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KR101532951B1 - 고-용량, 비-휘발성 스토리지를 위한 캐시로서의 솔리드-스테이트 스토리지 장치, 시스템 및 방법 - Google Patents

고-용량, 비-휘발성 스토리지를 위한 캐시로서의 솔리드-스테이트 스토리지 장치, 시스템 및 방법 Download PDF

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KR101532951B1
KR101532951B1 KR1020147028326A KR20147028326A KR101532951B1 KR 101532951 B1 KR101532951 B1 KR 101532951B1 KR 1020147028326 A KR1020147028326 A KR 1020147028326A KR 20147028326 A KR20147028326 A KR 20147028326A KR 101532951 B1 KR101532951 B1 KR 101532951B1
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KR
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data
solid
storage device
module
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KR1020147028326A
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KR20140133923A (ko
Inventor
데이비드 플린
존 스트래써
조나탄 태처
마이클 재프
Original Assignee
론지튜드 엔터프라이즈 플래시 에스.에이.알.엘.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=39223046&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=KR101532951(B1) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by 론지튜드 엔터프라이즈 플래시 에스.에이.알.엘. filed Critical 론지튜드 엔터프라이즈 플래시 에스.에이.알.엘.
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Abstract

장치, 시스템 및 방법이 고-용량, 비-휘발성(HCNV, High-Capacity, Non-Volatile) 스토리지를 위한 캐시로서의 솔리드-스테이트 스토리지에 대해 개시된다. 상기 장치, 시스템, 및 방법은 캐시 전단 모듈 및 캐시 후단 모듈을 포함한 다수의 모듈이 제공된다. 캐시 전단 모듈은 스토리지 요청과 결합된 데이터 전송을 관리한다. 데이터 전송은 요청 장치 및 하나 또는 그 이상의 HCNV 저장 장치를 위한 캐시로서 기능하는 솔리드-스테이트 스토리지 간에 수행되고, 데이터 전송은 데이터, 메타데이터, 및 메타데이터 인덱스 중 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다. 솔리드-스테이트 스토리지는 비-휘발성, 솔리드-스테이트 데이터 스토리지 엘리먼트의 어레이를 포함할 수 있다. 캐시 후단 모듈은 솔리드-스테이트 스토리지 및 하나 또는 그 이상의 HCNV 저장 장치 간의 데이터 전송을 관리한다.

Description

고-용량, 비-휘발성 스토리지를 위한 캐시로서의 솔리드-스테이트 스토리지 장치, 시스템 및 방법{Apparatus, system and method for solid-state storage as cache for high-capacity, non-volatile storage}
본원은 "요소 블레이드 시스템(ElementalBlade System)"으로 명명되고 David Flynn 등에 의해 2006년 12월 6일에 출원된 미국 가출원 번호 60/873,111과 "객체-지향 솔리드-스테이트 스토리지에 대한 장치, 시스템 및 방법(Apparatus, System, and Method for Object-Oriented Solid-State Storage)"으로 명명되고 David Flynn 등에 의해 2007년 9월 22일에 출원된 미국 가출원 번호 60/974,470로부터 우선권을 주장하며, 이는 이하 참조로 포함된다.
본 발명은 데이터 관리에 관한 것으로, 보다 구체적으로 고-용량(high-capacity), 비-휘발성(non-volatile) 스토리지 장치를 위한 캐시(cache)로서 솔리드-스테이트 스토리지를 사용하는 것에 관한 것이다.
일반적으로, 자주 액세스되거나 애플리케이션 또는 운영체제의 일부로서 로딩되는 데이터가 캐시에 저장됨으로써, 데이터가 고-용량, 비-휘발성(HCNV, High-Capacity Non-Volatile) 저장 장치, 예컨대 HDD(Hard Disk Drive), 광학 드라이브, 테잎 스토리지 등을 통해 액세스되는 경우보다 후속 액세스가 훨씬 빠르게 수행되기 때문에 캐시(cache)는 유익하다. 캐시는 일반적으로 컴퓨터 내에 포함된다.
일부 저장 장치 및 시스템은 HCNV 저장 장치 내에 캐시를 포함한다. 일부 HCNV 저장 장치는 비-휘발성 솔리드 스테이트 캐시를 포함하며; 이는 액세스 시간을 감소시키는 장점을 제공하지만, 통상 HCNV 저장 장치 인터페이스의 제한된 용량에 따라서만 성능을 제공할 수 있다. 일부 비-휘발성 솔리드-스테이트 캐시 저장 장치는 일반적으로 마더보드에 위치되며; 이러한 장치는 캐시 코히어런스(cache coherence)가 제공되지 않기 때문에 멀티-클라이언트 환경에서는 사용될 수 없다. HCNV 장치의 일부 컨트롤러는 또한 캐시를 포함한다. 리던던트(redundant) HCNV 캐시 컨트롤러가 다수의 클라이언트 간에 공유되는 경우, 복잡한 캐시 코히어런스 알고리즘은 데이터에 오류가 발생하지 않음을 보증하기 위해 요구된다.
일반적으로, 캐시는 DRAM에 구현되며, 이는 캐시 용량을 우수하게 만들고, 상대적으로 성능 당 높은 파워를 요구한다. 휘발성 캐시를 지원하는 파워가 손실되면, 캐시에 저장된 데이터는 손실된다. 일반적으로, 일부 배터리 백업이 파워 실패(power failure)의 경우 데이터 손실을 방지하도록 사용되며, 이는 배터리 백업의 실패가 발생하기 전에 캐시를 비-휘발성 메모리로 플러시(flush)하기에 충분한 용량을 구비한다. 또한, 배터리 백업 시스템은 파워를 소비하며, 리던던시(redundancy)를 요구하며, 신뢰성에 부정적으로 영향을 미치고 공간을 차지한다. 배터리는 또한 표준 기준에 서비스되어야하고, 배터리 백업은 상대적으로 고가이다.
전술한 바와 같이, 솔리드-스테이트 스토리지를 사용하여 데이터를 관리하는 장치, 시스템, 및 방법에 대한 요구가 존재하는 것은 분명하다. 유리하게, 그러한 장치, 시스템 및 방법은 적은 파워를 소비하는 비-휘발성 캐시를 제공하고, 두드러지게 큰 용량을 제공하고 캐시에 저장된 데이터를 유지하기 위해 배터리 백업을 요구하지 않는다.
본 발명은 기술분야의 현재 상태에 응답하여 개발되었으며, 구체적으로, 현재 사용가능한 데이터 스토리지 관리 시스템에 의해 아직 완전히 해결되지 않은 기술분야의 문제점 및 요구에 부응하여 개발되었다. 따라서, 본 발명은 기술분야 내의 상술한 단점의 대다수 또는 전부를 극복하는 하나 또는 그 이상의 고-용량, 비-휘발성(HCNV, High-Capacity Non-Volatile) 저장 장치의 데이터 저장을 관리하는 장치, 시스템 및 방법을 제공하도록 개발되었다.
일 실시예에서, 상기 장치는 캐시 전단(cache front-end) 모듈 및 캐시 후단(cache back-end) 모듈을 포함하는 다수의 모듈을 제공한다. 캐시 전단 모듈은 스토리지 요청과 결합된 데이터 전송을 관리한다. 데이터 전송은 요청 장치와 하나 또는 그 이상의 HCNV 저장 장치를 위한 캐시로서 기능하는 솔리드-스테이트 스토리지 간에 이루어지고, 데이터 전송은 데이터, 메타데이터, 및 메타데이터 인덱스 중 하나 또는 그 이상을 포함한다. 솔리드-스테이트 스토리지는 비-휘발성, 솔리드 스테이트 데이터 스토리지 엘리먼트의 어레이를 포함할 수 있다. 캐시 후단 모듈은 솔리드-스테이트 스토리지와 하나 또는 그 이상의 HCNV 저장 장치 간의 데이터 전송을 관리한다.
상기 장치의 일 실시예에서, 캐시 전단 모듈 및 캐시 후단 모듈은 솔리드-스테이트 스토리지를 관리하는 솔리드-스테이트 스토리지 컨트롤러와 함께 공존한다. 더한 실시예에서, 캐시 전단 모듈, 캐시 후단 모듈, 및 솔리드-스테이트 스토리지 컨트롤러는 요청 장치로부터 자발적으로 동작한다.
일 실시예에서, 상기 장치는 RAID 레벨에 일관된 독립 드라이브(RAID)의 리던던트 어레이 내의 둘 또는 그 이상의 HCNV 저장 장치 내의 솔리드-스테이트 스토리지 내에 캐시된(cached) 데이터를 저장하는 HCNV RAID 모듈을 포함한다. 데이터는 전체로서 요청 장치에 드러날 수 있다. 다른 실시예에서, 솔리드-스테이트 스토리지 및 하나 또는 그 이상의 HCNV 저장 장치 는 RAID 그룹으로 구성된 하이브리드 저장 장치 세트 내의 하이브리드 저장 장치를 포함할 수 있다. 솔리드-스테이트 스토리지에 캐시되고 HCNV 장치에 추후 저장된 데이터 세그먼트는 스트라이프의 N 개의 데이터 세그먼트 또는 스트라이프의 패리티 데이터 세그먼트 중 하나를 포함할 수 있다. 하이브리드 저장 장치는 일반적으로 RAID 스트라이프의 데이터 세그먼트에 독립적인 하나 또는 그 이상의 클라이언트로부터 스토리지 요청을 수신한다. 더한 실시예에서, 하이브리드 저장 장치는 둘 또는 그 이상의 클라이언트로부터 둘 또는 그 이상의 동시적인(simultaneous) 스토리지 요청을 수신하는 공유되고(shared), 전단 분산된(front-end distributed) RAID 그룹의 저장 장치일 수 있다.
상기 장치의 추가적인 실시예에서, HCNV 저장 장치는 HDD(Hard Disk Drive), 광학 드라이브, 또는 테잎 스토리지일 수 있다. 다른 실시예에서, 솔리드-스테이트 스토리지 및 하나 또는 그 이상의 HCNV 저장 장치는 하이브리드 저장 장치일 수 있다. 일 실시예에서, 상기 장치는 또한 하나 또는 그 이상의 요청 장치를 로딩하기 전에, 하이브리드 저장 장치의 동작에 특화된 코드로 하나 또는 그 이상의 요청 장치에 부착된 표준 장치(standard device)를 에뮬레이팅(emulating)함으로써 하이브리드 저장 장치로의 액세스를 제공하는 표준 장치 에뮬레이션 모듈을 포함할 수 있다. 표준 장치는 일반적으로 산업 표준 BIOS에 의해 지원될 수 있다.
다른 실시예에서, 솔리드-스테이트 스토리지 장치는 둘 또는 그 이상의 영역으로 파티션될 수 있으며, 하나 또는 그 이상의 파티션은 HCNV 저장 장치를 위한 캐시로서 기능하는 솔리드-스테이트 스토리지에 독립적인 솔리드-스테이트 스토리지로서 사용될 수 있다. 여전히 다른 실시예에서, 하나 또는 그 이상의 클라이언트는 캐시 제어 메시지를 캐시 전단 모듈 및 캐시 후단 모듈로 전송하여 솔리드-스테이트 스토리지 장치 및 하나 또는 그 이상의 HCNV 저장 장치에 저장된 파일 또는 객체의 하나 또는 그 이상의 상태를 관리한다.
상기 장치의 일 실시예에서, 캐시 제어 메시지는 하나 또는 그 이상의 제어 메시지를 포함할 수 있다. 제어 메시지의 다양한 실시예는 캐시 후단 모듈이 솔리드-스테이트 스토리지내의 객체 또는 파일의 일부를 피닝(pin)하도록 야기하는 제어 메시지 또는 캐시 후단 모듈이 솔리드-스테이트 스토리지 내의 객체 또는 파일의 일부를 언피닝(unpin)하도록 야기하는 제어 메시지를 포함할 수 있다. 제어 메시지의 다른 실시예는 캐시 후단 모듈이 객체 또는 파일의 일부를 솔리드-스테이트 스토리지로부터 하나 또는 그 이상의 HCNV 저장 장치로 플러시(flush)하도록 야기하는 제어 메시지 또는 캐시 후단 모듈이 객체 또는 파일의 일부를하나 또는 그 이상의 HCNV 저장 장치로부터 솔리드-스테이트 스토리지로 프리로드(preload)하도록 야기하는 제어 메시지를 포함할 수 있다. 제어 메시지의 여전히 다른 실시예는 캐시 후단 모듈이 하나 또는 그 이상의 객체 또는 파일을 솔리드-스테이트 스토리지에서 하나 또는 그 이상의 HCNV 저장 장치로 오프로드(offload)하도록 야기하여 솔리드-스테이트 스토리지내의 결정된 양의 저장 공간을 자유롭게하도록 야기하는 제어 메시지일 수 있다. 일 실시예에서, 캐시 제어 메시지는 객체 또는 파일을 위한 메타데이터(캐시 제어 메타데이터)를 통해 통신될 수 있다. 더한 실시예에서, 캐시 제어 메타데이터는 영속적(persistent)일 수 있다. 다른 실시예에서, 캐시 제어 메타데이터는 파일 또는 객체의 생성 시 속성 세트(attribute set)를 통해 구축될 수 있다. 여전히 다른 실시예에서, 캐시 제어 메타데이터는 파일 또는 객체 관리 시스템으로부터 획득될 수 있다.
상기 장치의 일 실시예에서, 상기 장치는 휘발성 캐시 스토리지 엘리먼트를 포함할 수 있으며, 캐시 전단 모듈 및 캐시 후단 모듈은 휘발성 캐시 스토리지 엘리먼트 내에 데이터를 저장하고 솔리드-스테이트 스토리지 및 휘발성 캐시 스토리지 엘리먼트 내에 저장된 데이터를 관리한다. 후단 스토리지 모듈은 휘발성 캐시 스토리지 엘리먼트, 솔리드-스테이트 스토리지 및 HCNV 저장 장치 간의 데이터 전송을 더 관리할 수 있다. 더한 실시예에서, HCNV 저장 장치에 저장된 객체 및 파일에 대한 메타데이터 및/또는 인덱스 메타데이터는 솔리드-스테이트 스토리지 장치 및 휘발성 캐시 스토리지 엘리먼트 내에서 유지될 수 있다.
상기 장치의 추가적인 실시예에서, HCNV 저장 장치 내에 저장된 객체 및 파일에 대한 메타데이터 및/또는 인덱스 메타데이터는 솔리드-스테이트 스토리지 장치 내에서 유지될 수 있다. 다른 실시예에서, 솔리드-스테이트 스토리지 및 하나 또는 그 이상의 HCNV 저장 장치는 저장 장치를 포함할 수 있어, HCNV 저장 장치는 저장 장치에 연결된 클라이언트의 시야로부터 숨겨질 수 있다.
본 발명의 시스템이 또한 제시된다. 상기 시스템은 실질적으로 상기 장치에 관련하여 상술된 모듈 및 실시예를 포함한다. 일 실시예에서, 상기 시스템은 비-휘발성, 솔리드-스테이트 데이터 스토리지 엘리먼트의 어레이를 포함하는 솔리드-스테이트 스토리지를 포함한다. 상기 시스템은 또한 하나 또는 그 이상의 HCNV 저장 장치 및 스토리지 컨트롤러를 포함한다. 일 실시예에서, 스토리지 컨트롤러는 솔리드-스테이트 스토리지 컨트롤러 및 HCNV 저장 장치 컨트롤러를 포함할 수 있다. 스토리지 컨트롤러는 또한 캐시 전단 모듈 및 캐시 후단 모듈을 포함할 수 있다. 캐시 전단 모듈은 스토리지 요청과 결합된 데이터 전송을 관리한다. 데이터 전송은 일반적으로 요청 장치 및 하나 또는 그 이상의 HCNV 저장 장치를 위한 캐시로서 기능하는 솔리드-스테이트 스토리지 간에 수행된다. 데이터 전송은 데이터, 메타데이터, 및 메타데이터 인덱스 중 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다. 캐시 후단 모듈은 솔리드-스테이트 스토리지 및 하나 또는 그 이상의 HCNV 저장 장치 간의 데이터 전송을 관리한다.
일 실시예에서, 상기 시스템은 스토리지 컨트롤러에 연결된 네트워크 인터페이스를 포함하며, 네트워크 인터페이스는 컴퓨터 네트워크를 통한 요청 장치 및 솔리드-스테이트 스토리지 컨트롤러 간의 데이터 전송을 구현한다. 다른 실시예에서, 상기 시스템은 솔리드-스테이트 스토리지, 하나 또는 그 이상의 HCNV 저장 장치, 및 스토리지 컨트롤러를 포함하는 서버를 포함한다. 여전히 다른 실시예에서, 하나 또는 그 이상의 HCNV 저장 장치는 SAN(Storage Area Network)를 통해 스토리지 컨트롤러에 연결된다.
본 발명의 방법이 또한 다수의 호스트 간에 장치를 공유하기 위해 제시된다. 개싯된 실시예의 상기 방법은 실질적으로 상술한 장치 및 시스템의 동작에 관하여 제시된 기능을 수행하기 위해 필수적인 단계들을 포함한다. 일 실시예에서, 상기 방법은 스토리지 요청과 결합된 데이터 전송을 관리하는 단계를 포함하며, 데이터 전송은 요청 장치 및 하나 또는 그 이상의 HCNV 저장 장치를 위한 캐시로서 기능하는 솔리드-스테이트 스토리지 간에 수행된다. 데이터 전송은 데이터, 메타데이터, 및 메타데이터 인덱스 중 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다. 솔리드-스테이트 스토리지는 비-휘발성, 솔리드-스테이트 데이터 스토리지 엘리먼트의 어레이를 포함할 수 있다. 상기 방법은 또한 솔리드-스테이트 스토리지 및 하HCNV 저장 장치 간의 데이터 전송을 관리하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 상세한 설명에 걸쳐 기재된 특징, 이점, 또는 그와 유사한 용어는 본 발명으로 구현될 수 있는 모든 특징 및 이점이 본 발명의 임의의 단일 실시예이어야만 하거나 단일 실시예임을 의미하지 않는다. 오히려, 특징 및 이점을 언급하는 용어는 실시예와 결합되어 기술된 특별한 특징, 이점, 또는 특성은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함됨을 의미하는 것으로 이해된다. 따라서, 본 발명의 상세한 설명에 걸쳐 사용되는 특징, 이점, 및 이와 유사한 용어에 대한 논의는 동일한 실시예를 언급할 수도 있지만, 이는 필수적이지 않다.
