JP2006201915A

JP2006201915A - ディスク装置及びホットスワップ方法

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Publication number: JP2006201915A
Application number: JP2005011303A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Sato; 宏之佐藤
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2005-01-19
Filing date: 2005-01-19
Publication date: 2006-08-03
Anticipated expiration: 2025-01-19
Also published as: US20060161823A1; CN1808368A; CN1808368B; JP4441929B2

Abstract

【課題】安価な物理ディスクをスペアとして使用しつつ、すばやく冗長化を回復できるディスク装置を提供する。
【解決手段】スペアディスク制御部４０は、ＲＡＩＤ構成により、物理ディスク５０〜５３に対して並列に読み書きを行うことで、スペアディスク１０５を、スペアディスク１０５を構成する個々の物理ディスク５０〜５３よりも読み書きが高速化された論理ディスクとして構築する。論理ディスク１０１〜１０４において、各論理ディスクを構成する複数の物理ディスクの何れかに障害が発生すると、論理ディスク制御部３０は、障害が発生した物理ディスク以外の物理ディスクから復旧データを作成する。論理ディスク制御部３０は、作成した復旧データを、スペアディスク制御部４０を経由してスペアディスク１０５に書き込む。
【選択図】図１

Description

本発明は、ディスク装置に関し、更に詳しくは、複数の物理ディスクにより構築され、データを冗長化構成で記憶する論理ディスクを備えるディスク装置、及び、そのようなディスク装置におけるホットスワップ方法に関する。

複数の物理ディスクを１つの論理ドライブとして構築し、それら複数の物理ディスクに、データをデータ損失がないように冗長化して記憶するディスク装置が知られている。このようなディスク装置としては、ＲＡＩＤ（Redundant Array of Inexpensive(Independent) Disks）が知られている。冗長化構成のＲＡＩＤでは、複数の物理ディスクのうちの何れかに障害が発生し、その物理ディスクからデータを読み出すことができない場合でも、その他の物理ディスクから読み出したデータから、データを復旧することが可能である。

上記冗長化構成のディスク装置では、物理ディスクに障害が発生すると、データの読み出しは可能なものの、データの冗長化は失われることになる。このような事態に備えて、ディスク装置は、論理ディスクを構成する物理ディスクの他に、スペアとして定義された物理ディスクを有している。ディスク装置は、論理ディスクを構成する物理ディスクに障害が発生し、データの冗長化が失われると、スペアとして定義された物理ディスクに、障害が発生した物理ディスクが記憶していた内容を記憶させて、冗長化を回復する。このような機能は、ホットスワップ機能と呼ばれる。

スペアディスクを用いて冗長化を回復させる技術としては、特許文献１や特許文献２に記載された技術がある。特許文献１では、７２ＧＢの容量を有する複数の物理ディスクにより１つの論理ディスクを構成されている場合に、複数の物理ディスクのうちの何れかに障害が発生したときには、物理ディスクの容量７２ＧＢを３６ＧＢに分割し、分割した３６ＧＢを、それぞれが３６ＧＢの容量を有する２台の物理ディスクに書き込んで、データを復元する。このように、特許文献１では、複数の容量の小さな物理ディスクを用いて、容量の大きな物理ディスクによって構築された論理ディスクのホットスワップが可能である。

特許文献２では、容量が大きいスペアディスクを用い、例えば７２ＧＢのスペアディスクを、１８ＧＢの領域２つと、３６ＧＢの領域とに分割する。この分割されたスペアディスクの１８ＧＢの領域は、複数の１８ＧＢの物理ディスクで構成された論理ディスクのデータ退避に用いられる。また、スペアディスクの３６ＧＢの領域は、複数の３６ＧＢの物理ディスクで構成された論理ディスクのデータ退避に用いられる。このようにすることで、容量の大きなスペアディスクを用いて、複数の論理ディスクのホットスワップが可能である。
特開２００２-２９７３２２号公報（図５、段落００３４〜００３７）特開２００３-１８６６３０号公報（図２、段落００１８から００２２）

