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JP2007200433A - データ蓄積装置及びその制御方法 - Google Patents

データ蓄積装置及びその制御方法 Download PDF

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JP2007200433A JP2006016617A JP2006016617A JP2007200433A JP 2007200433 A JP2007200433 A JP 2007200433A JP 2006016617 A JP2006016617 A JP 2006016617A JP 2006016617 A JP2006016617 A JP 2006016617A JP 2007200433 A JP2007200433 A JP 2007200433A
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Abstract

【課題】AVサーバーのように複数台のHDDを用いてデータを蓄積する場合において、複数のコマンドが同時期に発行された場合の処理が迅速にできるようにする。
【解決手段】複数台のハードディスクドライブを用いてデータを蓄積するデータ蓄積装置への書込み又は読み出しの制御を行う場合に、データの複数台のハードディスクドライブへの書込み及び/又は読出しを指示するコマンドとして、少なくとも第1のコマンドと第2のコマンドを連続して受信した場合に、複数台のハードディスクドライブに対して、第1のコマンドに対応した指示と第2のコマンドに対応した指示を行うようにし、それぞれのハードディスクドライブで、第1のコマンドに対応した指示が完了すると、それぞれのハードディスクドライブ毎に設定した個別のタイミングで、第2のコマンドに対応した指示を行うようにした。
【選択図】図6

Description

本発明は、HDD(ハードディスクドライブ)を用いてストリームデータを蓄積する装置及びその装置に適用される制御方法に関する。
近年、放送局やポストプロダクションでは、ストリームデータであるビデオデータやオーディオデータなどのAV(オーディオ・ビデオ)データを蓄積するストレージとして、複数台のHDDを搭載して大容量を実現したHDDアレイユニットが使用されている。
例えば、放送局で編集システムや送出システムとして用いられるAVサーバーでも、こうしたHDDアレイユニットが使用されている。AVサーバーは、AVデータ入出力用の複数の入出力ポートを有し、これらの入出力ポートとHDDアレイユニットとの間で高速にAVデータを転送する。
このAVサーバーは、24時間365日連続稼動することを前提とし、且つ、番組のオンエア時に映像や音声が途切れたり遅れたりすることは許されないことから、高い動作信頼性及びリアルタイム性が要求される。
ところが、HDDは、動作信頼性やリアルタイム性(レスポンス性能)はあまり高くないデバイスである。そこで、AVサーバーでは、HDDアレイユニットを、冗長性を持たせたRAID(Redundant Arrays of Inexpensive Disks)構成とした上で、さらに様々な障害に対する対応機能がサポートされている。そうした対応機能としては、例えば、パリティによるデータの補正、リビルド(Rebuild)によるデータの再構築、データのリアサイン処理(或るHDDに応答遅延が発生しても他のHDDでそのHDDのデータを補正して出力すること)、スペアHDDの搭載によるMTTR(Mean Time To Repair)の短縮等が挙げられる。
特許文献1には、RAID構成とされたAVデータを格納するデータ記録再生装置の一例についての記載がある。
特開2005−182658号公報
ところで、ストリームデータであるAVデータをAVサーバーから読み出して再生させる際には、AVデータを途切れなく再生できるようにするために、AVデータの実時間内に読出し処理が間に合うようにする必要があり、外部からコマンドを受信した場合に、そのコマンドに対する処理時間が短い程、好ましい。しかしながら、HDDが用意されたストレージ部には、同時期に複数のコマンドが連続して来る場合があり、そのような場合には、コマンドの処理に時間がかかる問題があった。