또한, 본 발명의 기술된 특징, 이점 및 특성은 하나 또는 그 이상의 실시예에서 임의의 적절한 방식으로 결합될 수 있다. 당업자는 본 발명이 특별한 실시예의 하나 또는 그 이상의 특별한 특징 또는 이점 없이 구현될 수 있음을 인식할 것이다. 다른 예에서, 추가적인 특징 및 이점은 본 발명의 모든 실시예에서 제시되지 않을 수 있는 특정 실시예에서 인식될 수 있다.
본 발명의 이러한 특징 및 이점은 다음의 기술 및 부가된 청구범위로부터 보다 완전히 명확해질 것이며, 또는 이하 기술되는 본 발명의 구현예에 의해 학습될 수 있다.
본 발명의 이점이 용이하게 이해되어지도록 하기 위해, 위에서 간략하게 기술된 본 발명의 보다 구체적인 기술이 첨부된 도면에 도시된 특정 실시예를 참조로 하여 기술될 것이다. 이들 도면은 오직 본 발명의 전형적인 실시예만을 도시함을 이해할 것이며, 본 발명의 권리범위를 제한하도록 고려되지 않으며, 본 발명은 첨부한 도면을 사용하여 부가적인 특징 및 세부사항이 기술되고 설명될 것이다.
도 1a는 본 발명에 따른 솔리드-스테이트 스토리지 장치 내의 데이터 관리를 위한 시스템의 일 실시예를 설명하는 개략적인 블록도이다.
도 1b는 본 발명에 따른 스토리지 장치 내의 객체 관리를 위한 시스템의 일 실시예를 설명하는 개략적인 블록도이다.
도 1c는 본 발명에 따른 인-서버 스토리지 영역 네트워크(in-server storage area network)를 위한 시스템의 일 실시예를 설명하는 개략적인 블록도이다.
도 2a는 본 발명에 따른 스토리지 장치 내의 객체 관리를 위한 장치의 일 실시예를 설명하는 개략적인 블록도이다.
도 2b는 본 발명에 따른 솔리드-스테이트 스토리지 장치 내의 솔리드-스테이트 스토리지 장치 컨트롤러의 일 실시예를 설명하는 개략적인 블록도이다.
도 3은 본 발명에 따른 솔리드-스테이트 스토리지 장치 내의 데이터 기록 파이프라인 및 데이터 독출 파이프라인과 함께 구비된 솔리드-스테이트 스토리지 컨트롤러의 일 실시예를 설명하는 개략적인 블록도이다.
도 4a는 본 발명에 따른 솔리드-스테이트 스토리지 컨트롤러 내의 뱅크 인터리브 컨트롤러의 일 실시예를 설명하는 개략적인 블록도이다.
도 5a는 본 발명에 따른 데이터 파이프라인을 이용한 솔리드-스테이트 스토리지 장치 내의 데이터 관리를 위한 방법의 일 실시예를 설명하는 개략적인 흐름도이다.
도 5b는 본 발명에 따른 인-서버 SAN을 위한 방법의 일 실시예를 설명하는 개략적인 흐름도이다.
도 6은 본 발명에 따른 데이터 파이프라인을 이용한 솔리드-스테이트 스토리지 장치 내의 데이터 관리를 위한 방법의 다른 실시예를 설명하는 개략적인 흐름도이다.
도 7은 본 발명에 따른 뱅크 인터리브를 사용한 솔리드-스테이트 스토리지 장치 내의 데이터 관리 방법의 실시예를 설명하는 개략적인 흐름도이다.
도 8은 본 발명에 따른 솔리드-스테이트 스토리지 장치 내의 가비지 컬렉션을 위한 장치의 일 실시예를 설명하는 개략적인 블록도이다.
도 9는 본 발명에 따른 솔리드-스테이트 스토리지 장치 내의 가비지 컬렉션을 위한 방법의 일 실시예를 설명하는 개략적인 흐름도이다.
도 10은 본 발명에 따른 프로그레시브(progressive) RAID, 전단 분산된(front-end distributed) RAID, 및 공유되고 전단 분산된 RAID를 위한 시스템의 일 실시예를 설명하는 개략적인 블록도이다.
도 11은 본 발명에 따른 전단 분산된 RAID를 위한 장치의 일 실시예를 설명하는 개략적인 블록도이다.
도 12는 본 발명에 따른 전단 분산된 RAID를 위한 방법의 실시예를 설명하는 개략적인 흐름도이다.
도 13은 본 발명에 따른 공유되고, 전단 분산된 RAID를 위한 장치의 일 실시예를 설명하는 개략적인 블록도이다.
도 14는 본 발명에 따른 공유되고, 전단 분산된 RAID를 위한 방법의 실시예를 설명하는 개략적인 흐름도이다.
도 15는 본 발명에 따른 고-용량, 비-휘발성 저장 장치를 위한 캐시로서 솔리드-스테이트 스토리지를 구비한 시스템의 일 실시예를 설명하는 개략적인 블록도이다.
도 16은 본 발명에 따른 고-용량, 비-휘발성 저장 장치를 위한 캐시로서 솔리드-스테이트 스토리지를 구비한 장치의 일 실시예를 설명하는 개략적인 블록도이다.
도 17은 본 발명에 따른 고-용량, 비-휘발성 저장 장치를 위한 캐시로서 솔리드-스테이트 스토리지를 사용하는 방법의 일 실시예를 설명하는 개략적인 흐름도이다.
본 발명의 상세한 설명에 기술된 많은 기능적 유닛(functional units)은 보다 구체적으로 그들의 구현 독립성(implementation independence)를 강조하기 위해 모듈로서 분류된다. 예를 들어, 모듈은 커스텀 VLSI 회로 또는 게이트 어레이, 논리 칩, 트랜지스터, 또는 다른 디스크릿 컴포넌트와 같은 기성 반도체를 포함하는 하드웨어 회로로서 구현될 수 있다. 모듈은 또한 프로그램 가능한 하드웨어 장치, 예컨대 필드 프로그램 가능한 게이트 어레이, 프로그램 가능한 어레이 로직, 프로그램 가능한 로직 장치 등으로 구현될 수도 있다.
모듈은 다양한 타입의 프로세서에 의해 실행을 위한 소프트웨어로 구현될 수도 있다. 예를 들어, 실행가능한 코드의 식별된 모듈은 예를 들어, 객체(object), 과정(procedure), 또는 함수(function)로서 구성될 수 있는 하나 또는 그 이상의 컴퓨터 명령의 물리적 또는 논리적 블록을 포함할 수 있다. 그럼에도 불구하고, 식별된 모듈의 실행가능함(executables)은 물리적으로 함께 위치할 필요는 없으며, 단지 상이한 장소에 저장된 다른 명령을 포함할 수 있으며, 이들이 논리적으로 함께 결합되는 경우, 모듈을 포함할 수 있으며 모듈에 대한 언급된 목적을 달성할 수 있다.
실제로, 실행가능한 코드의 모듈은 단일의 명령, 또는 다수의 명령일 수 있으며, 상이한 프로그램 중에서 그리고 다수 개의 메모리 장치에 걸쳐 다수의 상이한 코드 세그먼트로 분배될 수도 있다. 유사하게, 운영 데이터(operational data)는 여기에서 모듈 내에서 식별되고 설명되고, 임의의 적절한 형태로 구현될 수 있고 데이터 구조의 임의의 적절한 타입 내에서 구성될 수 있다. 운영 데이터는 단일의 데이터 세트로서 수집될 수 있거나, 또는 상이한 스토리지 장치에 걸쳐 포함되는 상이한 장소에 걸쳐 분배될 수 있고, 적어도 부분적으로, 시스템 또는 네트워크에서 전기적 신호로서만 존재할 수도 있다. 모듈 또는 모듈의 일부가 소프트웨어로 구현되는 경우, 상기 소프트웨어 부분은 하나 또는 그 이상의 컴퓨터로 읽을 수 있는 미디어에 저장된다.
본 발명의 상세한 설명에 걸쳐 사용되는 "일 실시예", "실시예", 또는 이와 유사한 용어는 실시예와 결합되어 기술되는 특별한 특징, 구조, 또는 특성이 본 발명의 적어도 일 실시예 포함되는 것을 의미한다. 따라서, 본 발명의 상세한 설명에 걸쳐 사용되는 문구 "일 실시에에서", "실시에에서", 및 그와 유사한 용어의 출현은 모두 동일한 실시예를 언급할 수 있으나, 이는 필수적이지 않다.
신호 포함 매체(signal bearing medium)에 대한 언급은 신호를 생성하거나, 생성될 신호를 야기하거나, 또는 디지털 처리 장치에 장치가 읽을 수 있는 명령의 프로그램의 실행을 야기함을 가능하게 하는 임의의 형태를 취할 수 있다. 신호 포함 매체는 전송 라인, 컴팩트 디스크, 디지털-비디오 디스크, 자기 테잎, 베르누이 드라이브, 자기 디스크, 펀치 카드, 플래시 메모리, 직접 회로, 또는 다른 디지털 처리 장치 메모리 장치에 의해 구현될 수 있다.
또한, 본 발명의 기술된 특징, 구조, 또는 특성은 하나 또는 그 이상의 실시예에서 임의의 적절한 방식으로 결합될 수 있다. 후술될 상세한 설명에서, 다수의 구체적인 세부 사항이 제공되며, 예컨대 프로그래밍, 소프트웨어 모듈, 사용자 선택, 네트워크 트랜잭션(transactions), 데이터베이스 조회, 데이터베이스 구조, 하드웨어 모듈, 하드웨어 회로, 하드웨어 칩 등의 예가 제공되어, 본 발명의 실시예의 직접적인 이해를 제공한다. 그러나, 당업자는 본 발명이 하나 또는 그 이상의 특정 세부 사항이 없이 구현될 수 있으며, 또는 다른 방법, 컴포넌트, 물질 등을 사용하여 구현될 수 있음을 인지할 것이다. 다른 예에서, 잘 알려진 구조, 물질, 또는 동작은 상세하게 도시되거나 기술되지 않아 본 발명의 양상을 불명확하게 하는 것을 방지한다.
여기에 포함된 개략적인 흐름도는 논리적인 흐름도로서 일반적으로 설명된다. 그러한 것으로, 도시된 순서 및 라벨링된 단계는 본 발명의 방법의 일 실시예를 나타낸다. 다른 단계 및 방법은 설명된 방법의 하나 또는 그 이상의 단계 또는 그 일부에 기능적, 논리적, 또는 효과적으로 균등한 것으로 이해된다. 추가적으로, 사용된 형태 및 기호는 본 발명의 논리적 단계를 설명하기 위해 제공되고 본 발명의 범위를 제한하지 않도록 이해된다. 비록 다양한 화살표 타입 및 라인 타입이 흐름도에 도입될 수 있지만, 이들은 해당 방법의 범위를 제한하지 않도록 이해된다. 실제로, 일부 화살표 또는 다른 연결자는 본 발명의 논리적 흐름만을 지시하도록 사용될 수 있다. 예를 들어, 화살표는 도시된 방법의 열거된 단계들 간의 특정되지 않은 지속의 기간을 기다리거나 감시하는 것을 지시할 수 있다. 추가적으로, 특정 방법이 발생한 순서는 도시된 해당 단계들의 순서에 엄격하게 고수될 수 있거나 고수되지 않을 수 있다.
솔리드-스테이트 스토리지 시스템
도 1a는 본 발명에 따른 솔리드-스테이트 스토리지 장치 내의 데이터 관리를 위한 시스템(100)의 일 실시예를 설명하는 개략적인 블록도이다. 시스템(100)은 솔리드-스테이트 스토리지 장치(102), 솔리드-스테이트 스토리지 컨트롤러(104), 데이터 기록 파이프라인(106), 데이터 독출 파이프라인(108), 솔리드-스테이트 스토리지(110), 컴퓨터(112), 클라이언트(114) 및 컴퓨터 네트워크(116)을 포함하며, 이는 이하 기술된다.
상기 시스템(100)은 적어도 하나의 솔리드-스테이트 스토리지 장치(102)를 포함한다. 다른 실시예에서, 상기 시스템(100)은 둘 또는 그 이상의 솔리드-스테이트 스토리지 장치(102)를 포함한다. 각각의 솔리드-스테이트 스토리지 장치(102)는 비-휘발성, 솔리드-스테이트 스토리지(110), 예컨대 플래시 메모리, 나노 RAM 또는 NRAM(Nano Random Access Memory), MRAM(Magneto-resistive RAM), DRAM(Dynamic RAM), PRAM(Phase change RAM) 등을 포함할 수 있다. 솔리드-스테이트 스토리지 장치(102)는 도 2 및 도 3을 참조하여 보다 상세하게 기술된다. 솔리드-스테이트 스토리지 장치(102)는 컴퓨터 네트워크(116)을 통해 클라이언트(114)에 연결된 컴퓨터(112) 내에 구현된다. 일 실시예에서, 솔리드-스테이트 스토리지 장치(102)는 컴퓨터(112) 내부에 구비되고 시스템 버스, 예컨대 PCI-e(Peripheral Component Interconnect express) 버스, 직렬 ATA(Serial Advanced Technology Attachment) 버스 등을 이용하여 연결된다. 다른 실시예에서, 솔리드-스테이트 스토리지 장치(102)는 컴퓨터 외부에 구비되고, USB(Universal Serial Bus) 연결, 및 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 1394 버스 ("FireWire") 등을 통해 연결된다. 다른 실시예에서, 솔리드-스테이트 스토리지 장치(102)는 외부 전기 또는 광학 버스 확장(extension) 또는 인피니밴드(Infiniband) 또는 PCIe-AS(PCI Express Advanced Switching) 등과 같은 버스 네트워킹 솔루션을 이용한 PCI(Peripheral Component Interconnect) 고속 버스를 이용하여 연결된다.
다양한 실시예에서, 솔리드-스테이트 스토리지 장치(102)는 DIMM(Dual Inline Memory Module), 도터 카드(daughter card) 또는 마이크로-모듈의 형태로 구성될 수 있다. 다른 실시예에서, 솔리드-스테이트 스토리지 장치(102)는 랙-장착 블레이드(rack-mounted blade) 내의 엘리먼트이다. 다른 실시예에서, 솔리드-스테이트 스토리지 장치(102)는 보다 높은 레벨의 어셈블리(예컨대, 마더보드, 랩탑, 그래픽 프로세서)와 직접적으로 통합된 패키지 내에 포함된다. 다른 실시예에서, 솔리드-스테이트 스토리지 장치(102)를 포함한 개별 컴포넌트(individual components)는 중간 패키징(intermediate packaging)을 사용하지 않고 보다 높은 레벨의 어셈블리에 직접적으로 통합된다.
솔리드-스테이트 스토리지 장치(102)는 하나 또는 그 이상의 솔리드-스테이트 스토리지 컨트롤러(104)를 포함하며, 각각은 데이터 기록 파이프라인(106) 및 데이터 독출 파이프라인(108)을 포함할 수 있고, 각각은 솔리드-스테이트 스토리지(110)를 포함하며, 이는 도 2 및 도 3을 참조로 보다 상세하게 이하 기술된다.
상기 시스템(100)은 솔리드-스테이트 스토리지 장치(102)에 연결된 하나 또는 그 이상의 컴퓨터(112)를 포함한다. 컴퓨터(112)는 호스트, 서버, SAN(Storage Area Network)의 스토리지 컨트롤러, 워크스테이션, 퍼스널 컴퓨터, 랩탑 컴퓨터, 소형 컴퓨터, 수퍼컴퓨터, 컴퓨터 클러스터, 네트워크 스위치, 라우터, 또는 어플라이언스(appliance), 데이터베이스 또는 스토리지 어플라이언스, 데이터 획득(data acquisition) 또는 데이터 캡쳐 시스템, 진단 시스템(diagnostic system), 테스트 시스템, 로봇, 휴대용 전자 장치, 무선 장치 등일 수 있다. 다른 실시예에서, 컴퓨터(112)는 클라이언트 및 컴퓨터(112)로부터 전송된 서비스 데이터 요청에 자발적으로(autonomously) 동작하는 솔리드-스테이트 스토리지 장치(102)일 수 있다. 이러한 실시예에서, 컴퓨터(112) 및 솔리드-스테이트 스토리지 장치(102)는 컴퓨터 네트워크, 시스템 버스, 또는 컴퓨터(112)와 자발적 솔리드-스테이트 스토리지 장치(102) 간의 연결에 적합한 다른 통신 수단을 이용하여 연결될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 시스템(100)은 하나 또는 그 이상의 컴퓨터 네트워크(116)를 통해 하나 또는 그 이상의 컴퓨터(112)와 연결된 하나 또는 그 이상의 클라이언트(114)를 포함한다. 클라이언트(114)는 호스트, 서버, SAN의 스토리지 컨트롤러, 워크스테이션, 퍼스널 컴퓨터, 랩탑 컴퓨터, 소형 컴퓨터, 수퍼컴퓨터, 컴퓨터 클러스터, 네트워크 스위치, 라우터, 또는 어플라이언스(appliance), 데이터베이스 또는 스토리지 어플라이언스, 데이터 획득(data acquisition) 또는 데이터 캡쳐 시스템, 진단 시스템(diagnostic system), 테스트 시스템, 로봇, 휴대용 전자 장치, 무선 장치 등일 수 있다. 컴퓨터 네트워크(116)는 인터넷, WAN(Wide Area Network), MAN(Metropolitan Area Network), LAN(Local Area Network), 토큰 링, 무선 네트워크, 파이버 채널(fiber channel) 네트워크, SAN, NAS(Network Attached Storage), ESCON 등 또는 네트워크들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 컴퓨터 네트워크(116)는 또한 네트워크 기술의 IEEE 802 패밀리로부터의 네트워크, 예컨대 이더넷, 토큰 링, WiFi, WiMax 등을 포함할 수 있다.