ところで、ホットスワップによる冗長化の回復までの復旧時間は、論理ディスクを構成する物理ディスクと、スペアとして定義されている物理ディスクとの中で、最も性能が低い物理ディスクの性能（書込み速度）に依存する。一般に、物理ディスクは、書込み速度が速いほど高価である。このため、従来のディスク装置では、冗長化を回復するまでに要する時間を短くするためには、通常時には使用されない予備のスペアディスクに、高価な物理ディスクを使用する必要があり、コストがかかるという問題がある。

本発明は、上記従来技術の問題点を解消し、コストを低減しつつ、論理ディスクを構成する複数の物理ディスクの何れかに障害が発生したときにすばやく冗長化を回復できるディスク装置及びホットスワップ方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のディスク装置は、複数の第１物理ディスクを１つの論理ディスクとして構築しデータを冗長化して記憶するディスク装置において、複数の第２物理ディスクと、該複数の第２物理ディスクを、前記複数の第１物理ディスクの何れかに障害が発生した際に該障害が発生した第１物理ディスクに記憶されたデータを書き込むためのスペアディスクとして制御するスペアディスク制御部とを備え、該スペアディスク制御部は、前記障害が発生した第１物理ディスク以外の第１物理ディスクに記憶されたデータから作成された復旧データを、前記複数の第２物理ディスクに分散させて並列的に書き込むことを特徴とする。

また、本発明のホットスワップ方法は、複数の第１物理ディスクを１つの論理ディスクとして構築しデータを冗長化して記憶するディスク装置におけるホットスワップ方法であって、複数の第２物理ディスクを、前記複数の第１物理ディスクの何れかに障害が発生した際に、該障害が発生した第１物理ディスクに記憶されたデータを書き込むためのスペアディスクとして構築し、前記障害が発生した第１物理ディスク以外の第１物理ディスクに記憶されたデータから作成された復旧データを、前記複数の第２物理ディスクに分散させて並列的に書き込むことを特徴とする。

本発明のディスク装置及びホットスワップ方法では、論理ディスクを構成する第１物理ディスクの復旧データを、スペアディスクを構成する複数の第２物理ディスクに対して並列的に書き込むため、第２物理ディスク単体をスペアディスクとして用いる場合に比して、復旧データの書込みに要する時間を短縮できる。このため、第２物理ディスクとして、第１物理ディスクよりも安価で書込み速度が低速なディスクを使用した場合でも、冗長化を回復するためのホットスワップの性能劣化を抑止し、冗長化が失われている時間を短縮化できる。

本発明のディスク装置では、前記第２物理ディスクとして、書込み速度が、前記第１物理ディスクの書込み速度よりも遅い物理ディスクを使用することができる。この場合、低速で安価な第２物理ディスクを用いてデータ復旧を行うことで、コストを低減できる。

本発明のディスク装置では、前記スペアディスク制御部が前記第２物理ディスクに並列的にデータを書き込む際の書込み速度が、前記第２物理ディスク単体の書込み速度よりも速い。例えば、第２物理ディスクに並列にデータを書き込む際の書き込み速度を、第１物理ディスクの書込み速度と同じかそれよりも早くすることで、コストを低減しつつ、冗長化が失われる時間を、第１物理ディスクと同等な性能を有する高価な物理ディスクをスペアディスクとして用いた場合と同等にすることができる。

本発明のディスク装置では、前記論理ディスクを複数備える構成を採用できる。この場合、前記論理ディスクのそれぞれの復旧優先度を記憶する優先度記憶部を更に備え、前記スペアディスク制御部は、前記優先度記憶部を参照して前記物理ディスクに障害が発生した論理ディスクの復旧優先度を特定し、該特定した復旧優先度に従って前記復旧データを並列的に書き込む第２物理ディスクの台数を決定する構成を採用できる。例えば、復旧優先度が高く設定された論理ディスクを構成する第１物理ディスクに障害が発生した場合には、より多くの第２物理ディスクに、復旧データを並列的に書き込むことにより、冗長化を回復するまでの時間を短縮する。また、復旧優先度が低く設定された論理ディスクを構成する第１物理ディスクに障害が発生した場合には、少数の第２物理ディスクに復旧データを書き込む構成を採用することができる。

本発明のディスク装置及びホットスワップ方法では、復旧データを、複数の第２物理ディスクに対して並列的に書き込むことにより、復旧データの書込み時間を短縮している。このため、第１物理ディスクに障害が発生して冗長化が失われてから、復旧データの書き込みが終了して冗長化が回復されるまでの時間を短縮することができる。

