JP2004126850A - ディスクアレイ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ランダムアクセス、シーケンシャルアクセスいずれの場合においても、従来よりも高速なリードライト性能を持つディスクアレイ装置を提供する。
【解決手段】ディスクアレイ装置において、アレイコントローラ１０３の制御下に、複数の異種又は同種のＲＡＩＤレベルの同一内容データボリュームを作製する。サーバ等からディスクアレイ装置へのリードライト要求に対し、複数の同一内容データボリューム全てにアレイコントローラからリードライト指示を出し、最も早くリードライト処理が完了したデータボリュームからの、リードデータ返送あるいはライト完了報告を、アレイコントローラからサーバ等に対して行う。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冗長性を持ったディスクアレイ装置内におけるユーザデータのリードライトに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディスクアレイ装置は、複数のディスク装置を内蔵し、サーバ等から出されたリードライト要求に対して、アレイコントーラにより複数の内蔵ディスクへのデータの記録と管理を行うことによって、内蔵ディスクに障害が発生した場合でもサーバ等から要求されるリードライト処理を続行できるデータストレージ装置である。ディスクアレイ装置にはいくつかのデータ記録方法（ＲＡＩＤレベル）があり、一般的に知られているのはＲＡＩＤ１からＲＡＩＤ５までの５つのＲＡＩＤレベルである。ＲＡＩＤ１は、ミラーリングとも呼ばれている方法で、アレイコントローラにより全く同じ内蔵ディスクを複数組（通常２組）作成してリードライト処理を行う。内蔵ディスクのいずれかに障害が発生した場合でも、障害が発生していないディスク装置にリードライトすることにより、リードライト要求を出したサーバ等からはあたかも障害が発生していないかのようにリードライト処理を続行できる。ＲＡＩＤ１では、通常の複数のディスク装置でユーザデータをリードライトする場合に比べ、複数倍（通常２倍）の台数の内蔵ディスク装置を必要とする。またＲＡＩＤ５は、ユーザデータをそのブロック長（通常数百バイトから数百キロバイト程度）単位で、複数の内蔵ディスク（通常３〜２０台程度）に分けて記録するとともに、パリティと呼ばれるデータブロックを同時に作成し内蔵ディスクに記録する。このパリティデータは、ユーザデータと同じブロック長を持つ。これはユーザデータの排他的論理和であり、内蔵ディスクに障害が発生した場合でも、このパリティデータと障害を起こしていない他の内蔵ディスクのデータから、障害ディスク上にあったユーザデータを計算で求めることが出来る。
【０００３】
このＲＡＩＤ５によるディスクアレイ装置は、リードライト時に複数の内蔵ディスクが同時に動作するため、単体のディスク装置やＲＡＩＤ１のディスクアレイ装置に比べ、比較的長いデータのリードライト（シーケンシャルアクセス）に性能面で有利とされている。一方、比較的短いデータ（データブロック長程度以下）をライトする場合（ランダムライト）、ＲＡＩＤ５のディスクアレイ装置では、ユーザデータのデータブロックをライトするとともに、旧パリティデータをリードして新パリティデータを計算しなおす必要がある。このためランダムライトにおいては、パリティデータが無いＲＡＩＤ１の方が性能面で有利となる。このように、シーケンシャルかランダムかという業務のデータアクセス内容により有利なＲＡＩＤレベルがあり、業務に適したＲＡＩＤレベルを使い分けるというのが、ディスクアレイ装置使用上の課題であった。
【０００４】
このＲＡＩＤレベルの使い分けについて、特開平８−１３７６３２号公報（特許文献１）に１つの解決方法が示されている。すなわち、データアクセス頻度を指針として、データアクセス頻度が高いユーザデータをＲＡＩＤ１領域に、データアクセス頻度が低いユーザデータをＲＡＩＤ５の領域に記録させることを原則とし、アクセスの度数分布表を作成してユーザデータをＲＡＩＤ１の領域に記録するかＲＡＩＤ５の領域に記録するかをアレイコントローラで判断して、その記憶領域を自動で動的に移動させるものであった。
【０００５】