컴퓨터 네트워크(116)는 서버, 스위치, 라우터, 케이블링(cabling). 라디오, 및 컴퓨터(112)와 클라이언트(114)의 네트워킹을 구현하도록 사용되는 다른 장비를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 시스템(100)은 컴퓨터 네트워크(116)를 통해 피어(peer)로서 통신하는 다수의 컴퓨터들(112)을 포함한다. 다른 실시예에서, 상기 시스템(100)은 컴퓨터 네트워크(116)를 통해 피어로서 통신하는 다수의 솔리드-스테이트 스토리지 장치(102)를 포함한다. 당업자는 다른 컴퓨터 네트워크(116)가 하나 또는 그 이상의 컴퓨터 네트워크(116), 및 하나 또는 그 이상의 클라이언트(114) 또는 하나 또는 그 이상의 솔리드-스테이트 스토리지 장치(102) 또는 하나 또는 그 이상의 컴퓨터(112)와 연결된 하나 또는 그 이상의 솔리드-스테이트 스토리지 장치(102)를 사용한 다른 컴퓨터 간의 단일 또는 리던던트(redundant) 연결을 사용한 관련된 장비를 사용하는 것을 파악할 것이다. 일 실시예에서, 상기 시스템(100)은 컴퓨터(112)를 사용하지 않고 컴퓨터 네트워크(118)를 통해 클라이언트(116)로 연결된 둘 또는 그 이상의 솔리드-스테이트 스토리지 장치(102)를 포함한다.
스토리지 컨트롤러-관리 객체(Storage Controller-Managed Objects)
도 1b는 본 발명에 따른 스토리지 장치 내의 객체 관리를 위한 시스템(101)의 일 실시예를 설명하는 개략적인 블록도이다. 상기 시스템(101)은 하나 또는 그 이상의 스토리지 장치(150)를 포함하며, 각각은 스토리지 컨트롤러(152) 및 하나 또는 그 이상의 데이터 스토리지 장치(154), 및 하나 또는 그 이상의 요청 장치(requesting devices)(155)를 구비한다. 스토리지 장치(150)는 함께 네트워크로 구성되고, 하나 또는 그 이상의 요청 장치(155)와 연결된다. 요청 장치(155)는 스토리지 장치(150a)로 객체 요청(object requests)을 송신한다. 객체 요청은 객체 생성을 위한 요청, 데이터를 객체에 기록하기 위한 요청, 데이터를 객체로부터 독출하기 위한 요청, 객체를 삭제하기 위한 요청, 객체를 체크포인트(checkpoint)하기 위한 요청, 객체를 카피하기 위한 요청 등일 수 있다. 당업자는 다른 객체 요청을 파악할 것이다.
일 실시예에서, 스토리지 컨트롤러(152) 및 데이터 스토리지 장치(154)는 분리된 장치이다. 다른 실시예에서, 스토리지 컨트롤러(152) 및 데이터 스토리지 장치(154)는 하나의 스토리지 장치(150)으로 통합된다. 다른 실시예에서, 데이터 스토리지 장치(154)는 솔리드-스테이트 스토리지(110)이며, 스토리지 컨트롤러는 솔리드-스테이트 스토리지 장치 컨트롤러(202)이다. 다른 실시예에서, 데이터 스토리지 장치(154)는 하드 디스크 드라이브, 광학 드라이브, 테잎 스토리지 등일 수 있다. 다른 실시예에서, 스토리지 장치(150)는 다른 타입의 둘 또는 그 이상의 데이터 스토리지 장치(154)를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 데이터 스토리지 장치(154)는 솔리드-스테이트 스토리지(110)이며 솔리드-스테이트 스토리지 엘리먼트(216,218,220)의 어레이로 배열된다. 다른 실시예에서, 솔리드-스테이트 스토리지(110)는 둘 또는 그 이상의 뱅크(214a-n)으로 배열된다. 솔리드-스테이트 스토리지(110)은 도 2b를 참조로 이하 보다 상세하게 기술된다.
스토리지 장치(150a-n)는 함께 네트워크를 구성하고 분산된(distributed) 스토리지 장치로서 동작할 수 있다. 요청 장치(155)와 결합된 스토리지 장치(150a)는 객체 요청을 분산된 스토리지 장치로 제어한다. 일 실시예에서, 스토리지 장치(150) 및 결합된 스토리지 컨트롤러(152)는 객체를 관리하고, 분산된 객체 파일 시스템으로서 요청 장치(들)(155)에게 드러난다. 여기서, 병렬 객체 파일 시스템(parallel object file system)은 분산된 객체 파일 시스템의 일 타입의 예이다. 다른 실시예에서, 스토리지 장치(150) 및 결합된 스토리지 컨트롤러(152)는 객체를 관리하고, 분산된 객체 파일 서버로서 요청 장치(들)(155)에게 드러난다. 여기서, 병렬 객체 파일 서버는 분산된 객체 파일 서버의 일 타입의 예이다. 이들 그리고 다른 실시예에서, 요청 장치(155)는 배타적으로 객체를 관리할 수 있거나 또는 스토리지 장치(150)와 함께 객체 관리에 참여할 수 있으며; 이는 일반적으로 다른 클라이언트(114)에 대한 완전한 객체 관리를 위한 스토리지 장치(150)의 기능을 제한하지 않는다. 퇴보된 경우에서, 각각의 분산된 스토리지 장치, 분산된 객체 파일 시스템 및 분산된 객체 파일 서버는 단일 장치로서 독립적으로 동작할 수 있다. 네트워크로 구성된 스토리지 장치(150a-n)는 분산된 스토리지 장치, 분산된 객체 파일 시스템, 분산된 객체 파일 서버, 및 하나 또는 그 이상의 요청 장치(155)를 위해 구성된 하나 또는 그 이상의 능력(capabilities)의 이미지를 가지는 그 임의의 조합으로서 동작할 수 있다. 예를 들어, 스토리지 장치(150)는 제 1 요청 장치(155a)를 위해 분산된 스토리지 장치로서 동작하도록 구성될 수 있으나, 요청 장치(155b)를 위한 분산된 스토리지 장치 및 분산된 객체 파일 시스템으로서 동작할 수도 있다. 상기 시스템(101)이 하나의 스토리지 장치(150a)를 포함하면, 객체를 관리하는 스토리지 장치(150a)의 스토리지 컨트롤러(152a)는 요청 장치(들)(155)에게 객체 파일 시스템 또는 객체 파일 서버로서 나타날 수 있다.
일 실시예에서, 스토리지 장치들(150)이 분산된 스토리지 장치로서 함께 네트워크로 구성되면, 스토리지 장치(150)는 하나 또는 그 이상의 분산된 스토리지 컨트롤러(152)에 의해 관리되는 RAID(Redundant Array of Independent Drives)로서 동작한다. 예를 들어, 객체의 데이터 세그먼트를 기록하도록 하는 요청은 데이터 세그먼트가 패러티 스트라이프(parity stripe)를 사용하여 데이터 스토리지 장치(154a-n)에 걸쳐 스트립(stripped)되도록 하며, 이는 RAID 레벨에 의존한다. 이러한 배열의 일 이득은 단일의 스토리지 장치(150)가 스토리지 컨트롤러(152), 데이터 스토리지 장치(154) 또는 스토리지 장치(150)의 다른 컴포넌트의 실패(failure)의 경우에도 그러한 객체 관리 시스템이 지속적으로 사용가능(available)할 수 있는 것이다.
리던던트 네트워크(redundant network)가 스토리지 장치(150)과 요청 장치(155)를 상호연결하도록 사용되는 경우, 객체 관리 시스템은 네트워크 중 하나가 동작하도록 유지되는 한 네트워크 실패가 존재하여도 지속적으로 사용가능할 수 있다. 단일 스토리지 장치(150a)를 포함한 시스템(101)은 또한 다수의 데이터 스토리지 장치(154a)를 포함할 수 있으며, 스토리지 장치(150a)의 스토리지 컨트롤러(152a)는 RAID 컨트롤러로서 동작할 수 있고 스토리지 장치(150a)의 데이터 스토리지 장치(154a)에 걸쳐 데이터 세그먼트를 스트라입(stripe)할 수 있고, 패러티 스트라이프를 포함하며, RAID 레벨에 의존할 수 있다.
일 실시예에서, 하나 또는 그 이상의 스토리지 장치(150a-n)가 솔리드-스테이트 스토리지 장치 컨트롤러(202) 및 솔리드-스테이트 스토리지(110)를 포함한 솔리드-스테이트 스토리지 장치(102)이면, 솔리드-스테이트 스토리지 장치(들)(102)는 DIMM 구성, 도터 카드, 마이크로-모듈 등으로 구성될 수 있으며, 컴퓨터(112) 내에 구비될 수 있다. 컴퓨터(112)는 서버 또는 함께 네트워크로 구성되고 분산된 RAID 컨트롤러로서 구동하는 솔리드-스테이트 스토리지 장치(102)를 포함한 유사한 장치일 수 있다. 유익하게, 스토리지 장치(102)는 PCI-e, PCIe-AS, 이피니밴드 또는 다른 고성능 버스, 스위치된 버스(switched bus), 네트워크로 구성된 버스(networked bus), 또는 네트워크를 이용하여 연결될 수 있고, 솔리드-스테이트 스토리지(110a-n)을 걸쳐 데이터 세그먼트를 자발적으로 스트라이핑하는 단일 또는 분산된 솔리드-스테이트 스토리지 컨트롤러(202)를 포함한 매우 컴팩트하고 높은 성능의 RAID 스토리지 시스템을 제공할 수 있다.
일 실시예에서, 스토리지 장치(150)와 통신하도록 요청 장치(155)에 의해 사용된 동일한 네트워크는 피어 스토리지 장치(150b-n)와 통신하도록 피어 스토리지 장치(150a)에 의해 사용되어 RAID 기능성을 달성할 수 있다. 다른 실시예에서, 분리된 네트워크는 RAID를 위해 스토리지 장치들(150) 간에 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, 요청 장치(155)는 리던던트 요청을 스토리지 장치(150)로 전송함으로써 RAID 프로세스에 참여할 수 있다. 예를 들어, 요청 장치(155)는 제 1 객체 기록 요청을 제 1 스토리지 장치(150a)로 전송하고, 동일한 데이터 세그먼트와 함께 제 2 객체 기록 요청을 제 2 스토리지 장치(150b)로 송신하여 단순한 미러링(mirroring)을 달성할 수 있다.
스토리지 장치(들)(102) 내의 객체 조작을 위한 기능을 위해, 스토리지 컨트롤러(들)(152)은 고유하게 하나의 RAID 레벨을 이용하여 하나의 데이터 세그먼트 또는 객체를 저장하는 반면, 다른 데이터 세그먼트 또는 객체는 다른 RAID 레벨을 이용하거나 또는 RAID 스트리핑을 사용하지 않고 저장되는 기능을 가진다. 이러한 다중 RAID 그룹핑은 스토리지 장치(150) 내의 다중 파티션과 결합될 수 있다. RAID 0, RAID 1, RAID 5, RAID 6 및 혼합 RAID 타입 10, 50, 60은 데이터 스토리지 장치(154a-n)를 포함하는 다양한 RAID 그룹에 걸쳐 동시에 지원될 수 있다. 당업자는 다른 RAID 타입 및 구성도 또한 동시에 지원될 수 있음을 인지할 것이다.
또한, 스토리지 컨트롤러(들)(152)이 자발적으로 RAID 컨트롤러로서 동작하므로, RAID 컨트롤러는 프로그레시브(progressive) RAID를 수행할 수 있고, 요청 장치(155)가 영향받거나, 참여하거나 심지어 RAID 레벨의 변화를 검출함 없이 임의의 RAID 레벨에서 다른 RAID 레벨까지 데이터 스토리지 장치(154)에 걸쳐 스트라이프된 객체 또는 객체의 일부를 변환할 수 있다. 바람직한 실시예에서, RAID 구성을 임의의 레벨에서 다른 레벨로 진행시키는 것은 객체 또는 심지어 패킷 베이스로 자발적으로 달성될 수 있으며, 스토리지 장치(150) 또는 스토리지 컨트롤러(152) 중 하나에서 동작하는 분산된 RAID 컨트롤 모듈에 의해 개시될 수 있다. 일반적으로, RAID 진행(progression)은 RAID 1과 같은 높은 성능 및 낮은 효율의 스토리지 구성으로부터 RAID 5와 같은 낮은 성능 및 높은 스토리지 효율 구성으로 진행되며, 여기서 변환은 액세스의 빈도(frequency)를 기반으로 동적으로 개시된다. 그러나, RAID 5에서 RAID 1으로의 구성의 진행 또한 가능하다. RAID 진행의 개시를 위한 다른 프로세스는 클라이언트 또는 스토리지 시스템 관리 서버 요청과 같은 외부 에이전트로부터 구성되거나 요청될 수 있다. 당업자는 객체를 자발적으로 관리하는 스토리지 컨트롤러(152)를 포함하는 스토리지 장치(102)의 다른 특징 및 이점을 파악할 것이다.
인-서버 SAN을 구비한 솔리드-스테이트 스토리지 장치(Solid-State Storage Device with IN-Server SAN)
도 1c는 본 발명에 따른 인-서버 SAN(Storage Area NEtwork)를 위한 시스템(103)의 일 실시예를 설명하는 개략적인 블록도이다.
상기 시스템(103)은 일반적으로 서버("서버(112)")로 구성되는 컴퓨터(112)를 포함한다. 각각의 서버(112)는 하나 또는 그 이상의 저장 장치(150)를 포함하며, 여기서 서버(112) 및 저장 장치(150)는 각각 공유된 네트워크 인터페이스(156)에 연결된다. 각각의 저장 장치(150)는 스토리지 컨트롤러(152) 및 해당 데이터 저(154)를 포함한다. 상기 시스템(103)은 서버(112)의 내부 또는 외부에 구비되는 클라이언트(114,114a,114b)를 포함한다. 클라이언트(114,114a,114b)는 각각의 서버(112) 및 각각의 저장 장치(150)와 하나 또는 그 이상의 컴퓨터 네트워크(116)를 통해 통신할 수 있으며, 이는 상술한 바와 실질적으로 유사하다.
저장 장치(150)는 DAS 모듈(158), NAS 모듈(160), 스토리지 통신 모듈(162), 인-서버 SAN 모듈(164), 공통 인터페이스 모듈(166), 프록시 모듈(170), 가상 버스 모듈(172), 전단(front-end) RAID 모듈(174), 및 후단(back-end) RAID 모듈(176)을 포함하며, 이는 이하 기술된다. 모듈(158-176)이 저장 장치(150)에 도시되지만, 각각의 모듈(158-176)의 전부 또는 일부는 저장 장치(150), 서버(112), 스토리지 컨트롤러(152), 또는 다른 장소에 위치될 수 있다.
인-서버 SAN과 함께 사용되는 서버(112)는 서버로 기능하는 컴퓨터이다. 서버(112)는 파일 서버 기능과 같은 적어도 하나의 서버 기능을 포함하지만, 또한 다른 서버 기능을 포함할 수도 있다. 서버(112)는 서버 팜(server farm)의 일부일 수 있고 다른 클라이언트(114)에게 서비스할 수 있다. 다른 실시예에서, 서버(112)는 또한 퍼스널 컴퓨터, 워크스테이션, 또는 저장 장치(150)를 구비하는 다른 컴퓨터일 수 있다. 서버(112)는 DAS(Direct Attached Storage), 스토리지 또는 NAS(Network Attached Storage)가 부착된 SAN으로서, 서버(112) 내의 하나 또는 그 이상의 저장 장치(150)에 액세스할 수 있다. 인-서버 SAN 또는 NAS에 구비되는 스토리지 컨트롤러(150)는 서버(112)의 내부 도는 외부에 구비될 수 있다.
일 실시예에서, 인-서버 SAN 장치는 적어도 하나의 클라이언트(114)에서 서버(112)로의 스토리지 요청을 서비스하기 위한 서버(112)로 부착되는 DAS 장치로서, 서버(112) 내의 스토리지 컨트롤러(152)에 의해 제어되는 적어도 하나의 데이터 저장 장치(154)의 적어도 일부를 구성하는 DAS 모듈(158)을 포함한다. 일 실시예에서, 제 1 데이터 저장 장치(154a)는 DAS로서 제 1 서버(112a)에 구성되며, 또한 인-서버 SAN 저장 장치로서 제 1 서버(112a)에 구성된다. 다른 실시예에서, 제 1 데이터 저장 장치(154a)는 분할되어, 하나의 파티션은 DAS이고 다른 파티션은 인-서버 SAN이다. 다른 실시예에서, 제 1 데이터 저장 장치(154a) 내의 저장 공간의 적어도 일부는 제 1 서버(112a)로의 DAS로서 구성되고, 제 1 데이터 저장 장치(154a) 상의 저장 공간의 동일한 부분은 제 1 서버(112a)로의 인-서버 SAN으로 구성된다.
다른 실시예에서, 인-서버 SAN 장치는 적어도 하나의 클라이언트(114)를 위한 NAS 장치로서 스토리지 컨트롤러(152)를 구성하고, 클라이언트(114)로부터의 파일 요청을 서비스하는 NAS 모듈(160)을 포함한다. 스토리지 컨트롤러(152)는 또한 제 1 서버(112)를 위한 인-서버 SAN 장치로서 구성될 수도 있다. 저장 장치(150)는 저장 장치(150)를 구비한 서버(112)로부터 독립적으로, 공유된 네트워크 인터페이스(156)을 통해 컴퓨터 네트워크(116)로 직접 연결할 수 있다.
