JP3065481B2

JP3065481B2 - ディスク・アレイ装置およびデータの格納方法

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Publication number: JP3065481B2
Application number: JP6106324A
Authority: JP
Inventors: 秀人新島; 信行松尾; 真由己島田
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1994-04-22
Filing date: 1994-04-22
Publication date: 2000-07-17
Anticipated expiration: 2015-07-17
Also published as: US5650969A; JPH07295763A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、コンピュータの外部記
憶装置であるディスク・アレイ装置（「RAID」、Redund
ant Array of Inexpensive Disks）およびブロック一括
消去型フラッシュ・メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）を用いた外
部半導体記憶装置（Solid State File, SSF）に関する
もので、より具体的には、高速外部半導体記憶装置およ
びこれをパリティ・ディスクに利用したディスク・アレ
イ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ディスク・アレイ装置(Redundant Array
of Inexpensive Disks, RAID)は、複数のハード・ディ
スク装置(Hard Disk Drive, HDD)を使って、単独のHDD
よりも高い信頼性と性能を実現するもので、パターソン
(D.A. Patterson)らによって提案されたもので、詳細
は、D. A. Patterson, G. Gibson, R. H. Kats, "A Cas
efor Redundant Array of Inexpensive Disks (RAID)"
ACM SIGMOD 88, June 1988 pp. 109-116に説明されてい
る。また、ディスク・アレイ装置の最近の傾向が「ディ
スク・アレイ装置、性能向上で分散システムの要に」
日経エレクトロニクス1993年４月26日号、pp.109ー116に
記載されている。

【０００３】ディスク・アレイ装置は、データを分割
（ストライピング）し、インターリーブをかけて複数の
磁気ディスク装置に格納するもので、ビット単位でイン
ターリーブし、パリティを冗長ディスクに格納するＲＡ
ＩＤ３、セクタ単位でインターリーブし、パリティを冗
長ディスクに格納するＲＡＩＤ４、およびセクタ単位で
インターリーブし、パリティを複数のＨＤＤに分散して
格納するＲＡＩＤ５が注目されている。

【０００４】代表的な例としてＲＡＩＤ４のディスク・
アレイ装置の概念を図１に示す。大きなサイズのシリア
ル・データをセクタ単位で分割し、セクタ単位のデータ
・ブロック０、１、２、３などを、それぞれＨＤＤ０、
ＨＤＤ１、ＨＤＤ２、ＨＤＤ３などに格納し、ＨＤＤ０
ないしＨＤＤ３にまたがるセクタの位置的に対応するデ
ータ列のパリティを冗長ディスクであるＨＤＤ４に格納
する。これにより、１台のＨＤＤが壊れても、他のＨＤ
Ｄに入っているデータとパリティから、失われたデータ
を再生することができる。

【０００５】しかし、パリティを付けた結果、たとえば
セクタ１を書き換えるとき、パリティも書き換える必要
があり、新しいデータを書き込む前に古いデータおよび
古いパリティを読み出さねばならない。このため１回の
データの書き換えのために冗長ディスクに対しては、古
いパリティを読み出した後に、新しいパリティを計算し
て書き込む操作が必要となり、また、データ・ディスク
に対しては古いデータを読み出した後に、新しいデータ
を書き込む操作が必要となり、全体として、データの書
き込み速度を制約することになった。

【０００６】以上、書き込み速度が制約されるのは同一
ディスクに対し、２回のアクセスをしなければならない
ためであるが、これを緩和する方法として高速なディス
クを用いる方法が考えられる。この高速ディスクの役割
を担うと考えられるものとして、ブロック消去型のフラ
ッシュ半導体メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）を使用した半導体
記憶装置がある。この半導体記憶装置は、ＨＤＤと同じ
命令およびデータ・フォーマットを用い、ＣＰＵから見
るとＨＤＤと同じであるので、半導体ディスク装置とも
呼ばれる。R. D. Pashley 外の"Flash Memories: the b
est of two worlds", IEEE Spectrum 1989年12月、pp.3
0ー33、および特開平2ー10598号公報にこのようなフラッ
シュ半導体メモリが記載されている。

