JP3552471B2 - Data recording / reproducing apparatus and method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、データ記録再生装置およびその方法に関し、特に、データの再構築中でも、データの連続性を確保することが可能なデータ記録再生装置およびその方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、テープのようにシーケンシャルアクセスの記録再生メディアに代わって、ハードディスクなどのランダムアクセスが可能な記録再生メディアを使用して、映像音声データを記録再生する装置が普及しつつある。
【0003】
一般的には、高画質を必要とされるような映像記録再生装置においては、要求されるデータの転送レートが高い上に、長時間のデータを記録するためには大容量である必要があるため、ハードディスクを複数台並列運転して転送レートを高速化し、さらにパリティデータを記録しておくことにより、万一いずれかのハードディスクが故障しても、元のデータを復元(再構築)できるようにすることにより信頼性を確保した装置が使用されている。
【0004】
このようなデータの記録再生装置は、ディスクアレイと呼ばれている。ディスクアレイ装置についての詳細は、A Case for Redundant Arrays of InexpensiveDisks(RAID)(ACMSIGMOD (Conference,Chicago,IL),June (1988)で論じられているため、ここではその詳細を省略する。上記の文献において、ディスクアレイ装置は、RAIDと呼ばれ、RAID1〜5までの5つのクラスに分類されている。図1に示されるディスクアレイ装置は、分類されたクラスの内のRAID3
に相当している。すなわち、図1のディスクアレイ装置において、8ビット、16ビット等の所定のビット幅を有する入出力データ1が供給されるディスクアレイコントローラ2に、複数(この例では5台)の並列に動作するハードディスク3、4、5、6、7が接続されている。これらのハードディスクのうち、ハードディスク3、4、5、6は、データ記録用のものであり、ディスクアレイコントローラ2により入力データが振り分けられて記録されている。また、ハードディスク7は、各入力データから演算されるパリティだけを記録するためのものである。
【0005】
図2は、パリティ例えば奇数パリティの生成動作を説明するものである。4個のデータD1、D2、D3、D4がエクスクルーシブORゲート36に供給され、パリティデータDPが生成される。すなわち、各ビット位置で、奇数個の`1’ が存在するように、パリティデータDPが生成される。なお、データD1〜D4は、ハードディスク3、4、5、6のそれぞれのデータを意味する。そして、このパリティデータDPが図1のディスクアレイ装置のハードディスク7に記録される。
【0006】
若し、いずれかのハードディスクが故障した場合、残されたデータとパリティDPの演算により、オリジナルのデータを復元することができるので、この復元されたデータを故障が解消されたハードディスクに記録し直すことによって、データの再構築が可能である。通常、故障したハードディスクは、新たなものに交換される。一例として、図3に示すように、4個のデータD1〜D4の中で、例えばD3(ハードディスク3のデータ)が誤りとなった場合、データD3が誤りであることが分かれば、エクスクルーシブORゲート36に対して、誤りでないデータD1、D2、D4およびDPを入力することによって、オリジナルのデータD3復元することができる。なお、ハードディスク3、4、5、6、7がそれぞれエラー訂正符号によるエラー訂正動作を行っており、訂正不可能なエラーが発生した場合に、上述したパリティによる誤り訂正がなされる。
【0007】
一方、このような映像・音声データ記録装置を放送業務用として用いようとした場合には、例えば入力される映像データがD2ベースバンド信号である場合には約120Mbpsの転送レートが必要で、一台あたりのハードディスクの実効転送レートを30Mbps程度であるとすると、ディスクアレイ内部のハードディスクは4台必要になる。更に、例えばチャンネル数が6チャンネル必要だとすると24台のハードディスクが必要となる。
【0008】
ここで、実効転送レートとは、一定量のデータを読み出したり、書き込んだりするために必要とするトータルの時間でデータ量を割ったものであり、ハードディスク内部の転送レートやインターフェース部分での瞬間的な転送レートのことではない。また、各チャンネルは同一の記録再生装置から同時に複数または同一の映像を再生もしくは記録するという前提である。
【0009】
しかしながら、24台ものハードディスクを一度に並列動作させることは一般的ではない。すなわち、多数のハードディスクを同時的に一斉に動作させようとすると、コマンドを発行したり、それそれのハードディスクを管理したりする側の負担が大きくなり、余計な時間がかかってしまい、その結果、実効転送レートが落ちたり、故障に対する信頼性の確保が困難になってしまう。そこで、従来は、上述したようなディスクアレイ装置を複数台並列に動作させることにより転送レートの高速化を図っていた。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のように構成された従来のディスクアレイを用いた映像記録再生装置においては、万一いずれかのハードディスクに故障が発生し、データの再構築が必要となっても、オペレータの要求に応じて一定時間内に要求された量のデータが返せないと、つまり、転送レートが極端に低下するような動作を行ってしまうと、データが途切れ動画の再生や音声の再生が中断する問題が生じる。この点から、再構築動作を勝手に行うことができないという問題を有する。
【0011】
一方で、再構築動作の起動をオペレータに任せ、性能低下が許容される場合にのみ再構築動作を起動するようにしても、再構築動作が起動されるまでの期間では、冗長性のない状態の使用を余儀無くされる。
【0012】
また、ハードディスクは一般的にSCSIインターフェースを採用しているが、この規格では、一旦ハードディスクに対してデータの再生、記録などのコマンドを発行してしまうと、その動作を中断させ、新たなコマンドを発行して次の動作に移行させるためには時間がかかる。従って、ディスクアレイが勝手に再構築動作を開始し、オペレータからの要求が発生したら、その時点で再構築動作を強制的に中断させて、要求されたデータの再生、もしくは記録を行うという方法では、要求を受け取ってから実際に動作を開始するまでに時間がかかり、全体としての動作時間が延びてしまう。この方法でも、データの連続性が確保できず動画あるいは音声の連続再生ができなくなる可能性が生じる。
【0013】
さらに、予め、実際に動作を開始するまでの遅延を予測して構成されたシステムでは、動作の遅延が生じた場合に、データの連続性を確保することによって、動画や音声の連続再生を続けるために、余分なデータを蓄積しておくためのメモリ、並びにその制御回路も必要とする。その結果、コストアップが生じる。
【0014】