하나의 구성 요소로, 인-서버 SAN을 위한 장치는 제 1 서버(112a) 내에 제 1 스토리지 컨트롤러(152a)를 포함하며, 여기서 제 1 스토리지 컨트롤러(152a)는 적어도 하나의 저장 장치(154a)를 포함한다. 제 1 서버(112a)는 제 1 서버(112a) 및제 1 스토리지 컨트롤러(152a)에 의해 공유되는 네트워크 인터페이스(156)을 포함한다. 인-서버 SAN 장치는 제 1 스토리지 컨트롤러(152a)와 제 1 서버(112a)의 외부에 구비된 적어도 하나의 장치 간의 통신을 구현하는 스토리지 통신 모듈(162)을 포함하여, 제 1 스토리지 컨트롤러(152a)와 외부 장치 간의 통신은 제 1 서버(112a)로부터 독립적이다. 스토리지 통신 모듈(162)은 제 1 스토리지 컨트롤러(152a)가 외부 통신을 위해 네트워크 인터페이스(156a)에 독립적으로 액세스하도록 허용할 수 있다. 일 실시예에서, 스토리지 통신 모듈(162)은 네트워크 인터페이스(156a) 내의 스위치에 액세스하여, 제 1 스토리지 컨트롤러(152a)와 외부 장치 간의 네트워크 트래픽을 지시한다.
인-서버 SAN 장치는 네트워크 프로토콜 및 버스 프로토콜 중 하나 또는 둘 모두를 사용하여 스토리지 요청을 서비스하는 인-서버 SAN 모듈(164)을 포함한다. 인-서버 SAN 모듈(164)은 제 1 서버(112a)로부터 독립적인 스토리지 요청을 서비스하고, 서비스 요청은 내부 또는 외부 클라이언트(114,114a)로부터 수신된다.
일 실시예에서, 제 1 서버(112)의 외부에 구비된 장치는 제 2 스토리지 컨트롤러(152b)이다. 제 2 스토리지 컨트롤러(152b)는 적어도 하나의 데이터 저장 장치(154b)를 제어한다. 인-서버 SAN 모듈(164)은 네트워크 인터페이스(156a)를 통한 통신을 사용하여 제 1 서버(112a)와 독립적인 제 1 , 제 2 스토리지 컨트롤러(152a,152b) 간의 스토리지 요청을 서비스한다. 제 2 스토리지 컨트롤러(152b)는 제 2 서버(112b)의 내부 또는 다른 장치의 내부에 구비될 수 있다.
다른 실시예에서, 제 1 서버(112a)의 외부에 구비된 장치는 클라이언트(114)이고, 스토리지 요청은 외부 클라이언트(114)로부터 발생하며, 여기서 제 1 스토리지 컨트롤러는 SAN의 적어도 일부로서 구성되고, 인-서버 SAN 모듈(164)은 제 1 서버(112a)와 독립적인 네트워크 인터페이스(156a)를 통해 스토리지 요청을 서비스한다. 외부 클라이언트(114)는 제 2 서버(112b) 내에 구비될 수 있거나 또는 제 2 서버(112b)의 외부에 구비될 수 있다. 일 실시예에서, 인-서버 SAN 모듈(164)은 비록 제 1 서버(112a)가 사용 불가능한 경우라도 외부 클라이언트(114)로부터 스토리지 요청을 서비스할 수 있다.
다른 실시예에서, 스토리지 요청을 발생시키는 클라이언트(114a)는 제 1 서버(112a)의 내부에 구비되며, 여기서 제 1 스토리지 컨트롤러(152a)는 SAN의 적어도 일부로서 구성되고, 인-서버 SAN 모듈(164)은 스토리지 요청을 하나 또는 그 이상의 네트워크 인터페이스(156a) 및 시스템 버스를 통해 서비스한다.
종래의 SAN 구성은 서버(112)로부터 원격에 위치한 저장 장치가 DAS(Direct Attached Storage)로서, 서버(112) 내에 구비된 저장 장치와 같이 액세스되도록 하여, 그 결과 저장 장치는 블록 저장 장치(block storage device)로서 나타난다. 일반적으로, SAN으로서 연결된 저장 장치는 SAN 프로토콜, 예컨대 파이버 채널, iSCSI(Internet Small Computer System Interface), 하이퍼SCSI, FICON(Fiber Connectivity), 이더넷을 통한 ATA(Advanced Technology Attachment) 등을 요구한다. 인-서버 SAN은 서버(112) 내부에 스토리지 컨트롤러(152)를 포함하며, 이는 여전히 네트워크 프로토콜 및/또는 버스 프로토콜을 사용하여 스토리지 컨트롤러(152a)와 원격 스토리지 컨트롤러(152b) 또는 외부 클라이언트(114) 간의 네트워크 연결을 허용한다.
일반적으로, SAN 프로토콜은 네트워크 프로토콜의 형태이며, 더 많은 네트워크 프로토콜, 예컨대 스토리지 컨트롤러(150a)와 SAN으로 구성되는 결합된 데이터 저장 장치(154a)를 허용하고 외부 클라이언트(114) 또는 제 2 스토리지 컨트롤러(152b)와 통신하는 인피니밴드가 떠오른다. 다른 예에서, 제 1 스토리지 컨트롤러(152a)는 이더넷을 사용하여 외부 클라이언트(114) 또는 제 2 스토리지 컨트롤러(152b)와 통신할 수 있다.
스토리지 컨트롤러(152)는 버스를 통해 내부 스토리지 컨트롤러(152) 또는 클라이언트(114a)와 통신할 수 있다. 예를 들어, 스토리지 컨트롤러(152)는PCIe-IOV(PCI Express Input/Output Virtualization)를지원할 수 있는 PCI-e를 사용하여 버스를 통해 통신할 수 있다. 다른 떠오르는 버스 프로토콜은 시스템 버스가 컴퓨터 또는 서버(112)의 외부로 확장되도록 허용하고, 스토리지 컨트롤러(152a)가 SAN으로서 구성되도록 허용한다. 이러한 버스 프로토콜 중 하나는 PCIe-AS이다. 본 발명은 단순히 SAN 프로토콜로 제한되지 않고, 또한 스토리지 요청을 서비스하는 떠오르는 네트워크 및 버스 프로토콜을 이용할 수 있다. 클라이언트(114) 또는 외부 스토리지 컨트롤러(152b) 중 어느 하나의 형태인 외부 장치는 확장된 시스템 버스 또는 컴퓨터 네트워크(116)을 통해 통신할 수 있다. 여기에 사용된 바와 같이, 스토리지 요청은 데이터를 기록하거나, 데이터를 독출하거나, 데이터를 소거하거나, 데이터를 조회하는 등의 요청을 포함하고, 블록 데이터 요청뿐만 아니라 객체 데이터, 메타데이터, 및 관리 요청을 포함할 수 있다.
종래의 서버(112)는 일반적으로 서버(112) 내의 장치로의 액세스를 제어하는 루트 컴플렉스(root complex)를 구비한다. 일반적으로, 서버(112)의 루트 컴플렉스는 네트워크 인터페이스(156)를 구비하여, 네트워크 인터페이스(156)를 통한 임의의 통신은 서버(112)에 의해 제어된다. 그러나, 인-서버 SAN 장치의 바람직한 실시예에서, 스토리지 컨트롤러(152)는 독립적으로 네트워크 인터페이스(156)를 액세스할 수 있어, 클라이언트(114)는 SAN을 형성하는 제 1 서버(112a) 내의 하나 또는 그 이상의 스토리지 컨트롤러(152a)와 직접 통신할 수 있거나, 또는 하나 또는 그 이상의 제 1 스토리지 컨트롤러(152a)는 SAN을 형성하기 위해 제 2 스토리지 컨트롤러(152b) 또는 다른 원격 스토리지 컨트롤러(152)와 함께 네트워크를 구성할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 제 1 서버(112a)로부터 원격인 장치는 단일의 공유된 네트워크 어드레스를 통해 제 1 서버(112a) 또는 제 1 스토리지 컨트롤러(152a)에 액세스할 수 있다. 일 실시예에서, 인-서버 SAN 장치는 네트워크 인터페이스(156), 스토리지 컨트롤러(152), 및 서버(112)를 구성하는 공통 인터페이스 모듈(166)을 포함하여, 서버(112) 및 스토리지 컨트롤러(152)는 공유된 네트워크 어드레스를 사용하여 액세스 가능하게 된다.
다른 실시예에서, 서버(112)는 둘 또는 그 이상의 네트워크 인터페이스(156)를 포함한다. 예를 들어, 서버(112)는 하나의 네트워크 인터페이스(156)를 통해 통신할 수 있는 반면, 저장 장치(150)는 다른 인터페이스를 통해 통신할 수 있다. 다른 예에서, 서버(112)는 다수의 저장 장치(150)를 포함하고, 각각은 네트워크 인터페이스(156)를 구비한다. 당업자는 하나 또는 그 이상의 저장 장치(150) 및 하나 또는 그 이상의 네트워크 인터페이스(156)를 구비하는 서버(112)의 다른 구성을 파악할 것이며, 여기서, 하나 또는 그 이상의 저장 장치(150)는 서버(112)로부터 독립적인 네트워크 인터페이스(156)에 액세스한다. 당업자는 또한 이러한 다양한 구성이 네트워크 리던던시(redundancy)를 지원하고 유효성(avaiability)를 향상시키기 위해 확장될 수 있는 방법을 파악할 것이다.
유리하게, 인-서버 SAN 장치는 종래의 SAN의 복잡성 및 고비용을 상당 수 제거한다. 예를 들어, 일반적인 SAN은 외부 스토리지 컨트롤러(152)를 구비하고 데이터 저장 장치(154)와 결합된 서버(112)를 요구한다. 이는 랙에 추가적인 공간을 차지하고 케이블, 스위치 등을 요구한다. 케이블 연결, 스위칭, 종래의 SAN을 구성하기 위해 요구되는 다른 오버헤드는 공간을 차지하고, 대역폭을 감소시키며, 가격이 높다. 인-서버 SAN 장치는 스토리지 컨트롤러(152) 및 결합된 스토리지(154)가 서버(112)에 들어 맞도록 하고, 그 결과 요구되는 공간 및 비용을 감소시킨다. 인-서버 SAN은 또한 내부 및 외부 고속 데이터 버스를 통해 상대적으로 빠른 통신을 사용하는 연결을 허용한다.
일 실시예에서, 저장 장치(150)는 솔리드-스테이트 스토리지 장치(102)이며, 스토리지 컨트롤러(152)는 솔리드-스테이트 스토리지 컨트롤러(104)이며, 데이터 저장 장치(154)는 솔리드-스테이트 스토리지(110)이다. 이 실시예는 여기에 기술된 솔리드-스테이트 스토리지 장치(102)의 속도 때문에 유리하다. 또한, 솔리드-스테이트 스토리지 장치(102)는 서버(112)에 편리하게 들어맞고 적은 공간을 요구하는 DIMM으로 구성될 수 있다.
서버(112) 내의 하나 또는 그 이상의 내부 클라이언트(114a)는 또한 서버의 네트워크 인터페이스(156)를 통해 컴퓨터 네트워크(116)에 연결될 수 있으며, 클라이언트의 연결은 일반적으로 서버(112)에 의해 제어된다. 이는 다수의 장점을 가진다. 클라이언트(114a)는 직접적으로 저장 장치(150)에 국부적이고(locally) 원격적으로 액세스할 수 있고, 클라이언트(114a)와 저장 장치(150)의 메모리 간의 로컬 DMA(DMA) 또는 원격 DMA(RDMA) 데이터 전송을 개시할 수 있다.
다른 실시예에서, 서버(112)의 내부 또는 외부에 구비되는 클라이언트(114,114a)는 하나 또는 그 이상의 네트워크(116)를 통해 클라이언트(114)로의 파일 서버로서 구동할 수 있는 반면, 국부적으로(locally) 부착된 저장 장치(150)를 DAS 장치, 네트워크가 부착된 저장 장치(150), 인-서버 SAN의 일부로서 참여하는 네트워크가 부착된 솔리드-스테이트 스토리지(102) 장치, 외부 SAN, 및 하이브리드 SASN으로서 사용할 수 있다. 저장 장치(150)는 DAS, 인-서버-SAN, SAN, NAS, 및 그 임의의 조합 등에 동시에 참여할 수 있다. 추가적으로, 각각의 저장 장치(150)는 제 1 파티션이 저장 장치(150)를 DAS로서 사용 가능하도록 하고, 제 2 파티션이 저장 장치(150)를 인-서버-SAN의 엘리먼트로서 사용 가능하도록 하고, 제 3 파티션이 저장 장치(150)를 NAS로서 사용 가능하도록 하고, 제 4 파티션이 저장 장치(150)를 SAN의 엘리먼트로서 사용 가능하도록 하는 등의 방법으로 분할될 수 있다. 유사하게, 저장 장치(150)는 안전 및 액세스 제어 요구사항에 일치하도록 분할될 수 있다. 당업자는 저장 장치, 가상 저장 장치, 스토리지 네트워크, 가상 스토리지 네트워크, 개인 스토리지, 공유된 스토리지, 패러렐(parallel) 파일 시스템, 패러렐 객체 파일 시스템, 블록 저장 장치, 객체 저장 장치, 스토리지 어플라이언스, 네트워크 어플라이언스 등의 임의의 조합 및 순열이 구성되고 지원될 수 있는 방법을 파악할 것이다.
또한, 컴퓨터 네트워크(116)로의 직접적인 연결에 의해, 저장 장치(150)는 서로 간에 통신할 수 있고 인-서버 SAN으로서 동작할 수 있다. 서버(112) 내의 클라이언트(114a) 및 컴퓨터 네트워크(116)를 통해 연결된 클라이언트(114)는 SAN으로서 저장 장치(150)에 액세스할 수 있다. 저장 장치(150)를 서버(112)로 이동시키고 저장 장치(150)를 SAN으로 구성하는 기능을 구비함으로써, 서버(112)/저장 장치(150)의 조합은 전용 스토리지 컨트롤러, 파이버 채널 네트워크, 및 다른 장비를 위한 종래의 SAN의 필요를 제거한다. 인-서버 SAN 시스템(103)은 저장 장치(150)가 파워, 쿨링, 관리, 및 물리적 공간과 같은 공통 리소스를 클라이언트(114) 및 컴퓨터(112)와 공유하도록 하는 장점이 있다. 예를 들어, 저장 장치(150)는 서버(112)의 빈 슬랏을 채우고 SAN 또는 NAS의 모든 성능, 신뢰성 및 유효성을 제공할 수 있다. 당업자는 인-서버 SAN 시스템(103)의 다른 특징 및 장점을 파악할 것이다.
다른 구성에서, 다수의 인-서버-SAN 저장 장치(150a)는 단일의 서버(112a) 인프라구조 내에 함께 배치된다. 일 실시예에서, 서버(112a)는 외부 네트워크 인터페이스(156), 외부 클라이언트(114,114b), 또는 외부 저장 장치(150b)를 구비하지 않고 PCI-e IOV를 사용하여 상호연결된 하나 또는 그 이상의 내부 블레이드된(bladed) 서버 클라이언트(114a)를 포함한다.
또한, 인-서버 SAN 저장 장치(150)는 하나 또는 그 이상의 컴퓨터 네트워크(116)를 통해 컴퓨터(112)에 위치되거나(도 1a 참조), 또는 SAN 및 인-서버 SAN 둘 모두의 모든 기능을 구비한 하이브리드 SAN을 형성하도록 컴퓨터(112)를 사용하지 않고 컴퓨터 네트워크(116)에 직접 연결된 피어(peer) 저장 장치(150)와 통신할 수 있다. 이러한 유연성은 다양한 가능한 솔리드-스테이트 스토리지 네트워크 구현들 사이에 확장성(extensibility) 및 이주성(migration)을 단순화시키는 장점을 구비한다. 당업자는 솔리드-스테이트 컨트롤러(104)를 위치시키고 상호연결시키기 위한 다른 조합, 구성, 구현, 및 구조를 파악할 것이다.
네트워크 인터페이스(156a)가 서버(112a) 내에서 동작하는 오직 하나의 에이전트에 의해서만 제어될 수 있는 경우, 그 에이전트 내에서 동작하는 링크 설정 모듈(168)은 내부 클라이언트(114a)와 저장 장치(150a)/제 1 스토리지 컨트롤러(152a) 간의 통신 경로를 네트워크 인터페이스(156a)를 통해 외부 저장 장치(150b) 및 클라이언트(114,114b)로 설정할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 통신 경로가 구축된 경우, 개별적인 내부 저장 장치(150a) 및 내부 클라이언트(114a)는 그들의 고유한 명령 큐를 구축하고 관리하고, 명령 및 데이터를 네트워크 인터페이스(156a)를 통해 외부 저장 장치(150b) 및 클라이언트(114,114b)로 어느 방향으로든, 직접 및 네트워크 인터페이스(156a)를 제어하는 프록시(proxy) 또는 에이전트에 독립적인 RDMA를 통해 전송할 수 있다. 일 실시예에서, 링크 설정 모듈(168)은 초기화 프로세스(initiallization process), 예컨대 하드웨어의 스타트업 또는 초기화 도중 통신 링크를 구축한다.
다른 실시예에서, 프록시 모듈(170)은 스토리지 요청을 서비스하도록 사용되는 명령의 적어도 일부를 제 1 서버(112a)를 통해 지시하는 반면, 스토리지 요청과 결합된 적어도 데이터, 및 다른 명령은 제 1 서버에 독립적으로 제 1 스토리지 컨트롤러 및 외부 저장 장치 간에 통신된다. 다른 실시예에서, 프록시 모듈(170)은 내부 저장 장치(150a) 및 클라이언트(114a)를 위해 명령 또는 데이터를 전달한다.
일 실시예에서, 제 1 서버(112a)는 제 1 서버(!12a) 내부에 하나 또는 그 이상의 서버를 포함하고, 제 1 서버(112a) 내의 하나 또는 그 이상의 서버가 분리된 가상 버스를 통해 하나 또는 그 이상의 스토리지 컨트롤러(152a)에 독립적으로 액세스하도록 허용하는 가상 버스 모듈(172)을 포함한다. 가상 버스는 PCIe-IOV와 같은 개선된 버스 프로토콜을 사용하여 구축될 수 있다. IOV를 지원하는 네트워크 인터페이스(156a)는 하나 또는 그 이상의 서버 및 하나 또는 그 이상의 스토리지 컨트롤러가 하나 또는 그 이상의 네트워크 인터페이스(156a)를 독립적으로 제어하도록 허용할 수 있다.
