し、概略的説明とともに、本発明の原理を説明する役割を果たす。

当業者は、添付の図面を参照することにより、本発明の多数の利点をより深く理解できるであろう。

ｎディスクＲＡＩＤシステム、及び補助的な予備のグローバルホットスペアディスクを例示する図である。ｎ個のディスクを含むボリューム群は、ｍ個のボリュームを有し、各ボリュームは、ｎ個のディスクにわたって、ｎ個の断片に区分されている。ｎディスクＲＡＩＤシステム、及び補助的な予備のグローバルホットスペアディスクを例示する図である。ｎ個のディスクのうちの一つは、切断されている。ボリューム群の中の所与のボリュームに対して発行されたＩ／Ｏ要求であって、そのボリュームの状態を最適状態から劣化状態へ移行させるＩ／Ｏ要求を例示する図である。グローバルホットスペアディスクの組み込み、並びに、ＲＡＩＤにおいて依然として接続されている残りのｎ−１個の動作中のディスクのボリューム断片から得られるデータ、及びパリティ情報を使用した、切断されたディスクからグローバルホットスペアディスクへの、劣化状態のボリュームのボリューム断片の復元を例示する図である。グローバルホットスペアディスクから故障したディスクの代替ディスクへの、復元されたボリューム断片のコピーバックを例示する図である。グローバルホットスペアディスクを使用して、ＲＡＩＤシステム内の切断されたディスクを復元、及びコピーバックする方法を示すフロー図である。

次に、現時点における本発明の好ましい実施形態の詳細を参照する。

もし、ＲＡＩＤのコンポーネントディスクが、偶然に、又はメンテナンス目的のような故意によって切断された場合、失われたドライブのために、グローバルホットスペアディスクが組み込まれる。データ一貫性を維持するために、処理ユニットが、ＲＡＩＤ内の１以上のボリュームに対してＩ／Ｏ要求を行うと（すなわち、ボリュームが劣化すると）、システムは、切断されたドライブに格納されたボリューム断片の復元を開始する。この復元は、残りの動作中のディスク上に保持されているデータ、及びパリティ情報を使用して実現される。劣化したボリュームが復元された後、グローバルホットスペアディスクは、劣化したボリュームに関して、切断されたディスクの代わりに、ＲＡＩＤ内のコンポーネントドライブとして動作する。劣化していないボリュームが、グローバルホットスペアディスク上に復元されることはない。なぜなら、それらのボリュームの中身には何も変更が加えられていないから（すなわち、それらのボリュームに対しては、何もＩ／Ｏ要求がなされていないから）である。

最初に切断されたディスクをＲＡＩＤへ再び挿入すると、グローバルホットスペアディスクからのデータのコピーバックが行われる。劣化したボリュームのボリューム断片は、グローバルホットスペアディスク上に復元され、再接続されたディスクに現在格納されている以前のバージョンの代わりにコピーバックされる。ただし、切断されたディスクに格納された劣化していないボリュームからのボリューム断片の状態は、切断前の状態から変更されることなく、そのまま維持される。

切断されたディスクが不在の間に、劣化したボリュームだけを復元し、コピーバックすれば、全体として復元／コピーバック処理に要する時間（すなわち、総合システムダウンタイム）を短縮することができる。劣化していないボリュームの未変更の最適データは、復元、及びコピーバックが行われた場合でも、行われなかった場合でも、一貫性のある状態に留まる。従って、劣化していないボリュームを復元し、再コピーすれば、復元／コピーバックプロセスに要する時間は、不必要に長くなることもある。もし、ディスク切断中に、１０個の論理ボリュームのうちの一つだけしか実際に劣化しなかった場合、全てのボリュームを復元すれば、全体的な復元／コピーバック時間は、データ一貫性を維持するために実際に必要となる時間の１０倍以上に及ぶであろう。

このメカニズムによれば、グローバルホットスペアが所与のボリュームグループに専用に使用される時間も、短縮することができる。グローバルホットスペアは、一度に一つのＲＡＩＤコンポーネントディスクにしか組み込むことが出来ないので、複数のＲＡＩＤディスクの同時故障を処理することは出来ない。従って、グローバルホットスペアディスクをＲＡＩＤコンポーネントディスクとして使用する時間を最小限に抑えることが望ましい。

本発明によるシステムは、大容量記憶装置を必要とする処理ユニットのボリューム管理ソフトウェアに組み込まれて実施される場合もあれば、ＲＡＩＤシステムのコントローラの中でファームウェアとして実施される場合もあり、あるいは、ＲＡＩＤシステムに接続される独立したハードウェア部品として実施される場合もある。

本発明の更なる詳細は、添付の図面に示す種々の例として提供される。

図１を参照すると、ｎディスク非ＲＡＩＤ０システム１１０、及び補助的な予備のグローバルホットスペアディスク１２０を含む、大容量記憶システム１００の例示的表現が示されている。ボリューム群は、ｍ個のボリューム１３０、１４０、１５０、及び１６０を含む。各ボリューム１３０、１４０、１５０、及び１６０は、ｎ個の断片から構成され、各断片は、ｎディスクＲＡＩＤシステムのｎ個のディスクのうちの一つにそれぞれ対応している。Ｉ／Ｏ要求を送出可能な外部装置１７０のボリューム管理ソフトウェアにより、当該装置は、各ボリュームを一つのディスクドライブであるものとして処理することが出来る。従って、ボリューム１３０、１４０、１５０、１６０によっては、ｎ個のディスク１１０のうちの一つが切断され、それが再接続されるまでの間に、アクセスされないものもある。