このように、データの再構築を行う機能を有することによって信頼性を確保する構造をもつディスクアレイを使用して、映像・音声等のデータ記録再生装置を構成した場合、ハードディスクの故障によってデータの一部に再構築の必要性が生じると、性能の一部を犠牲にしなければ冗長性を元の状態に戻せないという問題があった。
【0015】
従って、この発明の目的は、ハードディスクに障害が発生した時に、データの記録・再生要求に対して、性能を低下させることなく、再構築動作を行うことが可能なデータ記録再生装置およびその方法を提供することにある。
【0016】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項1の発明は、ノンリニアアクセス可能な複数の記録媒体にタイムスロットを単位としてデータを記録するようになされたデータ記録再生装置において、
データを複数の記録媒体に記録及び再生を行う記録再生部と、
所定の間隔で配置され、上位から管理のためのコマンドが配されるシステム管理用のタイムスロットを利用するシステム管理用コントローラと、
複数の記録媒体のうちでいずれかの記録媒体に記録されているデータの再生ができないことが検出されたとき、
再生可能な記録媒体からデータとエラー訂正用データとを再生するように記録再生部を制御し、管理のためのコマンドがないことが検出されたシステム管理用のタイムスロットにおいて、再生可能な記録媒体からのデータとエラー訂正用データとから再生できないデータを再構築するようになされた制御部とを有することを特徴とするデータ記録再生装置である。
【0017】
請求項2の発明は、ノンリニアアクセス可能な複数の記録媒体にタイムスロットを単位としてデータを記録するようになされたデータ記録再生方法において、
記録再生部によって、データを複数の記録媒体に記録及び再生を行い、
システム管理用コントローラによって、所定の間隔で配置され、上位から管理のためのコマンドが配されるシステム管理用のタイムスロットが利用され、
複数の記録媒体のうちでいずれかの記録媒体に記録されているデータの再生ができないことが検出されたとき、
再生可能な記録媒体からデータとエラー訂正用データとを再生するように記録再生部を制御し、管理のためのコマンドがないことが検出されたシステム管理用のタイムスロットにおいて、再生可能な記録媒体からのデータとエラー訂正用データとから再生できないデータを再構築することを特徴とするデータ記録再生方法である。
【0024】
上述のように構成された、この発明によれば、複数のディスアレイを並列運転することによって信頼性を確保し、記録再生時の転送レートを高速化した映像・音声データの記録再生装置において、データの処理ブロックとディスクアレイのデータ転送方式を、コマンドとデータが同時に転送でき、複数の伝送路が同期的に動作するインターフェースを用い、あらかじめ決められたスケジュールで装置全体が動作している。それによって、万一、ディスクアレイ内で使用しているハードディスクに障害が発生し、データの再構築動作が必要になったとしても、非同期的に発生する映像・音声データの処理ブロックからのデータ記録・再生要求に対して、性能を低下させることなく再構築動作を続けることができる。
【0025】
また、この発明によれば、あらかじめ準備されたシステム用のタイムスロット以外のスロットにおいても、空き時間を算出し、許容される量だけのデータ再構築動作を行うことにより、再構築動作にかかる時間を短縮することができる。
【0026】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。図4は、この発明によるディスクアレイを用いて構成されたデータ記録再生装置の構成の一例を示す。このデータ記録再生装置は、高画質の映像データを同時に多チャンネル(例えばチャンネル1〜チャンネル6)で、入出力することができるように構成されている。図4では6台のシリアル入出力を装備したディスクアレイ装置38、39、40、41、42、43を並列に運転する構成とされている。各ディスクアレイ装置38、39、40、41、42、43は、複数台のデータ記録用ハードディスクと、1台のパリティデータ記録用ハードディスクとから構成されている。
【0027】
このデータ記録再生装置においては、6個のビデオデータコントローラ58、・・・、59が設けられ、これらのビデオデータコントローラ58、・・・、59のそれぞれに1チャンネルのビデオデータが入出力される構成とされている。本実施例では、このビデオデータはMPEGなどにより圧縮されたデータとして説明するが、圧縮されていないビデオデータであっても構わない。また、圧縮方法は、フレーム間相関を用いたMPEGに限定されるものではなく、各種圧縮方法により圧縮されたデータでも構わない。また、接続されるディスクアレイ装置に対応したパシリアル/パラレル(S/P)変換器46、48、50、52、54、56と、パラレル/シリアル(P/S)変換器47、49、51、53、55、57が設けられている。
【0028】
ディスクアレイ装置38〜43のそれぞれのシリアル出力60、62、64、66、68、70は、S/P変換器46、48、50、52、54、56を介して高速のデータバス44に接続される。ディスクアレイ装置38〜43のそれぞれのシリアル入力61、63、65、67、69、71は、P/S変換器47、49、51、53、55、57を介して高速のデータバス45に接続される。さらに、上位の管理者とネットワーク73を介して通信できるようにされたシステム管理用のコントローラ72が設けられている。これらのビデオデータコントローラ58、・・・、59、P/S変換器47、49、51、53、55、57、S/P変換器46、48、50、52、54、56、システム管理用のコントローラ72によりデータ処理ブロック37が構成されている。また、本実施例では、6個のディスクアレイ装置38〜43により記録再生ブロックが構成されている。
【0029】
上述したように、ビデオデータコントローラ58、・・・、59は入力と出力とで独立した48ビットのデータバス44、45を共有している。ビデオデータコントローラ58、・・・、59からのビデオデータは、コマンドデータなどとともに48ビットのパラレルデータとしてデータバス45に供給され、データバス45において8ビット毎に分割され、P/S変換器47、・・・、57に供給された後、シリアルデータに変換されシリアル転送ライン61、・・・、71を通してディスクアレイ装置38〜43に供給される。また、ディスクアレイ装置38〜43からのビデオデータは、ステータスデータなどとともにシリアルデータとしてシリアル転送ライン60、・・・、70を通してS/P変換器46、・・・、56に供給され、8ビットのパラレルデータに変換された後、合成されて48ビットのパラレルデータとなり、データバス44を通してビデオデータコントローラ58、・・・、59に供給される。
【0030】
ここで、シリアル転送ライン60、・・・、70およびシリアル転送ライン61、・・・、71が独立しているため、ディスクアレイ装置38〜43から見るとある瞬間ではシリアル転送ラインからデータを受信し、シリアル転送ラインからデータを送信するという同時動作が可能となっている。