다양한 실시예에서, 인-서버 SAN 장치는 둘 또는 그 이상의 저장 장치(150)가 RAID로 구성되도록 허용한다. 일 실시예에서, 인-서버 SAN 장치는 둘 또는 그 이상의 스토리지 컨트롤러(152)를 RAID로서 구성하는 전단(front-end) RAID 모듈(174)을 포함한다. 클라이언트(114,114a)로부터의 스토리지 요청이 데이터를 저장시키는 요청을 포함하는 경우, 전단 RAID 모듈(174)은 특별히 구현된 RAID 레벨에 일치하여 RAID로 데이터를 기록함으로써 스토리지 요청을 서비스한다. 제 2 스토리지 컨트롤러(152)는 제 1 서버(112a) 또는 제 1 서버(112a)의 외부 중 어느 하나에 위치될 수 있다. 전단 RAID 모듈(174)은 스토리지 컨트롤러(152)의 RAID를 허용하여, 스토리지 컨트롤러(152)가 스토리지 요청을 전송하는 클라이언트(114,114a)에 보여지도록 한다. 이는 스트라이핑 및 패리티 정보가 마스터로 지정된 스토리지 컨트롤러(152)에 의해 또는 클라이언트(114,114a)에 의해 관리되도록 한다.
다른 실시예에서, 인-서버 SAN 장치는 스토리지 컨트롤러에 의해 제어되는 둘 또는 그 이상의 데이터 저장 장치(154)를 RAID로서 구성하는 후단(back-end) RAID 모듈(176)을 포함한다. 클라이언트로부터의 스토리지 요청이 데이터를 저장시키는 요청을 포함한 경우, 후단 RAID 모듈(176)은 구현된 RAID 레벨에 맞춰 RAID로 데이터를 기록함으로써 스토리지 요청을 서비스하여, RAID로서 구성된 저장 장치(154)가 제 1 스토리지 컨트롤러(152)에 의해 제어되는 단일의 데이터 저장 장치(154)로서 클라이언트(114,114a)에 의해 액세스되도록 한다. 이러한 RAID 구성은 RAID화(RAIDing)가 데이터 저장 장치(154)에 액세스하는 임의의 클라이언트(114,114a)에 대해 투명(transparent)하게 되는 방법으로 스토리지 컨트롤러(152)에 의해 제어되는 데이터 저장 장치(154)의 RAID화(RAIDing)를 허용한다. 다른 실시예에서, 전단 RAID 및 후단 RAID 둘 모두는 다중-레벨 RAID를 구비하도록 구현된다. 당업자는 여기에 기술된 솔리드-스테이트 스토리지 컨트롤러(104) 및 결합된 솔리드-스테이트 스토리지(110)에 맞게 저장 장치(152)를 RAID 시키는 다른 방법을 파악할 것이다.
스토리지 컨트롤러-관리 객체 장치(Apparatus For Storage Controller-Managed Objects)
도 2a는 본 발명에 따른 스토리지 장치 내의 객체 관리를 위한 장치(200)의 일 실시예를 설명하는 개략적인 블록도이다. 상기 장치(200)는 객체 요청 리시버 모듈(260), 파싱 모듈(262), 명령 실행 모듈(264), 객체 인덱스 모듈(266), 객체 요청 큐잉(queing) 모듈(268), 메시지 모듈(270)을 포함한 패킷타이저(302), 및 객체 인덱스 재구성 모듈(272)을 포함한 스토리지 컨트롤러(152)를 포함하며, 이들은 이하 기술된다.
스토리지 컨트롤러(152)는 도 1b의 시스템(102)와 관련되어 기술된 스토리지 컨트롤러(152)와 실질적으로 유사하며, 도 2와 관련되어 기술된 솔리드-스테이트 스토리지 장치 컨트롤러(202)일 수 있다. 상기 장치(200)는 하나 또는 그 이상의 요청 장치(155)로부터 객체 요청을 수신하는 객체 요청 리시버 모듈(260)을 포함한다. 예를 들어, 객체 데이터 요청의 저장을 위해, 스토리지 컨트롤러(152)는 데이터 세그먼트를 데이터 패킷으로서 스토리지 컨트롤러(152)와 결합된 데이터 스토리지 장치(154)에 저장한다. 객체 요청은 일반적으로 스토리지 컨트롤러에 의해 관리되는 객체를 위해 하나 또는 그 이상의 객체 데이터 패킷 내에 저장된 또는 저장될 데이터 세그먼트에 보내진다. 객체 요청은 스토리지 컨트롤러(152)가 데이터로 추후 채워질 객체에서 로컬 또는 원격 DMA(Direct Memory Access) 또는 RDMA(Remote DMA) 전송을 사용할 수 있는 추후 객체 요청(later object 요청)을 생성하도록 요청할 수 있다.
일 실시예에서, 객체 요청은 객체의 전부 또는 일부를 이전에 생성된 객체에 기록하도록 하는 기록 요청이다. 일 예에서, 기록 요청은 객체의 데이터 세그먼트를 위한 것이다. 객체의 다른 데이터 세그먼트는 스토리지 장치(150) 또는 다른 스토리지 장치(152)에 기록될 수 있다. 다른 예에서, 기록 요청은 모든 객체를 위한 것이다. 다른 예에서, 객체 요청은 스토리지 컨트롤러(152)에 의해 관리된 데이터 세그먼트로부터 데이터를 독출하도록 한다. 다른 실시예에서, 객체 요청은 데이터 세그먼트 또는 객체를 삭제하도록 하는 삭제 요청이다.
유익하게, 스토리지 컨트롤러(152)는 새로운 객체를 기록하거나 기존의 객체에 데이터를 추가하는 것보다 더 하도록 하는 기록 요청을 받아들일 수 있다. 예를 들어, 객체 요청 리시버 모듈(260)에 의해 수신된 기록 요청은 스토리지 컨트롤러(152)에 의해 저장된 데이터의 앞에 데이터를 더하도록 하는 요청을 포함하여, 저장된 데이터에 데이터를 삽입하거나, 또는 데이터의 세그먼트를 교체할 수 있다. 스토리지 컨트롤러(152)에 의해 유지되는 객체 인덱스(object index)는 다른 스토리지 컨트롤러에서는 유효하지 않지만, 현재 서버 및 다른 컴퓨터의 파일 시스템 내의 스토리지 컨트롤러의 외부에서만 유효한 복합(complex) 기록 동작을 위해 요구되는 유연성(flexibility)을 제공한다.
상기 장치(200)는 객체 요청을 하나 또는 그 이상의 명령으로 파싱하는 파싱 모듈(262)을 포함한다. 일반적으로, 파싱 모듈(262)은 객체 요청을 하나 또는 그 이상의 버퍼로 파싱한다. 예를 들어, 객체 요청 내의 하나 또는 그 이상의 명령은 명령 버퍼(command buffer)로 파싱될 수 있다. 일반적으로, 파싱 모듈(262)은 객체 요청을 준비하여, 객체 요청 내의 정보가 스토리지 컨트롤러(152)에 의해 이해되고 실행될 수 있도록 한다. 당업자는 객체 요청을 하나 또는 다른 명령으로 파싱하는 파싱 모듈(262)의 다른 기능을 인지할 것이다.
상기 장치(200)는 객체 요청으로부터 파싱된 명령(들)을 실행하는 명령 실행 모듈(264)을 포함한다. 일 실시예에서, 명령 실행 모듈(264)은 하나의 명령을 실행한다. 다른 실시예에서, 명령 실행 모듈(264)은 다중 명령을 실행한다. 일반적으로, 명령 실행 모듈(264)은 객체 요청으로부터 파싱된 명령, 예컨대 기록 명령을 번역하고, 그리고 나서 서브명령(subcommands)을 생성, 큐잉(queue) 및 실행한다. 예를 들어, 객체 요청으로부터 파싱된 기록 명령은 스토리지 컨트롤러(152)로 보내져 다수의 데이터 세그먼트를 저장한다. 객체 요청은 또한 암호화, 압축 등과 같은 요구되는 속성(attributes)을 포함한다. 명령 실행 모듈(264)은 스토리지 컨트롤러(152)로 전달되어 데이터 세그먼트를 압축하고, 데이터 세그먼트를 암호화하고, 하나 또는 그 이상의 데이터 패킷 및 각각의 데이터 패킷에 대해 결합된 헤더를 생성하고, 미디어 암호화 키를 사용하여 데이터 패킷을 암호화하고, 에러 정정 코드를 추가하고, 그리고 데이터 패킷을 특정 장소에 저장하도록 할 수 있다. 데이터 패킷의 특정 장소로의 저장 및 서브명령은 다른 낮은 레벨의 서브명령으로 분할될 수도 있다. 당업자는 명령 실행 모듈(264)이 객체 요청으로부터 파싱된 하나 또는 그 이상의 명령을 실행할 수 있는 다른 방법을 인지할 것이다.
상기 장치(200)는 객체를 생성하거나 또는 객체의 데이터 세그먼트를 저장하는 스토리지 컨트롤러(152)에 응답하여 객체 인덱스 내의 객체 엔트리(object entry)를생성하는 객체 인덱스 모듈(266)을 포함한다. 일반적으로, 스토리지 컨트롤러(152)는 데이터 세그먼트로부터 데이터 패킷을 생성하고, 데이터 패킷이 저장된 장소는 데이터 세그먼트가 저장된 시점에 할당된다. 데이터 세그먼트와 함께 수신되거나 또는 객체 요청의 일부로서의 객체 메타데이터(object metadata)는 유사한 방법으로 저장될 수 있다.
객체 인덱스 모듈(266)은 데이터 패킷이 저장되고 데이터 패킷의 물리적 어드레스가 할당된 시점에 객체 엔트리를 객체 인덱스로 생성한다. 객체 엔트리는 객체의 논리적 식별자(logical identifier)와 스토리지 컨트롤러(152)가 하나 또는 그 이상의 데이터 패킷 및 임의의 객체 메타데이터 패킷을 저장한 하나 또는 그 이상의 해당 물리적 어드레스 간의 매핑(mapping)을 포함한다. 다른 실시예에서, 객체 인덱스 내의 엔트리는 객체의 데이터 패킷이 저장되기 전에 생성된다. 예를 들어, 스토리지 컨트롤러(152)가 미리 데이터 패킷이 저장될 물리적 어드레스를 결정한 경우, 객체 인덱스 모듈(266)은 객체 인덱스 내에 엔트리를 미리 생성할 수 있다.
일반적으로, 독출-변경-기록(read-modify-write) 동작 도중 발생할 수 있는, 객체 요청 또는 객체 요청의 그룹이 객체 또는 데이터 세그먼트가 변경되는 것을 야기한 경우, 객체 인덱스 모듈(266)은 변경된 객체에 대응하는 객체 인덱스 내의 엔트리를 업데이트한다. 일 실시예에서, 객체 인덱스는 새로운 객체 및 변경된 객체에 대한 객체 인덱스 내에 새로운 엔트리를 생성한다. 일반적으로, 객체의 일부만이 변경된 경우, 객체는 변경된 데이터 패킷과 변경되지 않은 채 유지된 일부 데이터 패킷을 포함한다. 이 경우, 새로운 엔트리는 처음부터 기록된 대로의 변하지 않은 데이터 패킷에 대한 매핑과 새로운 장소에 기록된 변경된 객체로의 매핑을 포함한다.
다른 실시예에서, 객체 요청 리시버 모듈(260)이 데이터 블록 또는 다른 객체 엘리먼트를 삭제하는 명령을 포함한 객체 요청을 수신하면, 스토리지 컨트롤러(152)는 객체에 대한 참조(reference), 객체와의 관계, 및 삭제된 데이터 블록의 사이즈를 포함하는 정보를 포함한 삭제 패킷(erase packet)과 같은 적어도 하나의 패킷을 저장할 수 있다. 또한, 삭제된 객체 엘리먼트가 영으로 채워지도록 더 지시할 수 있다. 따라서, 삭제 객체 요청은 삭제된 실제 메모리 또는 스토리지를 에뮬레이트(emulate)하도록 사용될 수 있고, 메모리/스토리지의 셀에 실제로 영이 저장된 적절한 메모리/스토리지의 일부를 실제로 구비할 수 있다.
유리하게, 데이터 세그먼트와 객체의 메타데이터 간의 매핑을 지시하는 엔트리를 구비한 객체 인덱스를 생성하는 것은 스토리지 컨트롤러(152)가 자발적으로 객체를 조작하고 관리하도록 한다. 이러한 기능은 스토리지 장치(150)에 데이터를 저장함에 있어서 매우 많은 유연성을 제공한다. 객체에 대한 인덱스 엔트리가 생성되면, 객체에 대한 수반되는 객체 요청은 스토리지 컨트롤러(152)에 의해 효율적으로 서비스된다.
일 실시예에서, 스토리지 컨트롤러(152)는 파싱 모듈(262)에 의해 파싱하기 전에 객체 요청 리시버 모듈(260)에 의해 수신된 하나 또는 그 이상의 객체 요청을 큐잉하는 객체 요청 큐잉 모듈을 포함한다. 객체 요청 큐잉 모듈(268)은 객체 요청이 수신된 시기와 실행된 시기 간의 유연성을 제공한다.
다른 실시예에서, 스토리지 컨트롤러(152)는 하나 또는 그 이상의 데이터 세그먼트로부터 하나 또는 그 이상의 데이터 패킷을 생성하는 패킷타이저(302)를 포함하며, 여기서 데이터 패킷은 데이터 스토리지 장치(154) 내의 스토리지를 위한 사이즈로 구성된다. 패킷타이저(302)는 도 3을 참조로 이하 보다 상세하게 기술된다. 일 실시예에서, 패킷타이저(302)는 각각의 패킷에 대해 헤더를 생성하는 메시지 모듈(270)을 포함한다. 헤더는 패킷 식별자 및 패킷 길이를 포함한다. 패킷 식별자는 패킷을 패킷이 형성된 객체에 연관시킨다.
일 실시예에서, 각각의 패킷은 자급식(self-contained)인 패킷 식별자를 포함하며, 패킷 식별자는 패킷 내에 포함된 객체 엘리먼트의 객체 내에 객체 및 관계를 식별하기에 충분한 정보를 포함한다. 그러나, 보다 효율적인 바람직한 실시예는 패킷을 컨테이너(contyainers)에 저장한다.
컨테이너는 패킷의 보다 효율적인 저장을 구현하는 데이터 구조이며, 객체와 데이터 패킷, 메타데이터 패킷, 및 컨테이너에 저장된 객체와 연관된 다른 패킷 간의 관계를 구축하는데 도움을 준다. 스토리지 컨트롤러(152)는 일반적으로 객체의 일부로서 수신된 객체 메타데이터와 데이터 세그먼트를 유사한 방식으로 취급한다. 일반적으로 "패킷"은 데이터, 메타데이터를 포함한 메타데이터 패킷, 또는 다른 패킷 타입의 다른 패킷을 포함한 데이터 패킷을 언급할 수 있다. 객체는 하나 또는 그 이상의 컨테이너에 저장될 수 있으며, 컨테이너는 일반적으로 하나의 고유한 객체만을 위해 패킷을 포함한다. 객체는 다수의 컨테이너 사이에 분산될 수 있다. 일반적으로 컨테이너는 단일 논리적 소거 블록(single logical erase block)(저장 단위(storage division) 내에 저장되고, 일반적으로 논리적 소거 블록들 간에 분할되지는 않는다.
일 예에서, 컨테이너는 둘 또는 그 이상의 논리적/가상 페이지 사이에 분할될 수 있다. 컨테이너는 객체를 구비한 컨테이너와 결합된 컨테이너 라벨에 의해 식별된다. 컨테이너는 많은 패킷에 영을 포함할 수 있고, 컨테이너 내의 패킷은 일반적으로 하나의 객체로부터 올 수 있다. 패킷은 많은 객체 엘리먼트 타입으로 구성될 수 있으며, 이는 객체 속성 엘리먼트, 객체 데이터 엘리먼트, 객체 인덱스 엘리먼트 등을 포함한다. 하이브리드 패킷(hybrid packets)은 하나의 객체 엘리먼트 타입보다 많은 것을 포함할 수 있다. 컨테이너 내 각각의 패킷은 일반적으로 객체와의 관계를 식별하는 고유한 식별자를 포함한다.
각각의 패킷은 하나의 컨테이너와 결합된다. 바람직한 실시예에서, 컨테이너는 소거 블록으로 제한되어, 각각의 소거 블록의 시작(beginning)에서 또는 그 근처에서 컨테이너 패킷이 발견될 수 있다. 이는 오류가 발생된(corrupted) 패킷 헤더를 포함한 소거 블록에 대한 데이터 손실을 제한하는 것을 도운다. 이 실시예에서, 객체 인덱스가 유효하지 않고 소거 블록 내의 패킷 헤더가 오류를 일으킨 경우, 오류를 일으킨 패킷 헤더로부터 소거 블록의 끝까지의 컨텐츠는 손실될 것이며, 이는 수반하는(subsequent) 패킷의 위치를 결정하는 신뢰성 있는 메커니즘이 존재하지 않기 때문이다. 다른 실시예에서, 보다 신뢰성 있는 접근은 페이지 경계(page boundary)로 제한된 컨테이너를 구비하는 것이다. 이 실시예는 오버헤드된 더 많은 헤더를 요구한다. 다른 실시예에서, 컨테이너는 페이지를 걸쳐 흐를 수 있으며, 블록 경계를 삭제할 수 있다. 이는 오버헤드된 헤더를 더 적게 요구하나, 패킷에 오류가 발생된 경우, 데이터의 보다 많은 부분이 손실될 수 있다. 이러한 다수의 실시예에서, RAID의 일부 타입은 데이터 보전(data integrity)을 더 보증하도록 사용되는 것이 예상된다.
