JP2011141857A - Ｒａｉｄシステム - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の範疇は、ＲＡＩＤシステムを提供することにある。
【解決手段】本発明はＲＡＩＤシステムを公開しており、これは、複数のデータ記憶素子およびパリティ記憶媒体を含む。パリティ記憶媒体は単一の記憶ハードウェア、または複数の記憶素子からなる論理的な記憶モジュールである。パリティ記憶媒体は、それらのデータ記憶素子と組み合わさってＲＡＩＤを形成する。パリティ記憶媒体はＲＡＩＤのパリティ情報を記憶するのに使用され、パリティ記憶媒体の第１書き込み速度は、各データ記憶素子の第２書き込み速度より速い。
【選択図】図２

Description

本発明はＲＡＩＤシステム、特に、比較的高速なランダム書き込み速度を有するＲＡＩＤシステムに関する。

デジタル科学技術の普及と発展に伴い、生活と密接に関係する各種文書、書類、書簡、さらには個人情報、または各種マルチメディア映像情報は、すでに全面的にデジタル化されている。各種重要な個人データ、会社組織の書類、政府作成の記録書類でさえも、電子システムの記憶と伝達に依存している。しかし、一般のパーソナルコンピュータが使用するデジタル記憶装置は、通常単一のハードドライブ（Ｈａｒｄ ｄｒｉｖｅ）であり、この単一のハードドライブでは容量に限りがある。その上、書き込みおよび読み出し速度も、そのハードウェアアーキテクチャ（例えば読み書きヘッド、ハードドライブの回転速度、バスバンド幅）の制限を受け、一定の速度ボトルネックを有する。このほか、単一のハードドライブが停電に見舞われたり、ウイルス、ハッカー攻撃に遭遇したりすると、おそらく十分な安定性および信頼性を提供できず、記憶した重要情報を取り戻すのは難しいことがある。

現在市場では、入門または上級使用向けの各種記憶装置、例えばイメージ記憶およびファイル修復機能を有するＲＡＩＤ（Ｒｅｄｕｎｄａｎｔ Ａｒｒａｙ ｏｆ Ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ Ｄｉｓｋｓ、ＲＡＩＤ）システムを目にすることができる。これは独立したＲＡＩＤコントローラと組み合わせて、特定の演算方法により、重要なファイルを適切に記憶する。これによって、ＲＡＩＤシステム全体の記憶領域を拡大し、読み書き速度を高め、またはファイルが損傷したときにファイル復元機能を提供する。

現在、この種のＲＡＩＤ記憶装置は政府機関、金融業、さらには個人的な用途に広く応用されている。しかしながら各種の異なる用途に対応するため、異なるニーズ（例えば領域の大きさ、速度、利用効率およびデータの安全性）が生じ、現在では、既存のＲＡＩＤはすでに、多種の異なる演算方法およびＲＡＩＤアーキテクチャに発展している。

初期のＲＡＩＤ１は、ミラー（ｍｉｒｒｏｒ）方式を採用しており、あらゆるデータをミラーハードドライブに完全に複製する。安全性は高いが、記憶領域の等価の使用効率は逆に低い。本例ではわずか５０％であり、さらに書き込みはいまだに向上していない。ファイル修復機能を有し、かつ比較的高い領域効率を維持するため、通常、特定の記憶素子を利用して誤り検出符号（ｅｒｒｏｒ ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ ｃｏｄｅ）を保存する。ＲＡＩＤ３およびＲＡＩＤ４の誤り検出符号は、主にパリティチェックを基礎としたパリティ情報（ｐａｒｉｔｙ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ）、例えば、パリティビット（ｐａｒｉｔｙ ｂｉｔ）またはパリティブロック（ｐａｒｉｔｙ ｂｌｏｃｋ）を採用している。

４台のハードドライブからなるＲＡＩＤ３またはＲＡＩＤ４は、一般にそのうち１台のハードドライブをパリティドライブに指定し、３台のハードドライブをデータドライブとして利用する。ＲＡＩＤ３およびＲＡＩＤ４は、パリティドライブがデータを記憶するのを利用して、必要なパリティコードを復元する。いずれか１台のデータドライブが故障したときでも、その他のデータドライブおよびパリティドライブによって、その内容を再び回復することができる。さらに記憶領域の等価の使用効率は比較的高い。