【0031】
図5は、図4に示すシリアル転送ライン60、・・・、70および61、・・・、71により転送されるデータのフォーマットを示す。各データの先頭にはタイミングをとるための同期信号33が設けられている。この同期信号33に続いて一定量のコマンドデータまたはステータスデータ35が転送される。ビデオデータコントローラ58、・・・、59は、この部分にディスクアレイ装置38〜43に対するコマンドを挿入して転送する。また、ディスクアレイ装置38〜43はこの部分にコマンドに対するステータスや、ディスクアレイ装置38〜43の現在の状況を示すステータスを挿入してビデオデータコントローラ58、・・・、59側に転送する。
【0032】
このコマンド/ステータスデータに続いて、1.01秒(30フレーム)分のビデオデータ35をディスクアレイ装置38〜43の台数(6台)で等分した量のビデオデータが、ビデオデータコントローラ58、・・・、59からディスクアレイ装置38〜43に転送されたり、ディスクアレイ装置38〜43からビデオデータコントローラ58、・・・、59に転送される。
【0033】
上述したディスクアレイ装置38〜43のそれぞれは、図6に示すような構成とされている。この一実施例によるディスクアレイ装置において、データの記録を行う場合には、所定のビデオデータコントローラからの入力データがシリアル転送ラインを通してS/P変換器14に供給される。ここで、この入力データは図5に示すフォーマットに従い、同期信号、コマンドデータおよびビデオデータにより構成されている。この入力データはS/P変換器14によりパラレルデータに変換され記録用データコントローラ15に供給される。この記録用データコントローラ15により入力データの先頭の同期信号が検出されると、この同期信号に続く一定量のコマンドデータがコマンド用FIFO11に供給され蓄積される。
【0034】
一方、コマンドデータに続くビデオデータは、記録用データコントローラ15からデータマルチプレクサ16に供給される。このデータマルチプレクサ16には、メモリコントローラ18、19、20、21およびSCSIプロトコルコントローラ(SPC)23、24、25、26を介してビデオデータ記録用のハードディスク28、29、30、31が接続されている。また、このデータマルチプレクサ16にはパリティ演算回路17が接続され、このパリティ演算回路17には、メモリコントローラ22およびSPC27を介してパリティデータ記録用のハードディスク32が接続されている。また、SPC23〜27は直列に接続され、その一端がCPU9と接続されている。データマルチプレクサ16はビデオデータを分配し、この分配されたビデオデータがハードディスク28〜31に記録される。また、このときパリティ演算回路17で演算されたパリティデータはハードディスク32に記録される。
【0035】
一連の記録動作が正常に終了すると、CPU9において正常終了に対応するステータスデータが発行される。このステータスデータはステータス用FIFO10に蓄積された後、所定のタイミングで再生用データコントローラ12に供給される。再生用データコントローラ12においては、同期信号が生成され、この同期信号にステータスデータが付加され、これらのデータがP/S変換器13に供給される。そして、これらの同期信号およびステータスデータはP/S変換器13によりシリアルデータに変換され、シリアル転送ラインを通して、記録完了の情報が対応するビデオデータコントローラ側に送信される。
【0036】
また、この一実施例によるディスクアレイ装置からデータが再生される場合には、まず、所定のビデオデータコントローラからシリアル転送ラインを通して再生を要求するコマンドデータが供給される。このコマンドデータの要求にしたがって、ハードディスク28〜31に記録されているビデオデータおよびハードディスク32に記録されたパリティデータが読み出され、データマルチプレクサ16によりビデオデータが合成される。このビデオデータは再生データコントローラ12に供給される。また、CPU9により再生動作に対応するステータスデータが生成される。このステータスデータはステータスFIFO10に蓄積された後、所定のタイミングで再生用データコントローラ12に供給される。再生用データコントローラ12においては、同期信号が生成され、この同期信号にステータスデータおよびビデオデータが付加され、このデータがP/S変換器13に供給される。そして、これらの同期信号、ステータスデータおよびビデオデータはP/S変換器13によりシリアルデータに変換され、シリアル転送ラインを通して出力データが送信される。
【0037】
図7は、この発明の一実施例によるデータ記録再生装置におけるビデオデータコントローラ58、・・・、59が、ディスクアレイ装置38〜43にデータを送るタイミングを表わしたものである。図7に示すように、この一実施例においては、時間T秒例えばビデオデータ30フレーム分の時間1.01秒は、接続されるビデオデータコントローラに対応したタイムスロットに分割され、それぞれのタイムスロットに一つのビデオデータコントローラが割り当てられている。これにより、ディスクアレイ装置38〜43に、ビデオデータコントローラ58、・・・、59が同時にデータの記録/再生の要求を行わないように制御されている。
【0038】
例えば、ビデオデータコントローラ1(6個のビデオコントローラ58、・・・、59を順にビデオコントローラ1、ビデオコントローラ2、・・・、ビデオコントローラ6と称する)がビデオデータを記録する場合には、割り当てられたタイムスロットで、それ以前にメモリーに蓄積されていた1.01秒(30フレーム分)のビデオデータをシリアル転送ラインS−IN(61、63、・・・、71)を通してディスクアレイ装置38〜43側に送信する。このとき、それぞれのディスクアレイ装置38〜43には、同期信号およびコマンドC1に続いて、1.01秒分のビデオデータをディスクアレイ装置の台数(この場合6台)で等分した量のビデオデータW1がシリアル転送ラインを通して転送される。ここでコマンドC1は、このコマンドC1に続いて転送されてくるビデオデータをディスクアレイ装置38〜43内でハードディスク上に記録することを要求するコマンドである。
【0039】
ディスクアレイ装置38〜43の内部では、S/P変換器14により入力データがパラレルデータに変換されたあと、先頭のSYNC信号33(図5参照)を検出し、続くコマンドC1を記録用データコントローラ15で選択して、コマンド用FIFO11に蓄積する。さらに、続くビデオデータW1は、データマルチプレクサ16で各ハードディスク28〜31に分配され記録されると同時に、パリティ演算回路17で演算されたパリティデータをハードディスク32に記録する。これらの動作が正常に終了すると正常終了を示すステータスS1が、同期信号に付加されてシリアル転送ラインS−OUT(60、62、・・・、70)を通してビデオデータコントローラ1に知らせることにより一連の動作が完了する。
【0040】