일 실시예에서, 상기 장치(200)는 데이터 스토리지 장치(154)에 저장된 패킷 헤더로부터의 정보를 사용하여 객체 인덱스 내의 엔트리를 재구성하는 객체 인덱스 재구성 모듈(272)을 포함한다. 일 실시예에서, 객체 인덱스 재구성 모듈(272)은 각각의 패킷이 속한 객체를 결정하기 위해 헤더를 독출함으로써 그리고 객체 내에서 데이터 또는 메타데이터가 속하는 장소를 결정하기 위해 시퀀스 정보를 독출함으로써 객체 인덱스의 엔트리를 재구성한다. 객체 인덱스 재구성 모듈(272)은 각각의 패킷에 대한 물리적 어드레스 정보 및 패킷의 물리적 위치와 객체 식별자 및 데이터 세그먼트 시퀀스 간의 매핑을 생성하는 타임스탬프 또는 시퀀스 정보를 사용한다. 타임스탬프 또는 시퀀스 정보는 객체 인덱스 재구성 모듈(272)에 의해 사용되어, 인덱스에 만들어진 변화의 시퀀스를 재생하여, 그에 의해 일반적으로 가장 최근의 상태를 재구축한다.
다른 실시예에서, 객체 인덱스 재구성 모듈(272)은 컨테이너 패킷 정보와 함께 패킷 헤더 정보를 사용하여 패킷을 위치시켜, 패킷의 물리적 위치, 객체 식별자, 및 각각의 패킷의 시퀀스 번호를 식별하여, 객체 인덱스 내의 엔트리를 재구성한다. 일 실시예에서, 소거 블록은 타임 스탬프되거나 또는 패킷이 기록된대로 시퀀스 번호가 주어지고, 소거 블록의 타임스탬프 또는 시퀀스 정보는 컨테이너 헤더 및 패킷 헤더로부터 수집된 정보와 함께 사용되어 객체 인덱스를 재구성한다. 다른 실시예에서, 소거 블록이 복구된 경우 타임스탬프 또는 시퀀스 정보는 소거 블록으로 기록된다.
객체 인덱스가 휘발성 메모리에 저장된 경우, 에러, 전원 손실, 또는 객체 인덱스의 저장 없이 스토리지 컨트롤러(152)가 셧 다운되도록 유발시키는 다른 문제는 객체 인덱스가 재구성될 수 없는 경우 문제가 될 수 있다. 객체 인덱스 재구성 모듈(272)은 객체 인덱스가 휘발성 메모리의 장점, 예컨대 빠른 액세스를 허용하는 휘발성 메모리 내에 저장되도록 한다. 객체 인덱스 재구성 모듈(272)은 스토리지 장치(150)의 외부에 구비된 장치에 의존하지 않고 자발적으로 객체 인덱스의 빠른 재구성을 허용한다.
일 실시예에서, 휘발성 메모리의 객체 인덱스는 주기적으로 데이터 스토리지 장치(154)에 저장된다. 특정 예에서, 객체 인덱스 또는 "인덱스 메타데이터"는 솔리드-스테이트 스토리지(110)에 주기적으로 저장된다. 다른 실시예에서, 인덱스 메타데이터는 패킷을 저장하는 솔리드-스테이트 스토리지(110a-110n-1)로부터 분리된 솔리드-스테이트 스토리지(110n)에 저장된다. 인덱스 메타데이터는 데이터 및 요청 장치(155)로부터 전송된 객체 메타데이터로부터 독립적으로 관리되고, 스토리지 컨트롤러(152)/솔리드-스테이트 스토리지 장치 컨트롤러(202)에 의해 관리된다. 다른 데이터 및 객체로부터의 메타데이터로부터 분리된 인덱스 메타데이터를 관리하고 저장하는 것은 스토리지 컨트롤러(152)/솔리드-스테이트 스토리지 장치 컨트롤러(202)가 불필요하게 객체 메타데이터를 처리도록 하지 않고 효율적인 데이터 플로우를 허용한다.
일 실시예에서, 객체 요청 리시버 모듈(260)에 의해 수신된 객체 요청이 기록 요청을 포함한 경우, 스토리지 컨트롤러(152)는 로컬 DMA(Direct Memory Access) 또는 RDMA(Remote DMA) 동작으로서 요청 장치(155)의 메모리로부터 객체의 하나 또는 그 이상의 데이터 세그먼트를 수신한다. 바람직한 실시예에서, 스토리지 컨트롤러(152)는 하나 또는 그 이상의 DMA 또는 RDMA 동작으로 요청 장치(155)의 메모리로부터 데이터를 끌어온다. 다른 실시예에서, 요청 장치(155)는 데이터 세그먼트(들)를 하나 또는 그 이상의 DMA 또는 RDMA 동작으로 스토리지 컨트롤러(152)로 밀어낸다. 다른 실시예에서, 객체 요청이 독출 요청을 포함하는 경우, 스토리지 컨트롤러(152)는 하나 또는 그 이상의 DMA 또는 RDMA 동작으로 요청 장치(155)의 메모리로 객체의 하나 또는 그 이상의 데이터 세그먼트를 전송한다. 바람직한 예에서, 스토리지 컨트롤러(152)는 하나 또는 그 이상의 DMA 또는 RDMA 동작으로 데이터를 요청 장치(155)의 메모리로 밀어낸다. 다른 예에서, 요청 장치(155)는 하나 또는 그 이상의 DMA 또는 RDMA 동작으로 스토리지 컨트롤러(152)로부터 데이터를 끌어온다. 다른 예에서, 스토리지 컨트롤러(152)는 하나 또는 그 이상의 DMA 또는 RDMA 동작으로 요청 장치(155)의 메모리로부터 객체 명령 요청 세트를 끌어온다. 다른 예에서, 요청 장치(155)는 하나 또는 그 이상의 DMA 또는 RDMA 동작으로 스토리지 컨트롤러(152)로 객체 명령 요청 세트를 밀어낸다.
일 실시예에서, 스토리지 컨트롤러(152)는 블록 스토리지를 에뮬레이트하고 요청 장치(155)와 스토리지 컨트롤러(152) 간에 통신되는 객체는 하나 또는 그 이상의 데이터 블록을 포함한다. 일 실시예에서, 요청 장치(155)는 드라이버를 포함하여, 스토리지 장치(150)은 블록 스토리지 장치로 구현된다. 예를 들어, 요청 장치(152)는 특정 사이즈의 데이터의 블록을 요청 장치(155)가 데이터 블록을 저장하기 원하는 장소의 물리적 어드레스와 함께 전송할 수 있다. 스토리지 컨트롤러(152)는 데이터 블록을 수신하고, 데이터 블록과 함께 전송된 물리적 블록 어드레스 또는 물리적 블록 어드레스의 변환을 객체 식별자로서 사용한다. 그리고 나서 스토리지 컨트롤러(152)는 데이터 블록의 패킷타이징 및 의도한대로 데이터 블록을 저장함으로써 데이터 블록을 객체 또는 객체의 데이터 세그먼트로 저장한다. 그리고 나서, 객체 인덱스 모듈(266)은 물리적 블록-기반 객체 식별자 및 스토리지 컨트롤러(156)가 데이터 블록으로부터의 데이터를 포함한 데이터 패킷을 저장한 장소의 실제 물리적 위치를 이용하여 객체 인덱스 내에 엔트리를 생성한다.
다른 실시예에서, 스토리지 컨트롤러(152)는 블록 객체를 승인함으로써 블록 스토리지를 에뮬레이트한다. 블록 객체는 블록 구조 내의 하나 또는 그 이상의 데이터 블록을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 스토리지 컨트롤러(152)는 블록 객체를 임의의 다른 객체로서 취급한다. 다른 실시예에서, 객체는 전체 블록 장치, 블록 장치의 파티션, 또는 트랙, 섹터, 채널 등을 포함한 블록 장치의 다른 논리적 또는 물리적 서브-엘리먼트를 나타낼 수 있다. 구체적으로는 블록 장치 RAID 그룹을 프로그레시브 RAID와 같이 상이한 RAID를 지원하는 객체로 리매핑하는 기능이다. 당업자는 전통적인 또는 미래의 블록 장치를 객체로 매핑하는 다른 방법을 인지할 것이다.
솔리드-스테이트 스토리지 장치
도 2b는 본 발명에 따른 솔리드-스테이트 스토리지 장치(102) 내의 데이터 기록 파이프라인(106) 및 데이터 독출 파이프라인(108)을 포함하는 솔리드-스테이트 스토리지 장치 컨트롤러(202)의 일 실시예(201)를 설명하는 개략적인 블록도이다. 솔리드-스테이트 스토리지 장치 컨트롤러(202)는 다수의 솔리드-스테이트 스토리지 컨트롤러 0 내지 N(104a-n)을 포함할 수 있으며, 각각은 솔리드-스테이트 스토리지(110)을 제어한다. 도시된 실시예에서, 두 개의 솔리드-스테이트 컨트롤러가 도시된다: 솔리드-스테이트 컨트롤러 0(104a) 및 솔리드-스테이트 스토리지 컨트롤러 N(104n)이며, 각각은 솔리드-스테이트 스토리지(110a-n)을 제어한다. 도시된 실시예에서, 솔리드-스테이트 스토리지 컨트롤러 0(104a)는 데이터 채널을 제어하여, 부착된 솔리드-스테이트 스토리지(110a)는 데이터를 제어한다. 솔리드-스테이트 스토리지 컨트롤러 N(104n)은 저장된 데이터와 결합된 인덱스 메타데이터 채널을 제어하고 결합된 솔리드-스테이트 스토리지(110n)은 인덱스 메타데이터를 저장한다. 대체적인 실시예에서, 솔리드-스테이트 스토리지 장치 컨트롤러(202)는 단일 솔리드-스테이트 스토리지(110a)를 구비하는 단일 솔리드-스테이트 컨트롤러(104a)를 포함한다. 다른 실시예에서, 다수의 솔리드-스테이트 스토리지 컨트롤러(104a-n) 및 결합된 솔리드-스테이트 스토리지(110a-n)가 구비된다. 일 실시예에서, 결합된 솔리드-스테이트 스토리지(110a-110n-1)와 결합된 하나 또는 그 이상의 솔리드-스테이트 컨트롤러(104a-104n-1)는 데이터를 제어하는 반면, 그 결합된 솔리드-스테이트 스토리지(110n)와 결합된 적어도 하나의 솔리드-스테이트 스토리지 컨트롤러(104n)는 인덱스 메타데이터를 제어한다.
일 실시예에서, 적어도 하나의 솔리드-스테이트 컨트롤러(104)는 FPGA(Field-Programmable Gate Array)이며, 컨트롤러 기능은 FPGA에 프로그램된다. 구체적인 실시예에서, FPGA는 Xilinx® FPGA이다. 다른 실시예에서, 솔리드-스테이트 스토리지 컨트롤러(104)는 솔리드-스테이트 스토리지 컨트롤러(104)로서 구체적으로 디자인된 컴포넌트, 예컨대 ASIC(Application-Specific Integrated Circuit) 또는 커스텀 논리 솔루션을 포함한다. 각각의 솔리드-스테이트 스토리지 컨트롤러(104)는 일반적으로 데이터 기록 파이프라인(106) 및 데이터 독출 파이프라인(108)을 포함하며, 이는 도 3과 관련하여 더 기술된다. 다른 실시예에서, 적어도 하나의 솔리드-스테이트 스토리지 컨트롤러(104)는 FPGA, ASIC 및 커스텀 논리 컴포넌트의 조합으로 만들어진다.
솔리드-스테이트 스토리지
솔리드-스테이트 스토리지
솔리드-스테이트 스토리지(110)는 비-휘발성 솔리드-스테이트 스토리지 엘리먼트(216,218,220)의 어레이로 구성되며, 이는 뱅크(214) 내에 배열되고, 양방향 스토리지 I/O(Input/Output) 버스(210)를 통해 병렬로(in parallel) 액세스된다. 일 실시예에서, 스토리지 I/O 버스(210)는 어느 때라도 단방향 통신이 가능하다. 예를 들어, 데이터가 솔리드-스테이트 스토리지(110)에 기록되는 경우, 데이터는 솔리드-스테이트 스토리지(110)으로부터 독출될 수 없다. 다른 실시예에서, 데이터는 두 방향으로 동시에 흐를 수 있다. 그러나, 여기서 데이터 버스에 관하여 사용된 바와 같이, 양방향은 한 번에 오직 한 방향으로만 흐르는 데이터를 가지는 데이터 경로를 의미하지만, 양방향 데이터 버스에서 일 방향으로 흐르는 데이터가 정지된 경우, 데이터는 양방향 데이터 버스에서 반대 방향으로 흐를 수 있다.
솔리드-스테이트 스토리지 엘리먼트(예컨대, SSS 0.0(216a))는 일반적으로 칩(하나 또는 그 이상의 다이의 패키지) 또는 회로기판 상의 다이(die)로 구성된다. 도시된 바와 같이, 이들 다수의 엘리먼트가 칩 패키지, 칩 패키지의 스택, 또는 다른 패키지 엘리먼트에서 함께 패키지로 구성될지라도, 솔리드-스테이트 스토리지 엘리먼트(예컨대 216a)는 다른 솔리드-스테이트 스토리지 엘리먼트(예컨대 218a)와 독립적으로 또는 반-독립적으로(semi-independently) 동작한다. 도시된 바와 같이, 솔리드-스테이트 스토리지 엘리먼트(216,218,220)의 컬럼은 뱅크(214)로 지시된다. 도시된 바와 같이, "n" 개의 뱅크(214a-n) 및 솔리드-스테이트 스토리지(110) 내의 n×m 솔리드-스테이트 스토리지 엘리먼트(216,218,220)의 어레이 내의 뱅크 당 "m" 개의 솔리드-스테이트 스토리지 엘리먼트(216a-m,218a-m,220a-m)가 구비된다. 일 실시예에서, 솔리드-스테이트 스토리지(110a)는 여덟 개의 뱅크(214)와 함께 뱅크(214) 당 스무 개의 솔리드-스테이트 스토리지 엘리먼트(216,218,220)를 포함하고, 솔리드-스테이트 스토리지(110n)은 한 개의 뱅크(214)와 함께 뱅크(214) 당 두 개의 솔리드-스테이트 스토리지 엘리먼트(216,218)을 포함한다. 일 실시예에서, 각각의 솔리드-스테이트 스토리지 엘리먼트(216,218,220)은 SLC(Single-Level Cell) 장치를 포함한다. 다른 실시예에서, 각각의 솔리드-스테이트 스토리지 엘리먼트(216,218,220)은 MLC(Multi-Level Cell) 장치를 포함한다.
일 실시예에서, 공통 스토리지 I/O 버스(210a) 열(예컨대, 216b,218b,220b)을 공유하는 다수의 뱅크에 대한 솔리드-스테이트 스토리지 엘리먼트는 함께 패키지로 구성된다. 일 실시예에서, 솔리드-스테이트 스토리지 엘리먼트(216,218,220)은 하나 또는 그 이상의 칩이 수직으로 적층되고 칩 당 하나 또는 그 이상의 다이를 구비할 수 있고, 각각의 다이는 독립적으로 액세스될 수 있다. 다른 실시예에서, 솔리드-스테이트 스토리지 엘리먼트(예컨대 SSS 0.0(216a))는 다이 당 하나 또는 그 이상의 가상 다이를 구비하고, 칩 당 하나 또는 그 이상의 다이를 구비하고, 하나 또는 그 이상의 칩이 수직으로 적층되고, 각각의 가상 다이(virtual die)는 독립적으로 액세스될 수 있다. 다른 실시예에서, 솔리드-스테이트 스토리지 엘리먼트(SSS 0.0(216a))는 다이 당 하나 또는 그 이상의 가상 다이를 구비할 수 있고, 수직으로 적층된 하나 또는 그 이상의 다이의 일부 또는 전부와 함께 칩 당 하나 또는 그 이상의 다이를 구비할 수 있고, 각각의 가상 다이는 독립적으로 액세스될 수 있다.
일 실시예에서, 두 개의 다이는 그룹 당 네 개의 스택을 포함하여 수직으로 적층되어 여덟 개의 스토리지 엘리먼트(예컨대 SSS0.0-SSS 0.8)(216a-220a)를 형성하며, 각각은 별개의 뱅크(214a-n)에 구비된다. 다른 실시예에서, 20 개의 스토리지 엘리먼트(예컨대 SSS 0.0-SSS 20.0)(216)는 가상 뱅크(214a)를형성하여, 여덟 개의 가상 뱅크 각각은 20 개의 스토리지 엘리먼트(예컨대 SSS 0.0-SSS 20.8)(216,218,220)을 구비한다. 데이터는 스토리지 I/O 버스(210)을 통해 솔리드-스테이트 스토리지(110)으로 전송되고 스토리지 엘리먼트(SSS 0.0-SSS 0.8)(216a,218a,220a)의 특정 그룹의 모든 스토리지 엘리먼트로 전송된다. 스토리지 컨트롤 버스(212a)는 특정 뱅크(예컨대 뱅크-0(214a))를 선택하도록 사용되어, 모든 뱅크(214)로 연결된 스토리지 I/O 버스(210)를 통해 수신된 데이터가 선택된 뱅크(214a)로 기록된다.