また、特開平４−２０５５１８号公報（特許文献２）には次のような技術が開示されている。ディスク装置を多重化し、ホストからはこれらに同一のデータを記憶させておく。そして、ホストから複数のディスク装置に対して同一のリード要求コマンドを発行する。そして、複数のディスク装置から返されたデータのうち最初に応答したデータをリード要求コマンドの結果として採用するようにする。このようにしてリードの処理時間が短縮される。
【０００６】
特開平１１−２３７９５９号公報（特許文献３）には次のような技術が開示されている。複数の記憶デバイスを用意する。ホストから書き込みデータが送られてくるとこれらの記憶デバイスに同一のデータを書き込もうとする。このとき、２つの記憶デバイスに対する書き込みが完了した時点でホストに完了通知を送る。この後、残りの記憶デバイスに対する書き込みは続け完了させる。
【０００７】
【特許文献１】
特開平８−１３７６３２号公報
【特許文献２】
特開平４−２０５５１８号公報
【特許文献３】
特開平１１−２３７９５９号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
特開平８−１３７６３２号公報（特許文献１）の方式では、データブロック長が比較的短いランダムアクセスを念頭においており、データ長が比較的長いシーケンシャルアクセスにおいてはＲＡＩＤ５の方が有利という視点が欠けていた。また度数分布表を用いてユーザデータ記録方法をＲＡＩＤ１かＲＡＩＤ５に判断し、ユーザデータをＲＡＩＤ１とＲＡＩＤ５の内蔵ディスク間で動的に変換させデータ移動させるため、通常のリードライトアクセスによる負荷に加えて、このＲＡＩＤ１とＲＡＩＤ５間のデータ変換・移動による多大な負荷をアレイコントローラの処理能力にかけ、ディスクアレイ装置全体としては、むしろ性能が劣化する場合もあるという問題点があった。
【０００９】
特開平４−２０５５１８号公報（特許文献２）の方式では単なるデータの多重書きであって、データ長に短いものと長いものがあり、それぞれに適した記憶の方式があることが考慮されていない。それに、この方式を採用するためにはホスト側の機能設計変更が必要であり、システム全体としてかなり大規模な設計の変更が必要となる。
【００１０】
特開平１１−２３７９５９号公報（特許文献３）の方式も上記と同様に単なるデータの多重書きであって、データ長に短いものと長いものがあり、それぞれに適した記憶の方式があることが考慮されていない。記憶デバイスはみんな同じものである。
【００１１】
本発明の目的は、シーケンシャルとランダムとの双方のアクセスにとって高速であってかつ、記憶装置に冗長性を持たせたディスクアレイ装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
複数の異種の又は同種のＲＡＩＤレベルの同一のデータを格納したデータボリュームをディスクアレイ装置内に作成し、サーバ等からのリードライト要求に対し、複数の同一内容データボリューム全てにアレイコントローラからリードライト処理指示を出し、もっとも早くリードライト処理が完了したデータボリュームからの、リードデータ返送もしくはライト完了報告を、アレイコントローラからサーバ等に対して行う。なおライト要求があった場合は、その後のディスクアレイ装置内のデータボリュームを同一内容に保つために、たとえサーバ等へのライトデータ返送の後でも、アレイコントローラからライト要求を出した全てのデータボリュームに対して、ライト処理を完了させておく。
【００１３】
この複数の同一内容データボリュームは、異なるＲＡＩＤレベルに記録させる場合と、同じＲＡＩＤレベルで記録させる場合とが考えられる。ランダムとシーケンシャルのアクセスが混在する業務や、ランダム・シーケンシャルどちらのアクセスが多いかが分からない業務においては、異なるＲＡＩＤレベルを混在（例えばＲＡＩＤ１とＲＡＩＤ５）する方が良い。またランダムアクセスが多いと分かっている業務においては、複数のＲＡＩＤ１の論理ボリュームを作成する方が良い。さらにシーケンシャルアクセスが多いと分かっている業務においては、複数のＲＡＩＤ５の論理ボリュームを作成する方が良い。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１に本発明の実施例を示す。ディスクアレイ装置１０２は、リードライト要求を出すサーバ１０１と、ＳＣＳＩ、ファイバーチャネル、ネットワーク等のデータパスで接続されている。