【０００７】このようなブロックを消去単位としたフラ
ッシュ半導体メモリは、その消去単位であるブロックを
消去した後でなければ同一の領域に書き込みをすること
ができない。そのため、セクタの書き込みにかなりの時
間がかかる。これは、セクタ中の数バイトを変更するの
にも、そのセクタを含むメモリ・ブロック内のデータ全
部をホスト・コンピュータのメモリ空間に一時的に退避
させ、メモリ・ブロックを一括消去した後、空白のセク
タに新しいデータを書き戻すからである。このため、フ
ラッシュ半導体メモリで構成した半導体ディスク装置
は、読み出しは非常に高速であるが書き込みが非常に遅
く、全体として磁気ディスクと同程度か、それ以下の速
度性能しか得られない。

【０００８】この出願と同じ出願人による特許出願であ
る特開平５−２７９２４号公報には、セクタへの書き込
み性能向上と、書き込み消去回数を均一化させることと
を目的として、データを物理的セクタに出発点から順に
格納していき、新しいデータは常にデータを格納したセ
クタの末尾のセクタに格納されるようにする動的セクタ
割り当て法が開示されている。外部記憶装置側では、ホ
スト・コンピュータのコマンド処理に備えて、書き込み
あるいは複写用のメモリ・ブロックやセクタを常に準備
し、この選ばれたメモリ・ブロックやセクタの物理アド
レスとホスト・コンピュータのコマンドとの対応関係を
アドレス変換表に記録、保持し、メモリ・ブロックやセ
クタの状況はそれぞれの管理表に記録され、管理され
る。

【０００９】この動的セクタ割り当て法においても、複
数セクタの書き込み要求に対して、一セクタごとに書き
込み完了を待ってから次のセクタを書き込む必要がある
ため、半導体ディスク装置に対するシーケンシャル・デ
ータの連続書き込みに時間がかかり、現状ではＲＡＩＤ
用の高速ＨＤＤとして用いることができない。さらに、
フラッシュ半導体メモリの特性として、書き込み操作の
進行している同一ブロック内のデータを読むことができ
ないので、アクセスパターンによっては読み出し性能も
低下してしまうという欠点があった。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】したがって、この発明
の目的は、ディスク・アレイ装置（ＲＡＩＤ）の書き換
え速度を向上させることにある。

【００１１】また、この発明の目的は、フラッシュ半導
体メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）を用いた半導体ディスク装置
へのデータ書き込みをハードディスク装置よりも高速で
行う手法を提供することにある。

【００１２】さらに、この発明の目的は、高速書き込み
手法を用いたフラッシュ半導体メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）
で構成した半導体ディスク装置をパリティ格納用の冗長
ディスクとして用い、ディスク・アレイ装置の速度を向
上させることにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】ディスク・アレイ構成に
おいて書き込み性能が制約を受けるのは前述のとおり、
データ・ディスクとパリティ・ディスクとに対し、それ
ぞれ２回アクセスしなければならないという事実によ
る。この発明では、古いデータを読み出すディスクと、
新しいデータを書き込むディスクとを分けることによ
り、データ・ディスクへのアクセスを見かけ上１回です
むようにし、また、パリティ・ディスクには書き込み性
能が大幅に高速化された外部半導体記憶装置を用いるこ
とにより２回のアクセスがデータ・ディスクへの１回の
アクセス時間以内に終わるようにする。

【００１４】上に述べたデータ・ディスクの分離手法
は、データを１または複数のセクタ単位で順次Ｎ個に分
割したデータ・アレイをＮ個の磁気ディスク装置のそれ
ぞれのセクタに格納し、パリティをパリティ・ディスク
に格納するディスク・アレイ装置において、データ格納
用の磁気ディスク装置をＮ＋１個とし、上記データ・ア
レイをＮ個の磁気ディスク装置のセクタに格納し、１つ
の磁気ディスク装置のセクタを冗長セクタとすることに
よって達成される。

【００１５】任意の上記セクタを書き換えるため，新し
いデータを含むセクタ・データは，上記冗長セクタに格
納され，書き換えられるべき古いデータを格納していた
セクタが新たな冗長セクタとなる。

【００１６】より具体的には、この発明のディスク・ア
レイ装置は、ホスト・コンピュータとのインターフェイ
ス、上記Ｎ＋１個の磁気ディスク装置および上記パリテ
ィ・ディスクに接続されたデータ・パス制御手段と、上
記セクタ・データの上記Ｎ＋１個の磁気ディスク装置に
対する割り当てを記録する割り当て表を記憶するメモリ
手段と、上記ホスト・コンピュータからの指令に応答し
て上記メモリ手段から上記割り当て表を読み出し、書き
換えられるべき古いデータを格納しているセクタの読み
出しおよび上記パリティ・ディスクからの該データの属
する上記データ・アレイのに対応するパリティの読み出
しを制御する手段と、書き込むべき新しいデータ、上記
古いデータおよび上記パリティの排他的ＯＲをとり、新
しいパリティを生成する手段と、を備えている。