바람직한 실시예에서, 스토리지 I/O 버스(210)는 하나 또는 그 이상의 독립적인 I/O 버스들(210 a.a-m, 210 n.1-m을 포함하는 IIOBa-m)로 구성되며, 각각의 열(row) 내의 솔리드-스테이트 스토리지 엘리먼트는 각각의 솔리드-스테이트 스토리지 엘리먼트(216,218,220)에 병렬로 액세스하는 독립적인 I/O 버스들 중 하나를 공유하여, 모든 뱅크(214)는 동시에 액세스된다. 예를 들어, 스토리지 I/O 버스(210)의 하나의 채널은 각각의 뱅크(214a-n)의 제 1 솔리드-스테이트 스토리지 엘리먼트(216a,218a,220a)에 동시에 액세스할 수 있다. 스토리지 I/O 버스(210)의 제 2 채널은 각각의 뱅크(214a-n)의 제 2 솔리드-스테이트 스토리지 엘리먼트(216b,218b,220b)에 동시에 액세스할 수 있다. 솔리드-스테이트 스토리지 엘리먼트(216,218,220)의 각각의 열은 동시에 액세스된다. 일 실시예에서, 솔리드-스테이트 스토리지 엘리먼트(216,218,220)가 멀티-레벨(물리적으로 적층됨)이면, 솔리드-스테이트 스토리지 엘리먼트(216,218,220)의 모든 물리적 레벨들은 동시에 액세스된다. 여기에 사용된 "동시(simultaneously)"는 또한 장치가 스위칭 노이즈를 방지하기 위해 다소 상이한 인터벌을 두고 액세스되는 거의 동시 접속을 포함한다. 용어 "동시"는 본 발명의 명세서에서 명령 및/또는 데이터가 개별적으로 하나가 전송되고 그 다음에 다른 하나가 전송되는 순차적(sequential) 또는 직렬(serial) 액세스와 구별하도록 사용된다.
일반적으로, 뱅크(214a-n)는 스토리지 컨트롤 버스(212)를 사용하여 독립적으로 선택된다. 일 실시예에서, 뱅크(214)는 칩 인에이블(chip enable) 또는 칩 선택(chip select)를 사용하여 선택된다. 챕 선택 및 칩 인에이블 둘 모두가 유효한 경우, 스토리지 컨트롤 버스(212)는 멀티-레벨의 솔리드-스테이트 스토리지 엘리먼트(216,218,220) 중 하나의 레벨을 선택할 수 있다. 다른 실시예에서, 다른 명령은 스토리지 컨트롤 버스(212)에 의해 사용되어 멀티-레벨의 솔리드-스테이트 스토리지 엘리먼트(216,218,220) 중 하나의 레벨을 개별적으로 선택한다. 솔리드-스테이트 스토리지 엘리먼트(216,218,220)는 또한 스토리지 I/O 버스(210) 및 스토리지 컨트롤 버스(212)에 전송된 제어 및 어드레스 정보의 조합을 통해 선택될 수 있다.
일 실시예에서, 각각의 솔리드-스테이트 스토리지 엘리먼트(216,218,220)는 소거 블록(erase blocks)으로 분할되며, 각각의 소거 블록은 페이지(pages)로 분할된다. 일반적인 페이지는 2000 byte("2kB")이다. 일 예에서, 솔리드-스테이트 스토리지 엘리먼트(예컨대 SSS 0.0)는 두 개의 레지스터를 포함하고 두 개의 페이지를 프로그램할 수 있어, 두 개의 레지스터 솔리드-스테이트 스토리지 엘리먼트(216,218,220)는 4 kB의 용량(capacity)을 가진다. 따라서, 20 개의 솔리드-스테이트 스토리지 엘리먼트(216,218,220)의 뱅크(214)는 스토리지 I/O 버스(210)의 채널을 나가는 동일한 어드레스로 액세스되는 80kB 용량의 페이지를 가질 수 있다.
이러한 80kB의 솔리드-스테이트 스토리지 엘리먼트(216,218,220)의 뱅크(214) 내의 페이지 그룹은 가상 페이지(virtual page)로 언급될 수 있다. 유사하게, 뱅크(214a)의 각각의 스토리지 엘리먼트(216a-m)의 소거 블록은 가상 소거 블록을 형성하도록 그룹으로 구성될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 솔리드-스테이트 스토리지 엘리먼트(216,218,220) 내의 페이지의 소거 블록은 솔리드-스테이트 스토리지 엘리먼트(216,218,220) 내에 삭제 명령이 수신된 경우 삭제된다. 반면 솔리드-스테이트 스토리지 엘리먼트(216,218,220) 내의 소거 블록, 페이지, 플랜(planes) 또는 다른 논리적 및 물리적 디비젼(division)의 사이즈 및 개수는 기술 발전에 의해 시간에 따라 변경될 것이 예상되며, 새로운 구성에 일관된 많은 실시예가 가능하고 명세서의 일반적인 기술에 일관되도록 예상될 것이다.
일반적으로, 패킷이 솔리드-스테이트 스토리지 엘리먼트(216,218,220) 내의 특정 장소에 기록되고, 패킷이 특정 뱅크의 특정 엘리먼트의 특정 소거 블록의 특정 페이지 내의 장소에 기록되도록 의도된 경우, 물리적 어드레스는 스토리지 I/O 버스(210)에 전송되고 그 다음으로 패킷이 전송된다. 물리적 어드레스는 솔리드-스테이트 스토리지 엘리먼트(216,218,220)에 대한 충분한 정보를 포함하여 패킷을 페이지 내의 지정된 장소로 보낸다. 스토리지 엘리먼트의 열(row) 내의 모든 스토리지 엘리먼트(예컨대 SSS 0.0-SSS 0.N(216a,218a,220a))가 스토리지 I/O 버스(210 a.a) 내의 적절한 버스에 의해 동시에 액세스되어, 적절한 페이지에 도달하고 데이터 패킷을 스토리지 엘리먼트(SSS 0.0-SSS 0.N(216a,218a,220a))의 열 내의 유사하게 어드레스된 페이지로 기록하는 것을 방지하므로, 데이터 패킷이 기록될 올바른 페이지를 구비한 솔리드-스테이트 스토리지 엘리먼트(SSS 0.0(216a))를 포함한 뱅크(214a)는 스토리지 컨트롤 버스(212)에 의해 동시에 선택된다.
유사하게, 스토리지 I/O 버스(212) 상의 독출 명령 트래블링(traveling)은 스토리지 컨트롤 버스(212) 상의 동시 명령을 요구하여 단일 뱅크(214a) 및그 뱅크(214a) 내의 적절한 페이지를 선택한다. 바람직한 실시예에서, 독출 명령은 전체 페이지를 독출하고, 이는 뱅크(214) 내에 병렬로 다수의(multiple) 솔리드-스테이트 스토리지 엘리먼트(216,218,220)가 구비되기 때문이며, 전체 가상 페이지는 독출 명령으로 독출된다. 그러나, 독출 명령은 서브명령으로 분할될 수 있으며, 이는 뱅크 인터리브(bank interleave)에 관하여 이하 설명될 것이다. 가상 페이지는 기록 동작으로도 액세스될 수 있다.
소거 블록 소거 명령은 특정 소거 블록을 소거하기 위한 특정 소거 블록 어드레스를 사용하여 스토리지 I/O 버스(210)을 통해 소거 블록을 소거하도록 전송될 수 있다. 일반적으로, 소거 블록 소거 명령은 스토리지 I/O 버스(210)의 병렬 경로(parallel paths)를 통해 전송되어 가상 소거 블록을 소거할 수 있으며, 각각은 특정 소거 블록을 소거하기 위한 특정 소거 블록 어드레스를 포함한다. 동시에 특정 뱅크(예컨대 뱅크-0(214a))는 스토리지 컨트롤 버스(212)를 통해 선택되어 모든 뱅크(뱅크 1-N(214b-n)) 내의 유사하게 어드레스된 소거 블록의 소거를 방지한다. 다른 명령은 또한 스토리지 I/O 버스(210) 및 스토리지 컨트롤 버스(212)의 조합을 이용하여 특정 장소로 전송될 수 있다. 당업자는 양방향 스토리지 I/O 버스(210) 및 스토리지 컨트롤 버스(212)를 이용한 특정 스토리지 장소를 선택하는 다른 방법을 인식할 것이다.
일 실시예에서, 패킷은 솔리드-스테이트 스토리지(110)으로 순차적으로 기록된다. 예를 들어, 패킷은 스토리지 엘리먼트(216)의 뱅크(214a)의 스토리지 기록 버퍼로 스트리밍되고, 버퍼가 가득 찬 경우, 패킷은 지정된 가상 페이지로 프로그래밍된다. 그리고 나서 패킷은 스토리지 기록 버퍼를 다시 채우고, 가득 찬 경우, 패킷은 다음 가상 페이지로 기록된다. 다음 가상 페이지는 동일한 뱅크(214a) 또는 다른 뱅크(예컨대 214b)에 구비될 수 있다. 가상 페이지 후에 가상 페이지로 넘어가는 이러한 프로세스는 일반적으로 가상 소거 블록이 가득찰 때까지 지속된다. 다른 실시예에서, 스트리밍은 프로세스가 지속되면서 가상 소거 블록 경계에 걸쳐, 가상 소거 블록 후에 가상 소거 블록으로 넘어가도록 지속될 수 있다.
독출, 변경, 기록 동작에서, 객체와 결합된 데이터 패킷은 장소에 지정되고 독출 동작으로 독출된다. 변경되어온 변경된 객체의 데이터 세그먼트는 그들이 독출되어온 장소로 기록되지 않는다. 대신, 변경된 데이터 세그먼트는 데이터 패킷으로 다시 변환되고 그리고 나서 현재 기록되고 있는 가상 페이지 내의 다음 유효한 장소로 기록된다. 각각의 데이터 패킷에 대한 객체 인덱스 엔트리는 변경된 데이터 세그먼트를 포함하는 패킷으로 지시된다. 변경되지 않은 동일한 객체와 결합된 데이터 패킷에 대한 객체 인덱스 내의 엔트리 또는 엔트리들은 변경되지 않은 데이터 패킷의 원래 장소로의 포인터(pointers)를 포함할 것이다. 따라서, 원래 객체가 유지되는 경우, 예를 들어 객체의 이전 버전이 유지되는 경우, 원래 객체는 원래 기록된 대로의 모든 데이터 패킷으로의 포인터를 객체 인덱스 내에 구비할 것이다. 새로운 객체는 객체 인덱스 내에 원래 데이터 패킷의 일부로의 포인터 및 현재 기록되고 있는 가상 페이지 내의 변경된 데이터 패킷으로의 포인터를 구비할 것이다.
카피 동작에서, 객체 인덱스는 솔리드-스테이트 스토리지(110) 내에 저장된 다수의 패킷으로 매핑된 원래 객체에 대한 엔트리를 포함한다. 카피가 만들어지면, 새로운 객체가 생성되고, 새로운 엔트리가 원래의 패킷으로 새로운 객체를 매핑한 객체 인덱스 내에서 생성된다. 새로운 객체는 또한 객체 인덱스 내의 새로운 엔트리로 매핑된 장소와 함께 솔리드-스테이트 스토리지(110)으로 기록된다. 새로운 객체 패킷은 카피로 전해지지 않은 원래 객체에 변화가 가해지고 객체 인덱스가 손실되거나 요류발생된(corrupted) 경우를 참조한 원래 객체 내의 패킷을 식별하도록 사용될 수 있다.
유리하게, 순차적 패킷 기록은 솔리드-스테이트 스토리지(110)의 보다 고른 사용을 용이하게 하고, 솔리드-스토리지 장치 컨트롤러(202)가 스토리지 핫 스팟(hot spot) 및 솔리드-스테이트 스토리지(110) 내의 다양한 가상 페이지의 레벨 사용을 감시하도록 허용한다. 순차적 패킷 기록은 또한 강력하고, 효율적인 가비지 컬렉션 시스템(garbage collection system)을 구현하며, 이는 이하 기술된다. 당업자는 데이터 패킷의 순차 저장의 다른 장점을 인식할 것이다.
솔리드-스테이트 스토리지 장치 컨트롤러
다양한 실시예에서, 솔리드-스테이트 스토리지 장치 컨트롤러(202)는 또한 데이터 버스(204), 로컬 버스(206), 버퍼 컨트롤러(208), 버퍼 0-N(222a-n), 마스터 컨트롤러(224), DMA(Direct Memory Access) 컨트롤러(226), 메모리 컨트롤러(228), 동적 메모리 어레이(230), 정적 랜덤 메모리 어레이(232), 관리 컨트롤러(234), 관리 버스(236), 시스템 버스(240)로의 브리지(238), 및 다양한(miscellaneous) 로직(242)을 포함하며, 이는 이하 기술된다. 다른 실시예에서, 시스템 버스(240)는 하나 또는 그 이상의 NIC(Network Interface Card)(244), RDMA(Remote DMA) 컨트롤러(246)를 포함할 수 있는 장치, 하나 또는 그 이상의 CPU(Central Processing Unit)(248), 하나 또는 그 이상의 외부 메모리 컨트롤러(250) 및 결합된 외부 메모리 어레이(252), 하나 또는 그 이상의 스토리지 컨트롤러(254), 피어(peer) 컨트롤러(256), 및 애플리케이션 특정 프로세서(258)와 결합되며, 이는 이하 기술된다. 시스템 버스(240)에 연결된 컴포넌트(244-258)는 컴퓨터(112)에 위치할 수 있거나 또는 다른 장치일 수 있다.
일반적으로, 솔리드-스테이트 스토리지 컨트롤러(들)(104)은 데이터를 스토리지 I/O 버스(210)을 통해 솔리드-스테이트 스토리지(110)로 통신한다. 솔리드-스테이트 스토리지가 뱅크(214)에 배열되고 각각의 뱅크(214)가 병렬로 액세스되는 다수의 스토리지 엘리먼트(216,218,220)를 포함하는 일반적인 실시예에서, 스토리지 I/O 버스(210)는 버스의 어레이이며, 스토리지 엘리먼트(216,218,220)의 각각의 열에 대한 버스는 뱅크(214)로 연결된다. 여기에 사용되는 바와 같이, 용어 "스토리지 I/O 버스"는 하나의 스토리지 I/O 버스(210) 또는 데이터 독립 버스들(204)의 어레이를 의미할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 스토리지 엘리먼트(예컨대 216a,218a,220a)의 열에 액세싱하는 각각의 스토리지 I/O 버스(210)는 스토리지 엘리먼트(216a,218a,220a)의 열에 액세스되는 스토리지 디비젼(예컨대 소거 블록)에 대한 논리적-물리적 매핑(logical-tophysical mapping)을 포함할 수 있다. 이러한 매핑은 첫 번째 스토리지 디비젼이 실패하거나, 부분적으로 실패하거나, 액세스 불가능하거나, 또는 다른 문제를 가지는 경우, 스토리지 디비젼의 물리적 어드레스로 매핑되는 논리적 어드레스가 다른 스토리지 디비젼으로 리매핑되도록 한다. 리매핑은 도 3의 리매핑 모듈(314)와 연관되어 더 설명된다.
데이터는 또한 시스템 버스(240), 브리지(238), 로컬 버스(206), 버퍼(들)(22), 및 마지막으로 데이터 버스(204)를 통해 요청 장치(144)로부터 솔리드-스테이트 스토리지 컨트롤러(들)(104)로 통신될 수 있다. 데이터 버스(204)는 일반적으로 버퍼 컨트롤러(208)를 사용하여 제어되는 하나 또는 그 이상의 버퍼(222a-n)에 연결된다. 버퍼 컨트롤러(208)는 일반적으로 로컬 버스(206)에서 버퍼(222)로의 데이터 전송 및 데이터 버스(204)를 통한 파이프라인 입력 버퍼(306) 및 출력 버퍼(330)로의 데이터 전송을 제어한다. 버퍼 컨트롤러(222)는 일반적으로 요청 장치로부터 출발한 데이터가 버퍼(222)에 임시로 저장되는 방법 및 그리고 나서 데이터 버스(204)로 전송되는 방법, 또는 그 역의 전송 방법을 제어하여, 다른 클럭 도메인을 설명하여, 데이터 충돌 등을 방지한다. 버퍼 컨트롤러(208)는 일반적으로 데이터 흐름을 조정하기 위해 마스터 컨트롤러(224)와 결합하여 동작한다. 데이터가 도달하면, 데이터는 시스템 버스(240)에 도달할 것이며, 브리지(238)을 통해 로컬 버스(206)로 전송될 것이다.
일반적으로 데이터는 마스터 컨트롤러(2224) 및 버퍼 컨트롤러(208)에 의해 지시된 대로 로컬 버스(206)로부터 하나 또는 그 이상의 데이터 버퍼(222)로 전송된다. 그리고 나서 데이터는 버퍼(들)(222)로부터 데이터 버스(204)로 흘러가며, 솔리드-스테이트 컨트롤러(104)를 통해, NAND 플래시 또는 다른 저장 매체와 같은 솔리드-스테이트 스토리지(110)으로 전송된다. 바람직한 실시예에서, 데이터 및 데이터와 함께 도달한 결합된 대역외(out-of-band) 메타데이터("객체 메타데이터")는 하나 또는 그 이상의 솔리드-스테이트 스토리지 컨트롤러(104a-104n-1) 및 결합된 솔리드-스테이트 스토리지(110a-110n-1)를 포함하는 하나 또는 그 이상의 데이터 채널을 이용하여 통신되며, 반면 적어도 하나의 채널(솔리드-스테이트 스토리지 컨트롤러(104n), 솔리드-스테이트 스토리지(110n))은 인덱스 정보 및 솔리드-스테이트 스토리지 장치(102)에서 내부적으로 생성된 다른 메타데이터와 같은 대역내(in-band) 메타데이터에 사용된다.
로컬 버스(206)는 일반적으로 양방향 버스 또는 솔리드-스테이트 스토리지 장치 컨트롤러(202) 내부의 장치들간 그리고 솔리드-스테이트 스토리지 장치(102) 내부의 장치 및 시스템 버스(240)에 연결된 장치(244-258) 간의 데이터 및 명령의 통신을 허용하는 버스들의 세트이다. 브리지(238)는 로컬 버스(206) 및 시스템 버스(240) 간의 통신을 구현한다. 당업자는 링 구조 또는 교환된(switched) 별 구조와 같은 다른 실시예 및 버스(240,206,204,210) 및 브리지(238)의 기능을 인식할 것이다.
시스템 버스(240)는 일반적으로 컴퓨터(112)의 버스 또는 솔리드-스테이트 스토리지 장치(102)가 설치되거나 연결된 다른 장치이다. 일 실시예에서, 시스템 버스(240)은 PCI-e 버스, 직렬 ATA(Serial Advanced Technology Attachment) 버스, 병렬 버스 등일 수 있다. 다른 실시예에서, 시스템 버스(240)는 SCSI(Small Computer System Interface), 파이어와이어(Firewire), 섬유 채널(Fiber Channel), ISB, PCIe-AS 등과 같은 외부 버스이다. 솔리드-스테이트 스토리지 장치(102)는 외부적으로 연결된 장치로서 또는 장치에 내부적으로 구비되도록 패키지로 구성될 수 있다.