以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施形態のディスクアレイ装置の構成を示している。ディスクアレイ装置１００は、１６台の物理ディスク（第１物理ディスク）１０〜２５と、４台の物理ディスク（第２物理ディスク）５０〜５３と、論理ディスク制御部３０と、スペアディスク制御部４０とを備える。物理ディスク１０〜２５は、ディスクアレイ装置１００において、メインのディスク装置として使用される。物理ディスク５０〜５３は、スペアのディスク装置として使用され、メインの物理ディスク１０〜２５に比して、読み書きの速度性能が低い安価なディスクが使用される。

論理ディスク制御部３０は、計１６台の物理ディスク１０〜２５により、４つの論理ディスク１０１〜１０４を構築する。より詳細には、論理ディスク制御部３０は、物理ディスク１０〜１３より第１の論理ディスク１０１を構築し、物理ディスク１４〜１７により第２の論理ディスク１０２を構築し、物理ディスク１８〜２１により第３の論理ディスク１０３を構築し、物理ディスク２２〜２５により第４の論理ディスク１０４を構築する。論理ディスク制御部３０は、各論理ディスクに対するデータ書込み、及び、各論理ディスクからのデータ読込みを行う。各論理ディスク１０１〜１０４は、例えばパリティが付加されて冗長化されており、論理ディスクを構成する物理ディスクの何れかに障害が発生しても、データ損失がないように構成されている。

論理ディスク制御部３０は、例えば、各論理ディスク１０１〜１０４をＲＡＩＤ５で構成する。論理ディスク制御部３０は、例えば、論理ディスク１０１にデータを書き込む際には、書き込むデータを３つのブロックに分割して、その３つのブロックのデータから、パリティデータを生成する。その後、分割されたデータと、生成したパリティデータとを、物理ディスク１０〜１３に対して書き込む。この場合、物理ディスク１０〜１３の何れかに故障が発生して、分割された３つのブロックのうちの何れかが読み出し不能となった場合でも、パリティデータを用いることにより、データの復旧が可能である。

スペアディスク制御部４０は、計４台の物理ディスク５０〜５３により、論理的に１つのスペアディスク１０５を構築し、スペアディスク１０５に対するデータ書込み、及び、スペアディスク１０５からのデータ読込みを行う。スペアディスク制御部４０は、ＲＡＩＤ構成により、物理ディスク５０〜５３に対して並列に読み書きを行うことで、スペアディスク１０５を、スペアディスク１０５を構成する個々の物理ディスク５０〜５３よりも読み書きが高速化された論理ディスクとして構築する。

論理ディスク１０１〜１０４において、各論理ディスクを構成する複数の物理ディスクの何れかに障害が発生すると、論理ディスク制御部３０は、障害が発生した物理ディスク以外の物理ディスクから復旧データを作成する。論理ディスク制御部３０は、作成した復旧データを、スペアディスク制御部４０を経由してスペアディスク１０５に書き込む。その後、論理ディスク制御部３０は、障害が発生した物理ディスク以外の物理ディスクとスペアディスク１０５とによって論理ディスクを構築し、冗長化を回復する。

論理ディスク制御部３０は、例えば論理ディスク１０１において、物理ディスク１１に障害が発生したときには、物理ディスク１０、１２、１３に記憶されているデータを用いて、物理ディスク１１に記憶されているデータを作成する。スペアディスク制御部４０は、復旧データを複数のブロックに分割し、分割した各ブロックを、物理ディスク５０〜５３に対して並列に書き込む。その後、論理ディスク制御部３０は、例えば物理ディスク１１が新たな物理ディスクに交換されるまで、物理ディスク１０、１２、１３と、スペアディスク１０５とにより、論理ディスク１０１を構築する。

本実施形態では、スペアディスク制御部４０が物理ディスク５０〜５３に対して並列に読み書きを行う。このため、スペアディスク１０５を構成する個々の物理ディスク５０〜５３として、物理ディスク１０〜２５のそれぞれに比して速度性能が劣るものを使用した場合でも、スペアディスク１０５の速度特性を、論理ディスク１０１〜１０３を構成する個々の物理ディスク１０〜２５のそれぞれと同等な速度特性とすることができる。従って、物理ディスク５０〜５３に安価で低速なディスクを使用しても、ホットスワップによって冗長化を回復するまでに要する時間を短くすることができ、冗長化が失われる時間を短縮して、ディスクアレイ装置１００の信頼性を高めることができる。

