JPH05346866A - 冗長アレーデータ記憶システムにおける書込データ保全を確立するためのシステム及び方法 - Google Patents

冗長アレーデータ記憶システムにおける書込データ保全を確立するためのシステム及び方法

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JPH05346866A
JPH05346866A JP4314684A JP31468492A JPH05346866A JP H05346866 A JPH05346866 A JP H05346866A JP 4314684 A JP4314684 A JP 4314684A JP 31468492 A JP31468492 A JP 31468492A JP H05346866 A JPH05346866 A JP H05346866A
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ルイ アルバート
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 冗長アレーデータ記憶システムに対するデー
タ変更オペレーションの完了及び保全を確立し、及びシ
ステムにおける冗長度の保全を確立する。 【構成】 オペレーションにチェックポイントを付与す
る。主及び第２ＣＰＵ１ａ，１ｂによって形成される信
頼性ホストプロセッシングが備えたバッファ完了後のホ
ストＣＰＵ１ａ，１ｂの故障がデータ変更オペレーショ
ンの完了を妨害しないように、アレーコントローラ３
ａ，３ｂへのデータ伝送前においてホストＣＰＵアダプ
タ２ａ，２ｂにおける書込データをブロックバッファ１
１する。主及び第２アレーコントローラ３ａ，３ｂによ
って信頼性アレープロセッシングを形成する。アレーコ
ントローラ３ａ，３ｂ及び記憶アレーを備えた記憶装置
４を電源バッテリバックアップする。後の再試行に使用
するために、記憶装置４に十分に書き込まれなかったデ
ータ記録に対して、アレーコントローラの不揮発性メモ
リにより、全てのデータ変更オペレーションコマンド情
報を記憶する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、コンピュータシステム
のデータ記憶装置、特に冗長アレーデータ記憶システム
に対するデータ変更オペレーションの完了及び保全を確
立し、そしてかかるシステムにおける冗長度の保全を確
立するためのシステム及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】代表的
なデータ処理システムは、中央処理装置（ＣＰＵ）に直
接にもしくは制御装置及びチャネルを介して接続された
１つもしくはそれ以上の記憶装置を備えている。
【０００３】現行のデータ処理システムにおいて、各種
の記憶装置が使用されており、典型的なシステムでは、
データを記憶するためのそれぞれの制御装置を介してそ
のシステムに接続された大容量のテープユニット及び／
又はディスクドライブ（磁気，光学もしくは半導体）を
有している。
【０００４】しかしながら、かかる大容量の記憶装置の
１つが故障した場合、そのシステムに含まれる情報がも
はやシステムにとって有効に作用しなくなるという問題
がある。一般にそのような故障が起こると、全コンピュ
ータシステムは閉塞してしまう。
【０００５】従来、信頼性あるデータ記憶装置を提供す
るという課題を解決すべく様々な技術が提案されてい
る。記録量が比較的小さいシステムでは、記憶装置内の
データ記録に付加されるＥＣＣシンドロームビットを生
成する誤り訂正符号を用いることができる。この誤り訂
正符号により、誤って読み出され得る少量データを訂正
することは可能である。ところが上記符号は、誤ってい
る長い記録を、訂正し又は再生成するのには一般に適し
ておらず、そして全記憶装置が故障したならば、全く修
正し得ない。このため個々の記憶装置の外部にデータ信
頼性を確保する必要がある。
【０００６】このような問題の１つの解決方法としてデ
ィスクアレーシステムがある。このディスクアレーシス
テムには種々のタイプがあり、バークレイのカリフォル
ニア大学の研究グループは、「安価なディスクの冗長ア
レーのためのケース（ＲＡＩＤ）」と題される研究論文
（パターソン等、ＡＣＭ ＳＩＧＭＯＤ会報，１９８８
年７月）の中で、（安価なディスクの冗長アレーを示
す。）頭文字「ＲＡＩＤ」の名で５つのアーキテクチャ
を確立することにより、複数の異なるタイプをカタログ
に載せている。
【０００７】アーキテクチャＲＡＩＤ１は、一対の「ミ
ラー」記憶装置セットを設け、各記憶装置のすべてのデ
ータの複製を保持するようにしている。この解決方法は
信頼性問題を解決するが、記憶装置のコストが倍増す
る。なお、幾多のアーキテクチャＲＡＩＤ１が、特にタ
ンデムコーポレーションによって実現されている。
【０００８】アーキテクチャＲＡＩＤ２は、別体の複数
のディスクドライブ上で、データの各ワードの各ビッ
ト、各ワードに対するパルス誤り検出訂正（ＥＤＣ）ビ
ットを記憶する。例えば、フローラ等の米国特許第４，
７２２，０８５号には、多数の比較的小さく独立的に演
算するディスクサブシクテムを用いたディスクドライブ
メモリが開示されており、このサブシクテムは、極めて
高い故障許容性と極めて大きいデータ伝送バンド幅を有
する極大容量ディスクドライブとして機能する。データ
オーガナイザは、誤り検出及び誤り訂正能力を確保する
ために、各３２ビットデータワードに対して（周知のハ
ミング符号を使用して決定される）７ＥＤＣビットを付
加する。そして結果的な３９ビットワードがディスクド
ライブ毎に１ビットで３９ディスクドライブに書き込ま