図7は、複数のコマンドが同時に発行された場合の、RAID構成のHDDアレイユニットでの従来の処理の一例を示した図である。この例では、14台のHDDで構成されたHDDアレイユニットの例としてあり、第1コマンドと第2コマンドとが同時に発行されたとする。第1コマンドについては、例えばあるデータの書込みを指示するコマンドであり、第2コマンドについては、例えばあるデータの読み出しを指示するコマンドであるとする。このとき、HDDアレイユニットを制御する制御部では、最初に第1コマンドを各HDDに対して送り、それぞれのコマンドに対する処理(書込み処理)Ca1〜Ca14を実行させる。各HDDは、データ書込みのためのシーク時間などの処理時間が、それぞれのドライブの状態により異なるため、異なった時間となり、最も処理時間がかかった処理(図7の例では処理Ca2)が完了した段階で、次のコマンドである第2コマンドを各HDDに対して送る。この第2コマンドが各HDDに対して送られることで、それぞれのコマンドに対する処理(読み出し処理)Cb1〜Cb14を実行させる。
この第2のコマンドの発行時にも、データ読み出しのためのシーク時間などの処理時間が、それぞれのドライブの状態により異なるため、異なった時間となり、最も処理時間がかかった処理(図7の例では処理Cb1)が完了した段階で、第2コマンド処理終了となる。
このように複数のコマンドが同時期に重なると、各コマンドが順に処理されることになり、コマンドの処理が完了するのに時間がかかる問題があった。特に、AVデータを記録するAVサーバーの場合には、データ再生時に、AVデータの実時間内に読出し処理が完了できるように非常に高い時間制御を行う必要があり、コマンドに対する処理の遅れは極力防ぐ必要がある。
本発明は、上述の点に鑑み、例えばAVサーバーのように複数台のHDDを用いてデータを蓄積する場合において、複数のコマンドが同時期に発行された場合の処理が迅速にできるようにすることを目的とする。
本発明は、複数台のハードディスクドライブを用いてデータを蓄積するデータ蓄積装置への書込み又は読み出しの制御を行う場合に、データの複数台のハードディスクドライブへの書込み及び/又は読出しを指示するコマンドとして、少なくとも第1のコマンドと第2のコマンドを連続して受信した場合に、複数台のハードディスクドライブを構成するそれぞれのハードディスクドライブで、第1のコマンドに対応した指示が完了すると、それぞれのハードディスクドライブ毎に設定した個別のタイミングで、第2のコマンドに対応した指示を行うようにしたものである。
本発明によれば、複数台のハードディスクドライブ内の1台ごとのハードディスクドライブで、第1のコマンドに対応した指示が完了してから個別のタイミングで、第2のコマンドに対応した指示を行うようにしたことで、それぞれのハードディスクドライブごとに待ち時間なく最短の時間で処理されることになり、総合的に処理時間が短縮する。
本発明によれば、複数のコマンドが同時期に発生しても、それぞれのハードディスクドライブごとに待ち時間なく最短の時間で処理されることになり、総合的に処理時間が短縮する。従って、例えばAVデータのようなストリームデータを記録し再生するような場合における処理の遅延を効果的に防止でき、AVサーバーとして読み出されるデータの遅延を防止した好適な制御ができる。
以下、放送局で用いられるAVサーバーのストレージに、本発明の一実施の形態を適用した例について、図1〜図6を用いて具体的に説明する。
図1は、本実施の形態を適用したAVサーバーのストレージ部の構成を示すブロック図である。このストレージ部1には、FC(ファイバチャネル:Fibre Channel)コントローラ2と、記録再生処理系3と、キャッシュメモリ4と、HDDコントローラ5と、CPU6と、DRAM7と、不揮発性SRAM8とが設けられている。記録再生処理系3とHDDコントローラ5とは、PCI−X規格のバス9によって接続されている。
また、このストレージ部1には、15台のHDD10(HDD10(1)〜10(15))が搭載される。これらのHDD10のうち、10台のHDD10(1)〜10(10)はAVデータ用のHDDであり、4台のHDD10(11)〜10(14)はエラー訂正用のHDDであり、残りの1台のHDD10(15)はスペア用のHDDである。
これらのHDD10としては、HDDの製造メーカーが標準品(コンピュータの外部記憶装置等の用途のHDD)として製造・販売しているものが使用される。
FCコントローラ2は、外部との間で、ファイバチャンネル経由でAVデータを授受するためのインターフェースである。記録再生処理系3は、プログラム可能なLSIであるFPGAで構成されており、HDD10に記録させるAVデータや、HDD10から再生されたAVデータを処理する。