【００１７】また、この発明のディスク・アレイ装置の
パリティ・ディスクは、高速動作するフラッシュ半導体
メモリを用いた半導体ディスク装置で構成される。この
半導体ディスク装置は、複数のパリティ・セクタをイン
ターリーブして書き込むようにされており、またデータ
を物理的セクタに出発点から順に格納していき新しいデ
ータは常にデータ格納済みの最後のセクタの次のセクタ
に格納されるようにする動的セクタ割り当て法を用いて
いる。さらにフラッシュ半導体メモリに対する物理的な
書き込み動作により、読み出し操作が不能となることの
ないようにバッファを用意し、任意のセクタを常に読み
出せるようにしている。

【００１８】

【実施例】図２に示すように、Ｎ個の基本ディスク２１
１ないし２１Ｎ、および２個の冗長ディスク２１０、２
３０でディスク・アレイ装置を構成する。２個の冗長デ
ィスクのうち１つのディスク２３０は、高速のフラッシ
ュ半導体メモリで構成した半導体ディスク装置（ＳＳ
Ｆ）を用いる。高速ディスク２３０にパリティを格納
し、残り１個の冗長ディスク２１０は、Ｎ個の基本ディ
スクと区別せず、Ｎ＋１個のユーザ・ディスクの１つと
なる。ユーザが認知できるディスク容量はディスクＮ個
分であり、観念上、パリティ・ディスクの外に１つの冗
長ディスク２１０があることになるが、このディスク２
１０は他のデータ・ディスク２１１ないし２１Ｎと全く
同じであり、論理的には区別がつかない。

【００１９】ＲＡＩＤ４と同様なセクタ構成によりデー
タをセクタ単位のＮ個のデータ区分に分割し、１つのデ
ータ区分を１つのセクタに対応付けＮ＋１個のセクタに
格納する。Ｎ＋１個のセクタのうち１つは、データ区分
が割り当てられていない冗長セクタであり、冗長データ
を格納していると観念する。連続するＮ個のデータ区分
とこれに関連するパリティからなるデータの集合をデー
タ・アレイと呼ぶ。

【００２０】データ・アレイは、入力データを複数のセ
クタを単位としてＮ個のデータ区分に分割して形成して
もよく、この場合、各ディスク装置には分割単位である
複数のセクタにそれぞれデータが格納される。

【００２１】データ書き込み時には、新しいデータを冗
長セクタに書き込み、それと同時に上書きされるべき古
いデータを、このデータを格納しているディスクの該当
するセクタから読み出す。さらに、これと同時に古いパ
リティをパリティ・ディスクとして機能する半導体ディ
スク装置２３０の該当するセクタから読み出す。この古
いパリティと、読み出された古いデータおよび冗長セク
タに書き込まれる新しいデータとの排他的論理和をとる
ことによって、新しいパリティが生成される。この新し
いパリティを半導体ディスク装置２３０の同じ論理セク
タに書き戻す。図３は、ある任意のデータ・アレイにつ
いてのセクタの割り当て表２４０を用いたセクタの動的
配置を示している。割り当て表２４０によれば、セクタ
０はディスク２に存在し、セクタ１、セクタ２、セクタ
３は、それぞれＨＤＤ３、ＨＤＤ１、ＨＤＤ０に存在し
ている。ＨＤＤ４は、割り当て表２４０によって指し示
されていないので、ここに冗長セクタがあることがわか
る。この実施例では、割り当て表２４０は、ＲＡＭメモ
リに維持されるとともに半導体ディスク装置２３０に書
き込まれている。半導体ディスク装置は、セクタに冗長
領域を持つものが実用化されているので、この冗長領域
に割り当て情報を書き込むようにすれば、割り当て情報
を書き込むことによる領域的なオーバーヘッドは生じな
い。

【００２２】たとえば、図３においてセクタ２に格納さ
れているデータが００１０１・・・・であり、このデー
タを新しいデータ１０１１０・・・・で書き換えるため
には、セクタ２を含むデータ・アレイに対応するパリテ
ィをパリティ・ディスク２３０から読み出す。いま、こ
のパリティが０１００１・・・・であるとする。電源立
ち上げ時に半導体ディスク装置から読み出されてＲＡＭ
メモリに維持される割り当て表２４０から、セクタ２が
格納されているのはＨＤＤ１であることがわかる。この
情報に基づきＨＤＤ１をアクセスしてセクタ２のデータ
００１０１・・・・を読み出す。