本実施形態では、スペアディスク１０５を、スペアディスク制御部４０によって複数の物理ディスク５０〜５３を用いてＲＡＩＤで構成しているため、スペアディスク制御部４０は、構成するＲＡＩＤにより、スペアディスク１０５の性能を制御可能である。このため、物理ディスク５０〜５３は、全て同じ性能を有している必要はなく、性能の異なる物理ディスクを混在させることもできる。また、スペアディスク制御部４０により、複数の物理ディスク５０〜５３で構成されるスペアディスク１０５の容量を制御可能であるため、物理ディスク５０〜５３には、論理ディスク１０１〜１０４を構成する物理ディスクと容量の異なる物理ディスクを用いることができる。

図２は、本発明の第２実施形態のディスクアレイ装置の構成を示している。本実施形態のディスクアレイ装置１００ａは、論理ディスク１０１〜１０４のそれぞれに対して復旧優先度を設定し、設定した復旧優先度を優先度記憶部６０に記憶する点で、第１実施形態と相違する。優先度記憶部６０は、例えば図３に示すように、論理ディスクと、その論理ディスクに設定された復旧優先度とを記憶する。冗長化の回復を迅速に行う必要がある論理ディスクの復旧優先度は「高」に設定され、冗長化の回復をあまり迅速に行う必要がない論理ディスクの復旧優先度は「低」に設定される。

スペアディスク制御部４０は、論理ディスク１０１〜１０４を構成する物理ディスクに障害が発生すると、優先度記憶部６０を参照して、障害が発生した物理ディスクを用いて構成される論理ディスクの復旧優先度を取得する。その後、取得した復旧優先度に基づいて、スペアディスク１０５を構成する物理ディスク５０〜５３に、データ復旧に使用するブロックを割り当て、その割り当てたブロックを使用して、冗長化回復を行う。このとき、スペアディスク制御部４０は、復旧優先度が「高」に設定された論理ディスクの冗長化回復を行う場合には、復旧データを、スペアディスク１０５を構成する複数の物理ディスク５０〜５３に分散させて並行して処理可能なようにブロックを割り当てる。一方、復旧優先度が「低」に設定された論理ディスクの冗長化回復を行う場合には、スペアディスク１０５を構成する複数の物理ディスク５０〜５３のうちで、最も空き容量が大きな物理ディスクを選択し、その物理ディスク内に復旧データを記録するブロックを割り当てる。

図４（ａ）及び（ｂ）は、それぞれスペアディスク１０５においてデータ復旧に使用されるブロックの割り当ての様子を示している。例えば、復旧優先度が「高」に設定された論理ディスク１０１の冗長化回復を行う際には、スペアディスク制御部４０は、同図（ａ）に示すように、スペアディスク１０５を構成する物理ディスク５０〜５３の全てに、復旧データを記録するブロック（ブロック“ａ”）を割り当て、複数の物理ディスク５０〜５３のブロック“ａ”に並列に復旧データを書き込む。この場合、複数の物理ディスク５０〜５３に対して、並列に復旧データを書き込むことで、冗長化の回復が高速化される。

また、復旧優先度が「低」に設定された論理ディスク１０４の冗長化回復を行う際には、スペアディスク制御部４０は、図４（ｂ）に示すように、スペアディスク１０５を構成する物理ディスク５０〜５３のうちで、空き容量の最も大きな物理ディスク５３に、復旧データを記録するブロック（ブロック“ｄ”）を割り当て、そのブロック“ｄ”に復旧データを書き込む。この場合、冗長化の回復までに要する時間は、物理ディスク５３の性能で決定され、冗長化の回復は高速化されない。しかし、論理ディスク１０４については、冗長化回復をあまり迅速に行う必要はないため、問題はない。