また、ビデオデータコントローラからのデータ再生要求があると、それぞれのハードディスク28〜31からデータを読み出し、書き込み時とは逆にデータマルチプレクサ16によって一本化し、SYNC信号33と、ステータスデータ34に続いて再生用データコントローラ12を介してP/S変換器13でシリアルデータに変換した後、転送ライン60、62、64、66、68、70で転送する。
【0041】
例えばビデオデータコントローラ4がディスクアレイ装置38〜43内に記録されているビデオデータR4を再生する場合には、このビデオデータコントローラ4はディスクアレイ装置38〜43に対して、コマンドC4でもってビデオデータR4の再生を要求する。この要求があると、各ディスクアレイ装置38〜43の側では、それぞれのディスクアレイ装置38〜43のハードディスク28〜31に分配して記録されているビデオデータR4が読み出され、記録時とは逆にデータマルチプレクサ16により一本化され、同期信号およびステータスS4にこのビデオデータR4が付加され、続いて、再生用データコントローラ12およびP/S変換器13を通ってシリアル転送ラインS−OUTを通して転送する。転送されたデータは、S/P変換器46、48、・・・、56によってパラレルデータに変換され、ビデオデータコントローラ4が受信する。
【0042】
上述した構成では、コマンドとデータを固定のフォーマットで同時に伝送しているため、インターフェース部分の回路が簡単であるうえに、ビデオデータコントローラ58、・・・、59とディスクアレイ装置38〜43間の、ビデオデータ/コマンド/ステータスのやりとりは、前述のタイムスロットで割り当てられた時間で行われる。従って、複数のコントローラが同時に、もしくは特定のコントローラが集中的にコマンドを発行したりすることがないようにするための調停作業が不要で、制御も簡略化できるうえに、あらかじめ決められたスケジュールで動作しているため、ディスクアレイ装置内の空き時間を管理することができる。
【0043】
この発明の一実施例では、この空き時間を検出し、実行可能な再構築データ量を決定し、分割的に再構築動作を行うことによって、性能劣化を最小限に抑えたまま再構築動作を終了する。データの再構築動作とは、前述のように残されたデータからオリジナルのデータを再計算し、それをデータの失われたハードディスクに対して記録する作業である。従って、残されたデータをハードディスクがシークするための時間Xaと、このデータを読み出すための時間Xbと、パリティ演算回路17によって再構築データを計算する時間Xcと、SPCに対してステータスを送る時間Xdとを合計した時間(Xa+Xb+Xc+Xd)が再構築データの計算のために必要とされる。さらに、再構築データをメモリコントローラ18〜22に蓄積し、再構築対象のハードディスクにこのデータを記録することが必要である。例えばハードディスク31にデータを再構築するときは、メモリコントローラ21に再構築データを蓄積し、その後、残された時間でデータをハードディスク31に記録する。
【0044】
図8、図9および図10は、この発明におけるデータの再構築動作の第1、第2および第3の動作タイミングの例を示している。これらのタイミング図は、ハードディスク28〜32の内部の動作と、ハードディスクおよびSPC23〜27間のSCSIバスの状態とを示す。図8に示す第1の例は、システム管理用コントローラ72のために設けられている、システム用のタイムスロットTsを使用してデータの再構築動作を行うものである。このタイムスロットTsは、一定間隔で配置されている。タイムスロットTsにおいて、データの再構築動作および再構築データの記録動作がなされる。
【0045】
例えばハードディスク31に支障が生じた場合、SPC26とハードディスク31との通信が不能となり、CPU9がこれを検出し、ハードディスク31を切り離す。そして、図8に拡大して示すように、SPC23、24、25および27がコマンドを送り、ハードディスク28、29、30および32のそれぞれがコマンドを解釈し、コマンドを実行する。その後に、シーク動作がなされ、回転待ちの状態となる。この状態になるまでに、時間Xaが必要とされる。次の時間Xbにおいて、データが再生される。再生データが時間Xcにおいて、SPC23、24、25および27に転送され、この時間Xcにおいて、パリティ演算回路17によって、パリティが計算される。次の時間Xdにおいて、ステータスがSPC23、24、25および27に送られる。Xa+Xb+Xc+Xdの時間によって、データの再構築がなされる。
【0046】
次に、再構築データがハードディスク31に対して記録される。この記録動作も、データの再構築動作と同様に、SPC26からハードディスク31へのコマンドの送信、シーク、回転待ち、データの記録、SPC26へのデータ転送、SPC26へのステータスの送信からなるシーケンスによってなされる。
【0047】
この図8に示すシステム用のタイムスロットを利用する方法は、各ビデオコントローラからみた性能の低下はなく、データの記録再生要求に応えながら、データの再構築を行っていくことが可能である。この場合はシステムスロットであること、並びに、上位から管理のためのコマンドがないことを検出し、1タイムスロットの時間内で再構築可能なデータ量を再構築する。CPU9は、空き時間を管理しており、上記の条件を満たすシステム用スロットにおいて自動的に再構築動作を起動するように構成されている。それによって、障害が生じた全領域のデータを再構築するための時間を短縮できる。
【0048】
図9に示す第2の例は、1タイムスロット中で、上位システム(具体的にはビデオデータコントローラ)からのコマンドを実行した後の、残り時間Xeを使用してデータの再構築動作を行うものである。すなわち、SPC23〜27に対して各ハードディスクが動作終了のステータスを返してきた時点で、ディスクアレイ内部のCPU9がタイムスロット内の残り時間Xeを算出し、その間に実行できる再構築データ数を計算し実行する。この計算は残された時間とデータの転送レート、アクセスに必要な時間から可能である。第1の例と同様に、データの再構築と再構築データの記録により、再構築動作がなされる。また、CPU9が空き時間を管理し、自動的に再構築動作を起動するようになされている。
【0049】
図10に示す第3の例は、割り当てられたタイムスロットでビデオデータコントローラからコマンドがこなかった場合をディスクアレイ内部のCPU9が検出して、タイムスロット内に実行できる再構築データ数を計算し実行するものである。この計算は、1タイムスロット内でアクセスできるデータの量とアクセスに必要な時間から可能であり、システムスロットの場合と同様に、あらかじめ決められたデータ量として設定できる。また、第1および第2の例と同様に、CPU9が空き時間において、自動的に再構築動作を起動するようになされている。
【0050】
以上、この発明の一実施例について具体的に説明したが、この発明は、上述の実施例に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。例えば、記録再生されるデータはビデオデータおよびオーディオデータが混在したものであってもよい。また、エラー訂正用冗長データとしては、パリティ以外のエラー訂正符号を使用しても良い。