【００２３】こうして読み出された古いデータ００１０
１・・・・、書き込むべき新しいデータ１０１１０・・
・・、および読み出された古いパリティ０１００１・・
・・の排他的論理和をとり、結果として得られる新しい
パリティ１１０１０・・・・を、半導体ディスク装置２
３０に書き戻す。一方、これと同時に新しいデータは、
有意なデータを格納していないディスクＨＤＤ４の対応
するセクタに書き込まれ、割り当て表のセクタ２に対応
するディスクの表示が１から４に変更される。半導体デ
ィスク装置２３０は、データ・ディスクに比べて４ない
し５倍高速なので、新しいパリティおよび割り当て表の
書き戻しは、ディスクＨＤＤ４に対する新しいデータの
書き込みとほぼ同時に行うことができる。このように、
この発明によると、データの書き込みは、古いデータの
読み出しとほぼ同時に冗長セクタに対して行われ、パリ
ティ・ディスクとして機能する半導体ディスク装置は、
データの読み出し、書き込みとほぼ同時にパリティの読
み出し書き戻しを行うことができるので、ディスク・ア
レイ装置の書き込み速度を向上させることができる。

【００２４】図４は、ディスク・アレイ装置２０の機能
的な構成を示す。ディスク・アレイ装置２０は、ホスト
コンピュータとのインターフェイス２９を介してバス１
８に接続されたデータ・パス・コントローラ２１を備え
ている。データ・パス・コントローラ２１は、制御ユニ
ット２２からの制御の下に、インターフェイスとＲＡＭ
メモリ２４との間、ＲＡＭメモリ２４と磁気ディスク装
置２００との間、パリティ用半導体ディスク装置ＳＳＦ
とパリティ用メモリ２６との間などのデータの移動を管
理する。

【００２５】図５を参照して割り当て表を説明する。ハ
ードディスクが５台あり、それぞれに０から４番までの
番号が付けられているとする。このとき割り当て表は、
（５ー１）＝４列の表になり、第ｎ行ｍ列には第４ｎ＋
ｍ番セクタがどのディスクに格納されているかが示され
ている。図では第０セクタはＨＤＤ１に、第１セクタは
ＨＤＤ４に格納されていることがわかる。各行に含まれ
るセクタ（第ｎ行においては第４ｎセクタから第４ｎ＋
３セクタ）は、各ＨＤＤの同じ物理セクタ上に格納され
る。すなわち第ｎ行に含まれるセクタは、ＨＤＤ０ない
しＨＤＤ４の第ｎ物理セクタ上のいずれかに格納され、
他の物理セクタ上に格納されることはない。第ｎ行に対
応する割り当て表の内容はＳＳＦの第ｎセクタに保持さ
れている。システムの電源立ち上げ時に割り当て表を半
導体ディスク装置から読み、割り当て表全体を構成して
使用する。

【００２６】ホスト・コンピュータが任意のセクタ、た
とえば第１７セクタに新しいデータを書き込む命令を出
すと、制御ユニット２２がデータ・パス・コントローラ
２１を介してこの命令を受け取り、メモリ２４上にある
図５の割り当て表２４０からセクタ１７が格納されてい
るディスク装置ＨＤＤ１を見つけだす。データ・アレイ
の第１７セクタを格納するＨＤＤ１は割り当て表の第４
行に位置するので、第１７セクタがＨＤＤ１の第４セク
タに格納されていることがわかる。制御ユニット２２
は、この割り当て表から、この第１７セクタの属するデ
ータ・アレイの冗長セクタがディスク装置ＨＤＤ０にあ
ることを見つける。制御ユニットは、第１７セクタに現
に入っているデータの読み出しをＨＤＤ１に命令し、新
しいデータの書き込みをＨＤＤ０に命令する。次いで、
制御ユニット２２は、半導体ディスク装置ＳＳＦに旧パ
リティの読み出し要求を出す。ＳＳＦは、これに応じて
旧パリティを読み出し、パリティ生成用メモリ２６に格
納する。

【００２７】制御ユニット２２は、ＨＤＤ１、ＨＤＤ０
および半導体ディスク装置ＳＳＦに上記の命令を出すと
ともに、ホスト・コンピュータから書き込むべきデータ
を取り込み、メモリ２４のセクタ・バッファ２４２に格
納する。連続的に多数のセクタの書き込みをすることが
できるように、セクタ・バッファ２４２は多数のセクタ
のデータを格納できる容量を持っている。