ディスクアレイ装置１０２の中には、アレイコントローラ１０３とディスク装置１０４〜１０９が内蔵されている。１１０は、ミラーリングとも呼ばれるＲＡＩＤ１のＲＡＩＤレベルによる論理的なデータボリュームで、ディスク装置１０４と１０５の中に、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３…という同じデータブロックを記録している。なおＤ１、Ｄ２、Ｄ３…はユーザデータのデータブロックを表し、通常数百バイトから数百キロバイト程度のサイズである。１１１は、パリティデータを用いたＲＡＩＤ５のＲＡＩＤレベルによる論理データボリュームである。Ｐ１はパリティデータで、Ｄ１とＤ２とＤ３の排他的論理和である。数式で表せば、
【００１５】
【数１】

となる。さて、このディスクアレイ装置には、１１０（ＲＡＩＤ１）と１１１（ＲＡＩＤ５）という異なるＲＡＩＤレベルの２つのデータボリュームがある。これらは同一のデータを記憶している。サーバ１０１からディスクアレイ装置１０２へリードライト要求があった場合、アレイコントローラ１０３はデータボリューム１１０と１１１の双方にリードライト要求を出し、早く処理が完了したデータボリュームからの処理報告をサーバ１０１へ返す。すなわちリード要求の場合は、データボリューム１１０と１１１とで早くリード処理が終了したテータボリュームからのリードデータをサーバへ返送し、ライト要求の場合は、データボリューム１１０と１１１とで早くライト処理が終了したテータボリュームからアレイコントローラへのライト完了報告を受けて、アレイコントローラがサーバへライト完了報告を返す。なおライト要求の場合、データボリューム１１０と１１１とで早くライト処理が終わったデータボリュームへのライト終了をもって、アレイコントローラはサーバへライト完了報告を行なうが、もう１つのデータボリュームへのライト処理も完了させておく必要がある。これは２つのデータボリュームでデータ内容の同一性を保つためである。一方、リード要求の場合は、片方のデータボリュームからのリード処理が完了すれば、もう片方のデータボリュームに対するアレイコントローラからのリード要求は途中で終了させてもかまわない。この図１の実施例は、ランダムとシーケンシャルのアクセスが混在する業務や、ランダム・シーケンシャルどちらのアクセスが多いかが分からない業務において有効な実施例となる。
【００１６】
図２は、ディスクアレイ装置の中に、同じＲＡＩＤレベル（ＲＡＩＤ１）の論理的なデータボリュームを２つ作成した実施例である。ディスクアレイ装置１０２の中には、アレイコントローラ１０３とディスク装置２０４〜２０７が内蔵されており、２つのデータボリューム２１０と２１１とが、ともにＲＡＩＤ１方式で作成されている。記録されているユーザデータ内容は２つのデータボリュームとも同一である。サーバ１０１からディスクアレイ装置１０２へリードライト要求があった場合、アレイコントローラ１０３はデータボリューム２１０と２１１の双方にリードライト要求を出し、早く処理が完了したデータボリュームからの処理報告をサーバ１０１へ返す。すなわちリード要求の場合は、データボリューム２１０と２１１とで早くリード処理が終了したテータボリュームからのリードデータをサーバへ返送し、ライト要求の場合は、データボリューム２１０と２１１とで早くライト処理が終了したテータボリュームからアレイコントローラへのライト完了報告を受けて、アレイコントローラがサーバへライト完了報告を返す。サーバからのリードライト要求が頻繁に行われ、前の要求処理が終了しないうちに次の要求がサーバからディスクアレイ装置に対して行われるような業務においては、この図２での実施例のように、ディスクアレイ装置内の複数のデータボリュームに平行して処理要求をアレイコントローラから出しておけば、前に出された要求が早く終わったデータボリュームから次の要求処理を開始することができ、ディスクアレイ装置内のリソース（ディスク装置など）を無駄なく効率的に使用でき、かつディスクアレイ装置全体としてのリードライト処理を高速化できる。なおライト要求の場合、データボリューム２１０と２１１とで早くライト処理が終わったデータボリュームへのライト終了をもって、アレイコントローラはサーバへライト完了報告を行なうが、もう１つのデータボリュームへのライト処理も完了させておく必要がある。これは２つのデータボリュームでデータ内容の同一性を保つためである。一方、リード要求の場合は、片方のデータボリュームからのリード処理が完了すれば、もう片方のデータボリュームに対するアレイコントローラからのリード要求は途中で終了させてもかまわない。この図２の実施例は、業務でランダムアクセスが多いと分かっている場合に有効な実施例である。