キャッシュメモリ4は、AVデータをバッファリングするためのDIMM(Dual Inline Memory Module)規格のSDRAMである。HDDコントローラ5は、例えばHDD10としてSATA(シリアルATA)に対応したHDDを使用する場合には、SATAコントローラである。
CPU6は、ストレージ部1全体を制御する。DRAM7は、CPU6のメインメモリである。コマンドを一時的に格納するコマンドキュー(後述)についても、このDRAM7が使用される。不揮発性SRAM8は、CPU6がログデータを保存するために用いられるほか、HDD情報テーブルなどを格納するために用いられる。
ストレージ部1へのAVデータの記録(書込み)時には、FCコントローラ2で受信したAVデータが、記録再生処理系3に送られる。記録再生処理系3は、このAVデータからエラー訂正符号(リードソロモン符号)を生成する。そして、この符号を付加したAVデータを、AVデータ用の各HDD10(1)〜10(10)に記録させるための10系統のデータ(AVデータの部分)と、エラー訂正用のHDD10(11)〜10(14)に記録させるための4系統のデータ(リードソロモン符号の部分)とにストライピングする。そして、その合計14系統のデータを、キャッシュメモリ4でバッファリングしながら、HDDコントローラ5を介してHDD10(1)〜10(14)に送って、HDD10(1)〜10(14)に分散してデータを記録させるRAID構成としてある。HDDコントローラ5には、1台のHDD10ごとに、それぞれのHDDへの指示を格納するHDDコマンドキュー(後述)についても用意してある。
ストレージ部1からのAVデータの再生(読出し)時には、各HDD10(1)〜10(14)から読み出されたAVデータ及びリードソロモン符号が、HDDコントローラ5を介して記録再生処理系3に送られる。記録再生処理系3は、これらのデータ及び符号を、キャッシュメモリ4でバッファリングしながら、デストライピングする(ストライピングする前の状態に戻す)を行う。そして、リードソロモン符号を用いてAVデータのエラー訂正を行い、エラー訂正したAVデータをFCコントローラ2から外部に送信する。
また、記録再生処理系3は、データの再生時にHDD10(1)〜10(14)のうちのいずれかのHDDに故障または応答遅延が発生すると、リビルドを開始する。すなわち、HDD10(1)〜10(14)のうちの故障したHDD内のデータを、残りのHDD10(1)〜10(14)から読み出したデータからリードソロモン符号を用いて復元し、その復元したデータをスペア用のHDD10(15)に記録する。
図2は、図1のストレージ部1を用いて放送局内に設置されるAVサーバーのシステム構成を示す図である。このAVサーバーでは、複数のストレージ部1と、複数の入出力プロセッサ部11と、中継用端末12とが、FC(ファイバチャネル:Fibre Channel)スイッチ13によって接続される。また、各入出力プロセッサ部11と、中継用端末12と、管理用端末14と、メンテナンス用端末15とが、イーサネット16(イーサネット:Ethernetは登録商標)によって接続されている。
入出力プロセッサ部11は、複数(例えば6つ)の入出力ポートを有しており、SDI(Serial Digital Interface)等の同期系の伝送フォーマットや、あるいは非同期系の伝送フォーマットで、外部との間でAVデータを入出力する。
入出力プロセッサ部11は、入出力ポートに入力したAVデータを、所定の符号化方式でエンコード(圧縮)して、FCスイッチ13経由でストレージ部1に転送する。また、入出力プロセッサ部11は、ストレージ部1からFCスイッチ13経由で転送されたデータを、デコード(伸張)して入出力ポートから出力する。
なお、一般的なAVサーバーの入出力プロセッサ部の構成は周知であり、本例を適用するAVサーバーの入出力プロセッサ部の構成はそうした一般的なものであってよいので、その詳細説明は省略する。
中継用端末12は、ネットワーク17によって複数台の編集用端末18と接続されており、ストレージ部1と編集用端末18との間のAVデータの授受と、入出力プロセッサ部11や管理用端末14と編集用端末18との間の情報の授受とを中継する。