【００２８】ＨＤＤ１およびＨＤＤ０の用意ができる
と、ＨＤＤ１の第４セクタを読みながら、旧データとセ
クタ・バッファ内の新データとパリティ生成用メモリ２
６内の旧パリティとの三者の排他的論理和をとって、新
しいパリティを生成し、これを半導体ディスク装置ＳＳ
Ｆに書き戻す。制御ユニット２２は、ＲＡＭメモリ上の
割り当て表２４０を更新し、メモリ２４に戻すととも
に、ＳＳＦにも割り当て表を書き込む。

【００２９】次にパリティ・ディスクＳＳＦを説明す
る。この発明では、ディスク・アレイ装置のパリティ・
ディスクにフラッシュＥＥＰＲＯＭを用いた半導体ディ
スク装置すなわち外部半導体記憶装置(Solid State Fil
e, SSF)を使用する。従来のＳＳＦは読み出し速度は磁
気ディスク装置の数倍速いものの、書き込み速度は、磁
気ディスク装置と同程度であったが、この発明のＳＳＦ
は、特開平５−２７９２４号に示される動的セクタ割り
当て法を改良して磁気ディスク装置よりも速い読み出
し、書き込み速度を実現した。

【００３０】この発明のディスク・アレイ装置用のパリ
ティ・ディスクとして用いるためには、磁気ディスク装
置の４ないし１０倍程度の速度が要求されるので、従来
の外部半導体記憶装置は使用することができない。

【００３１】物理的な消去単位（ブロック）の中で独立
に書き込み可能なブロックの複数個からなる論理的な集
合をつくり、これをクラスタと呼ぶ。クラスタ内部のセ
クタ書き込み順序として、連続して書き込まれるセクタ
がブロックを順々に巡るように決定し、一つのブロック
のセクタに対して書き込み命令を発行後、その書き込み
が完了する前であっても次のセクタの書き込み要求があ
ればこれを受け付け、このセクタを同一クラスタ内の次
のブロックに書き込む。これをセクタの書き込み要求が
ある限り、かつ書き込もうとするブロックがビジーでな
い限り繰り返す。

【００３２】この実施例では１クラスタには４個のブロ
ックを含むものとし、図６に示すようにクラスタｎに含
まれるブロックの名前をそれぞれＢn0、Ｂn1、Ｂn2およ
びＢn3とする。ブロックＢn0、Ｂn1、Ｂn2およびＢn3
は、それぞれＥＥＰＲＯＭチップ０、チップ１、チップ
２およびチップ３に含まれており、クラスタは、これら
４個のチップに渡って構成されている。それぞれのセク
タが磁気ディスク・アレイ装置のパリティ・セクタとな
る。実施例では、１つのブロックにｋ個のセクタ、従っ
て１つのクラスタに４ｋ個のセクタが含まれている。半
導体ディスク装置ＳＳＦは全体としてハードディスク装
置と同数のセクタを含んでいる。

【００３３】半導体ディスク装置ＳＳＦは制御ユニット
２２から見ると非常に速いハードディスクに見える。制
御ユニット２２は、半導体ディスク装置の中で何が起こ
っているかを関知することなく、通常のＨＤＤに対して
発行するのと同一のコマンドで半導体ディスク装置にセ
クタの読み出し、書き込みを命令する。

【００３４】図７は、クラスタｎに属するブロックＢn
0、Ｂn1、Ｂn2およびＢn3におけるセクタの割り当てを
示す。１つのブロックにはｋ個のセクタが含まれてお
り、クラスタ内部のセクタ書き込みは、連続して書き込
まれるセクタがブロックを順に巡るようにする。今、ク
ラスタｎにはなにも書き込まれていない状態で制御ユニ
ット２２からＩ／Ｏバスを介して５セクタ分のデータの
書き込み要求がきたとすると、まず、最初のセクタ・デ
ータはＢn0に書き込み準備がなされ、その後、書き込み
命令が実行される。これと同時に、Ｂn0に対する書き込
み時間を管理するため、数十マイクロ秒ごとに割り込み
を発生するタイマＴ１を起動する。タイマはそれぞれの
ブロックに対応して設けられ、この実施例では４個のタ
イマが用意されている。