ＲＡＩＤ３およびＲＡＩＤ４タイプのＲＡＩＤアーキテクチャは、連続読み書きおよびランダム読み出しで良好なパフォーマンスを示すが、ランダム書き込み速度のボトルネックは、主にパリティドライブの書き込み速度に制限されることである。

これに対して、別のパリティアーキテクチャであるＲＡＩＤ５は、周期的なパリティコードの分散を採用している。つまり、パリティコードは均等に分散され、各ハードドライブに割り当てられる。適当な書き込みのスケジューリング管理により、ＲＡＩＤ５は優れたランダム書き込み速度に達することができる。しかしながら、ＲＡＩＤ５のパリティコードの分散は比較的散らばっているため管理がしにくい。さらにそのデータ管理およびエラー回復時の演算方法も比較的複雑である。システム維持面での難しさがあり、購入コスト面でも相対的に高価である。

本発明はＲＡＩＤシステムを提出する。高速の物理ハードドライブを採用して、パリティ記憶素子とする。あるいは１つのサブＲＡＩＤを構築して、論理的な高速パリティ記憶モジュールとし、上述の問題を解決する。

本発明の範疇は、ＲＡＩＤシステムを提供することにある。

具体的な実施例によると、ＲＡＩＤシステムは複数のデータ記憶素子、およびパリティ記憶素子を含む。パリティ記憶素子はこれらのデータ記憶素子と組み合わさり、ＲＡＩＤを形成する。パリティ記憶素子は、ＲＡＩＤのパリティ情報を記憶するのに使用され、パリティ記憶素子の第１書き込み速度は、各データ記憶素子の第２書き込み速度より速い。

別の具体的な実施例によると、ＲＡＩＤシステムは複数のデータ記憶素子、およびパリティ記憶モジュールを含む。パリティ記憶モジュールはこれらのデータ記憶素子と組み合わさり、第１ＲＡＩＤを形成する。パリティ記憶モジュールは第１ＲＡＩＤのパリティ情報を記憶するのに使用され、パリティ記憶モジュールは複数のパリティ記憶素子を含む。パリティ記憶モジュールのこれらのパリティ記憶素子は第２ＲＡＩＤを形成する。パリティ記憶モジュール全体の第１書き込み速度は、各データ記憶素子の第２書き込み速度より速い。

背景技術と比較して、本発明のＲＡＩＤシステムは単一の高速な物理記憶媒体を採用してパリティ記憶素子とすることができる。あるいは、複数の記憶媒体が形成するサブＲＡＩＤを採用して論理的なパリティ記憶モジュールとすることもできる。これにより、パリティ記憶の書き込み速度をその他のデータ記憶の書き込み速度より速くする。このようにして、比較的低い設置コストで高いランダム書き込み速度を有するＲＡＩＤシステムを構築することができる。

本発明に関する長所および趣旨は、以下の発明の詳細および図によってさらに理解することができる。

図１は本発明の第１の具体的な実施例における、ＲＡＩＤシステムの概略図を図示している。 図２は本発明の第２の具体的な実施例における、ＲＡＩＤシステムの概略図を図示している。

図１を参照されたい。図１は本発明の第１の具体的な実施例における、ＲＡＩＤシステム１の概略図を図示している。図１に示すように、ＲＡＩＤシステム１はパリティ記憶素子１０、複数のデータ記憶素子、およびＲＡＩＤコントローラ１８を含む。本実施例において、ＲＡＩＤシステム１は、全部で３台のデータ記憶素子１２、１４、および１６を含むが、本発明はこれに限定されない。実際の使用において、ＲＡＩＤシステム１のデータ記憶素子の数量は、必要な記憶領域の大きさ、設置経費、使用用途など、各種個別の要素を判断して調整することができるが、これは当業者に周知されている。ＲＡＩＤコントローラ１８はパリティ記憶素子１０と、これらのデータ記憶素子１２、１４および１６とそれぞれ接続しており、ＲＡＩＤコントローラ１８は前述の記憶媒体のコマンドの読み取り、または書き込みを実行するのに用いられる。