管理用端末14は、ストレージ部1内におけるAVデータの記憶アドレスやそのAVデータのファイル名・属性等の情報を保持し、イーサネット16経由での入出力プロセッサ部11や中継用端末12からの要求に応じて、これらの情報を入出力プロセッサ部11や中継用端末12に送る。
メンテナンス用端末15は、メンテナンス要員が操作する端末であり、各ストレージ部1や各入出力プロセッサ部11が生成・保存したログデータを表示させてAVサーバーの状態を分析したり、ストレージ部1内のHDDの故障時に表示される警告に基づいてHDDの交換等を決定する。また、メンテナンス用端末15は、後述するようなストレージ部1内のHDD情報テーブルを更新するためにも使用される。
次に、本例のストレージ部1におけるコマンドの伝送状態から見た構成例を、図3を参照して説明する。CPU6には、外部(入出力プロセッサなど)からデータの書込みや読み出しを指示するコマンドが供給されると、CPU6内のコマンドキュー6aに格納され、その格納されたコマンドに対応した指示が、各HDD10(1)〜10(14)に対して行われる。コマンドキュー6aには、複数のコマンドを格納することができる。このコマンドの格納状態に応じて、CPU6内に用意された2つのタイマ(第1タイマ6b及び第2タイマ6c)の動作が制御される。2つのタイマを使用した処理については、フローチャートを用いた後述する動作説明で述べる。
CPU6内のコマンドキュー6aに外部から転送されたコマンドが格納されると、HDDコントローラ5を介して各HDD10(1)〜10(14)に対して、コマンドに対応した動作指示が個別に行われる。このとき、HDDコントローラ5には、1台のHDD10(1)〜10(14)ごとに個別にコマンド(動作指示)を記憶するHDDコマンドキュー5a〜5nを備え、それぞれのHDDコマンドキュー5a〜5nが、対応した各HDD10(1)〜10(14)の状態に応じてコマンドを格納する。
次に、このようなコマンドの発行に応じた動作例を、図4及び図5のフローチャートを参照して説明する。まず、外部からCPU6に書込みコマンド又は読み出しコマンドが転送された際の動作例を、図4のフローチャートに示す。CPU6は、コマンドの入力待ち状態で(ステップS11)、コマンドが入力したか否か判断し(ステップS12)、コマンドの入力があると、現在各HDDに対して実行中のコマンドがあるか否か判断する(ステップS13)。実行中のコマンドがない場合には、第1タイマ(図3)を起動させる(ステップS14)。実行中のコマンドがある場合には、第2タイマ(図3)を起動させる(ステップS15)。その後、それぞれのHDDコマンドキュー5a〜5nに、入力したコマンドに応じた指令のコマンドを発行させ(ステップS16)、ステップS11の入力待ちに戻る。
また、ステップS12でコマンドの入力がないと判断した場合に、第1タイマのカウント時間が決められた時間を越えたか否か判断し(ステップS17)、越えた場合には、最初に入力したコマンド(以下第1コマンドと称する)の処理が終了しているか否か判断する(ステップS18)。ここで、終了している場合にはステップS11の入力待ちに戻る。終了していない場合には、第1コマンドの処理時間がタイムアウトとし、その時点で処理を中断させ、その時点で処理されたデータだけを使用して再生又は記録を行うタイムアウト処理を行い(ステップS19)、ステップS11の入力待ちに戻る。
また、ステップS17の判断で、第1タイマのカウント時間が決められた時間を越えていないと判断した場合には、第2タイマのカウント時間が決められた時間を越えたか否か判断し(ステップS20)、越えた場合には、2番目に入力したコマンド(以下第2コマンドと称する)の処理が終了しているか否か判断する(ステップS21)。ここで、終了している場合にはステップS11の入力待ちに戻る。終了していない場合には、第2コマンドの処理時間がタイムアウトとし、その時点で処理を中断させ、その時点で処理されたデータだけを使用して再生又は記録を行うタイムアウト処理を行い(ステップS22)、ステップS11の入力待ちに戻る。
そして、ステップS20で、第2タイマのカウント時間が決められた時間を越えていないと判断した場合には、全てのHDDでHDDコマンドキューが終了したか否か判断し(ステップS23)、終了していない場合にはステップS11の入力待ちに戻る。終了した場合には、第1コマンドについての処理が、全てのHDDで終了したか否か判断し(ステップS24)、終了した場合には第1コマンドを終了処理し(ステップS25)、ステップS11の入力待ちに戻る。終了していない場合には、第2コマンドについての処理が、全てのHDDで終了したか否か判断し(ステップS26)、終了した場合には第2コマンドを終了処理し(ステップS27)、いずれの場合もステップS11の入力待ちに戻る。
