JP5352811B2 - 情報処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、記憶装置を備えた情報処理装置に関し、具体的には、ディスクアレイを使った記憶装置に好適な技術に関する。

従来から、高い信頼性が求められる情報処理装置では、データの冗長性を保つために、複数のＨＤＤなどの記録装置を接続したディスクアレイを記憶装置として使用している。このような記憶装置を有する情報処理装置では、電源がオンとなると、ＣＰＵを初めとするデバイスの初期化が行われた後に、ＯＳやデバイスドライバなどの情報が記憶装置からＲＡＭに読み込まれて、ＯＳが使用可能な状態となる。
しかし、記憶装置に使用されることが多いＨＤＤは内部に駆動部を持っているため、初期化に必要な時間が他のデバイスに比べて長く、情報処理装置全体の起動時間を長くする原因となっている。

また、ＨＤＤを駆動させるためには瞬間的に大きな電力を必要とする。そのため、ＨＤＤを複数台用いて構成するディスクアレイの場合、駆動部分を同時にスピンアップさせると、一時的に電力消費量が大きくなるため、スピンアップのために大きな容量の電源を使用する必要がある。そのため、多くのディスクアレイでは、一時的な電力消費量を抑えるために、スピンアップするタイミングをずらして、搭載する電源の容量を抑える工夫をしている。しかし、ＨＤＤを順次スピンアップさせていくため、全てのＨＤＤのスピンアップが完了し、ディスクアレイが記憶装置として使用可能となるまでの時間は長くなり、起動時間をさらに長くする原因となっている。

更に、近年の多くの情報処理装置では、消費電力を抑えるために、記憶装置への読み込み、書き込み要求が少ない場合に、記憶装置への給電を止めることで消費電力を抑える機能を持つ。この機能は、情報処理装置の環境負荷を抑えるために、必須の機能となりつつある。ところが、情報処理装置の記憶装置にディスクアレイを使用した場合、ＨＤＤへの給電を止めてしまうと、再びディスクアレイが情報処理装置から使用可能な状態に戻るまでの時間に、一度止めてしまったＨＤＤをスピンアップさせるための時間を見込む必要が出てくる。そのため、このような場合は、起動時と同様に、ユーザが使用可能となるまでに長い時間を要することとなる。

この問題を解決するための技術として、特許文献１には、ＲＡＭ上にダイナミックバッファを生成し、ＨＤＤにデータを記録できないときは、当該データを上記ダイナミックバッファに一時的に記憶することで、電源オン時に瞬時に記録を可能とする技術についての開示がある。

上記課題を解決するために、本発明の情報処理装置は、データを読み書き可能な記憶装置と、データを一時的に記憶可能であり、ＯＳの起動時に必要なデータをキャッシュしておくことが可能な不揮発性メモリとを具備する。更に、不揮発性メモリの所定の領域に設けられ、ＯＳの起動に必要な情報が記録されるキャッシュ領域と、不揮発性メモリの所定の領域に設けられ、キャッシュ領域に含まれるデータの位置と、キャッシュ領域に含まれないデータの中身及び位置が記録されるテーブルとを具備する。更に、記憶装置が起動して使用可能となるまでの間に記憶装置への書き込み要求があった場合において、書き込み要求が不揮発性メモリにキャッシュされている領域に対するものであれば、書き込み要求があったキャッシュの位置を更新情報としてテーブルに記録して、キャッシュ中の書き込み要求があった領域にデータを上書きすると共に、書き込み要求が不揮発性メモリにキャッシュされている領域ではなく、テーブル中に書き込み要求があった領域に対する更新情報が既に記録されていると判定された場合、書き込み要求があった領域に対する更新情報のうち、データの部分のみを上書きすると共に、書き込み要求が不揮発性メモリにキャッシュされている領域ではなく、テーブル中に書き込み要求があった領域に対する更新情報が記録されていないと判定された場合、書き込み要求があった領域の位置とデータを更新情報としてテーブルに記録するコントローラとを具備する。