【0051】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、複数のディスアレイを並列運転することによって信頼性を確保し、記録再生時の転送レートを高速化したビデオ・音声データの記録再生装置において、データの処理ブロックとディスクアレイのデータ転送方式を、コマンドとデータが同時に転送でき、複数の伝送路が同期的に動作するインターフェースを用い、あらかじめ決められたスケジュールで装置全体が動作している。そして、若し、ディスクアレイ内で使用しているハードディスクに障害が発生し、データの再構築動作が必要になったとしても、非同期的に発生するデータの処理ブロックからのデータ記録・再生要求に対して、性能を低下させることなく再構築動作を続けることができる。
【0052】
また、この発明によれば、あらかじめ準備されたシステム用のタイムスロット以外のスロットにおいても、空き時間を算出し、その空き時間内で許容される量だけのデータ再構築動作を行うことにより、再構築動作にかかる時間を短縮化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来のディスクアレイ装置の構成を示す略線図である。
【図2】パリティ生成動作の説明のための略線図である。
【図3】パリティによるオリジナルデータの復元動作を示す略線図である。
【図4】この発明によるデータ記録再生装置の一実施例を示すブロック図である。
【図5】この発明の一実施例におけるシリアル転送のデータフォーマットを示す略線図である。
【図6】この発明の一実施例に用いられるディスクアレイ装置の構成例を示すブロック図である。
【図7】この発明の一実施例の動作例を示すタイミングチャートである。
【図8】この発明の一実施例におけるデータ再構築動作の第1の例を示すタイミングチャートである。
【図9】この発明の一実施例におけるデータ再構築動作の第2の例を示すタイミングチャートである。
【図10】この発明の一実施例におけるデータ再構築動作の第3の例を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
9・・・CPU、16・・・データマルチプレクサ、17・・・パリティ演算回路、18〜22・・・メモリコントローラ、38〜43・・・ディスクアレイ装置、58、・・・、59・・・ビデオデータコントローラ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a data recording / reproducing apparatus and a method thereof, and more particularly to a data recording / reproducing apparatus and a method thereof capable of ensuring data continuity even during data reconstruction.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, devices that record and reproduce video and audio data using a randomly accessible recording and reproduction medium, such as a hard disk, instead of a sequential access recording and reproduction medium such as a tape, are becoming widespread.
[0003]
Generally, in a video recording / reproducing apparatus that requires high image quality, a required data transfer rate is high, and a large capacity is required to record long-time data. Therefore, the transfer rate is increased by operating a plurality of hard disks in parallel, and parity data is recorded so that even if one of the hard disks fails, the original data can be restored (reconstructed). Therefore, a device whose reliability is ensured is used.
[0004]
Such a data recording / reproducing apparatus is called a disk array. The details of the disk array device are discussed in A Case for Redundant Arrays of Inexpensive Disks (RAID) (AMSIGMOD (Conference, Chicago, IL), June (1988), and the details are omitted here. , Disk array devices are called RAID and are classified into five classes,
Is equivalent to That is, in the disk array device of FIG. 1, a plurality of (five in this example) operate in parallel to the
[0005]
FIG. 2 illustrates the operation of generating parity, for example, odd parity. The four data D1, D2, D3, and D4 are supplied to an exclusive OR
[0006]
If any hard disk fails, the original data can be restored by calculating the remaining data and the parity DP, and the restored data is re-recorded on the hard disk from which the failure has been resolved. Thus, data can be reconstructed. Usually, a failed hard disk is replaced with a new one. As an example, as shown in FIG. 3, when D3 (data of the hard disk 3) among the four data D1 to D4 becomes erroneous, if it is determined that the data D3 is erroneous, an exclusive OR gate is used. By inputting non-error data D1, D2, D4, and DP to 36, original data D3 can be restored. The