図１に図示する例において、パリティ記憶素子１０とデータ記憶素子（１２、１４および１６）はそれぞれハードドライブであり、パリティ記憶素子１０はこれらのデータ記憶素子と組み合わさり、ＲＡＩＤを形成する。本実施例では、パリティ記憶素子１０およびこれらのデータ記憶素子１２、１４、１６が形成するＲＡＩＤアーキテクチャは、ビットインターリーブ（Ｂｉｔ−ｉｎｔｅｒｌｅａｖｉｎｇ）技術を採用したＲＡＩＤ３、またはブロックインターリーブ（Ｂｌｏｃｋ−ｉｎｔｅｒｌｅａｖｉｎｇ）技術を採用したＲＡＩＤ４である。

ＲＡＩＤ３およびＲＡＩＤ４アーキテクチャでは、主に各種ファイルデータを３個のデータ記憶素子（１２、１４および１６）に記憶し、パリティ記憶素子１０がデータを記憶するのを利用して、必要なパリティ情報（図１のようなパリティコードＰ０〜Ｐｎ）を復元することができる。実際の使用では、パリティ情報（ｐａｒｉｔｙ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ）は、パリティビット（ｐａｒｉｔｙ ｂｉｔ）またはパリティブロック（ｐａｒｉｔｙ ｂｌｏｃｋ）である。例えば図１では、パリティ記憶素子１０のうちの１つのパリティコードＰ０は、データ記憶素子１２のファイルデータＤ０１、データ記憶素子１４のファイルデータＤ０２、およびデータ記憶素子１６のファイルデータＤ０３に対応する。

同様に、パリティ記憶素子１０の各パリティコードＰｘは、これらのデータ記憶素子のファイルデータＤｘ１、Ｄｘ２およびＤｘ３にそれぞれ対応する。そのうち０≦ｘ≦ｎである。

いずれか１台のデータ記憶素子のハードドライブが損傷したとき、その他のデータ記憶素子およびパリティ記憶素子１０により、損傷した内容を再び回復することができ、さらに記憶領域の等価の使用効率がやや高くなる。別の面では、パリティ記憶素子１０のハードドライブが損傷したとき、パリティ記憶素子１０を直接取り換えて、再びパリティコードを生成することもできる。

一般に、ＲＡＩＤ３またはＲＡＩＤ４アーキテクチャのＲＡＩＤシステムを採用すると、ランダム書き込みを実行するとき、書き込み速度のパフォーマンスはやや下がる。これはＲＡＩＤ３またはＲＡＩＤ４アーキテクチャのＲＡＩＤシステムが、ファイルデータ書き込みのプログラムのたびに、パリティ記憶素子１０の対応するパリティコードを修正する必要があるためである。

例えば、データ記憶素子１２のファイルデータＤ１１を書き込みたければ、パリティ記憶素子１０のパリティコードＰ１を一緒に修正しなければならない。続いて、データ記憶素子１４のファイルデータＤ３２を書き込みたい場合も、パリティ記憶素子１０のパリティコードＰ３を一緒に修正しなければならない。前述の個別のランダム書き込みのプログラムは、すべてパリティ記憶素子１０の修正を行う必要があるため、単一の時間では単一のランダム書き込みのプロセスを実行することができるだけである。

つまり、前述のランダム書き込みのプロセスにおいて、同一時間でわずか２台のハードドライブが実際に書き込み操作を実行し（パリティ記憶素子１０および１台のデータ記憶素子）、別の２台のデータ記憶素子のハードドライブは使用されない状態である。