特開２００１−５７０２４号公報 特開２００７−９４９３９号公報

しかしながら、特許文献１に記載された技術においては、電源オン時にＲＡＭ上にダイナミックバッファを確保するに十分な領域が確保できない場合、データを保存することができなくなってしまい、起動時間の短縮が困難となる。
また、特許文献２に記載された技術においては、不揮発性メモリにキャッシュされていたデータを読み込む場合、ダイナミックバッファにそのキャッシュに対して書き込まれたデータが無いか確認してからでないと、キャッシュを読み込むことができない。そのためダイナミックバッファに記録されたデータが大きくなると、そのデータを全て読んでからでないと不揮発性メモリのキャッシュを読み込むことができないため、起動時間の短縮が困難となる。

また、特許文献２に記載された技術においては、ＨＤＤが使用可能となるまでに電源が切れた場合、ダイナミックバッファにＨＤＤへの情報が記録されないまま残ってしまう。そのため再度電源がオンとなった場合、新たにダイナミックバッファに時系列データが記録されるため、ＨＤＤが使用可能となるまでに何度か電源のオン、オフが繰り返されるとダイナミックバッファが一杯になりやすい。その場合、ダイナミックバッファへの書き込みができなくなってしまい、結果として書き込み待ちが発生してしまうため、起動時間の短縮が困難となる。

本発明は、これらの問題点に鑑みてなされたものであり、記憶装置の起動時間を短縮することで、ユーザが使用可能となるまでの時間を短縮することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の情報処理装置は、データを読み書き可能な記憶装置と、データを一時的に記憶可能であり、ＯＳの起動時に必要なデータをキャッシュしておくことが可能な不揮発性メモリと、不揮発性メモリの所定の領域に設けられ、ＯＳの起動に必要な情報が記録されるキャッシュ領域と、不揮発性メモリの所定の領域に設けられ、キャッシュ領域に含まれるデータの位置と、キャッシュ領域に含まれないデータの中身及び位置が記録されるテーブルと、記憶装置が起動して使用可能となるまでの間に記憶装置への書き込み要求があった場合において、書き込み要求がキャッシュ領域に該当する箇所に対応するものである場合は、キャッシュ領域の該当箇所を書き込み要求に係るデータで上書きして、テーブルに該当する箇所を上書きして更新すると共に、書き込み要求がキャッシュ領域に該当しない箇所である場合は、テーブルに書き込み要求に係るデータと位置を追記録するコントローラとを具備する。

本発明によれば、ハードディスクの如き記憶装置が使用可能となる前の、読み込み待ち及び書き込み待ち時間を削減することができ、その結果、記憶装置並びにその記憶装置を備える情報処理装置の起動時間を短縮し、ユーザが使用可能となるまでの時間を短くすることができる。

本発明の一実施の形態による構成例を示すブロック図である。 本発明の一実施の形態による書き込み処理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読み込み処理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不揮発性メモリの例を示す説明図である。 本発明の一実施の形態によるディスクアレイへのデータ更新処理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キャッシュ更新処理例を示すフローチャートである。

以下、本発明の一実施の形態を、添付図面を参照して説明する。

図１に、本発明の一実施の形態の例（以下本例と称する）における情報処理装置の例として、コンピュータの構成例を示す。
コンピュータ１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit：中央制御ユニット）２と、ＭＣＨ（Memory Controller Hub：メモリコントロールハブ）３と、ＩＣＨ（I/O Controller Hub：入出力コントローラハブ）４を備える。更に、ＭＣＨ３には、ＲＡＭ（Random Access Memory）６と、ビデオ出力部１１を接続する。また、ＩＣＨ４には、ＲＯＭ（Read Only Memory）５と、コントローラ７と、ユーザ操作入出力部１２を接続する。コントローラ７には、複数台のＨＤＤ（Hard Disk Drive：ハードディスクドライブ装置）８０，８１，８２…から成るディスクアレイ８と、不揮発性メモリ９を接続する。ここで、コントローラ７及びそれに接続する部位によって記憶装置１０を構成する。
ディスクアレイ８は、複数台のＨＤＤにデータを分散して記憶させると共にパリティ符号なども記憶させて、冗長性を高めた記憶手段である。そのディスクアレイ８への書き込み及び読み出しがコントローラ７により制御される。