[0007]
On the other hand, when such a video / audio data recording apparatus is used for broadcasting, for example, when input video data is a D2 baseband signal, a transfer rate of about 120 Mbps is required. Assuming that the effective transfer rate of hard disks per unit is about 30 Mbps, four hard disks in the disk array are required. Further, for example, if the number of channels is required to be six, 24 hard disks are required.
[0008]
Here, the effective transfer rate is the amount of data divided by the total time required to read or write a certain amount of data. It doesn't mean a good transfer rate. In addition, it is assumed that each channel reproduces or records a plurality of or the same video simultaneously from the same recording and reproducing device.
[0009]
However, it is not common to operate as many as 24 hard disks in parallel at a time. In other words, trying to operate many hard disks simultaneously at the same time increases the burden of issuing commands and managing each hard disk, which takes extra time, and as a result, The effective transfer rate is reduced, and it is difficult to secure reliability against a failure. Therefore, conventionally, the transfer rate has been increased by operating a plurality of the above disk array devices in parallel.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the video recording / reproducing apparatus using the conventional disk array configured as described above, even if one of the hard disks fails and the data needs to be reconstructed, Therefore, if the requested amount of data cannot be returned within a certain period of time, that is, if an operation that causes the transfer rate to be extremely low is performed, the data will be interrupted and the playback of video and audio will be interrupted. Occurs. From this point, there is a problem that the reconstruction operation cannot be performed without permission.
[0011]
On the other hand, even if the rebuilding operation is started by the operator and the rebuilding operation is started only when the performance degradation is permitted, there is no redundancy until the rebuilding operation is started. Is forced to use.
[0012]
In general, a hard disk employs a SCSI interface. According to this standard, once a command such as data reproduction or recording is issued to the hard disk, the operation is interrupted and a new command is issued. It takes time to issue and move to the next operation. Therefore, in the method in which the disk array starts the rebuilding operation on its own and a request from the operator occurs, the rebuilding operation is forcibly interrupted at that time to reproduce or record the requested data. It takes a long time from the receipt of the request until the operation is actually started, and the overall operation time is extended. Also in this method, there is a possibility that the continuity of the data cannot be secured and the continuous reproduction of the moving image or the sound cannot be performed.