れる。仮に３９ディスクドライブのうちの１つが故障し
たならば、各データワードがそのディスクドライブから
読み出されるので、記憶された各３９ビットワードの残
りの３８ビットが、ワード単位のベース上の各３２ビッ
トデータワードを再構成するために用いられ、これによ
り故障許容性を確保することができる。
【０００９】アーキテクチャＲＡＩＤ３の基本概念は、
各ディスクドライブ記憶装置が、故障もしくはデータエ
ラーを検出するための内部手段を有しているということ
である。従って、誤り位置を検出するための余分な情報
を記憶する必要がなく、このためパリティを用いた誤り
訂正の簡素なフォームが使用可能である。このような仕
方においては、故障を前提とする全ての記憶装置の内容
はパリティ情報を生成するために「排他的論理和化」
（ＸＯＲ）される。結果的に生じるパリティ情報は単一
の冗長記憶装置に記憶される。もしも１つの記憶装置が
故障したならば、その記憶装置のデータは、パリティ情
報を有する残りの記憶装置からのデータを排他的論理和
化することにより、置換記憶装置上で再構成され得る。
かかる構成によれば、単一の付加的記憶装置が「Ｎ個
の」記憶装置に対して要求されるミラー化されたディス
クのアーキテクチャＲＡＩＤ１以上に利点を有してい
る。アーキテクチャＲＡＩＤ３の更なる特徴は、ディス
クドライブがアーキテクチャＲＡＩＤ２の場合と同様に
一対の態様で作用され、単一のディスクドライブがパリ
ティ装置として設計されているという点である。このア
ーキテクチャＲＡＩＤ３は、マイクロポリスコーポレー
ションの並列ドライブアレー，１８０４ＳＣＳＩモデル
として実現されており、このモデルは４つの並列同期デ
ィスクドライブと１つの冗長パリティドライブを用いて
いる。４つのデータディスクドライブのうちの１つの故
障は、パリティディスクドライブに記憶されたパリティ
ビットを使用することにより修正される。またアーキテ
クチャＲＡＩＤ３の他の例は、オーウチの米国特許第
４，０９２，７３２号に記述されている。
【００１０】アーキテクチャＲＡＩＤ４は、アーキテク
チャＲＡＩＤ３のパリティ誤り訂正の概念を用いるが、
個々のディスクドライブアクチュエータのオペレーショ
ンを非連成にし、各ディスク（これはブロックストライ
プとして知られている）に対して、より大きな最小デー
タ量（典型的にはディスクセクター）を読み出し及び書
き込むことにより、小ファイルのランダム書込に関して
アーキテクチャＲＡＩＤ３の性能を改良する。アーキテ
クチャＲＡＩＤ４の更なる形態は、単一記憶装置がパリ
ティユニットとして設計されているということである。
【００１１】アーキテクチャＲＡＩＤ５は、アーキテク
チャＲＡＩＤ４と同様なパリティ誤り訂正の概念と独立
したアクチュエータを用いるが、全ての利用可能なディ
スクドライブを通るデータ及びパリティ情報を分配する
ことにより、アーキテクチャＲＡＩＤ４システムの書込
性能を改良している。典型的には、１組の「Ｎ＋１個
の」記憶装置（冗長グループとして知られている）は、
ブロックと言われる複数の同サイズのアドレス領域に分
割される。各記憶装置は通常、同数のブロックを備えて
いる。同一の装置アドレス範囲を有する冗長グループ内
の各記憶装置からのブロックは、ストライプと言われる
ている。各ストライプは、そのリマインダのためのパリ
ティを備えた１つの記憶装置に、データのＮブロックと
付加的な１つのパリティを有している。更にストライプ
の各々はパリティブロックを有し、これらのパリティブ
ロックは異なる記憶装置へ分配される。冗長グループの
データ変更毎に連合するパリティ更新動作は、上記異な
る記憶装置に亘って分配される。単一記憶装置には、全
てのパリティ更新動作の負荷はかからない。例えば、５
つのディスクドライブを有するアーキテクチャＲＡＩＤ
５では、第１ブロックストリップのパリティ情報は第５
ドライブに書き込まれ、又第２ブロックストライプのパ
リティ情報は第４ドライブに書き込まれ、そして第３ブ
ロックストライプのパリティ情報は第３ドライブに書き
込まれる。ストライプに後行するためのパリティブロッ
クは、（他のパターンも用い得るが）ヘリカルパターン
で、ディスクドライブのまわりを先行する。このためア
ーキテクチャＲＡＩＤ４の場合のようには、パリティ情
報を記憶するために単一ディスクドライブは用いられな
い。アーキテクチャＲＡＩＤ５の例がクラーク等の米国
特許第４，７６１，７８５号に開示されている。
【００１２】ＲＡＩＤ３，４及び５のディスク記憶アレ
ーの形態は、ＲＡＩＤ１及び２の形態に比較してより安
価な選択を提供する。しかしながら、性能が最適化され
たＲＡＩＤ３，４及び５システムは、構成要素の故障の
ために、書込オペレーションがその完了前に失したなら
ば、データ及び／又はパリティ情報の壊乱に極めて影響
され易い。かかるシステムでは、時間的に間に合うため
に、データ更新とは順次によりも寧ろ同時に生じるパリ
ティ情報の更新を有することが望ましい。このため、書
込オペレーション中に記憶装置に（電力損失や制御装置
の故障等の）一時的な「故障」が生じたならば、データ
もしくは対応するパリティ情報が正確に書き込まれ、有
効であるという保証はないのである。２つのＩ／Ｏオペ
レーションが更新及びその連合するパリティに対して行
われるので、システムの終了前にいずれのＩ／Ｏオペレ
ーションが完了したかを決定することは困難である。従
って、書き込まれたデータは壊乱されるであろう。
【００１３】「アトミックライト」という語が、データ
記憶装置への書込オペレーションを画定するために用い
られるが、このデータ記憶装置において、そのオペレー
ションは一旦開始すると、そのオペレーション中に構成