【００３５】通常、データの書き込みには数百マイクロ
秒を要し、次のセクタに対するデータ書き込み操作を開
始するためにはこの間待っている必要があった。この発
明によると、ブロックＢn0に対する書き込み操作中に次
のセクタ・データをブロックＢn1に対して書き込む準備
をし、書き込み命令を発行する。同様に第３、第４のセ
クタ・データをそれぞれブロックＢn2、Ｂn3に対して書
き込む操作を行う。このように同時期に４個のブロック
に対して書き込み操作を行うので、見かけ上書き込み速
度が４倍になる。

【００３６】図７において、いま、クラスタｎが空白
で、半導体ディスク装置に内蔵されるＳＳＦコントロー
ラの次書き込みセクタ・ポインタ(Next Write Pointer:
次にデータを書き込むべきセクタ位置を示すポイン
タ）がセクタ０の位置にあるものとする。ここで、制御
ユニット２２より５セクタ分の書き込み要求があると、
ＳＳＦコントローラは、制御ユニットからの要求順に最
初のセクタ・データをセクタ０の位置に書き込む。ここ
で、ＳＳＦコントローラは、書き込み時間計測用タイマ
Ｔ0をスタートしておく。

【００３７】次セクタ・データは、セクタ０への書き込
み終了を待たずにセクタ１に書き込まれる。このとき、
ＳＳＦコントローラはタイマＴ1をスタートする。以下
同様に、第３番目のセクタ・データをセクタ２、第４番
目のデータをセクタ３へそれぞれ書き込み、その都度Ｔ
2、Ｔ3をスタートさせる。最後の５番目のセクタ・デー
タは、セクタ４に書き込むことになるが、書き込みに先
立ち、まず、Ｔ0を検査し、セクタ０に対する書き込み
が終了しているかどうかを調べる。書き込みが終了する
のを待ってから。セクタ４に対して第５番目のセクタ・
データを書き込み、再度Ｔ0を初期設定しスタートさせ
る。各タイマに一定時間の後（この場合、書き込み終了
時間後）にＳＳＦコントローラに対して割り込みが起き
るようにしておけば、ＳＳＦコントローラは、どのブロ
ックに対して書き込みが終わったかを常に認識すること
ができる。

【００３８】制御ユニット２２から送られてきた第５番
目のセクタ・データの書き込みは、ブロックＢn3までの
書き込み命令を発行した後、ブロックＢn0の状況を確認
し、第１のセクタ・データの書き込みが完了していれば
第５セクタ・データの書き込み操作を開始し、さもなけ
ればその完了を待って書き込みを行う。この時、もし第
１セクタの書き込みに失敗していた場合、図８に示すよ
うに第１のセクタ・データを同じブロックの次のセク
タ、この場合セクタ４に対して書き込み操作を行い、第
５のセクタ・データは次のブロックＢn1のセクタに書き
込む。

【００３９】以上の説明では、クラスタｎ全体が空白の
場合について説明したが、動的セクタ割り当て法ではデ
ータはディスク装置のセクタに物理的に順に書き込ま
れ、最後のセクタ・データを格納するセクタの後には空
白のセクタが続くから、クラスタの途中のセクタから書
き込む場合も、出発点となるセクタ位置が変わるだけ
で、動作的には上に述べたのと同じになる。

【００４０】この実施例では、クラスタのサイズと同一
容量のＲＡＭ領域をクラスタ・バッファとして使用す
る。セクタ・データを任意のクラスタのセクタに書き込
む場合には、クラスタ・バッファ中の対応するセクタに
も同時に書き込みを行う。図９を参照して、今、第ｍク
ラスタが一杯になり、次に第ｎクラスタが選ばれて第１
セクタから第５セクタまで書き込みがあったとすると、
この時点でクラスタ・バッファ上の第１セクタから第５
セクタまでには第ｎクラスタの第１セクタから第５セク
タと同一の内容が保持され、第６セクタからクラスタ・
バッファの最終セクタまでには第ｍクラスタの対応する
セクタにある内容を保持している。すなわち、書き込み
が起こり得る第ｎクラスタに書き込まれているすべての
データ、およびその前の第ｍクラスタに書き込まれ上書
きされていないデータは、クラスタ・バッファ上に保持
されているから、あるブロックで書き込み操作が進行中
でアクセスが不能である場合にも、そのブロック上のセ
クタ・データに対する制御ユニット２２からの読み出し
命令に応答することができる。ただし、第ｎクラスタの
セクタへの書き込みが進むにつれて第ｍクラスタのセク
タ・データは、第ｎクラスタに書き込まれるセクタ・デ
ータで置き換えられる。