ＲＡＩＤ３およびＲＡＩＤ４タイプのＲＡＩＤアーキテクチャ全体の書き込み速度は主に、パリティ記憶素子１０の書き込み速度の影響を受ける。

特に説明すべきことは、本発明におけるＲＡＩＤシステム１は前述の問題を解決するため、パリティ記憶素子１０に比較的高速な記憶媒体を用いる。例えば本実施例において、パリティ記憶素子１０はソリッドステートドライブ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ、ＳＳＤ）を採用することができる。現在ＳＳＤハードドライブは、比較的速い読み書き速度、および比較的高い震動耐性により、注目を集めている。しかしながら、現在ＳＳＤハードドライブは、概して容量が比較的小さく、コストが比較的高いため、ＳＳＤハードドライブを全面的に採用して全体のＲＡＩＤを構築すると、必ずしも最も優れたコストパフォーマンスにはならない。本実施例において、ＲＡＩＤシステム１のパリティ記憶素子１０はＳＳＤハードドライブを採用して、ＲＡＩＤシステム１全体のランダムアクセス速度を高めることができる。

現在よく目にする各種記憶媒体のおおよそのランダム書き込み速度を、以下の表１に示す。

表１に示すように、パリティ記憶素子１０に比較的高速なＳＳＤハードドライブを採用した場合、一般の大容量ＳＡＴＡハードドライブと比較すると、３倍から５倍の書き込み速度に達することができる。

しかしながら、本発明のパリティ記憶素子１０は、ＳＳＤハードドライブに限定されない。実際の使用において、比較的高い回転速度のＳＡＳ（Ｓｅｒｉａｌ Ａｔｔａｃｈｅｄ ＳＣＳＩ）ハードドライブ、またはシリアルＡＴＡ（Ｓｅｒｉａｌ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ａｔｔａｃｈｍｅｎｔ、ＳＡＴＡ）ハードドライブを採用してもよい。つまり、パリティ記憶素子１０の第１書き込み速度が、ＲＡＩＤシステム１のその他のデータ記憶素子（例えば大容量ＳＡＴＡハードドライブ）の第２書き込み速度より速いとき、ランダム書き込み速度の効果を高めることができる。さらにＲＡＩＤシステム１のあらゆる記憶媒体を、全面的に高価なＳＳＤハードドライブまたは高回転速度のハードドライブに取り換える必要はなく、ＲＡＩＤシステム１の設置コストを大幅に高めるのを防止することができる。

前述の実施例において、ＲＡＩＤシステム１のパリティ記憶素子１０は単一の物理ハードドライブを採用して高速記憶媒体としているが、本発明ではこれに限定されない。別の具体的な実施例において、本発明のＲＡＩＤシステムは複数のハードドライブを採用して、共同で１つのサブＲＡＩＤを形成しており、このサブＲＡＩＤを利用して、論理的な高速パリティ記憶モジュールとしている。

図２は本発明の第２の具体的な実施例における、ＲＡＩＤシステム３の概略図を図示している。図２に示すＲＡＩＤシステム３では、ＲＡＩＤシステム３にパリティ記憶モジュール３０、データ記憶素子３２、データ記憶素子３４、データ記憶素子３６、およびＲＡＩＤコントローラ３８を含む。パリティ記憶モジュール３０、データ記憶素子３２、データ記憶素子３４、およびデータ記憶素子３６は第１ＲＡＩＤを形成する。第１ＲＡＩＤはビットインターリーブ技術を採用したＲＡＩＤ３、またはブロックインターリーブ技術を採用したＲＡＩＤ４である。第１ＲＡＩＤのアーキテクチャは、本発明の第１の具体的な実施例にほぼ類似しており、そのためここでは省略する。

第１の具体的な実施例と異なる点は、第２の具体的な実施例のパリティ記憶モジュール３０は、複数のパリティ記憶素子を含むことである。図２の例では、パリティ記憶モジュール３０は全部で３個のパリティ記憶素子３００、３０２、３０４を含む。パリティ記憶モジュール３０は、さらにこれらのパリティ記憶素子（３００、３０２、３０４）とそれぞれ接続したＲＡＩＤコントローラ３０６を含む。これらのパリティ記憶素子（３００、３０２、３０４）は第２ＲＡＩＤを形成する。