[0013]
Furthermore, in a system configured to predict the delay before actually starting the operation, when the operation is delayed, the continuous reproduction of the moving image and the audio is continued by securing the continuity of the data. Therefore, a memory for storing extra data and a control circuit for the memory are also required. As a result, costs increase.
[0014]
As described above, when a data recording / reproducing device for video / audio data is configured using a disk array having a structure for ensuring reliability by having a function of reconstructing data, a failure of the hard disk causes the data to be lost. When a portion needs to be reconstructed, there is a problem that the redundancy cannot be returned to the original state without sacrificing a part of the performance.
[0015]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a data recording / reproducing apparatus and a method thereof capable of performing a reconstructing operation in response to a data recording / reproducing request without a decrease in performance when a failure occurs in a hard disk. To provide.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an invention according to
A recording and reproducing unit for recording and reproducing data on and from a plurality of recording media,
A system management controller arranged at a predetermined interval and using a system management time slot in which a command for management is arranged from a higher order,
When it is detected that the data recorded on any one of the recording media cannot be reproduced,
Control the recording / reproducing unit to reproduce data and error correction data from a reproducible recording medium, No command for management detected A data recording / reproducing apparatus comprising: a control unit configured to reconstruct data that cannot be reproduced from data from a reproducible recording medium and error correction data in a system management time slot. .
[0017]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a data recording / reproducing method adapted to record data on a plurality of non-linearly accessible recording media in units of time slots,
The recording / reproducing unit records and reproduces data on a plurality of recording media,
The system management controller uses system management time slots that are arranged at predetermined intervals and in which commands for management are arranged from the upper level,
When it is detected that the data recorded on any one of the recording media cannot be reproduced,
Control the recording / reproducing unit to reproduce data and error correction data from a reproducible recording medium, No command for management detected A data recording / reproducing method characterized by reconstructing unreproducible data from data from a reproducible recording medium and error correction data in a system management time slot.
[0024]
According to the present invention configured as described above, a plurality of disk arrays are operated in parallel to ensure reliability, and in a video / audio data recording / reproducing apparatus in which a transfer rate during recording / reproducing is increased, Regarding the data processing block and the data transfer method of the disk array, the command and data can be transferred at the same time, and the entire apparatus operates on a predetermined schedule using an interface in which a plurality of transmission paths operate synchronously. As a result, even if a hard disk used in the disk array fails and a data rebuilding operation is required, data can be recorded from the video / audio data processing block that occurs asynchronously. Reconstruction operation can be continued without deteriorating performance in response to a reproduction request.
[0025]
Further, according to the present invention, even in slots other than the system time slots prepared in advance, the time required for the rebuilding operation is calculated by calculating the free time and performing the data rebuilding operation for an allowable amount. Can be shortened.
[0026]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 4 shows an example of the configuration of a data recording / reproducing apparatus configured using the disk array according to the present invention. This data recording / reproducing apparatus is configured so that high-quality video data can be input and output simultaneously on multiple channels (for example,
[0027]
In this data recording / reproducing apparatus, six
[0028]
The
[0029]
As described above, the
[0030]
Here, since the
[0031]
FIG. 5 shows a format of data transferred by the
[0032]
Following this command / status data,
[0033]
Each of the above-described
[0034]
On the other hand, video data following the command data is supplied from the
[0035]
When a series of recording operations is completed normally, the CPU 9 issues status data corresponding to the normal completion. The status data is stored in the
[0036]
When data is reproduced from the disk array device according to this embodiment, first, command data for requesting reproduction is supplied from a predetermined video data controller through a serial transfer line. In accordance with the request for the command data, the video data recorded on the
[0037]
FIG. 7 shows the timing at which the
[0038]
For example, when the video data controller 1 (six
[0039]
In the
[0040]
Also, when there is a data reproduction request from the video data controller, the data is read from each of the
[0041]
For example, when the
[0042]
In the above-described configuration, since the command and the data are simultaneously transmitted in a fixed format, the circuit of the interface part is simple, and the
[0043]
In one embodiment of the present invention, this free time is detected, the amount of reconstructed data that can be executed is determined, and the reconstructing operation is performed in a divided manner, so that the reconstructing operation can be performed while minimizing performance degradation. finish. The data reconstructing operation is an operation of recalculating the original data from the remaining data as described above and recording it on the hard disk from which the data has been lost. Therefore, a time Xa for the hard disk to seek the remaining data, a time Xb for reading the data, a time Xc for calculating the reconstructed data by the
[0044]
FIGS. 8, 9 and 10 show examples of the first, second and third operation timings of the data reconstructing operation according to the present invention. These timing diagrams show the internal operation of the
[0045]
For example, if a failure occurs in the
[0046]
Next, the reconstructed data is recorded on the
[0047]
The method using the time slots for the system shown in FIG. 8 does not degrade the performance as viewed from each video controller, and can reconstruct data while responding to a data recording / reproducing request. In this case, it is detected that the slot is a system slot and that there is no command for management from the host, and the amount of data that can be reconstructed within one time slot is reconstructed. The CPU 9 manages the idle time, and is configured to automatically start a rebuild operation in a system slot satisfying the above conditions. As a result, it is possible to reduce the time for reconstructing the data of the entire failed area.