次に、本例によるコンピュータ１の電源オン時の起動処理について説明する。

コンピュータ１は電源オンすると、ＲＯＭ５から起動のためのプログラムを読み込み、ＣＰＵ２、ＭＣＨ３、ＩＣＨ４、ビデオ出力部１１、ユーザ操作入出力部１２、コントローラ７など、コンピュータ１の有する各構成要素を初期化し、ＯＳ（Operating System）が使用可能な状態にする。

初期化されたコントローラ７は、コントローラ７に接続するＨＤＤ８０、８１、８２…を初期化し、全てのＨＤＤが使用可能となると、それらのＨＤＤは論理的に一つの記憶装置（ディスクアレイ８）として使用可能な状態となる。

ＲＯＭ５に記録された起動プログラムによる初期化処理が完了した後、起動プログラムはディスクアレイ８からＯＳをＲＡＭ６に読み込んで、ＯＳを起動しようとする。この時、ＨＤＤ８０、８１、８２…の初期化完了前で、ディスクアレイ８として使用可能な状態になっていない場合は、ディスクアレイ８からＯＳを読み込むことができない。

そのため、本例では、ＯＳ起動に必要なデータを不揮発性メモリ９にキャッシュしておき、ディスクアレイ８からＯＳを読み込むことができない場合には、コントローラ７は不揮発性メモリ９にキャッシュしていたデータをＲＡＭ６に読み込む。これにより、ディスクアレイ８が使用できない状態でも、ＯＳが起動可能となる。

また、ＯＳ起動途中のためディスクアレイ８が使用できない状態で、ディスクアレイ８への書き込み要求があった場合、コントローラ７はディスクアレイ８へ書き込みを行う代わりに、不揮発性メモリ９に対して書き込みを行う。またディスクアレイ８が使用可能となる前に、読み込み要求があった場合、コントローラ７は不揮発性メモリ９に対して読み込みを行う。

このように、ディスクアレイが使用可能となるまでに時間がかかる場合でも、ＯＳ起動に必要なデータを不揮発性メモリ９から読み込みまたは書き込みすることにより、コンピュータの起動時間を短縮することができる。

次に、不揮発性メモリ９へのデータの書き込み、読み込みの処理について図２、３、４を用いて説明する。

図２は、コントローラ７が起動プログラムから書き込み要求を受け取った際の書き込み処理例を示したフローチャートである。

まず、コントローラ７は、書き込み要求を受けると（ステップＳ２０１）、ディスクアレイ８が使用可能であるかを判定する（ステップＳ２０２）。判定の結果、ディスクアレイ８が使用可能であれば、ディスクアレイ８に要求されたデータを書き込み（ステップＳ２０３）、処理を終了する。

ステップＳ２０２の判定で、ＯＳ起動中などの理由でディスクアレイ８が使用可能でなかった場合、コントローラ７は、書き込み要求があった領域が不揮発性メモリ９中にキャッシュされている領域に該当するかを判定する（ステップＳ２０４）。判定の結果、書き込み要求が不揮発性メモリ９にキャッシュされている領域に対するものであれば、コントローラ７は、書き込み要求があったキャッシュの位置を更新情報としてテーブルに記録する（ステップＳ２０５）。そして、不揮発性メモリ９のキャッシュ中の書き込み要求があった領域にデータを上書きして（ステップＳ２０６）、書き込み処理を終了する。

ステップＳ２０４の判定で、書き込み要求があった領域が不揮発性メモリ９中にキャッシュされている領域でなかった場合、コントローラ７は、不揮発性メモリ９のテーブル中に、書き込み要求があった領域に対する更新情報が既に記録されているかどうかを判定する（ステップＳ２０７）。判定の結果、テーブル中に該当領域に対する更新情報が既にあると判定された場合、その更新情報には、書き込み要求があった領域の位置とデータを含んでいる。そのため、コントローラ７は、該当領域の更新情報のうち、データの部分のみを上書きして（ステップＳ２０８）、書き込み処理を終了する。

ステップＳ２０７の判定で、不揮発性メモリ９のテーブル中に、書き込み要求があった領域に対する更新情報が記録されていなかった場合、コントローラ７は、書き込み要求があった領域の位置とデータを更新情報としてテーブルに記録して（ステップＳ２０９）、書き込み処理を終了する。