要素又はサブシステムの故障にかかわらず、データが失
われないように、（１）データ記憶装置に確実に書き込
まれるデータを一定に完成し、又は（２）データが書き
込まれなかったことを積極的に表示してそのオペレーシ
ョンから完全に回復させる。
【００１４】タンデムコンピュータインコーポレイテッ
ドは度々、フォールトトレランスなコンピュータのライ
ンに、ＲＡＩＤ１型のミラー化された記憶装置に対して
アトミックライトを提供した。しかしながら、ＲＡＩＤ
３，４及び５のディスク記憶アレーシステムにおけるデ
ータ保全及び冗長度の保全を確立するための試みがなさ
れているが、この技術分野において未だ十分に解決され
ていない。特に、ＲＡＩＤ３，４及び５のディスク記憶
アレーでアトミックライトを確立するコンピュータシス
テムは、この技術分野において未だ開示されていない。
【００１５】従って、書込オペレーションを完成させ、
且つ構成要素の故障が起こった場合でさえ、有効な冗長
情報がＲＡＩＤ３，４及び５において生成されることを
確立するシステムアーキテクチャに対する要望がある。
また、著しく壊乱された冗長情報の記憶が、通常処理オ
ペレーションに対して最小衝撃で伝えられ得るＲＡＩＤ
システムも待望されている。
【００１６】本発明は、これらの目的を達成するための
システム及び方法を提供する。
【００１７】
【課題を解決するための手段及び作用】本発明は、デー
タ変更オペレーションを完了させ、且つ構成要素の故障
が起こった場合でさえ、有効な冗長情報がＲＡＩＤ３，
４及び５において生成されることを確立するためのシス
テム及び方法を提供する。本発明はまた、著しく壊乱さ
れた冗長情報の記憶が、通常処理オペレーションに対し
て最小衝撃で伝えられ得るシステムを提供する。
【００１８】本発明システムは、アトミックライトを実
現するために４つの構成要素を結合する、即ち、 （１）主ＣＰＵが故障したならば、第２ＣＰＵがデータ
変更オペレーションの開始を完了させるように、オペレ
ーションのチェックポイントを備えた主及び第２ＣＰＵ
によって形成される信頼性ホストプロセッシング、 （２）バッファ完了後のホストＣＰＵの故障がデータ変
更オペレーションの完了を妨害しないように、ＲＡＩＤ
アレーコントローラへのデータ伝送前でのホストＣＰＵ
アダプタにおける書込データのブロックバッファ、 （３）第１アレーコントローラが故障したならば第２ア
レーコントローラがデータ変更オペレーションの開始を
完了させるように、オペレーションのチェックポイント
を備えた主及び第２アレーコントローラによって形成さ
れる信頼性アレープロセッシング、 （４）（ａ）アレーコントローラ及び記憶アレーを備え
た記憶装置への電源に対するバッテリバックアップ、も
しくは（ｂ）選択的であるが、後の再試行に使用するた
めに、記憶装置に十分に書き込まれなかったデータ記録
に対して、全てのデータ変更オペレーション・コマンド
情報（例えば、データアドレス情報やレコード長）を記
憶するのに十分なアレーコントローラにおける不揮発性
メモリ。
【００１９】本発明の好適な実施例の詳細が添付図面及
び以下の記述において示される。本発明の詳細が一旦理
解されれば、多くの付加的な改新や変更が当業者におい
て明白になるであろう。
【００２０】
【実施例】この記述を通して、開示される好適な実施例
は、本発明のシステム及び方法の限定としてよりも、寧
ろ一例として理解されるであろう。
【００２１】図１は、一般的な従来のＲＡＩＤデータ記
憶システムのブロック図である。ホストＩ／Ｏアダプタ
２を介して、アレーコントローラ３に結合されたホスト
ＣＰＵ１が図示されている。アレーコントローラ３は、
Ｉ／Ｏバス（例えばＳＣＳＩバス）によって複数の記憶
装置４の各々と結合する。このアレーコントローラ３
は、記憶装置４を制御するためにホストＣＰＵ１と独立
して作動する。かかるシステムの更なる記述は、クラー
ク等の米国特許第４，７６１，７８５号に開示されてい
る。
【００２２】データ変更もしくは書込オペレーション
は、ホストＩ／Ｏアダプタ２及びアレーコントローラ３
を介して、ホストＣＰＵ１のメモリからアドレス情報に
沿って、データ記録を移動させることと、上記アドレス
情報に従って１つ又はそれ以上の記憶装置４のデータ記
録を記録することとを含んでいる。ＲＡＩＤ３，４及び
５データ記憶システムに対して、対応する冗長記録（通
常、パリティ情報を含んでいる）は、この冗長記録によ
って保護されるデータに対して冗長度を維持するため
に、アレーコントローラ３によって更新される。そのと
きにのみ書込オペレーションは、完了する。
【００２３】かかるアーキテクチャによってもたらされ
る問題は、それが故障のワンポイント性の多様化、つま
り冗長もしくはフォールトトレランスを備えていない複
数の構成要素を有しているということである。書込オペ
レーション中のいずれか１つの構成要素の故障は、最も
よくみてもそのオペレーションを完了し損ね、そして最
悪の場合にはデータ及び／又は冗長情報の壊乱を生じさ
せる結果となるであろう。最近のＲＡＩＤシステムで
は、幾つかの書込オペレーションがスタックされ得（即
ち、同時にペンディングとなり）、幾つかのデータ記録
及び冗長記録は、その書込オペレーションが割り込まれ
たときに壊乱されるであろう。
【００２４】ホストＣＰＵ１，ホストＩ／Ｏアダプタ
２，アレーコントローラ３又は記憶装置４のいずれか１
つの書込オペレーションの故障後に、冗長記録と同様に
データ記録が有効且つ整然となるようにすることが解決
すべき課題である。（理論上、複数の同時的な故障が発
生するが、そのような事故の可能性は少ない。しかしな
がら、最高位のフォールトトレランスが要求される適用