【００１７】
図３は、ディスクアレイ装置の中に、同じＲＡＩＤレベル（ＲＡＩＤ５）のデータボリュームを２つ作成した実施例である。ディスクアレイ装置１０２の中には、アレイコントローラ１０３とディスク装置３０４〜３１１が内蔵されており、２つのデータボリューム３１２と３１３とが、ともにＲＡＩＤ５方式で作成されている。記録されているユーザデータ内容は２つのデータボリュームとも同一である。サーバ１０１からディスクアレイ装置１０２へリードライト要求があった場合、アレイコントローラ１０３はデータボリューム３１２と３１３の双方にリードライト要求を出し、早く処理が完了したデータボリュームからの処理報告をサーバ１０１へ返す。すなわちリード要求の場合は、データボリューム３１２と３１３とで早くリード処理が終了したテータボリュームからのリードデータをサーバへ返送し、ライト要求の場合は、データボリューム３１２と３１３とで早くライト処理が終了したテータボリュームからアレイコントローラへのライト完了報告を受けて、アレイコントローラがサーバへライト完了報告を返す。サーバからのリードライト要求が頻繁に行われ、前の要求処理が終了しないうちに次の要求がサーバからディスクアレイ装置に対して行われるような業務においては、この図３での実施例のように、ディスクアレイ装置内の複数のデータボリュームに平行して処理要求をアレイコントローラから出しておけば、前に出された要求が早く終わったデータボリュームから次の要求処理を開始することができ、ディスクアレイ装置内のリソース（ディスク装置など）を無駄なく効率的に使用でき、かつディスクアレイ装置全体としてのリードライト処理を高速化できる。なおライト要求の場合、データボリューム３１２と３１３とで早くライト処理が終わったデータボリュームへのライト終了をもって、アレイコントローラはサーバへライト完了報告を行なうが、もう１つのデータボリュームへのライト処理も完了させておく必要がある。これは２つのデータボリュームでデータ内容の同一性を保つためである。一方、リード要求の場合は、片方のデータボリュームからのリード処理が完了すれば、もう片方のデータボリュームに対するアレイコントローラからのリード要求は途中で終了させてもかまわない。この図３の実施例は、業務でシーケンシャルアクセスが多いと分かっている場合に有効な実施例である。
【００１８】
図４は、ディスクアレイ装置の中に、２種類のＲＡＩＤレベル（ＲＡＩＤ１とＲＡＩＤ５）で論理的なデータボリュームを２つずつ合計４つ作成した実施例である。アレイコントローラから各データボリュームへのリードライト要求が出るタイミング等により、同じＲＡＩＤレベルのデータボリュームでもその要求処理終了までの時間が異なり、最も早く処理が終わったデータボリュームの処理完了をもってサーバに完了報告が出来るため図１の実施例よりもさらに高速なディスクアレイ装置となりえる。ディスクアレイ装置１０２の中には、アレイコントローラ１０３とディスク装置４０４〜４１５が内蔵されており、４１６と４１７のデータボリュームがＲＡＩＤ１方式で、４１８と４１９のデータボリュームがＲＡＩＤ５方式で作成されている。記録されているユーザデータ内容は４つのデータボリュームとも同一である。サーバ１０１からディスクアレイ装置１０２へリードライト要求があった場合、アレイコントローラ１０３は４つのデータボリューム４１６〜４１９にリードライト要求を出し、もっとも早く処理が完了したデータボリュームからの処理報告をサーバ１０１へ返す。すなわちリード要求の場合は、データボリューム４１６〜４１９の中で最も早くリード処理が終了したテータボリュームからのリードデータをサーバへ返送し、ライト要求の場合は、データボリューム４１６〜４１９の中で最も早くライト処理が終了したテータボリュームからアレイコントローラへのライト完了報告を受けて、アレイコントローラがサーバへライト完了報告を返す。