図３は、コントローラ７が起動プログラムから読み込み要求を受け取った際の読み込み処理を示したフローチャートである。

まず、コントローラ７は、読み込み要求を受けると（ステップＳ３０１）、ディスクアレイ８が使用可能であるかを判定する（ステップＳ３０２）。判定の結果、ディスクアレイ８が使用可能であれば、ディスクアレイ８からに要求されたデータを読み込み（ステップＳ３０３）、処理を終了する。

ステップＳ３０２の判定で、まだディスクアレイ８が使用可能でない場合、コントローラ７は、読み込み要求のあった領域が不揮発性メモリ９中にキャッシュされている領域に該当するかを判定する（ステップＳ３０４）。判定の結果、読み込み要求が不揮発性メモリ９にキャッシュされている領域に対するものであれば、コントローラ７は、読み込み要求のあったデータを読み込み（ステップＳ３０５）、処理を終了する。

ステップＳ３０４の判定で、読み込み要求のあった領域が不揮発性メモリ９中にキャッシュされている領域でなかった場合、コントローラ７は、不揮発性メモリ９のテーブル中に、読み込み要求があった領域に対する更新情報が既に記録されているかどうかを判定する（ステップＳ３０６）。判定の結果、テーブル中に該当領域に対する更新情報が既にあると判定された場合、更新情報中のデータを読み込み（ステップＳ３０７）、処理を終了する。

ステップＳ３０６の判定で、不揮発性メモリ９のテーブル中に、読み込み要求のあった領域に対する更新情報が記録されていなかった場合、コントローラ７は、ディスクアレイ８が使用可能となるまで、読み込み要求に対して、該当するデータを取得することができないため、読み込み待ちとなる。そのため、この読み込み要求については、キャッシュ追加テーブルに読み込み要求のあったアドレスを記録し（ステップＳ３０８）、ステップＳ３０２へ戻る。キャッシュ追加テーブルとは、ディスクアレイ８が使用可能となった後に、次に起動する際に読み込み待ちにならないよう、記録しておいた読み込み要求のあった領域を不揮発性メモリ９にキャッシュしておくためのテーブルである。

図４に、不揮発性メモリ９のデータ構成例を示す。不揮発性メモリ９の電源オンとなった直後の状態を不揮発性メモリ９１として示す。不揮発性メモリ９１には、２つの領域を設け、一方の領域は、ＯＳ起動に必要なデータやデバイスドライバのデータを記録する、キャッシュ２００とする。また、もう一方の領域は、更新情報を記録するテーブル２１０とする。

ディスクアレイ８が使用可能でない状態で、ＯＳやデバイスドライバの読み出し要求があった場合、必要なデータがキャッシュ２００に記録されていれば、コントローラ７は不揮発性メモリ９からキャッシュ２００を読み出す。これにより、ディスクアレイ８が使用可能でなくても、コントローラ７がキャッシュ２００からデータを読み込むことで、起動時間を短縮させることができる。

また、ディスクアレイ８が使用可能でない状態で、書き込み要求があった場合、コントローラ７は不揮発性メモリ９に対して書き込みを行う。この書き込み要求が、不揮発性メモリ９のキャッシュ２００への書き込み要求であった場合は、書き込み要求があった領域の位置を更新情報としてテーブル２１０に書き込み、それと同時にキャッシュ２００の該当領域２２０へデータの書き込みを行う。この時の、書き込みが完了した不揮発性メモリの状態を図４の不揮発性メモリ９２に示す。

キャッシュ２００への書き込み要求があった場合に、直接キャッシュ２００へデータを書き込むことにより、その後キャッシュ２００の当該領域に対する読み込み要求があった場合、直接キャッシュ２００を読み込むことができる。なお、キャッシュ２００に対する更新情報については、書き込み処理の都度、書き込み要求のあった領域の位置をテーブル２１０に書き込むため、複数存在する可能性がある。しかし、この場合の更新情報は、書き込み要求があった領域の位置のみしか含んでおらず、更新されたデータについてはキャッシュ２００に１つだけ登録する。そのため、読み込みの際にはテーブル２１０は参照せず、キャッシュ２００からデータを読み込むため、処理時間を短縮できる。