例の場合には、全ての構成要素の付加的な冗長レベル
が、周知の仕方で与えられるであろう。）図２は、本発
明に従うＲＡＩＤシステムを備えたフォールトトレラン
スコンピュータシステムの好適な実施例のブロック図で
ある。主ＣＰＵ１ａ及び第２ＣＰＵ１ｂは、インタプロ
セッサバス１０によって結合される。両方のＣＰＵ１
ａ，１ｂは、それぞれがアレーコントローラ３ａ，３ｂ
に結合された一対のホストアダプタ２ａ，２ｂに結合さ
れる。各アレーコントローラ３ａ，３ｂは、各データ記
憶装置４が両方のアレーコントローラ３ａ，３ｂに結合
されるように、複数のＩ／Ｏバスによって複数のデータ
記憶装置４に結合される。選択的態様において、ホスト
アダプタ２ａ，２ｂの機能は、対応するアレーコントロ
ーラ３ａ，３ｂに物理的に結合される。両方の構成要素
の機能が要求されるので、発明原理が不変のまま維持さ
れる。
【００２５】本発明システムは、アトミックライトを実
現するために４つの構成要素を結合する、即ち、 （１）信頼性ホストプロセッシング。主ＣＰＵ１ａが故
障したならば第２ＣＰＵ１ｂがデータ変更オペレーショ
ンの開始を完了させるように、オペレーションのチェッ
クポイントを備えた第１及び第２ＣＰＵによって、信頼
性ホストプロセッシングが設けられる。かかるオペレー
ションのチェックポイントは、幾多の周知の方法によっ
て行われ得るが、基本的には比較のためにＣＰＵ１ａ，
１ｂ間で周期的に通信されるステータス情報により、両
方のＣＰＵ１ａ，１ｂでの同一プロセスを実行すること
を含んでいる。特に、このチェックポイント情報は、各
書込オペレーションの前及び各書込オペレーションの後
で通信され、各ＣＰＵが現在のオペレーション状態の記
録を有するようにさせる。
【００２６】仮に主ＣＰＵ１ａが故障したならば、第２
ＣＰＵ１ｂは、ペンディング中の書込オペレーションの
最後の状態を決定するチェックポイント情報を使って、
オペレーションを続行し、それらの書込オペレーション
を完了させる。書込オペレーションが主ＣＰＵ１ａによ
って開始されたならば、そのオペレーションに関するチ
ェックポイント情報は第２ＣＰＵ１ｂへ伝送される。チ
ェックポイント情報は、主要なデータ記録（「書込イメ
ージ」）及びアドレス情報，データ記録及びアドレス情
報へのポインタ情報（例えば、共通なフォールトトレラ
ンスメモリ）、或いはまた第２ＣＰＵ１ｂのデータ記録
のどの部分が主ＣＰＵ１ａのデータ記録に従うために変
化する必要があるかを表す変化記録を備えている。
【００２７】書込オペレーションが完了すれば、その有
効なチェックポイント情報は、主ＣＰＵ１ａによって第
２ＣＰＵ１ｂへ伝送される。主ＣＰＵ１ａが書込オペレ
ーションの完了前に故障したならば、第２ＣＰＵ１ｂ
は、完了を確認するために、ホストＩ／Ｏアダプタ２
ａ，２ｂをモニタし、或いはまた最初から書込オペレー
ションを再開始するためにチェックポイント情報を使用
する。
【００２８】（２）書込データのブロックバッファ。デ
ータ記録に対する「前」，「後」の書込イメージパルス
間に変化記録が、主ＣＰＵ１ａ及び第２ＣＰＵ１ｂ間で
通信されれば、第２ＣＰＵ１ｂは、主ＣＰＵ１ａが故障
している場合には、完了していない書込オペレーション
を速やかに回復させ得る。しかしながら、完了書込イメ
ージを通信することは、各ＣＰＵ１ａ，１ｂに演算的な
負荷を課し、このためシステムの有効処理能力を低下さ
せる。従って、通常のオペレーションに対しては、ＣＰ
Ｕ１ａ，１ｂ間の変化記録だけを通信することで十分で
ある。これは、部分的ブロックチェックポイントと言わ
れ、フォールトトレランスコンピュータシステムの処理
的な負荷を減少させる有効な方法である。
【００２９】部分的ブロックチェックポイントでは、ホ
ストアダプタ２ａ，２ｂへ書き込まれるべき変更された
データ記録の伝送の最中に主ＣＰＵ１ａが故障し、その
変更されたデータ記録の記憶装置４への書込が開始され
た場合、アトミックライトを確立するための問題が提示
される。変更されたデータ記録の情報を有する記憶装置
４において部分的にのみオリジナルデータ記録が更新さ
れたならば、第２ＣＰＵ１ｂは、変更されたデータ記録
を生成するために、オリジナルデータ記録に対してチェ
ックポイント変化を適用することができない。これは、
第２ＣＰＵ１ｂが、それに作用すべき壊乱されていない
オリジナルデータ記録を有していないからである。
【００３０】本発明はこの問題を解決するが、その一方
で、所望の数の書込データ記録を緩衝するのに十分なサ
イズの各ホストＩ／Ｏアダプタ２ａ，２ｂにおけるデー
タバッファ１１を設けることにより、部分的ブロックチ
ェックポイントの有効性を維持し、またホストＩ／Ｏア
ダプタ２ａ，２ｂがアレーコントローラ３ａ，３ｂへデ
ータ記録を伝送する前に、完了データ記録及びそれに対
応するアドレス情報がホストＩ／Ｏアダプタ２ａ，２ｂ
において緩衝されることが必要になる。データブロック
が完全にホストＩ／Ｏアダプタ２ａ，２ｂへ伝送される
前に、主ＣＰＵ１ａが故障したならば、新たなデータ記
録が記憶装置４へ書き込まれず、そして該記憶装置４上
のデータは壊乱されずに保持される。第２ＣＰＵ１ｂ
は、記憶装置４から読み戻されたオリジナルの壊乱され
ていないデータに対して、適切なチェックポイント変化
記録を適用することができ、その記憶装置４に再生成さ
れたデータ記録を書き込むことができる。データ記録が
完全にホストＩ／Ｏアダプタ２ａ，２ｂへ伝送された後
に主ＣＰＵ１ａが故障したならば、ホストＩ／Ｏアダプ
タ２ａ，２ｂ及びアレーコントローラ３ａ，３ｂは、主
ＣＰＵ１ａの更なる介入なしに、書込オペレーションを
完了するために必要な全ての情報を有する。
【００３１】（３）信頼性アレープロセッシング。信頼