図２を参照すると、補助的な予備のグローバルホットスペアディスク２２０を備えたｎディスクＲＡＩＤシステム２１０を含む、大容量記憶システム２００の例示的表現が示されている。ｎ個のディスク２３０のうちの一つは、切断されている。

図３を参照すると、補助的な予備のグローバルホットスペアディスク３２０を備えたｎディスクＲＡＩＤシステム３１０を含む、大容量記憶システム３００の例示的表現が示されている。ｎ個のディスクのうちの一つは、切断３３０されている。外部装置３６０により、ボリュームの一つ、又は複数３５０に対して、Ｉ／Ｏ要求３４０が行われる。これが行われると、要求の宛先となるボリューム３５０の状態は、最適状態から劣化状態へと変化する。この変化に応答して、切断されたディスク３３０上にある劣化状態の種々のボリューム断片３７０のグローバルホットスペアディスク３２０への復元が開始される。

図４を参照すると、補助的な予備のグローバルホットスペアディスク４２０を備えたｎディスクＲＡＩＤシステム４１０を含む、大容量記憶システム４００の例示的表現が示されている。ｎ個のディスク４３０のうちの一つは、切断されている。グローバルホットスペアディスク４２０は、ｎディスクＲＡＩＤシステム４１０のコンポーネントディスクとして組み込まれている。切断されたディスク４３０上にある劣化状態のボリューム４６０のボリューム断片４４０は、劣化したボリューム４６０の残りを含む対応するボリューム断片から、既存のデータブロック、及びパリティブロック４５０を使用して、グローバルホットスペアディスク上に復元される。切断されたディスク４３０上にある劣化していないボリューム４７０の断片４８０は、グローバルホットスペアディスク上に復元されない。

図５を参照すると、補助的な予備のグローバルホットスペアディスク５２０を備えたｎディスクＲＡＩＤシステム５１０を含む、大容量記憶システム５００の例示的表現が示されている。以前に切断されたディスク５３０は、再接続されている。劣化したボリューム５５０の復元されたボリューム断片５４０は、グローバルホットスペアディスク５２０から、再接続されたＲＡＩＤディスク５３０の対応するボリューム断片５６０へコピーバックされる。コピーバックの後、再接続されたＲＡＩＤディスク５３０は、劣化したボリューム断片５６０の復元データ、及び劣化していないボリューム断片５７０の元のデータを有する。

図６を参照すると、グローバルホットスペアディスクを使用して、ＲＡＩＤシステムにおいて切断されたディスクを復元し、コピーバックする方法の詳細を示すフロー図が、示されている。ＲＡＩＤディスクの切断が検出６００されると、失われたＲＡＩＤディスクに対処するために、予備のグローバルホットスペアドライブが組み込まれる場合がある。もし、ＣＰＵのような、Ｉ／Ｏ要求を送出可能な外部装置が、切断されたディスク上にボリューム断片を有するボリュームを宛先６１０として、ＲＡＩＤシステムに対してＩ／Ｏ要求を発行すると、その要求の宛先となるボリュームの状態は、劣化状態６２０へ移行する。この移行の結果、切断されたディスク６３０上にある劣化したボリュームのボリューム断片の復元が開始される。復元の後、システムは、切断されたディスクが再接続された６４０か否かを判定する。復元の後、切断されたＲＡＩＤディスクが再接続されていなければ、グローバルホットスペアディスクはそのまま、劣化したボリュームに関して、切断されたディスクの代わりに動作を続ける。もし、劣化したＲＡＩＤディスクの復元よりも前に、更に別のボリュームが劣化した場合、このプロセスは反復される６５０場合がある。切断されたＲＡＩＤディスクが再接続されると、劣化したボリュームの復元されたボリューム断片は全て、再接続されたＲＡＩＤディスク６６０へとコピーバックされる。

本発明、及び本発明に係る利点の多くは、上記の説明から理解できるものと考える。また、本発明の範囲、及び思想から外れることなく、また、本発明の重要な利点の全てを犠牲にすることなく、本発明の形、又は本発明の構成要素の配置に種々の変更を加えることが可能であることは、明らかであるものと考える。上で説明した形態は、本発明の実施形態を例示する単なる例にすぎない。下記の特許請求の範囲に記載する発明は、そのような変更を内包、及び包含するものである。