[0048]
In the second example shown in FIG. 9, the data reconstructing operation is performed using the remaining time Xe after executing the command from the host system (specifically, the video data controller) in one time slot. Things. That is, when each hard disk returns an operation completion status to the
[0049]
In the third example shown in FIG. 10, the CPU 9 in the disk array detects that no command is received from the video data controller in the assigned time slot, and calculates the number of reconstructed data that can be executed in the time slot. To do. This calculation is possible based on the amount of data that can be accessed within one time slot and the time required for access, and can be set as a predetermined data amount as in the case of the system slot. Further, similarly to the first and second examples, the CPU 9 automatically starts the rebuilding operation in the idle time.
[0050]
As described above, one embodiment of the present invention has been specifically described. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications based on the technical idea of the present invention are possible. For example, data to be recorded and reproduced may be a mixture of video data and audio data. Further, as the redundant data for error correction, an error correction code other than the parity may be used.
[0051]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, in a video / audio data recording / reproducing apparatus in which a plurality of disk arrays are operated in parallel to ensure reliability and a transfer rate during recording / reproducing is increased, Regarding the data transfer method of the processing block and the disk array, the command and data can be transferred at the same time, and the entire apparatus operates on a predetermined schedule using an interface in which a plurality of transmission paths operate synchronously. And even if a failure occurs in the hard disk used in the disk array and the data must be rebuilt, the data recording / reproduction request from the data processing block generated asynchronously On the other hand, the reconstruction operation can be continued without lowering the performance.
[0052]
Further, according to the present invention, even in a slot other than the system time slot prepared in advance, the idle time is calculated, and the data reconstructing operation is performed by an amount allowed within the idle time, thereby re-creating the data. The time required for the construction operation can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of a conventional disk array device.
FIG. 2 is a schematic diagram for explaining a parity generation operation.
FIG. 3 is a schematic diagram illustrating an operation of restoring original data using parity.
FIG. 4 is a block diagram showing an embodiment of a data recording / reproducing apparatus according to the present invention.
FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a data format of serial transfer according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a block diagram showing a configuration example of a disk array device used in one embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a timing chart showing an operation example of one embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a timing chart showing a first example of a data reconstructing operation in one embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a timing chart showing a second example of the data reconstructing operation in one embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a timing chart showing a third example of the data reconstructing operation in one embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
9 CPU, 16 Data multiplexer, 17 Parity operation circuit, 18-22 Memory controller, 38-43 Disk array device, 58, 59 Video data controller
Claims (2)
上記データを上記複数の記録媒体に記録及び再生を行う記録再生部と、
所定の間隔で配置され、上位から管理のためのコマンドが配されるシステム管理用のタイムスロットを利用するシステム管理用コントローラと、
上記複数の記録媒体のうちでいずれかの記録媒体に記録されているデータの再生ができないことが検出されたとき、
再生可能な上記記録媒体から上記データとエラー訂正用データとを再生するように上記記録再生部を制御し、上記管理のためのコマンドがないことが検出された上記システム管理用のタイムスロットにおいて、再生可能な上記記録媒体からのデータと上記エラー訂正用データとから上記再生できないデータを再構築するようになされた制御部とを有することを特徴とするデータ記録再生装置。In a data recording / reproducing apparatus adapted to record data in units of time slots on a plurality of non-linearly accessible recording media,
A recording and reproducing unit for recording and reproducing the data on and from the plurality of recording media,
A system management controller arranged at a predetermined interval and using a system management time slot in which a command for management is arranged from a higher order,
When it is detected that the data recorded on any of the plurality of recording media cannot be reproduced,
Controlling the recording and reproducing unit to reproduce the data and the error correction data from the reproducible recording medium, in the system management time slot where it is detected that there is no command for the management, A data recording / reproducing apparatus comprising: a control unit configured to reconstruct the unreproducible data from the reproducible data from the recording medium and the error correction data.
記録再生部によって、上記データを上記複数の記録媒体に記録及び再生を行い、
システム管理用コントローラによって、所定の間隔で配置され、上位から管理のためのコマンドが配されるシステム管理用のタイムスロットが利用され、
上記複数の記録媒体のうちでいずれかの記録媒体に記録されているデータの再生ができないことが検出されたとき、
再生可能な上記記録媒体から上記データとエラー訂正用データとを再生するように上記記録再生部を制御し、上記管理のためのコマンドがないことが検出された上記システム管理用のタイムスロットにおいて、再生可能な上記記録媒体からのデータと上記エラー訂正用データとから上記再生できないデータを再構築することを特徴とするデータ記録再生方法。In a data recording / reproducing method adapted to record data in units of time slots on a plurality of non-linearly accessible recording media,
By a recording and reproducing unit, the data is recorded and reproduced on the plurality of recording media,
The system management controller uses system management time slots that are arranged at predetermined intervals and in which commands for management are arranged from the upper level,
When it is detected that the data recorded on any of the plurality of recording media cannot be reproduced,
Controlling the recording and reproducing unit to reproduce the data and the error correction data from the reproducible recording medium, in the system management time slot where it is detected that there is no command for the management, A data recording / reproducing method, comprising reconstructing the unreproducible data from the reproducible data from the recording medium and the error correction data.
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