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TWI391815B - 封閉基礎的ｒａｉｄ同位輔助 - Google Patents

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TWI391815B
TWI391815B TW096107840A TW96107840A TWI391815B TW I391815 B TWI391815 B TW I391815B TW 096107840 A TW096107840 A TW 096107840A TW 96107840 A TW96107840 A TW 96107840A TW I391815 B TWI391815 B TW I391815B
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John C Elliott
Robert A Kubo
Gregg S Lucas
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Ibm
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    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F11/00—Error detection; Error correction; Monitoring
    • G06F11/07—Responding to the occurrence of a fault, e.g. fault tolerance
    • G06F11/08—Error detection or correction by redundancy in data representation, e.g. by using checking codes
    • G06F11/10—Adding special bits or symbols to the coded information, e.g. parity check, casting out 9's or 11's
    • G06F11/1076—Parity data used in redundant arrays of independent storages, e.g. in RAID systems

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Description

封閉基礎的RAID同位輔助 【相關申請案之對照】
本發明申請案係與以下共同申請並具有相同的讓渡者的美國申請案相關：美國專利申請案號11/＿＿＿(IBM案號TUC920050141)，名稱為：「從磁碟陣列隔離一驅動器以用於診斷操作(ISOLATING A DRIVE FROM DISK ARRAY FOR DIAGNOSTIC OPERATIONS)」；以及美國專利申請案號11/＿＿＿(IBM案號TUC920050142)，名稱為：「在交換的驅動器連結封閉網路中從RAID轉接器卸載與磁碟相關任務至分散的服務處理器(OFFLOADING DISK－RELATED TASKS FROM RAID ADAPTER TO DISTRIBUTED SERVICE PROCESSORS IN SWITCHED DRIVE CONNECTION NETWORK ENCLOSURE)」，上述兩案均於本案的申請日提出，且在此一併提出並完整引用以為參考。
本發明係關於RAID儲存系統，更特別地是關於管理此等系統內之同位產生。
在一獨立磁碟冗餘陣列(RAID)儲存系統中，產生同位(parity)不僅要耗費處理器工作，且要耗費許多頻寬。舉例來說，大型RAID系統包括RAID轉接器或控制器的冗餘對、多個冗餘對之磁碟陣列交換器、相等數目之硬碟驅動器組(HDDs)以及相等數目之次處理器(sub－processors)等。這些元件係透過一「交換結構(fabric)」互連：轉接器係與一第一對交換器互連，第一對交換器係與一第二對互連，並以菊鏈(daisy chain)的方式繼續下去。每一子處理器係耦接至一對處理器，而每一組HDD也同樣地耦接至一對交換器。為使一指令從一轉接器傳送至一交換器，該指令必須先穿過上游之任一交換結構與交換器。同樣地，資料必須穿過上游之任一交換器才能到轉接器。