Claims

大容量記憶装置を必要とする外部装置と、
ｎディスクＲＡＩＤ（Redundant Array of Inexpensive Disks）と、
グローバルホットスペアディスクと、
前記外部装置、前記ＲＡＩＤ、及び前記グローバルホットスペアディスクを繋ぐ相互接続と
を含み、
前記ｎ個のディスクはそれぞれ個別に切断されることができ、
前記ｎディスクＲＡＩＤの物理的記憶空間は、ｍ個の論理ボリュームに区分けされ、
前記ｍ個の論理ボリュームのそれぞれを含むデータが、複数の断片として、前記ｎ個のディスクにわたって分散される、データ記憶システム。
前記ｎ個のディスクのうちの一つが、切断されている、請求項１に記載のデータ記憶システム。
前記外部装置からの入力、又は出力（Ｉ／Ｏ）要求により、前記ｎディスクＲＡＩＤの１以上の論理ボリュームがアクセス、又は変更される、請求項２に記載のデータ記憶システム。
前記切断されたディスク上にあるアクセスされた、又は変更された論理ボリュームの断片は、前記グローバルホットスペアディスク上に復元される、請求項３に記載のデータ記憶システム。
前記グローバルホットスペアディスクは、復元された論理ボリューム断片に関して、ｎディスクＲＡＩＤ内のコンポーネントディスクとして動作する一方、切断されたディスクは、切断されたままの状態に留まる、請求項４に記載のデータ記憶システム。
前記復元された論理ボリューム断片は、前記切断されたディスクが再接続されたときに、再接続されたディスクへコピーバックされる、請求項４に記載のデータ記憶システム。
前記復元は、前記ｎディスクＲＡＩＤ内の残りのｎ−１個の接続されたディスクから得られる既存のデータブロック、及びパリティブロックを使用することによって行われる、請求項４に記載のデータ記憶システム。
ｎディスクＲＡＩＤ（Redundant Array of Inexpensive Disks）において切断されたディスクの中身を復元する方法であって、
ｎディスクＲＡＩＤのｎ個のディスクのうちの一つの切断を検出するステップと、
外部装置から１以上の入力信号を受信するステップと、
１以上の論理ボリュームの状態を最適状態から劣化状態へ移行させるステップと、
前記切断されたディスクの劣化状態のボリューム断片を復元するステップと、
前記切断されたディスクを再接続するステップと、
前記復元された劣化状態のボリューム断片を再接続されたディスクにコピーするステップと
からなる方法。
前記入力信号は、１以上の論理ボリューム上にあるデータをアクセス、又は変更する要求である、請求項８に記載の方法。
前記論理ボリュームの状態を最適状態から劣化状態へ移行させるステップは、論理ボリュームの中身がアクセス、又は変更されたときに実施される、請求項９に記載の方法。
前記復元された劣化状態のボリューム断片の宛先は、前記グローバルホットスペアである、請求項８に記載の方法。
前記ホットスペアディスクは、前記復元された劣化状態の論理ボリューム断片に関して、前記ｎディスクＲＡＩＤにおいてコンポーネントディスクとして動作する一方、前記切断されたディスクは、切断された状態に留まる、請求項１１に記載の方法。
前記復元された劣化状態のボリューム断片は、前記再接続されたディスクにコピーされる、請求項１１に記載の方法。
前記復元は、前記ｎディスクＲＡＩＤ内の残りのｎ−１個の接続されたディスクから得られる既存のデータブロック、及びパリティブロックを使用して実施される、請求項８に記載の方法。
コンピュータ読取可能命令が記憶されたコンピュータ読取可能媒体であって、前記コンピュータ読取可能命令は、プロセッサによって実行され、
ｎディスクＲＡＩＤのｎ個のディスクのうちの一つの切断を検出するステップと、
外部装置から入力信号を受信するステップと、
１以上の論理ボリュームの状態を最適状態から劣化状態へ移行させるステップと、
前記切断されたディスクの劣化状態の論理ボリューム断片をグローバルホットスペアディスク上に復元するステップと、
前記切断されたディスクを再接続するステップと、
前記グローバルホットスペアディスク上に復元された前記論理ボリューム断片を前記ｎディスクＲＡＩＤ内の再接続されたディスクへコピーするステップと
からなる方法を実施する、コンピュータ読取可能媒体。
前記入力信号は、１以上の論理ボリューム上にあるデータをアクセス、又は変更するための要求である、請求項１５に記載のコンピュータ読取可能媒体。
前記論理ボリュームの状態を最適状態から劣化状態へ移行させるステップは、前記論理ボリュームの中身がアクセス、又は変更されたときに実施される、請求項１６に記載のコンピュータ読取可能媒体。
前記復元された劣化状態のボリューム断片の宛先は、前記グローバルホットスペアである、請求項１５に記載のコンピュータ読取可能媒体。
前記グローバルホットスペアディスクは、前記復元された論理ボリューム断片に関して、ｎディスクＲＡＩＤ内のコンポーネントディスクとして動作する一方、切断されたディスクは、切断された状態に留まる、請求項１８に記載のコンピュータ読取可能媒体。
前記復元された劣化状態のボリューム断片は、前記グローバルホットスペアディスクから前記再接続されたディスクへコピーされる、請求項１８に記載のコンピュータ読取可能媒体。
前記復元は、前記ｎディスクＲＡＩＤ内の残りのｎ−１個の接続されたディスクから得られる既存のデータブロック、及びパリティブロックを使用することによって行われる、請求項１５に記載のコンピュータ読取可能媒体。