サーバからのリードライト要求が頻繁に行われ、前の要求処理が終了しないうちに次の要求がサーバからディスクアレイ装置に対して行われるような業務においては、この図４での実施例のように、ディスクアレイ装置内の複数のデータボリュームに平行して処理要求をアレイコントローラから出しておけば、前に出された要求が早く終わったデータボリュームから次の要求処理を開始することができ、ディスクアレイ装置内のリソース（ディスク装置など）を無駄なく効率的に使用でき、かつディスクアレイ装置全体としてのリードライト処理を高速化できる。なおライト要求の場合、データボリューム４１６〜４１９の中で最も早くライト処理が終わったデータボリュームへのライト終了をもって、アレイコントローラはサーバへライト完了報告を行なうが、他の３つのデータボリュームへのライト処理も完了させておく必要がある。これは４つのデータボリュームでデータ内容の同一性を保つためである。一方、リード要求の場合は、片方のデータボリュームからのリード処理が完了すれば、他の３つのデータボリュームに対するアレイコントローラからのリード要求は途中で終了させてもかまわない。この図４の実施例は、ランダムとシーケンシャルのアクセスが混在する業務や、ランダム・シーケンシャルどちらのアクセスが多いかが分からない業務において有効な実施例となる。
【００１９】
なお図１と図４の実施例の使い分けについてであるが、これはアレイコントローラのデータ制御処理能力と、内蔵されるディスク装置のリードライト処理能力のバランスを考えて、ディスクアレイ装置全体としてより高速なリードライト処理能力を持たせるように、図１のタイプか図４のタイプかを決めるべきである。すなわち、アレイコントローラのデータ制御処理能力が優れていて、各データボリュームに用いられているディスク装置のリードライト応答時間に対して、データボリュームを４つあるいはそれ以上同時に制御する能力がアレイコントローラにあれば、図４のタイプが有効である。またアレイコントローラのデータ制御処理能力が、ディスク装置のリードライト応答時間に対して、データボリュームを２つ程度の制御しかできない能力であれば、図１のタイプの方がより有効である。
【００２０】
次に図５、図６を用いてアレイコントローラ１０３の構成を説明する。図５はサーバからリード要求が来た場合の処理フローを示している。なお、ディスクアレイ装置はリードライトの処理を高速に実行するためにキャッシュメモリを備えているのが一般的である。以下これに従って説明する。
【００２１】
図５はリード要求の場合を示した処理フローである。サーバからディスクアレイ装置へリード要求があると（５０１）、アレイコントローラのキャッシュ上に要求されたリードデータがあるかどうかが調べられる（５０２）。あれば、リードデータをキャッシュから読み出してサーバへ返送する（５０６）。これでリードアクセスは完了し、処理を終わる。
【００２２】
キャッシュ上に要求されたリードデータがなければ、ディスクアレイ内の各データボリュームにディスクアレイコントローラからリード要求を出す（５０３）。最も早くリード処理が完了したデータボリュームからのリードデータをアレイコントローラがサーバへ返送しリードアクセスを完了する（５０４）。次に、アレイコントローラからのリード要求が未完了である他のボリュームへのリード要求をアレイコントローラが取り消しの指示を出す（５０５）。これでリード要求への処理が終了する。
【００２３】
次に、図６を用いてサーバからライト要求が来た場合のアレイコントローラの処理を説明する。サーバからディスクアレイ装置へライト要求が来ると（６０１）、アレイコントローラのキャッシュにおいてダーティデータが書き込まれている領域以外でライトデータを書き込むスペースがあるかを判定する（６０２）。ここで、ダーティデータとはアレイコントローラのキャッシュ上にあるデータのうちまだデータボリューム（ディスク装置）に書き込まれていないもの（キャッシュからの消去不可のもの）を示す。スペースがあれば、アレイコントローラのキャッシュにライトデータを書き込む（６０３）。そして、サーバへアレイコントローラからライト要求完了報告を出す（６０４）。この状態でアレイコントローラはサーバからの次のリードライト要求を処理できる。一方、ディスクアレイ内の各データボリュームにアレイコントローラのキャッシュからライトデータを書き込み（６０５）、処理を終了する。
【００２４】