一般產生同位數值之流程需要用到大量的轉接器資源與交換結構頻寬。RAID轉接器對HDD群組的資料區塊執行互斥或(XOR)運算，以產生一同位區塊(parity block)：Ap＝A1＋A2＋...＋An，其中Ap為同位區塊，且”＋”代表XOR運算。舉例來說，在一典型的RAID 5等級陣列中如果要產生6顆資料硬碟驅動器組加一顆同位硬碟驅動器組的資料區塊同位，轉接器必須執行6次讀取操作、產生同位數值、以及一次寫入操作，以儲存同位寫入至第七顆HDD。另外，如果要寫入一個沒有延伸至群組中所有驅動器(drive)的資料，則必須讀取於驅動器內之資料區塊或需要先前資料和先前同位，以便產生新的同位區塊。這些操作會消耗轉接器資源，且在交換結構上產生流量。在重建一故障驅動器時，甚至需要更多的資源。轉接器再次從其他驅動器讀取資料區塊與同位區塊，將同位區塊使用至資料區塊，且重新創造出遺失之資料區塊。雖然為了將儲存系統回復到所需的冗餘層級，快速的重建時間是很重要的，但是這麼做因為轉接器就比較不能夠執行其他的功能，會降低系統效能。
因此，需要有效率地進行同位產生，且以較少的轉接器資源，及較少的交換結構頻寬，進行驅動器重建操作。
本發明提供一種於一獨立磁碟冗餘陣列(RAID)儲存系統中，產生一同位數值的方法，此儲存系統包括，一RAID轉接器、複數個管理對應的RAID儲存驅動器組之磁碟陣列處理器、以及一連結交換結構。方法包含：藉由該RAID轉接器啟動一同位產生操作；傳送平行指令給該磁碟陣列處理器，使每一陣列處理器從該些個別的被管理RAID儲存驅動器之驅動器的資料區塊產生一部分同位數值；於該RAID轉接器接收從每一陣列處理器來的該部份同位數值；以及於該RAID轉接器內，結合同位數值，以產生一完整的同位數值。該同位數值可為一儲存於一硬碟驅動器上之實際同位區塊，或一於故障驅動器中之一重建資料區塊。
本發明同樣亦提供一種RAID儲存轉接器，與包括一儲存裝置冗餘陣列(RAID)儲存轉接器的RAID儲存系統。RAID轉接器包含耦接至複數個磁碟陣列交換器之交換結構介面，每一磁碟陣列交換器控制RAID磁碟之一個別群組，並耦接至一相關陣列處理器；啟動一同位產生功能之裝置；透過交換器傳送指令至相關的陣列處理器之裝置，以指示每一陣列處理器，從RAID磁碟之個別群組之磁碟的資料區塊，產生一部份同位數值；從陣列處理器接收被產生之部份同位數值之裝置；以及一用以將所接收之部分同位數值結合成為一完整的同位數值。
本發明更包括一種可用於一可程式化電腦的一電腦可讀媒體之電腦程式產品。該電腦程式產品具有實施於其中之電腦可讀程式碼，用以於RAID儲存系統中產生一同位數值，該儲存系統具有一RAID轉接器、複數個管理對應的RAID儲存驅動器組之磁碟陣列處理器、以及一連結交換結構。電腦可讀程式碼包含指令，用以執行以下的步驟：由該RAID轉接器啟動一同位產生操作；傳送磁碟陣列處理器之平行指令，使每一陣列處理器從個別的管理RAID儲存驅動器之驅動器上的資料區塊，產生一部分同位數值；於該RAID轉接器接收從每一陣列處理器來的該部份同位數值；以及於該RAID轉接器內結合同位數值，以產生一完整的同位數值。
第一圖所示為可用以實施本發明的獨立磁碟冗餘陣列(RAID)儲存系統100之方塊圖。系統100包括，耦接至一或多個伺服器之RAID轉接器或控制器110A、110B(共同以標號110表示)的冗餘對。系統100更包括磁碟陣列交換器120的冗餘對，其中有三對122A與122B，124A與124B、以及126A與126B，如圖所示。系統100亦包含硬碟驅動器組(HDD)130A、130B、130C(共同以標號130表示)，每一組與一對交換器相關。系統亦包括與每一對交換器120相關之服務處理器(service processor)140A、140B、140C(共同以標號140表示)。一般來說，一對交換器120、一組HDD 130、以及一服務處理器140置於一封閉機殼(圖未顯示)中。如系統100所述，服務處理器140為SCSI封閉服務(SCSI Enclosure Service,SES)處理器，用以管理交換功能與封閉環境。
每一個RAID轉接器110A、110B皆透過一通訊網路或交換結構150耦接至第一組交換器122A與122B之冗餘埠。接著，第一組交換器122A與122B，皆透過交換結構150耦接至第二組交換器124A與124B之冗餘埠。然後，第二組交換器124A與124B，皆透過交換結構150耦接至第三組交換器126A與126B之冗餘埠。因此，在第三封閉機殼內，轉接器110與交換器或HDD之通訊，會通過第一和第二組交換器。