【００４１】動的セクタ割り当て法において用いられる
アドレス変換表上には、特開平５ー２７９２４号公報に
記載されているように、論理セクタ・アドレスから、実
際にそのセクタ・データが格納されているフラッシュ半
導体メモリＥＥＰＲＯＭ上の物理アドレスを導き出すポ
インタが格納されている。この実施例では、このアドレ
ス変換表を用いてクラスタ・バッファ上のデータを管理
する。すなわち、制御ユニット２２からの書き込み要求
によりデータはＥＥＰＲＯＭとクラスタ・バッファとに
書き込まれるが、この時アドレス変換表上の物理アドレ
スポインタとして、ＥＥＰＲＯＭに対するものではな
く、クラスタ・バッファのセクタ・アドレスを書き込ん
でおく。図１０を参照すると、クラスタ・バッファの内
容が上書きされる時、すなわち上の例で、第ｎクラスタ
の第６セクタにデータを書き込むとき、クラスタ・バッ
ファの第６セクタを示しているポインタＰをＥＥＰＲＯ
Ｍの第ｍクラスタの第６セクタを示すように変更する。
そして第ｎクラスタの第６セクタに書き込まれるセクタ
・データのポインタＱは、クラスタ・バッファの第６セ
クタを示すようにセットされる。

【００４２】

【発明の効果】この発明によると、ディスク・アレイ装
置にデータ格納用の磁気ディスク装置を１台多く設けデ
ータを書き直す際、古いデータの読み出しと新しいデー
タの書き込みを別の磁気ディスク装置に対して行うの
で、ディスク・アレイ装置の速度が向上する。さらに、
パリティ格納用のディスク装置として高速のフラッシュ
半導体メモリで構成した半導体ディスク装置を使用した
ので、ディスク・アレイ装置の速度が向上する。また、
この発明のディスク・アレイ装置は、複数のセクタ・デ
ータをインターリーブして書き込む外部半導体記憶装
置、すなわち半導体ディスク装置をパリティ用ディスク
装置として使用するので、ディスク・アレイ装置の書き
込み速度を向上することができる。

【００４３】また、データ・ディスクの割り当て表は、
ＳＳＦに対し、パリティ書き込みの一貫として行われる
ため、割り当て表保存のためのオーバーヘッドがかから
ず、また、常に最新の割り当て表がＳＳＦ上に保存され
るので、システムの信頼性が高い。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来技術のディスク・アレイ装置の構成を示
す図。

【図２】この発明による冗長ディスクを含めたディス
ク・アレイ装置の構成を示す図。

【図３】この発明の冗長ディスクへのデータの書き込
みを説明するための構成図。

【図４】この発明のディスク・アレイ装置の制御関係
を示すブロック図。

【図５】セクタ割り当て表の全体的構成を示す図。

【図６】半導体ディスク装置のクラスタの構成を示す
図。

【図７】半導体ディスク装置の任意のクラスタの構成
を示す図。

【図８】クラスタへのデータ書き込みを示す図。

【図９】クラスタ・バッファと２つのクラスタとの関
係を示す図。

【図１０】クラスタおよびクラスタ・バッファとその
アドレス変換表を示す図。

【符号の説明】

２１データ・パス・コントローラ２２制御ユニット２４ＲＡＭメモリ２５パリティ生成器２６パリティ用メモリ２９ホスト・インターフェイス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者松尾信行滋賀県野洲郡野洲町大字市三宅800番地日本アイ・ビー・エム株式会社野洲事業所内 (72)発明者島田真由己神奈川県川崎市川崎区日進町１番地53 日本アイ・ビー・エム株式会社川崎東事業所内 (56)参考文献特開平５−313833（ＪＰ，Ａ) 特開平５−233155（ＪＰ，Ａ) 特開平５−27924（ＪＰ，Ａ) 特開平６−119120（ＪＰ，Ａ) 特開平６−266510（ＪＰ，Ａ) 特開平６−202817（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G06F 3/06