また、書き込み要求が、不揮発性メモリ９のキャッシュ２００以外への書き込み要求であった場合は、書き込み要求があった領域の位置とデータを更新情報２２１としてテーブル２１０に書き込む。この時、書き込み要求があった領域の位置に対する更新情報が既にテーブル２１０にあった場合は、該当する更新情報のデータ部分のみを更新する。書き込みが完了した不揮発性メモリ９の状態を図４の不揮発性メモリ９３に示す。

本例では、書き込み要求があった領域の位置に対する更新情報が既にテーブル２１０にあった場合、テーブル２１０に新たな更新情報を書き込まず、既にある更新情報のデータ部分だけを更新する。これにより、同じ領域に対する更新情報が２つ以上あった場合でも、その更新情報が持つデータが複数になるのを避け、同じ領域に対する更新情報は１つしか登録しないようにすることができる。その結果、処理時間を短縮できる上に、テーブル領域を有効に使用することができる。

また、読み込み要求が、不揮発性メモリ９のキャッシュ２００以外への読み込み要求であった場合で、テーブル２１０に読み込み要求があった領域の位置とデータが更新情報２２１として記録されていた場合は、更新情報２２１からデータを読み込む。ここで、テーブル２１０の更新情報にも該当する領域のデータがない場合は、当該領域の位置をキャッシュ追加テーブルとしてテーブル２１０に記録する。

図５のフローチャートは、ディスクアレイへのデータ更新処理を示したものである。
ディスクアレイ８が使用可能となった後は、不揮発性メモリ９に一時的に記録した書き込み要求をコントローラ７がディスクアレイ８に書き戻していく処理が行われる。
以下、図５に従って説明すると、まずコントローラ７が、ディスクアレイ８が使用可能であるか判定する（ステップＳ５０１）。ここで、使用可能でない場合には、使用可能になるまで待機する。

使用可能になると、コントローラ７はテーブルから更新情報を一つ読み込み（ステップＳ５０２）、読み込んだ更新情報が不揮発性メモリ９のキャッシュに対する更新情報であるか否かを判定する（ステップＳ５０３）。
ステップＳ５０３で更新情報がキャッシュに対する更新情報であった場合は、キャッシュの該当する位置のデータを読み込んで（ステップＳ５０４）、その読み込んだデータをディスクアレイ８へと書き込ませる（ステップＳ５０６）。

ステップＳ５０３で更新情報がキャッシュに対する更新情報でなかった場合は、更新情報は書き込み要求のあった領域の位置だけでなく、そのデータも含んでいる。このため、そのデータを読み込み（ステップＳ５０５）、ディスクアレイ８へと書き込ませる（ステップＳ５０６）。

ディスクアレイ８に書き込こまれた更新情報は、テーブルから削除し（ステップＳ５０７）、更新情報がまだあるか判断されて（ステップＳ５０８）、まだある場合にはステップＳ５０２に戻る。ステップＳ５０８で更新情報がないと判断されると終了し、全ての更新情報についてディスクアレイ８へと書き戻されることとなる。

この処理が行われることによって、一時的に不揮発性メモリ９に記録されていた書き込み要求を、ディスクアレイ８へと書き戻すことが可能となる。
起動の途中で電源が切れてしまい、ディスクアレイ８に対して書き込み要求が書き戻されなかった場合でも、一時的な書き込み要求は不揮発性メモリ９に記録されているため、更新情報が失われることはなく、再度電源がオンされ、ディスクアレイ８が使用可能となった際に、書き戻すことが可能である。

次に、図３のフローチャートのステップＳ３０８で、キャッシュ追加テーブルに読み込みがあった場合に実行される、キャッシュ更新処理例を、図６のフローチャートを参照して説明する。
まず、キャッシュ追加テーブルに書き込みがあるか否か判断する（ステップＳ６０１）。書き込みがない場合には、ここでの処理を終了する。
キャッシュ追加テーブルに書き込みがある場合には、キャッシュ追加テーブルから１件読み出し（ステップＳ６０２）、ディスクアレイ８の該当部分からデータを読み出す（ステップＳ６０３）。ディスクアレイ８から読み出したデータをキャッシュに登録する（ステップＳ６０４）。そして、その登録されたデータをキャッシュ追加テーブルから１件削除し（ステップＳ６０５）、ステップＳ６０１に戻り、全ての件の処理が完了するまでここまでの処理が繰り返される。