參考第二圖的流程圖，當產生同位時，RAID轉接器110傳送一命令(步驟200)給服務處理器140，以針對特定的資料區塊執行XOR操作，並回傳結果給轉接器110。服務處理器140從相關的HDD 130讀取特定的資料區塊(步驟202)，接著，每一服務處理器執行一XOR操作(步驟204)以產生用於特定資料區塊的同位數值(步驟206)。這些同位數值，每一個都是整個群組的一部分同位數值，它們會被傳送回轉接器110(步驟208)。轉接器110藉由執行XOR操作，結合部分同位數值(步驟210)，以產生一完整同位區塊(步驟212)。接著，完整同位區塊傳送至一指定的交換器120(步驟214)，以儲存於特定之硬碟驅動器組(HDD)130(步驟216)。因此，轉接器110不需要6次獨立的讀取操作與1次寫入操作，僅執行相當於2次讀取(從服務處理器140接收部分同位數值)，以及1次寫入即可做到，如此一來可大幅節省轉接器資源與交換結構頻寬。
由一故障的驅動器重建資料係為類似的程序。第三圖之方塊圖，假設硬碟驅動器組(HDD)A1、A2與A5位於第三封閉機殼內(由第三服務處理器140C與交換器126A、126B所管理)。硬碟驅動器組(HDD)A3與A4位於第二封閉機殼內(由第二服務處理器140B與交換器124A、124B所管理)。以及硬碟驅動器組(HDD)A6位於第一封閉機殼內(由第一服務處理器140A與交換器122A、122B所管理)。還有同位驅動器Ap，也在第二封閉機殼中，包含一驅動器群組。若驅動器A6故障則資料必須重建與恢復。RAID轉接器110傳送一命令至第二與第三封閉機櫃(enclosure)內的第二與第三服務處理器140B、140C，使每一服務處理器產生一部份同位數值。第二服務處理器140B從HDD A3、A4與Ap讀取資料與同位區塊，並執行XOR操作：A34p＝A3＋A4＋Ap。同樣地，第三服務處理器140C從HDD A1、A2與A5讀取資料與同位區塊，並執行XOR操作：A152＝A1＋A5＋A2。接著，兩個部分同位數值傳送至RAID轉接器110，由轉接器結合它們並產生遺失資料區塊A6：A6＝A34p＋A152。接著，遺失區塊A6傳送至於第一封閉機櫃內之磁碟陣列交換器122，寫入至用以替換故障HDD之HDD中之一。再次，轉接器僅執行相當於2次的讀取(接收從服務處理器140傳來的部分同位數值)以及一次的寫入，大幅節省轉接器資源與交換結構頻寬。
此外，由於轉接器110與交換器120是以非阻擋(non－blocking)模式工作，在部分同位操作中之大量資料移動，係侷限於一次一個驅動器之交換域。因此，當服務處理器140於一個驅動器執行部份XOR操作時，其他驅動器與鄰近封閉機櫃之間的交換結構埠，可被轉接器110與交換器120用來執行其他任務。
在此要注意的是，儘管本發明已具備完整功能的資料處理系統說明於上下文中，熟悉此技藝者應可了解本發明的流程可以指令的電腦可讀媒體形式，及各種不同形式而分配，而本發明與實際用來分配的訊號承載媒體無關。電腦可讀媒體的範例包括可錄式媒體像是軟碟、硬碟驅動器、RAM、以及CD－ROM，還有傳輸型態媒體像是數位與類比通訊連結。
本發明已經透過圖說與敘述的方式說明，但本發明非為所揭露之形式所限制。熟悉此技藝者應可了解其他修改與變化的方式。所選之實施例係用來解釋本發明的原則、實際應用，並使其他熟悉此技藝者了解本發明可針對特殊的用途，提出具有各種修改的各種實施例。此外，儘管上述已對本發明的方法與系統作說明，然而包含指令的電腦程式產品，亦適用於RAID儲存系統中產生同位數值。
100．．．獨立磁碟冗餘陣列儲存系統
110A,110B．．．獨立磁碟冗餘陣列轉接器
122A,122B．．．磁碟陣列交換器
124A,124B．．．磁碟陣列交換器
126A,126B．．．磁碟陣列交換器
130A,130B,130C．．．硬碟驅動器組
140A,140B,140C．．．服務處理器
150．．．交換結構
第一圖所示為可用以實施本發明的RAID儲存系統之方塊圖；第二圖所示為本發明的方法之流程圖；以及第三圖所示為自一故障驅動器重建資料的流程之RAID儲存系統之方塊圖。
100．．．獨立磁碟冗餘陣列儲存系統
110A,110B．．．獨立磁碟冗餘陣列轉接器
122A,122B．．．磁碟陣列交換器
124A,124B．．．磁碟陣列交換器
126A,126B．．．磁碟陣列交換器
130A,130B,130C．．．硬碟驅動器組
140A,140B,140C．．．服務處理器
150．．．交換結構

Claims (18)