前述の実施例において、パリティ記憶モジュール３０は、独立して設置されたＲＡＩＤコントローラ３０６を有するが、本発明はこれに限定されない。別の実施例において、ＲＡＩＤコントローラ３０６は、ＲＡＩＤコントローラ３８と単一の処理チップで整合する。あるいは、ＲＡＩＤコントローラ３０６およびＲＡＩＤコントローラ３８は、特定のソフトウェアコントロールプログラム、またはファームウェアコントロールプログラムを利用して実現してもよい。ＲＡＩＤコントローラのコントロール方法と、ソフトウェアおよびハードウェアアーキテクチャは当業者に周知されているため、ここでは省略する。

特に説明すべきことは、第１ＲＡＩＤのパリティ情報は、パリティ記憶素子３００、３０２、３０４で形成される第２ＲＡＩＤに記憶される。つまり本発明の第１ＲＡＩＤは、この第２ＲＡＩＤ（パリティ記憶素子３００、３０２、３０４を含む）を利用して論理的なパリティ記憶モジュール３０とする。

第２ＲＡＩＤはデータストライピング（Ｄａｔａ Ｓｔｒｉｐｐｉｎｇ）技術のＲＡＩＤ０である。ＲＡＩＤ０アーキテクチャは、余分なバックアップ機能を有さず、書き込みたい情報をＮ等分（本例では３等分である）に分割し、それぞれをこれらのパリティ記憶素子３００、３０２、３０４に書き込む。これにより、相対する単一の記憶ハードウェアのおよそ３倍の書き込み速度に達することができる。

例えば本実施例では、パリティ記憶モジュール３０が全部で３個のパリティ記憶素子を含むとき、パリティ記憶モジュール３０全体の書き込み速度は、パリティ記憶素子の個別の書き込み速度のおよそ３倍である。つまり、ＲＡＩＤ０のＲＡＩＤアーキテクチャにより、パリティ記憶モジュール３０全体の書き込み速度は、単一のパリティ記憶素子の個別の書き込み速度のＮ倍であり、パリティ記憶モジュール３０に含まれる記憶素子の総数によって決まる。このようにして、第２ＲＡＩＤにより構成されるパリティ記憶モジュール３０全体の第１書き込み速度をデータ記憶素子（３２、３４、３６）の第２書き込み速度よりはるかに速くする。さらには、ＲＡＩＤシステム３のランダム書き込み効率を高めることができる。

本発明では、パリティ記憶モジュール３０に含まれるパリティ記憶素子の数量は３個に限定されない。実際に必要な全体の書き込み速度を判断して調整することができる。

本実施例において、前述のパリティ記憶モジュール３０の個別のパリティ記憶素子はそれぞれＳＳＤハードドライブ、ＳＡＳハードドライブ、シリアルＡＴＡハードドライブ、またはＩＤＥ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）ハードドライブである。

このほか、第２ＲＡＩＤも、データストライピング技術のＲＡＩＤ０により形成されるものであると限定されない。別の実施例では、第２ＲＡＩＤは論理的統合技術で形成された統合型（ＪＢＯＤ）ＲＡＩＤでもよい。

現在、実際の使用において、ＳＳＤハードドライブを採用してパリティ記憶素子とする場合、書き込み速度は比較的速いが、ＳＳＤハードドライブの容量が比較的小さいため、パリティ記憶で容量不足の問題が容易に発生する。ＪＢＯＤアーキテクチャが形成する第２ＲＡＩＤを採用した場合、複数のＳＳＤハードドライブをＪＢＯＤ方式で統合してパリティ記憶モジュール３０とし、パリティ記憶モジュール３０の記憶容量を第２ＲＡＩＤの複数のＳＳＤハードドライブの記憶容量の総和まで均等拡大させることができる。このようにして、ＳＳＤハードドライブの容量が小さすぎて、パリティ記憶素子とするのに適さない問題を解決することができる。

総合して述べると、本発明のＲＡＩＤシステムは、単一の高速な物理記憶媒体を採用してパリティ記憶素子とすることができる。あるいは複数の記憶媒体で形成されたサブＲＡＩＤを採用して論理的なパリティ記憶モジュールとしてもよい。これにより、パリティ記憶の書き込み速度をその他のデータ記憶の書き込み速度より速くする。このように、比較的低い設置コストで、高いランダム書き込み速度を有するＲＡＩＤシステムを構築することができる。