このように書き込み処理を行うことで、ディスクアレイ８が使用可能となる前に発生した書き込み要求に関しても、書き込み待ちとならずに処理を継続することが可能となる。また、本例による読み込み処理によって、キャッシュされている領域や、更新情報として書き込み要求がテーブルに記録されている領域への読み込み要求であれば、ディスクアレイ８が使用可能となるまでの読み込み要求で、読み込み待ちとならないため、起動時間を短縮することができる。

なお、上述した実施の形態では、ディスクアレイは、ハードディスクドライブ装置を複数台接続した構成としたものに適用したが、その他の記憶媒体を使った記憶装置で実質的に同様のディスクアレイを構成させたものに適用してもよい。複数台の記憶手段を使ったディスクアレイではなく、１台のハードディスクドライブ装置などの記憶手段で構成させた記憶手段であってもよい。

１…コンピュータ装置、２…ＣＰＵ（中央制御ユニット）、３…ＭＣＨ（メモリコントロールハブ）、４…ＩＣＨ（入出力コントローラハブ）、５…ＲＯＭ、６…ＲＡＭ、７…コントローラ、８…ディスクアレイ、１０…記憶装置、１１…ビデオ出力部、１２…ユーザ操作入出力部、８０，８１，８２…ＨＤＤ（ハードディスクドライブ装置）

Claims (5)

1. データを読み書き可能な記憶装置と、
   前記データを一時的に記憶可能であり、ＯＳの起動時に必要なデータをキャッシュしておくことが可能な不揮発性メモリと、
   前記不揮発性メモリの所定の領域に設けられ、前記ＯＳの起動に必要な情報が記録されるキャッシュ領域と、
   前記不揮発性メモリの所定の領域に設けられ、前記キャッシュ領域に含まれるデータの位置と、前記キャッシュ領域に含まれないデータの中身及び位置が記録されるテーブルと、
   前記記憶装置が起動して使用可能となるまでの間に前記記憶装置への書き込み要求があった場合において、前記書き込み要求が前記不揮発性メモリにキャッシュされている領域に対するものであれば、前記書き込み要求があった前記キャッシュの位置を更新情報として前記テーブルに記録して、前記キャッシュ中の書き込み要求があった領域にデータを上書きすると共に、前記書き込み要求が前記不揮発性メモリにキャッシュされている領域ではなく、前記テーブル中に前記書き込み要求があった領域に対する更新情報が既に記録されていると判定された場合、前記書き込み要求があった領域に対する前記更新情報のうち、データの部分のみを上書きすると共に、前記書き込み要求が前記不揮発性メモリにキャッシュされている領域ではなく、前記テーブル中に前記書き込み要求があった領域に対する更新情報が記録されていないと判定された場合、前記書き込み要求があった領域の位置とデータを更新情報として前記テーブルに記録するコントローラと
   を具備する情報処理装置。
2. 前記コントローラは、前記記憶装置が使用可能となるまでの間にあった前記記憶装置への書き込み要求が、前記不揮発性メモリに記憶されていない位置への書き込み要求であった場合、そのデータと位置を前記テーブルに記憶する、請求項１記載の情報処理装置。
3. 前記コントローラは、前記記憶装置が使用可能となったことを検知する検知処理を行う、請求項１記載の情報処理装置。
4. 前記コントローラは、前記記憶装置が使用可能となる前に、書き込み要求又は読み込み要求があった場合に、その要求があった領域が前記不揮発性メモリにキャッシュされているかどうかを判定し、前記記憶装置が使用可能となった後に、前記不揮発性メモリにキャッシュされていなかった領域への書き込み要求又は読み込み要求があった領域を、前記記憶装置から前記不揮発性メモリへと新たにキャッシュする、請求項２記載の情報処理装置。
5. 前記記憶装置は、複数の記憶媒体を有するディスクアレイに分散してデータを記憶させる記憶装置である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の情報処理装置。

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