次に、HDDコントローラ5に用意されたHDD毎に個別に用意された各HDDコマンドキュー5a〜5nでの動作例を、図5のフローチャートを参照して説明する。CPU6側からのコマンドの入力待ち状態で(ステップS31)、コマンドが入力したか否か判断し(ステップS32)、コマンドの入力があると、該当するHDDで現在実行中のコマンドがあるか否か判断する(ステップS33)。この判断で、現在実行中のコマンドがない場合には、そのままコマンドをHDDに送り、コマンドに対応した読出し又は書込みの処理を実行させ(ステップS34)、ステップS31の入力待ちに戻る(ステップS36)。また、ステップS33で実行中のコマンドがある場合には、そのコマンドを自己のHDDコマンドキューに蓄積させ(ステップS35)、ステップS31の入力待ちに戻る(ステップS36)。
そして、ステップS32で、コマンド入力がない状態であると判断した場合には、現在のHDDの動作が終了したか否か判断する(ステップS37)。ここで終了してない場合にはステップS11の入力待ちに戻る。ステップS37でHDDの動作が終了したと判断した場合には、現在、HDDコマンドキューにコマンドが蓄積されているか否か判断する(ステップS38)。ここで、HDDコマンドキューにコマンドが蓄積されている場合には、その蓄積されたコマンドを、対応したHDDに発行させて(ステップS39)、ステップS31の入力待ちに戻る。HDDコマンドキューにコマンドが蓄積されていない場合には、そのままステップS31の入力待ちに戻る。
このようにコマンドの処理が行われることで、複数のコマンドが同時期に連続してストレージ部1に入力された場合には、例えば図6に示すように処理される。即ち、第1コマンドと第2コマンドとが同時に発行されて、ストレージ部1に入力したとする。ここでは第1コマンドについては、例えばあるデータの書込みを指示するコマンドであり、第2コマンドについては、例えばあるデータの読み出しを指示するコマンドであるとする。このとき、ストレージ部1内のCPU6では、HDDコントローラ5を介して各HDD10(1)〜10(14)に対して第1コマンドを送り、それぞれの各HDD10(1)〜10(14)で第1コマンドに対する処理(書込み処理)Ca1〜Ca14を実行させる。続いてCPU6は、HDDコントローラ5に第2コマンドについても送る。このとき、第2コマンドについては、各HDDに対応したHDDコマンドキューに保持され、それぞれのHDDごとに第1コマンドの処理が終了するタイミングまで待機する。そして、第1コマンドの処理が終了すると、それぞれ個別のタイミングで、HDDコマンドキューに保持された第2コマンドがHDDに送られて、第1コマンドに対する処理Ca1〜Ca14に続いて、第2コマンドに対する処理Cb1〜Cb14が実行される。
従って、従来例として説明した図7と比較すると判るように、第1コマンドの処理が終了してから第2コマンドの処理が開始されるまでの待ち時間がなく、第1コマンドの処理に時間がかかるHDDと第2コマンドの処理に時間がかかるHDDとが同一でない限りは、2つのコマンドの処理が完了するまでの時間を短縮することができる。このため、特に本例のようなAVデータを記録するAVサーバーの場合には、記録や再生の処理を、その記録や再生する実時間内に完了させる必要があるが、複数の処理が同時に行われるような場合であっても、実時間内に処理が完了する可能性が高くなり、AVサーバーとしての信頼性が向上する。
また、このように各コマンドの処理を、連続したタイミングで順に行う構成としたが、それぞれのコマンドの最大の処理時間を規定するタイムアウト時間の処理については、それぞれのコマンドごとに個別に判断するようにしたので、適正なタイムアウト処理が可能である。
なお、図6の例では、同時期に入力する2つのコマンドによる処理として、HDDへの書込み(記録)と、HDDからの読出し(再生)とを同時に行う例について説明したが、例えば2種類のデータの書込みが同時にある場合や、2種類のデータの読出しが同時にある場合にも適用可能である。