ステップ６０２でスペースがなければ、ライトデータを書き込むスペースが出来るようにキャッシュ上のダーティデータを強制的に掃き出す（書き込む）ようにアレイコントローラから各データボリュームへ指示する（６０６）。最も早く強制掃き出しが完了したデータボリュームからのライト完了報告をもってキャッシュ上の該当ライトデータをダーティデータからはずす（キャッシュから消去可能となる）（６０７）。一方、強制掃き出しのライト処理が未完了のデータボリュームへの書き込みはライト処理が完了したデータボリュームのデータを用いて続ける（６１０）。この処理が完了していなくとも次のリードライト要求の処理は可能である。
【００２５】
次に、強制掃き出しによって空いたキャッシュスペースにサーバからのライトデータを書き込む（６０８）。そして、キャッシュにすべてのライトデータを書き込んだらアレイコントローラからサーバへライト要求完了報告をする（６０９）。この後、既出のステップ６０５の処理が行われ処理が終了する。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば、データアクセスがランダム、シーケンシャルいずれの場合にもデータアクセスに合わせて、従来よりも高速なリードライト性能を持つディスクアレイ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のディスクアレイ装置の構成図例１であり、ＲＡＩＤ１とＲＡＩＤ５のデータボリュームを混在させた例を示す図。
【図２】本発明のディスクアレイ装置の構成図例２であり、ＲＡＩＤ１のみを用いて、２個のデータボリュームを作成した例を示す図。
【図３】本発明のディスクアレイ装置の構成図例３であり、ＲＡＩＤ５のみを用いて、２個のデータボリュームを作成した例を示す図。
【図４】本発明のディスクアレイ装置の構成図例４であり、ＲＡＩＤ１で２個、ＲＡＩＤ５で２個、計４個のデータボリュームを作成した例示す図。
【図５】アレイコントローラのリード要求に対する処理の一例を示すフローチャート。
【図６】アレイコントローラのライト要求に対する処理の一例を示すフローチャート。
【符号の説明】
１０１…サーバ
１０２…ディスクアレイ装置
１０３…アレイコントローラ
１０４〜１０９…ディスク装置
１１０、１１１…データボリューム
２０４〜２０７…ディスク装置
２１０、２１１…データボリューム
３０４〜３１１…ディスク装置
３１２、３１３…データボリューム
４０４〜４１５…ディスク装置
４１６〜４１９…データボリューム

Claims (7)

1. 異種の又は同種のＲＡＩＤレベルであって同一のデータを格納した複数のデータボリュームと、サーバ等からのリードライト要求に対し複数の同一内容データボリューム全てにリードライト処理指示を出しもっとも早くリードライト処理が完了したデータボリュームからのリードデータ返送もしくはライト完了報告をサーバ等に対して行うアレイコントローラとを備えたことを特徴とするディスクアレイ装置。
2. 前記複数のデータボリュームは同一のデータを格納したＲＡＩＤ１とＲＡＩＤ５のデータボリュームであることを特徴とする請求項１記載のディスクアレイ装置。
3. 前記複数のデータボリュームは同一データを格納した複数のＲＡＩＤ１のデータボリュームであることを特徴とする請求項１記載のディスクアレイ装置。
4. 前記複数のデータボリュームは同一データを格納した複数のＲＡＩＤ５のデータボリュームであることを特徴とする請求項１記載のディスクアレイ装置。
5. 前記複数のデータボリュームは同一データを格納した同一レベルのＲＡＩＤの複数のデータボリュームとこのＲＡＩＤレベルとは異なる同一レベルのＲＡＩＤの複数のデータボリュームであることを特徴とする請求項１記載のディスクアレイ装置。
6. 前記アレイコントローラはキャッシュメモリを有し、前記キャッシュメモリにサーバ等からのデータを書き込んだときライト処理が完了したとすることを特徴とする請求項１記載のディスクアレイ装置。
7. 前記アレイコントローラはキャッシュメモリを有し、前記キャッシュメモリからサーバ等から要求のあったデータを読み出したときリード処理が完了したとすることを特徴とする請求項１記載のディスクアレイ装置。

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