性アレープロセッシングは、主アレーコントローラ３ａ
が故障したならば、第２アレーコントローラ３ｂが書込
オペレーションを完了させるように、オペレーションの
チェックポイントを備えた主及び第２アレーコントロー
ラ３ａ，３ｂによって形成される。オペレーションのチ
ェックポイントは、ＣＰＵ１ａ，１ｂのチェックポイン
トの場合のように、多くの周知の方法によって行われる
が、基本的には、比較のためにアレーコントローラ３
ａ，３ｂ間で通信されるステータス情報により、両方の
アレーコントローラ３ａ，３ｂでの同一プロセスを実行
することを含んでいる。特に、このチェックポイント情
報は、各書込オペレーションの前及び各書込オペレーシ
ョンの後で通信され、各アレーコントローラ３ａ，３ｂ
が現在のオペレーション状態の記録を有するようにさせ
る。
【００３２】アレーコントローラ３ａ，３ｂの場合、ホ
ストＣＰＵ１ａ，１ｂからの完了書込イメージは、アレ
ーコントローラ３ａ，３ｂが並行してＩ／Ｏバス通信に
「聞く」ことができるので、このＩ／Ｏバスを介してア
レーコントローラ３ａ，３ｂと有効に通信され得る。主
アレーコントローラ３ａによって書込オペレーションの
状態を折り返すチェックポイント変化記録は、主アレー
コントローラ３ａによって、第２アレーコントローラ３
ｂへ伝送される。主アレーコントローラ３ａが故障した
ならば、第２アレーコントローラ３ｂは、ペンディング
中の書込オペレーションの最後の状態を決定するチェッ
クポイント情報を使って、オペレーションを続行し、そ
れらの書込オペレーションを完了させる。
【００３３】選択的態様において、各アレーコントロー
ラ３ａ，３ｂは、コモンバスを介して記憶装置４の各々
と結合され、第２アレーコントローラ３ｂは、主アレー
コントローラ３ａによって保証されたオペレーションの
状態を決定するためにバスをモニタすることができる。
このようなモニタにより、第２アレーコントローラ３ｂ
は、どの書込オペレーションが開始され、又いずれの書
込オペレーションが完了されたかを演繹することができ
る。主アレーコントローラ３ａが故障したならば、第２
アレーコントローラ３ｂは、記憶装置４のオペレーショ
ンを簡単に継承し、全てのペンディング中の書込オペレ
ーションを完了する。
【００３４】（４ａ）記憶装置システム電源に対するバ
ッテリバックアップ。書込オペレーションが完了する前
に、両方のアレーコントローラ３ａ，３ｂ及び記憶装置
４が故障したならば、記憶装置４に記憶された冗長デー
タは、電源が故障した場合には、書き込まれるデータ記
録の冗長グループのために必要な冗長情報を正確に折り
返さないであろう。完全状態では、記憶装置４への全て
のデータ及び冗長記録の書込は、電源が故障する前に完
了する。ところが、恐らく次のような事態のいずれかが
生じるであろう。即ち、（１）データ記録及び／又は冗
長記録が部分的に書き込まれ、一部えり抜かれた情報を
有する、（２）データ記録は完全に書き込まれるが、冗
長記録は書き込まれない、又は（３）冗長記録は完全に
書き込まれるが、データ記録は書き込まれない。
【００３５】さらに、電源が回復した場合、ホストＣＰ
Ｕ１ａ，１ｂは、アレーコントローラ３ａ，３ｂが電源
故障前にそこに作用していた適正なアドレス位置におけ
る情報を正常に持たない。（１）のケースは、内部の誤
り訂正符号（ＥＣＣ）又はサイクリックリダンダンシー
チェック（ＣＲＣ）符号を用いることにより、記憶装置
４によって検出され、そして再試行及び誤り回復オペレ
ーションを介してホストＣＰＵによって訂正され得る
が、一般にホストＣＰＵは、そのようなオペレーション
を介しては（２）及び（３）のケースを訂正することが
できない。
【００３６】冗長情報を検査し、そして訂正する１つの
方法は、システムのパワーアップ毎に、（例えば、記憶
装置４における全ての冗長グループに対する冗長記録を
再演算することにより）冗長記録の整合性に対する記憶
装置４の全てをチェックすることである。不整合性の検
出により、正確に書き込まれなかったデータ記録のアド
レスが表示される。ＣＰＵ１ａ，１ｂはそのとき、その
ようなデータ記録に対して先行する書込オペレーション
を再実行することができる。しかし、このことは、ＲＡ
ＩＤシステムに共通しているように、大容量の記憶装置
が使用される場合には、極めて時間的浪費である。さら
に、記憶アレーは、ＣＰＵ１ａ，１ｂがブート符号を記
憶するために記憶装置４に従属するならば、システムブ
ート時間を遅延させるパワーアップ毎にシステムに対し
て有効的でなくなるであろう。
【００３７】本発明により提供される、アレーコントロ
ーラ３ａ，３ｂ及び記憶装置４に対する電源故障の問題
の１つの解決方法は、記憶サブシステムへの電力供給に
対するバッテリバックアップ１２を使用することであ
る。バッテリバックアップ１２は、記憶サブシステムに
おけるペンディング中の書込オペレーションを完了させ
得る「静かな」電源故障の閉塞周期を形成する。
【００３８】好適な実施例では、バッテリバックアップ
１２は、記憶サブシステムに一定の電力を供給する連続
電力供給（ＵＰＳ）システムであり、外部電源から充電
されている。選択的には、外部主電源をモニタし、この
外部主電源が故障したならば、自動的に電源回路に切り
替える切替電源（ＳＰＳ）を用いることができる。ＵＰ
Ｓ及びＳＰＳ双方とも周知の技術である。
【００３９】（４ｂ）書込オペレーションに対する不揮
発性メモリ。バッテリバックアップ１２を使用すること
の１つの欠点は、支援される記憶装置４の数と共に、該
バッテリバックアップ１２の費用及びサイズが増大する
ことである。本発明により提供される選択的な解決方法
は、後の再試行に使用するために、記憶装置４に十分に