本実施形態では、復旧優先度が高い論理ディスクに対しては、スペアディスク１０５のブロックを、複数の物理ディスク５０〜５３に分散して割り当て、複数の物理ディスク５０〜５３に並行して復旧データの書込みを行うことで、スペアディスク１０５の性能を物理ディスク５０〜５３単体の性能に比して高くし、冗長化の回復を迅速に行う。一方、復旧優先度が低い論理ディスクに対しては、スペアディスク１０５のブロックを、最も空き容量が大きな物理ディスクから抽出して、物理ディスク５０〜５３の容量の効率化を図る。このため、スペアディスク１０５として使用する物理ディスクの容量が全て同じでない場合や、スペアディスク１０５として使用する物理ディスクを新たに追加した場合でも、冗長化の回復に対し、効率よく柔軟に対応することができる。

なお、上記実施形態では、復旧優先度を、「高」、「低」の２段階に設定したが、これには限定されず、３以上の優先度を設定できる。例えば「高」、「中」、「低」の３段階に設定し、復旧優先度に従って、冗長化復旧までの時間を変化させてもよい。この場合、スペアディスク制御部４０は、復旧優先度「高」に対しては、４つの物理ディスク５０〜５３の全てによってスペアディスク１０５を構築し、復旧優先度「中」に対しては、４つの物理ディスク５０〜５３のうちの２つによってスペアディスク１０５を構築し、復旧優先度「低」に対しては、４つの物理ディスク５０〜５３のうちの１つにより、スペアディスク１０５を構築するようにすることができる。

以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明のディスク装置及びホットスワップ方法は、上記実施形態例にのみ限定されるものではなく、上記実施形態の構成から種々の修正及び変更を施したものも、本発明の範囲に含まれる。

本発明の第１実施形態のディスクアレイ装置の構成を示している。本発明の第２実施形態のディスクアレイ装置の構成を示している。優先度記憶部に記憶された、論理ディスクとその論理ディスクに設定された復旧優先度との対応関係を示すテーブル。（ａ）及び（ｂ）は、それぞれスペアディスク１０５においてデータ復旧に使用されるブロックの割り当ての様子を示すブロック図。

符号の説明

１００：ディスクアレイ装置
１０１〜１０４：論理ディスク
１０５：スペアディスク
１０〜２５：物理ディスク
３０：論理ディスク制御部
４０：スペアディスク制御部
５０〜５３：物理ディスク
６０：優先度記憶部

Claims

複数の第１物理ディスクを１つの論理ディスクとして構築しデータを冗長化して記憶するディスク装置において、
複数の第２物理ディスクと、該複数の第２物理ディスクを、前記複数の第１物理ディスクの何れかに障害が発生した際に該障害が発生した第１物理ディスクに記憶されたデータを書き込むためのスペアディスクとして制御するスペアディスク制御部とを備え、該スペアディスク制御部は、前記障害が発生した第１物理ディスク以外の第１物理ディスクに記憶されたデータから作成された復旧データを、前記複数の第２物理ディスクに分散させて並列的に書き込むことを特徴とするディスク装置。
前記第２物理ディスクの書込み速度が、前記第１物理ディスクの書込み速度よりも遅い、請求項１に記載のディスク装置。
前記スペアディスク制御部が前記第２物理ディスクに並列的にデータを書き込む際の書込み速度が、前記第２物理ディスク単体の書込み速度よりも速い、請求項２に記載のディスク装置。
前記論理ディスクを複数備える、請求項１〜３の何れか一に記載のディスク装置。
前記論理ディスクのそれぞれの復旧優先度を記憶する優先度記憶部を更に備え、
前記スペアディスク制御部は、前記優先度記憶部を参照して前記物理ディスクに障害が発生した論理ディスクの復旧優先度を特定し、該特定した復旧優先度に従って前記復旧データを並列的に書き込む第２物理ディスクの台数を決定する、請求項４に記載のディスク装置。
複数の第１物理ディスクを１つの論理ディスクとして構築しデータを冗長化して記憶するディスク装置におけるホットスワップ方法であって、
複数の第２物理ディスクを、前記複数の第１物理ディスクの何れかに障害が発生した際に、該障害が発生した第１物理ディスクに記憶されたデータを書き込むためのスペアディスクとして構築し、前記障害が発生した第１物理ディスク以外の第１物理ディスクに記憶されたデータから作成された復旧データを、前記複数の第２物理ディスクに分散させて並列的に書き込むことを特徴とするホットスワップ方法。