また、図3に示した構成では、HDDコントローラ5内に、各HDDに対応して個別に指示の保持手段であるHDDコマンドキュー5a〜5nを設けて、そのHDDコマンドキューでコマンドを一時蓄積させるようにしたが、CPU6などの他の制御部側で各HDDの動作状態を監視して、その監視状態に応じて、それぞれのHDDごとに個別に設定したタイミングでコマンド(指示)を送るようにしてもよい。
また、ここまでの説明では、2つのコマンドが同時期に発生した場合の処理について説明したが、3つ以上のコマンドが同時期に重なって発行された場合にも、同様に個別のHDDごとに順次処理タイミングを設定するようにして処理時間を短縮してもよい。この場合には、例えば各コマンドキューに蓄積できるコマンド数を対応して増やせば、対処可能である。
また、上述した実施の形態の例では合計15台のHDDを搭載するストレージ部に適用しているが、これとは異なる台数のHDDを搭載するストレージ部や、AVデータ用,エラー訂正用,スペア用のHDDの台数がそれぞれ10台,4台,1台以外であるストレージ部にも本発明を適用してよい。
また、以上の例でAVサーバー用のストレージに本発明を適用しているが、それ以外のデータを記憶し読み出すHDDを記憶手段として使用した装置にも適用可能である。
本発明の一実施の形態を適用したAVサーバーのストレージ部の構成を示すブロック図である。 本発明の一実施の形態によるAVサーバーのシステム構成を示すシステム図である。 本発明の一実施の形態によるコマンド伝送状態から見た構成例を示す説明図である。 本発明の一実施の形態によるコマンドキューの動作例を示すフローチャートである。 本発明の一実施の形態による各HDDのコマンドキューの動作例を示すフローチャートである。 本発明の一実施の形態による複数コマンドの処理例を示すタイムチャートである。 従来の複数コマンドの処理例を示すタイムチャートである。
符号の説明
1 ストレージ部、 2 FCコントローラ、 3 記録再生処理系、 4 キャッシュメモリ、 5 HDDコントローラ、 5a〜5n HDDコマンドキュー、6 CPU、 6a コマンドキュー、 7 DRAM、 8 不揮発性SRAM、 9 バス、 10(1)〜10(15) HDD、 11 入出力プロセッサ部、 15 メンテナンス用端末

Claims (4)

  1. 複数台のハードディスクドライブを用いてデータを蓄積するデータ蓄積装置において、
    データの前記複数台のハードディスクドライブへの書込み及び/又は読出しを指示するコマンドを受信するコマンド受信部と、
    前記コマンド受信部で少なくとも第1のコマンドと第2のコマンドを連続して受信した場合に、前記複数台のハードディスクドライブを構成するそれぞれのハードディスクドライブで、前記第1のコマンドに対応した指示が完了すると、それぞれのハードディスクドライブごとに設定した個別のタイミングで、前記第2のコマンドに対応した指示を行う制御部とを備えたことを特徴とする
    データ蓄積装置。
  2. 請求項1に記載のデータ蓄積装置において、
    前記複数台のハードディスクドライブ毎に、前記各コマンドに対応した指示を蓄積する保持部を設けて、
    前記各保持部に対応したハードディスクドライブで、別の指示が実行中の場合に入力した指示を前記保持部に蓄積させ、実行中の指示が終了すると、前記保持部に蓄積された指示をハードディスクドライブに転送して実行させることを特徴とする
    データ蓄積装置。
  3. 請求項1に記載のデータ蓄積装置において、
    前記それぞれのコマンドごとにタイムアウト時間を設定し、それぞれのコマンドごとの処理が規定されたタイムアウト時間内に処理できない場合に、対応したタイムアウト処理を行うことを特徴とする
    データ蓄積装置。
  4. 複数台のハードディスクドライブを用いてデータを蓄積するデータ蓄積装置への書込み又は読み出しの制御を行うデータ蓄積装置の制御方法において、
    データの複数台のハードディスクドライブへの書込み及び/又は読出しを指示するコマンドとして、少なくとも第1のコマンドと第2のコマンドを連続して受信した場合に、複数台のハードディスクドライブに対して、第1のコマンドに対応した指示と第2のコマンドに対応した指示を行うようにし、
    それぞれのハードディスクドライブで、前記第1のコマンドに対応した指示が完了すると、それぞれのハードディスクドライブ毎に設定した個別のタイミングで、前記第2のコマンドに対応した指示を行うことを特徴とする
    データ蓄積装置の制御方法。
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