書き込まれなかったデータ記録に対して、全ての書込コ
マンド情報（例えば、データアドレス情報やレコード
長）を記憶するのに十分なアレーコントローラ３ａ，３
ｂにおける不揮発性メモリを用いることである。
【００４０】図３は、本発明に従うＲＡＩＤデータ記憶
サブシステムのブロック図である。各アレーコントロー
ラ３ａ，３ｂは、それぞれホストアダプタインタフェイ
ス１３ａ，１３ｂ、マイクロコントローラ１４ａ，１４
ｂ、両方のアレーコントローラ３ａ，３ｂに対する未決
定書込コマンドのための不揮発性書込コマンドバッファ
１５ａ，１５ｂ及びドライブインタフェイス１６ａ，１
６ｂを備えている。各ドライブインタフェイス１６ａ，
１６ｂは、標準的バス（例えばＳＣＳＩバス）により多
数の記憶装置４と結合されている。
【００４１】書込コマンドバッファ１５ａ，１５ｂは、
例えば１６キロバイトの不揮発性のスタティック等速呼
出記憶装置（ＳＲＡＭ）から形成される。ＳＲＡＭとし
ては、ダラスセミコンダクタ製の品番ＤＳ１２２０Ｙが
適合し得る。
【００４２】通常オペレーションは次の通りである。マ
イクロコントローラ１４ａ，１４ｂが、対応するホスト
アダプタインタフェイス１３ａ，１３ｂを介して、ホス
トＣＰＵ１ａから書込オペレーションを受信すると、マ
イクロコントローラ１４ａ，１４ｂは、対応する書込コ
マンドバッファ１５ａ，１５ｂにおいて、変更されたデ
ータ記録の位置及び長さを含んでいる書込コマンドのイ
メージを記憶する。各書込オペレーションが完了するの
で（即ち、データ記録及び対応する冗長記録とも記憶装
置４に書き込まれる）、各マイクロコントローラ１４
ａ，１４ｂは、書込データ記録に対応する書込コマンド
イメージを有効に除去するために、対応する不揮発性書
込コマンドバッファ１５ａ，１５ｂを更新する。各不揮
発性書込コマンドバッファ１５ａ，１５ｂは、順序立て
て多数の書込コマンドの待行列を形成する。全てのペン
ディング中の書込コマンドが完了すれば、不揮発性書込
コマンドバッファ１５ａ，１５ｂは効果的に空になるで
あろう。
【００４３】仮に両方のアレーコントローラ３ａ，３ｂ
又は記憶装置４で電源故障が生じたならば、その回復プ
ロセスは次の通りである。主マイクロコントローラ１４
ａは、いずれかの書込コマンドが電源故障の前にペンデ
ィング中であるか否かを決定するために、その不揮発性
書込コマンドバッファ１５ａを読み出す。そうでなけれ
ば、通常処理が再開される。またペンディング中であれ
ば、マイクロコントローラ１４ａは、不揮発性書込コマ
ンドバッファ１５ａの書込コマンド情報によって表示さ
れる記憶装置４におけるそれらの位置に対して、冗長整
合性チェックを実行する。冗長整合性チェックは、ペン
ディング中の書込コマンドによって表示される冗長グル
ープストライプの全ての対応するデータ記録を読み出す
ことにより遂行され、（例えば、全てのデータ記録の排
他的論理和化によって）データ記録読出に基づく新たな
冗長記録を計算し、そしてその冗長グループのための記
憶装置に新たな冗長記録を書き込む。この手続は、記憶
装置４の冗長情報を有効ならしめる。
【００４４】電源故障が生じたときに、データ記録が部
分的にのみ書き込まれたならば、そのデータ記録は、読
出の際の適正なＣＲＣ符号を生成しないであろう。主マ
イクロコントローラ１４ａは、誤り標識を有するこれら
のデータ記録の各々を（直接的又は間接的に）表記し、
データ記録に周知パターンを書き込み（例えば、無効Ｃ
ＲＣ符号で、全て１）、この周知パターンに基づく対応
する冗長グループストライプのための正確な冗長情報を
生成し、そしてデータ記録が誤りであることをＣＰＵ１
ａ，１ｂに表示する。
【００４５】冗長記録が有効にされた後に、ＣＰＵ１
ａ，１ｂは、前に終了していない書込オペレーションを
全て再開始し得るが、このオペレーションは、誤りとし
て表記された全てのデータ記録を訂正し、そのデータ記
録を記憶装置４に伝送して更新するであろう。
【００４６】終了していない書込オペレーションの数
は、通常、記憶装置４に記憶されたデータ量よりも少な
いので、冗長記録を有効化し及び全ての割り込まれた書
込コマンドに対して書込オペレーションを再試行するこ
とは、全記憶システムの全ての冗長記録を有効にするこ
とよりも極めて迅速である。かくして、不揮発性書込コ
マンドバッファ１５ａにより、従来技術に比較して著し
い速度的な利点が得られる。
【００４７】主マイクロコントローラ１４ａが故障した
ならば、第２マイクロコントローラ１４ｂが記憶装置４
のオペレーションを引き継ぎ、終了していない書込コマ
ンドの状態を決定するために、対応する書込コマンドバ
ッファ１５ｂの情報を使用する。そして上述したように
回復処理が進行するであろう。
【００４８】本発明の幾多の実施例が記述された。しか
しながら、本発明の意図及び範囲を逸脱することなく、
多くの変更がなされ得ると理解されるであろう。例え
ば、本発明は、ＲＡＩＤ３，４又は５システムで使用可
能である。さらに、ＸＯＲ生成パリティに付加的な又は
その代わりの誤り検出方法が、必要な冗長情報のために
使用され得る。リードソロモン符号を用いるそのような
方法の１つは、「アレー化されたディスクドライブシス
テム及び方法」の名称で、１９８８年１１月１４日に出
願された米国特許第２７０，７１３号に開示されてお
り、その特許は本発明の譲受人に譲渡されている。従っ
て、本発明は特別に例証された実施例によって限定され
るものでなく、添付の特許請求の範囲によってのみ画定
されると理解されるべきである。
【００４９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ＲＡＩＤ３，４及び５に有効に適用可能で、書込オペレ