以上の好適な具体的実施例の記載により、本発明の特徴および趣旨をさらに詳しく述べたが、以上開示した好適な具体的実施例は本発明の範疇を制限しない。反対に、その目的は、各種変更および同等性を有する措置が、本発明で申請する特許請求の範囲の範疇に含まれることである。

１ ＲＡＩＤシステム
３ ＲＡＩＤシステム
１０ パリティ記憶素子
３０ パリティ記憶モジュール
１８ ＲＡＩＤコントローラ
３８ ＲＡＩＤコントローラ
３０６ ＲＡＩＤコントローラ
１２ データ記憶素子
１４ データ記憶素子
１６ データ記憶素子
３２ データ記憶素子
３４ データ記憶素子
３６ データ記憶素子
３００ パリティ記憶素子
３０２ パリティ記憶素子
３０４ パリティ記憶素子
Ｐ０〜Ｐｎ パリティコード
Ｄ０１〜Ｄｎ３ ファイルデータ

Claims (12)

1. 複数のデータ記憶素子、および
   パリティ記憶素子
   を含み、
   該パリティ記憶素子が、該データ記憶素子と組み合わさってＲＡＩＤを形成し、該パリティ記憶素子は該ＲＡＩＤのパリティ情報を記憶するのに使用され、該パリティ記憶素子の第１書き込み速度は、各データ記憶素子の第２書き込み速度より速いことを特徴とする、
   ＲＡＩＤシステム。
2. 該パリティ記憶素子がＳＳＤハードドライブ、ＳＡＳハードドライブ、またはシリアルＡＴＡハードドライブであることを特徴とする、請求項１に記載のＲＡＩＤシステム。
3. 該ＲＡＩＤが、ビットインターリーブ技術を採用したＲＡＩＤ３であることを特徴とする、請求項１に記載のＲＡＩＤシステム。
4. 該ＲＡＩＤが、ブロックインターリーブ技術を採用したＲＡＩＤ４であることを特徴とする、請求項１に記載のＲＡＩＤシステム。
5. 複数のデータ記憶素子、および
   パリティ記憶モジュール
   を含み、
   該パリティ記憶モジュールが、該データ記憶素子と組み合わさって第１ＲＡＩＤを形成し、該パリティ記憶モジュールは該第１ＲＡＩＤのパリティ情報を記憶するのに使用され、該パリティ記憶モジュールは、複数のパリティ記憶素子を含み、該パリティ記憶モジュールの該パリティ記憶素子が第２ＲＡＩＤを形成し、該パリティ記憶モジュール全体の第１書き込み速度は、各データ記憶素子の第２書き込み速度より速いことを特徴とする、
   ＲＡＩＤシステム。
6. 該第１ＲＡＩＤが、ビットインターリーブ技術を採用したＲＡＩＤ３であることを特徴とする、請求項５に記載のＲＡＩＤシステム。
7. 該第１ＲＡＩＤが、ブロックインターリーブ技術を採用したＲＡＩＤ４であることを特徴とする、請求項５に記載のＲＡＩＤシステム。
8. 該第２ＲＡＩＤが、データストライピング技術のＲＡＩＤ０であることを特徴とする、請求項５に記載のＲＡＩＤシステム。
9. 該パリティ記憶モジュールが全部でＮ個のパリティ記憶素子を含むとき、該パリティ記憶モジュール全体の該第１書き込み速度は、該パリティ記憶素子の個別の書き込み速度のおよそＮ倍であることを特徴とする、請求項８に記載のＲＡＩＤシステム。
10. 該第２ＲＡＩＤの該パリティ記憶素子がそれぞれＳＳＤハードドライブ、ＳＡＳハードドライブ、シリアルＡＴＡハードドライブ、またはＩＤＥハードドライブであることを特徴とする、請求項８に記載のＲＡＩＤシステム。
11. 該第２ＲＡＩＤが、論理的統合技術を採用した統合型ＲＡＩＤであることを特徴とする、請求項５に記載のＲＡＩＤシステム。
12. 該第２ＲＡＩＤの該パリティ記憶素子が、それぞれＳＳＤハードドライブであることを特徴とする、請求項１１に記載のＲＡＩＤシステム。

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