  1. 一種於獨立磁碟冗餘陣列(RAID)儲存系統中產生一同位數值之方法，該儲存系統具有一RAID轉接器，複數個管理對應的RAID儲存驅動器組之磁碟陣列處理器，以及一連結交換結構，該方法包含：藉由該RAID轉接器啟動一同位產生操作；傳送平行指令給該些磁碟陣列處理器，使每一陣列處理器從個別被管理RAID儲存驅動器之驅動器上的資料區塊，產生一部分同位數值；於該RAID轉接器接收從每一陣列處理器來的該部份同位數值；以及於該RAID轉接器，結合該些部分同位數值，以產生一完整的同位數值。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，更包含將該完整的同位數值從該RAID轉接器傳送至一磁碟陣列處理器，以便寫入至一儲存驅動器。
  3. 如申請專利範圍第1項之方法，更包含從該完整的同位數值重建磁碟資料。
  4. 如申請專利範圍第1項之方法，更包含由該些磁碟陣列處理器以一非阻擋的方式執行該些指令，使得其他操作可藉 以在該儲存系統內繼續進行。
  5. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該些磁碟陣列處理器為SCSI封閉服務(SES)處理器。
  6. 一種獨立磁碟冗餘陣列(RAID)儲存轉接器，包含：一交換結構，耦接至複數個磁碟陣列交換器，每一磁碟陣列交換器控制RAID磁碟之一個別群組，並耦接至一相關的陣列處理器；啟動一同位產生功能之裝置；透過交換器傳送指令至該些相關之陣列處理器之裝置，以指示每一陣列處理器，從RAID磁碟之該個別群組之磁碟之資料區塊，產生一部份同位數值；從該些陣列處理器接收產生之該些部份同位數值之裝置；以及一同位產生器，用以將接收之該些部分同位數值結合成一完整的同位數值。
  7. 如申請專利範圍第6項之RAID轉接器，其中該些陣列處理器為SCSI封閉服務(SES)處理器。
  8. 如申請專利範圍第6項之RAID轉接器，更包含用以傳送指令至一選擇的陣列處理器，使該完整的同位數值儲存至 一磁碟之設備。
  9. 如申請專利範圍第6項之RAID轉接器，更包含用以從該完整的同位數值重建磁碟資料之裝置。
  10. 一種獨立磁碟冗餘陣列(RAID)儲存系統，包含：一RAID轉接器；複數個耦接至該RAID轉接器之磁碟陣列交換器；複數個儲存磁碟群組，每一儲存磁碟群組耦接至該磁碟陣列交換器之一個別交換器；複數個服務處理器，每一服務處理器耦接至一磁碟陣列交換器；一部份同位產生器，與每一服務處理器相關，該部份同位產生器用以從選擇的資料區塊產生一部份同位數值，並傳送產生的該些部份同位數值至該RAID控制器；以及一最終同位產生器，與該RAID轉接器相關，該最終同位產生器用以結合產生的該些部份同位數值，並產生一完整的同位數值。
  11. 如申請專利範圍第10項之RAID儲存系統，其中該些服務處理器為SCSI封閉服務(SES)處理器。
  12. 如申請專利範圍第10項之RAID儲存系統，更包含與該 RAID轉接器相關之裝置，用以傳送指令至一選擇的磁碟陣列處理器，使該完整的同位數值儲存至一磁碟。
  13. 如申請專利範圍第10項之RAID儲存系統，更包含用以從該完整的同位數值重建磁碟資料之裝置。
  14. 一種可用於一可程式化電腦之電腦可讀取媒體之電腦程式產品，該電腦程式產品具有實施於其中之電腦可讀程式碼，用以於一獨立磁碟冗餘陣列(RAID)儲存系統中產生一同位數值，該儲存系統具有一RAID轉接器、複數個管理對應的RAID儲存驅動器組之磁碟陣列處理器、以及一連結交換結構，該電腦可讀程式碼包含指令，用以執行以下的步驟：藉由該RAID轉接器啟動一同位產生操作；傳送平行指令給該些磁碟陣列處理器，使每一陣列處理器從個別的被管理RAID儲存驅動器的驅動器上的資料區塊，產生一部分同位數值；於該RAID轉接器接收從每一陣列處理器來的該部份同位數值；以及於該儲存裝置冗餘陣列(RAID)轉接器內結合該些同位數值，以產生一完整的同位數值。
  15. 如申請專利範圍第14項之電腦程式產品，其中該電腦可讀程式碼更包含將該完整的同位數值從該RAID轉接器傳送至一磁碟陣列處理器，以便寫入至一儲存驅動器的指令。
  16. 如申請專利範圍第14項之電腦程式產品，其中該電腦可讀程式碼更包含從該完整的同位數值重建磁碟資料的指令。
  17. 如申請專利範圍第14項之電腦程式產品，其中該電腦可讀程式碼更包含由該陣列處理器以一非阻擋的方式執行該些指令，使得其他操作可藉以在該儲存系統內繼續進行的指令。
  18. 如申請專利範圍第14項之電腦程式產品，其中該些磁碟陣列處理器為SCSI封閉服務(SES)處理器。
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