ーションを完成させ、且つ構成要素の故障が起こった場
合でさえ、有効な冗長情報を生成し得るシステムアーキ
テクチャを実現する。また、著しく壊乱された冗長情報
の記憶が、通常処理オペレーションに対して最小衝撃で
伝送され得る等の利点を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般的な従来のＲＡＩＤデータ記憶システムの
ブロック図である。
【図２】本発明に従うＲＡＩＤシステムを備えたフォー
ルトトレランスコンピュータシステムの好適な実施例の
ブロック図である。
【図３】本発明に従う書込コマンドのための不揮発性メ
モリを備えた、ＲＡＩＤデータ記憶サブシステムのブロ
ック図である。
【符号の説明】
１ａ 主ＣＰＵ １ｂ 第２ＣＰＵ ２ａ ホストアダプタ ２ｂ ホストアダプタ ３ａ アレーコントローラ ３ｂ アレーコントローラ ４ 記憶装置 １０ インタプロセッサバス １１ データバッファ １３ａ ホストアダプタインタフェイス １３ｂ ホストアダプタインタフェイス １４ａ マイクロコントローラ １４ｂ マイクロコントローラ １５ａ 書込コマンドバッファ １５ｂ 書込コマンドバッファ １６ａ ドライブインタフェイス １６ｂ ドライブインタフェイス
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マーク エス ウォーカー アメリカ合衆国 カリフォルニア州 95030 ロス ガトス ギスト ロード 20000

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 冗長データ記憶アレーサブシステムに対
    するデータ変更オペレーションの完了及び保全を確立す
    るためのシステムであって、 ａ．データ記録に対するデータ変更オペレーションを開
    始し、このデータ変更オペレーションについてのホスト
    チェックポイント情報を生成する第１のホストプロセッ
    サ手段と、 ｂ．上記第１のホストプロセッサ手段に結合され、上記
    ホストチェックポイント情報を受信し、上記第１のホス
    トプロセッサ手段が故障した場合にデータ変更オペレー
    ションの制御を行う第２のホストプロセッサ手段と、 ｃ．上記第１及び第２のホストプロセッサ手段に結合さ
    れ、上記第１もしくは第２のホストプロセッサ手段か
    ら、生成されたデータ変更オペレーション全体を受信す
    ることにより、他のホストプロセッサ手段が故障したと
    きに受信されたデータ変更オペレーションへの悪影響を
    防ぐ第１及び第２のバッファ手段と、 ｄ．上記データ変更オペレーションによって示されたデ
    ータ記録を記憶するためのデータ記憶手段の冗長アレー
    と、 ｅ．上記第１のバッファ手段及び上記データ記憶手段の
    冗長アレーに結合されていて、上記第１のバッファ手段
    からデータ変更オペレーションを受信すると共に、上記
    データ記憶手段の冗長アレーへに対するデータ変更オペ
    レーションの完了を制御し、そして上記データ変更オペ
    レーションについてのアレーホストチェックポイント情
    報を生成する第１のアレープロセッサ手段と、 ｆ．上記第２のバッファ手段、上記データ記憶手段の冗
    長アレー及び上記第１のアレープロセッサ手段に結合さ
    れ、上記第２のバッファ手段からデータ変更オペレーシ
    ョンを受信すると共に、上記アレーホストチェックポイ
    ント情報を受信し、上記第１のアレープロセッサ手段が
    故障した場合に上記データ変更オペレーションの制御を
    行うための第２のアレープロセッサ手段と、 を備えるシステム。
  2. 【請求項２】 各アレープロセッサ手段が、データ変更
    オペレーションが完了するまで各データ変更オペレーシ
    ョンについての選択された情報を記憶する不揮発性記憶
    手段を有することを特徴とする請求項１記載のシステ
    ム。
  3. 【請求項３】 上記記憶された情報が、データ記憶手段
    の冗長アレーに対する電力損失の後、完了していないデ
    ータ変更オペレーションについて、データ記憶手段の冗
    長アレーの冗長記録を有効にするために用いられること
    を特徴とする請求項２記載のシステム。
  4. 【請求項４】 上記記憶された情報が、上記ホストプロ
    セッサ手段のいずれかに通信され、これを受信するホス
    トプロセッサ手段が、完了していないデータ変更オペレ
    ーションを再開始させる手段を有することを特徴とする
    請求項３記載のシステム。
  5. 【請求項５】 上記第１及び第２のアレープロセッサ手
    段及び上記データ記憶手段の冗長アレーに結合され、主
    電源が故障した場合に、上記第１及び第２のアレープロ
    セッサ手段及び上記データ記憶手段の冗長アレーに電力
    を供給するバッテリバックアップ手段を有することを特
    徴とする請求項１に記載のシステム。
  6. 【請求項６】 冗長データ記憶アレーサブシステムに対
    するデータ変更オペレーションの完了及び保全を確立す
    るための方法であって、 ａ．データ記録に対するデータ変更オペレーションを開
    始し、このデータ変更オペレーションについてのホスト
    チェックポイント情報を生成する第１のホストプロセッ
    サ手段を設け、 ｂ．上記第１のホストプロセッサ手段に結合され、上記
    ホストチェックポイント情報を受信し、上記第１のホス
    トプロセッサ手段が故障した場合に、データ変更オペレ
    ーションの制御を行う第２のホストプロセッサ手段を設