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】データを１または複数のセクタ単位で順次
Ｎ個に分割したデータ・アレイをＮ個の磁気ディスク装
置のそれぞれのセクタに格納し、パリティをパリティ・
ディスクに格納するディスク・アレイ装置において、データ格納用の磁気ディスク装置をＮ＋１個とし、上記
データ・アレイをＮ個の磁気ディスク装置のそれぞれ１
または複数のセクタに格納し、他の１つの磁気ディスク
装置のセクタを冗長セクタとし、上記Ｎ個の磁気ディスク装置における前記セクタに格納
されたデータを書き換えるため、上記１つの磁気ディス
ク装置における前記冗長セクタに前記セクタに格納され
たデータを書き換えたデータを含むセクタ・データを格
納するようにしたディスク・アレイ装置。
【請求項２】書き換えられるべき古いデータを格納して
いた，上記Ｎ個の磁気ディスク装置におけるセクタを新
たな冗長セクタとする請求項１に記載のディスク・アレ
イ装置。
【請求項３】データを１または複数のセクタ単位で順次
Ｎ個に分割したデータ・アレイをＮ個の磁気ディスク装
置のそれぞれのセクタに格納し、パリティをパリティ・
ディスクに格納するディスク・アレイ装置において、データ格納用の磁気ディスク装置をＮ＋１個とし、上記
データ・アレイをＮ個の磁気ディスク装置のそれぞれ１
または複数のセクタに格納し、１つの磁気ディスク装置
のセクタを冗長セクタとし、上記Ｎ個の磁気ディスク装置における前記セクタに格納
されたデータを書き換えるため、上記１つの磁気ディス
ク装置における前記冗長セクタに前記セクタに格納され
たデータを書き換えたデータを含むセクタ・データを格
納すると共に、書き換えられるべき古いデータを格納し
ていた上記Ｎ個の磁気ディスク装置における前記セクタ
を新たな冗長セクタとするデータの格納方法。
【請求項４】ホスト・コンピュータとのインターフェイ
ス、上記Ｎ＋１個の磁気ディスク装置および上記パリテ
ィ・ディスクに接続されたデータ・パス制御手段と、上記セクタ・データの上記Ｎ＋１個の磁気ディスク装置
に対する割り当てを記録する割り当て表を記憶するメモ
リ手段と、上記ホスト・コンピュータからの指令に応答して上記メ
モリ手段から上記割り当て表を読み出し、書き換えられ
るべき古いデータを格納しているセクタの読み出しおよ
び上記パリティ・ディスクからの該データの属する上記
データ・アレイのに対応するパリティの読み出しを制御
する手段と、書き込むべき新しいデータ、上記古いデータおよび上記
パリティの排他的論理和をとり、新しいパリティを生成
する手段と、を備える請求項１に記載のディスク・アレイ装置。
【請求項５】上記パリティ・ディスクがフラッシュ半導
体メモリで構成した外部半導体記憶装置である請求項１
または２に記載のディスク・アレイ装置。
【請求項６】上記外部半導体記憶装置が複数のパリティ
・セクタをインターリーブして書き込むようにした請求
項５に記載のディスク・アレイ装置。
【請求項７】上記外部半導体記憶装置は、データを物理
的セクタに出発点から順に格納していき新しいデータは
常にデータ格納済みの最後のセクタの次のセクタに格納
されるようにする動的セクタ割り当て法を用いた請求項
６に記載のディスク・アレイ装置。
【請求項８】上記外部半導体記憶装置は、物理的な消去
単位であるブロックの集合であるクラスタ内で書き込み
セクタがブロックを順に巡るようにした請求項７に記載
のディスク・アレイ装置。
【請求項９】上記外部半導体記憶装置は、クラスタの容
量に相当する容量のクラスタ・バッファを備える請求項
８に記載のディスク・アレイ装置。
【請求項１０】複数のセクタからなるブロック単位で一
括消去可能のフラッシュ半導体メモリで構成され、１群
のブロック単位からなるクラスタごとに独立に書き込み
可能とした外部半導体記憶装置と、上記クラスタの容量に相当する容量のバッファと、上記外部半導体記憶装置にデータを書き込む際、上記バ
ッファの対応するセクタに同じデータを書き込む制御手
段と、を備え、上記半導体外部記憶装置の上記バッファに対応
するセクタがあるセクタに対する読み出し要求があると
きは、上記バッファの該対応するセクタから読み出すよ
うにした半導体ディスク装置であって、上記半導体ディスク装置はディスク・アレイ装置のパリ
ティ格納用ディスク装置である、半導体ディスク装置。
【請求項１１】上記半導体ディスク装置は、パリティ書
き込みと同時にセクタ・データの磁気ディスク装置に対
する割り当てを記録する割り当て表を格納するパリティ
格納用ディスク装置である請求項１０に記載の半導体デ
ィスク装置。