    け、 ｃ．上記第１及び第２のホストプロセッサ手段に結合さ
    れ、上記第１もしくは第２のホストプロセッサ手段か
    ら、生成されたデータ変更オペレーション全体を受信す
    ることにより、他のホストプロセッサ手段が故障したと
    きに受信されたデータ変更オペレーションへの悪影響を
    防ぐ、第１及び第２のバッファ手段を設け、 ｄ．上記データ変更オペレーションによって示されたデ
    ータ記録を記憶するデータ記憶手段の冗長アレーを設
    け、 ｅ．上記第１のバッファ手段及び上記データ記憶手段の
    冗長アレーに結合され、上記第１のバッファ手段からデ
    ータ変更オペレーションを受信すると共に、上記データ
    記憶手段の冗長アレーに対するデータ変更オペレーショ
    ンの完了を制御し、上記データ変更オペレーションにつ
    いてのアレーホストチェックポイント情報を生成する第
    １のアレープロセッサ手段を設け、 ｆ．上記第２のバッファ手段、上記データ記憶手段の冗
    長アレー及び上記第１のアレープロセッサ手段に結合さ
    れ、上記第２のバッファ手段からデータ変更オペレーシ
    ョンを受信すると共に、上記アレーホストチェックポイ
    ント情報を受信し、上記第１のアレープロセッサ手段が
    故障した場合に、上記データ変更オペレーションの制御
    を行うための第２のアレープロセッサ手段を設けるステ
    ップを備える方法。
  7. 【請求項７】 データ変更オペレーションが完了するま
    で、不揮発性記憶装置に各データ変更オペレーションに
    ついての選択された情報を記憶するステップを有するこ
    とを特徴とする請求項６記載の方法。
  8. 【請求項８】 上記データ記憶手段の冗長アレーに対す
    る電力損失の後、完了していないデータ変更オペレーシ
    ョンについて、上記データ記憶手段の冗長アレーの冗長
    記録を有効にするために上記記憶情報を使用するステッ
    プを有することを特徴とする請求項７記載の方法。
  9. 【請求項９】 上記ホストプロセッサ手段のいずれかと
    上記記憶情報を通信し、完了していないデータ変更オペ
    レーションを再開始するためこのホストプロセッサに記
    憶された情報を使用するステップを有することを特徴と
    する請求項８記載の方法。
  10. 【請求項１０】 上記第１及び第２のアレープロセッサ
    手段及び上記データ記憶手段の冗長アレーに結合され、
    主電源が故障した場合に、上記第１及び第２のアレープ
    ロセッサ手段及び上記データ記憶手段の冗長アレーに電
    力を供給するためのバッテリバックアップ手段を設ける
    ステップを備えることを特徴とする請求項６記載の方
    法。
  11. 【請求項１１】 冗長データ記憶アレーサブシステムに
    対するデータ変更オペレーションの完了及び保全を確立
    するための方法であって、 ａ．第１のホストプロセッサにおけるデータ記録に対す
    るデータ変更オペレーションを開始し、このデータ変更
    オペレーションについてのホストチェックポイント情報
    を生成し、 ｂ．第２のホストプロセッサのホストチェックポイント
    情報を受信し、上記第１のホストプロセッサが故障した
    場合、開始されたデータ変更オペレーションの上記第２
    のホストプロセッサによる制御を行い、 ｃ．他のホストプロセッサの次の故障が受信されたデー
    タ変更オペレーションに悪影響を与えることがないよ
    う、第１及び第２のバッファにおける生成された全ての
    データ変更オペレーションを受信し、 ｄ．第１のアレープロセッサにおける上記第１のバッフ
    ァからデータ変更オペレーションを受信し、この第１の
    アレープロセッサは、データ記憶手段の冗長アレーに対
    するデータ変更オペレーションの完了及び上記データ変
    更オペレーションについてのアレーチェックポイント情
    報を生成を制御し、 ｅ．上記第２のバッファからのデータ変更オペレーショ
    ン及び第２のアレープロセッサにおける第１のアレープ
    ロセッサからのアレーチェックポイント情報を受信し、
    上記第１のアレープロセッサが故障した場合、上記第２
    のアレープロセッサがデータ変更オペレーションの完了
    を制御するステップを備えている上記方法。
  12. 【請求項１２】 データ変更オペレーションが完了する
    まで、不揮発性記憶装置の各データ変更オペレーション
    についての選択された情報を記憶するステップを有する
    ことを特徴とする請求項１１記載の方法。
  13. 【請求項１３】 上記データ記憶手段の冗長アレーに対
    する電力損失の後、完了していないデータ変更オペレー
    ションについて、上記データ記憶手段の冗長アレーの冗
    長記録を有効にするために上記記憶情報を使用するステ
    ップを有することを特徴とする請求項１２に記載の方
    法。
  14. 【請求項１４】 上記記憶情報によって示される完了し
    ていないデータ変更オペレーションを再開始するステッ
    プを有することを特徴とする請求項１３記載の方法。
  15. 【請求項１５】 主電源が故障した場合に、上記第１及
    び第２のアレープロセッサ手段及び上記データ記憶手段
    の冗長アレーに電力を供給するステップを更に有するこ
    とを特徴とする請求項１１に記載の方法。
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