솔리드-스테이트 스토리지 장치 컨트롤러(202)는 솔리드-스테이트 스토리지 장치(102) 내에서 보다 높은 레벨의 기능을 제어하는 마스터 컨트롤러(224)를 포함한다. 다양한 실시예에서, 마스터 컨트롤러(224)는 객체 요청 및 다른 요청을 해석함으로써 데이터 플로우를 제어하며, DMA 요청 등과 조정하여(coordinating), 데이터와 결합된 객체 식별자를 결합된 데이터의 물리적 위치에 매핑하는 인덱스의 생성을 지시한다. 여기에 기술된 많은 기능은 마스터 컨트롤러(224)가 전부 제어하거나 또는 부분적으로 제어한다.
일 실시예에서, 마스터 컨트롤러(224)는 임베디드(embeded) 컨트롤러(들)을 사용한다. 다른 실시예에서, 마스터 컨트롤러(224)는 동적 메모리 어레이(230)(DRAM), 정적 메모리 어레이(323)(SRAM) 등과 같은 로컬 메모리를 사용한다. 일 실시예에서, 로컬 메모리는 마스터 컨트롤러(224)를 사용하여 제어된다. 다른 실시예에서, 마스터 컨트롤러는 메모리 컨트롤러(228)을 통해 액세스한다. 다른 실시예에서, 마스터 컨트롤러는 리눅스 서버를 구동하고 WWW(World Wide Web), HTML(Hyper-Text Markup Languate) 등과 같은 다양한 공통 서버 인터페이스를 지원할 수 있다. 다른 실시예에서, 마스터 컨트롤러(224)는 나노 프로세서를 사용한다. 마스터 컨트롤러(224)는 프로그래밍 가능하거나 표준 로직, 또는 상술한 컨트롤러 타입의 임의의 조합을 이용하여 구성될 수 있다. 당업자는 마스터 컨트롤러에 대한 많은 실시예를 인지할 것이다.
일 실시예에서, 스토리지 장치(152)/솔리드-스테이트 스토리지 장치 컨트롤러(202)가 다수의 데이터 스토리지 장치/솔리드-스테이트 스토리지(110a-n)를 관리하는 경우, 마스터 컨트롤러(224)는 솔리드-스테이트 스토리지 컨트롤러(104a-n)과 같은 내부 컨트롤러의 작업 로드를 분배한다. 예를 들어, 마스터 컨트롤러(224)는 데이터 스토리지 장치(예컨대 솔리드-스테이트 스토리지(110a-n)로 기록될 객체를 분할하여, 객체의 일부가 부착된 데이터 스토리지 장치의 각각에 저장되도록 할 수 있다. 이러한 특징은 신속한 저장 및 객체로의 액세스를 가능하게 하는 성능 향상이다. 일 실시예에서, 마스터 컨트롤러(224)는 FPGA를 이용하여 구현된다. 다른 실시예에서, 마스터 컨트롤러(224) 내의 펌웨어는 관리 버스(236), NIC(244) 또는 시스템 버스(240)에 연결된 다른 장치로 연결된 네트워크를 통한 시스템 버스(240)를 통해 업데이트될 수 있다.
일 실시예에서, 객체를 관리하는 마스터 컨트롤러(224)는 블록 스토리지를 에뮬레이트(emulate)하여, 컴퓨터(102) 또는 스토리지 장치(152)/솔리드-스테이트 스토리지 장치(102)에 연결된 다른 장치는 스토리지 장치(152)/솔리드-스테이트 스토리지 장치(102)를 블록 스토리지 장치로 바라보고, 데이터를 스토리지 장치(152)/솔리드-스테이트 스토리지 장치(102) 내의 특정한 물리적 어드레스로 전송한다. 그리고 나서 마스터 컨트롤러(224)는 블록 및 블록과 함께 전송된 물리적 어드레스를 마스터 컨트롤러(224)에 의해 결정된 실제 장소로 매핑한다. 매핑은 객체 인덱스에 저장된다. 일반적으로, 블록 에뮬레이션에서, 블록 장치 API(Application Program Interface)는 컴퓨터(112), 클라이언트(114), 또는 스토리지 장치(152)/솔리드-스테이트 스토리지 장치(102)를 블록 스토리지 장치로 사용하기를 원하는 다른 장치 내의 드라이버에 제공된다.
다른 실시예에서, 마스터 컨트롤러(224)는 NIC 컨트롤러(244) 및 임베디드 RDMA 컨트롤러(246)와 함께 구동되어 데이터 및 명령 세트의 RDMA 전송을 제 시간에 전달한다. NIC 컨트롤러(244)는 불-투명 포트의 뒤에 숨겨져 커스텀 드라이버의 사용을 가능하게 할 수 있다. 또한, 클라이언트(114) 상의 드라이버는 표준 스택 API를 사용하고 NIC(244)와 함께 구동하여 I/O 메모리 드라이버를 통해 컴퓨터 네트워크(118)로의 액세스를 구비할 수 있다.
일 실시예에서, 마스터 컨트롤러(224)는 또한 RAID(Redundant Array of Independent Driver) 컨트롤러이다. 데이터 스토리지 장치/솔리드-스테이트 스토리지(102)가 하나 또는 그 이상의 다른 데이터 스토리지 장치/솔리드-스테이트 스토리지(102)로 네트워크로 구성된 경우, 마스터 컨트롤러(224)는 단일 층(tier) RAID, 다중 층 RAID, 프로그레시브 RAID 등을 위한 RAID 컨트롤러일 수 있다. 마스터 컨트롤러(224)는 또한 일부 객체가 RAID 어레이에 저장되도록 하고 다른 객체가 RAID를 사용하지 않고 저장되도록 한다. 다른 실시예에서, 마스터 컨트롤러(224)는 분산된 RAID 컨트롤러 엘리먼트일 수 있다. 다른 실시예에서, 마스터 컨트롤러(224)는 많은 RAID, 분산된 RAID, 및 명세서 다른 곳에 기술된 다른 기능을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 마스터 컨트롤러(224)는 단일 또는 리던던트 네트워크 관리자(예컨대 스위치(switches))와 함께 동작하여 라우팅을 구축하고, 대역폭 사용, 장애극복(failover) 등의 균형을 맞춘다. 다른 실시예에서, 마스터 컨트롤러(224)는 (로컬 버스(206)을 통해) 집적된 애플리케이션 특정 로직(application specific logic) 및 결합된 드라이버 소프트웨어와 함께 동작한다. 다른 실시예에서, 마스터 컨트롤러(224)는 (외부 시스템 버스(240)을 통해)부착된 애플리케이션 특정 프로세서(application specific processor)(258) 또는 로직 및 결합된 드라이버 소프트웨어와 함께 동작한다. 다른 실시예에서, 마스터 컨트롤러(224)는 (컴퓨터 네트워크(118)을 통해)원격 애플리케이션 특정 로직(application specific logic) 및 결합된 드라이버 소프트웨어와 함께 동작한다. 다른 실시예에서, 마스터 컨트롤러(224)는 로컬 버스(206) 또는 HDD(Hard Disk Drive) 스토리지 컨트롤러에 부착된 외부 버스와 함께 동작한다.
일 실시예에서, 마스터 컨트롤러(224)는 하나 또는 그 이상의 스토리지 컨트롤러(254)와 통신하며, 여기서 스토리지 장치/솔리드-스테이트 스토리지(102)는 SCSI 버스, iSCSI(Internet SCSI), 파이버 채널 등을 통해 연결된 스토리지 장치로서 나타날 수 있다. 반면 스토리지 장치/솔리드-스테이트 스토리지(102)는 자발적으로 객체를 관리하고 객체 파일 시스템 또는 분산된 객체 파일 시스템으로 나타날 수 있다. 마스터 컨트롤러(224)는 또한 피어 컨트롤러(256) 및/또는 애플리케이션 특정 프로세서(258)에 의해 액세스될 수도 있다.
다른 실시예에서, 마스터 컨트롤러(224)는 자발적인 직접된 관리 컨트롤러와 함께 동작하여 FPGA 코드 및/또는 컨트롤러 소프트웨어를 주기적으로 검증하며(validate), 구동(리셋)도중 FPGA 코드를 검증하고 및/또는 전원 공급(리셋) 도중 컨트롤러 소프트웨어를 검증하고, 외부 리셋 요청을 지원하고, 워치독 타임아웃(watchdog timeouts)에 기인한 리셋 요청을 지원하고, 전압, 전류, 전원, 온도, 및 다른 환경적 측정 및 임계 인터럽트(threshold interrupts)의 세팅을 지원한다. 다른 실시예에서, 마스터 컨트롤러(224)는 소거 블록의 재사용을 자유롭게 하기 위해 가비지 컬렉션을 관리한다. 다른 실시예에서, 마스터 컨트롤러(224)는 웨어 레벨링(wear leveling)을 관리한다. 다른 실시예에서, 마스터 컨트롤러(224)는 데이터 스토리지 장치/솔리드-스테이트 스토리지 장치(102)가 다수의 가상 장치로 파티션되도록 하고, 파티션-기반 미디어 암호화를 허용한다. 다른 실시예에서, 마스터 컨트롤러(224)는 솔리드-스테이트 스토리지 컨트롤러(104)가 진보되고, 멀티-비트(multi-bit) ECC 정정을 사용하도록 지원한다. 당업자는 스토리지 컨트롤러(152), 또는 보다 구체적으로 솔리드-스테이트 스토리지 장치(102) 내의 마스터 컨트롤러(224)의 다른 특징 및 기능을 인지할 것이다.
일 실시예에서, 솔리드-스테이트 스토리지 장치 컨트롤러(202)는 동적 랜덤 메모리 어레이(230) 및/또는 정적 랜덤 메모리 어레이(232)를 제어하는 메모리 컨트롤러(228)를 포함한다. 상술한 바와 같이, 메모리 컨트롤러(228)는 일반적으로 임의의 타입의 휘발성 메모리, 예컨대 DRAM(동적 랜덤 메모리 어레이(230)) 및 SRAM(정적 랜덤 메모리 어레이(232)를 제어한다. 다른 예에서, 메모리 컨트롤러(228)는 또한 EEPROM(Electrically Erasable Programmable REad Only Memory) 등과 같은 다른 메모리 타입을 제어한다. 다른 실시예에서, 메모리 컨트롤러(228)는 둘 또는 그 이상의 메모리 타입을 제어하며 메모리 컨트롤러(228)는 하나의 컨트롤러보다 많은 컨트롤러를 포함할 수 있다. 일반적으로, 메모리 컨트롤러(228)는 가능한한 많은 SRAM(232)이 실행가능하도록(feasible) 제어하고 DRAM(230)에 의해 SRAM(2332)을 보충하도록 한다.
일 실시예에서, 객체 인덱스는 메모리(230,232)에 저장되고 그리고 나서 솔리드-스테이트 스토리지(110n) 또는 다른 비-휘발성 메모리의 채널로 주기적으로 오프-로드된다. 당업자는 메모리 컨트롤러(228), 동적 메모리 어레이(230), 및 정적 메모리 어레이(232)의 다른 사용 및 구성을 인식할 것이다.
일 실시예에서, 솔리드-스테이트 스토리지 장치 컨트롤러(202)는 스토리지 장치/솔리드-스테이트 스토리지 장치(102)와 하나 또는 그 이상의 외부 메모리 컨트롤러(250)와 결합된 외부 메모리 어레이(252) 및 CPU(248) 간의 DMA 동작을 제어하는 DMA 컨트롤러(226)을 포함한다. 외부 메모리 컨트롤러(250) 및 외부 메모리 어레이(252)는 외부적(external)이라고 언급되며, 이는 이들이 스토리지 장치/솔리드-스테이트 스토리지 장치(102)의 외부에 위치하기 때문이다. 또한, DMA 컨트롤러(226)는 NIC(244) 및 결합된 RDMA 컨트롤러(246)을 통해 장치를 요청하면서 RDMA 동작을 제어할 수도 있다. DMA 및 RDMA는 이하 보다 상세하게 설명된다.
일 실시예에서, 솔리드-스테이트 스토리지 장치 컨트롤러(202)는 관리 버스(236)에 연결된 관리 컨트롤러(234)를 포함한다. 일반적으로 관리 컨트롤러(234)는 스토리지 장치/솔리드-스테이트 스토리지 장치(102)의 환경적 계량(metric) 및상태를 관리한다. 관리 컨트롤러(234)는 장치 온도, 팬 속도, 전원 공급 세팅 등을 관리 버스(236)를 통해 감시할 수 있다. 관리 컨트롤러는 FPGA 코드 ㅁ미및OM 컨ㅌ트트롤러 소프트웨어의 저장을 위한 sable Programmable Read Only Memory)의 독출 및 프로그래밍을 지원할 수 있다. 일반적으로 관리 버스(236)는 스토리지 장치/솔리드-스테이트 스토리지 장치(102) 내의 다양한 컴포넌트에 연결된다. 관리 컨트롤러(234)는 로컬 버스(206)을 통해 경고, 인터럽트 등을 통신할 수 있거나 또는 시스템 버스(240) 또는 다른 버스로의 분리된 통신을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 관리 버스(236)는 I2C(Inter-Integrated Circuit) 버스이다. 당업자는 관리 버스(236)에 의한 스토리지 장치/솔리드-스테이트 스토리지 장치(102)의 컴포넌트에 연결된 관리 컨트롤러(234)의 다른 관련된 기능 및 사용을 인지할 것이다.
일 실시예에서, 솔리드-스테이트 스토리지 장치 컨트롤러(202)는 특정 애플리케이션을 위해 주문제작될 수 있는 다양한 로직(miscellaneous logic)(242)을 포함한다. 일반적으로 솔리드-스테이트 스토리지 장치 컨트롤러(202) 또는 마스터 컨트롤러(224)가 FPGA 또는 다른 구성가능한 컨트롤러를 사용하여 구성된 경우, 커스텀 로직은 특정 애플리케이션, 사용자 요구사항, 스토리지 요구사항 등을 기반으로 포함될 수 있다.
데이터 파이프라인(Data Pipeline)
도 3은 본 발명에 따른 솔리드-스테이트 스토리지 장치(102) 내의 데이터 기록 파이프라인(106) 및 데이터 독출 파이프라인(108)의 일 실시예(300)를 설명하는 개략적인 블록도이다. 상기 실시예(300)는 데이터 버스(204), 로컬 버스(206), 및 버퍼 컨트롤(208)을 포함하며, 이는 도 2의 솔리드-스테이트 스토리지 장치 컨트롤러(202)에 관하여 기술된 바와 실질적으로 유사하다. 데이터 기록 파이프라인은 패킷타이저(302) 및 ECC(Error-Correcting Code) 생성기(304)를 포함한다. 다른 실시예에서, 데이터 기록 파이프라인은 입력 버퍼(306), 기록 동기 버퍼(write synchronization buffer)(308), 기록 프로그램 모듈(310), 압축 모듈(312), 암호화 모듈(314), 가비지 컬렉터 바이패스(garbage collector bypass)(316)(데이터 독출 파이프라인에 일부 포함됨), 미디어 암호화 모듈(318), 및 기록 버퍼(320)를 포함한다. 데이터 독출 파이프라인(108)은 독출 동기 버퍼(328), ECC 정정 모듈(322), 디패킷타이저(324), 조정 모듈(326), 및 출력 버퍼(330)를 포함한다. 다른 실시예에서, 데이터 독출 파이프라인(108)은 미디어 복호화 모듈(332), 가비지 컬렉터 바이패스(316)의 일부, 복호화 모듈(334), 복원 모듈(336), 및 독출 프로그램 모듈(338)을 포함할 수 있다. 솔리드-스테이트 스토리지 컨트롤러(104)는 또한 제어 및 상태 레지스터(340) 및 컨트롤 큐(control queues)(342), 뱅크 인터리브 컨트롤러(344), 동기 버퍼(346), 스토리지 버스 컨트롤러(348), 및 멀티플렉서("MUX")(350)를 포함할 수 있다. 솔리드-스테이트 컨트롤러(104) 및 결합된 데이터 기록 파이프라인(106) 및 데이터 독출 파이프라인(108)의 컴포넌트는 이하 기술된다. 다른 실시예에서, 동기식(synchronous) 솔리드-스테이트 스토리지(110)가 사용될 수 있고 동기 버퍼(308,328)는 제거될 수 있다.
데이터 기록 파이프라인(Write Data Pipeline)
데이터 기록 파이프라인(106)은 직접 또는 간접적으로 다른 데이터 기록 파이프라인(106) 스테이지를 통해, 솔리드-스테이트 스토리지에 기록될 데이터 또는 메타데이터 세그먼트를 수신하는 패킷타이저(302)를 포함하고, 솔리드-스테이트 스토리지(110)를 위해 사이즈가 조정된 하나 또는 그 이상의 패킷을 생성한다. 데이터 또는 메타데이터 세그먼트는 일반적으로 객체의 일부이지만, 전체 객체를 포함할 수도 있다. 다른 실시예에서, 데이터 세그먼트는 데이터의 블록 일부이지만, 데이터의 전체 블록을 포함할 수도 있다. 일반적으로, 객체는 컴퓨터(112), 클라이언트(114), 또는 다른 컴퓨터 또는 장치로부터 수신되고 솔리드-스테이트 스토리지 장치(102) 또는 컴퓨터(112)로 스트리밍된 데이터 세그먼트로서 솔리드-스테이트 스토리지 장치(102)로 전송된다. 데이터 세그먼트는 또한 다른 이름, 예컨대 데이터 파슬(data parcel)로도 알려지지만, 여기에서는 객체 또는 데이터 블록의 전부 또는 일부를 포함한다.
각각의 객체는 하나 또는 그 이상의 패킷으로 저장된다. 각각의 객체는 하나 또는 그 이상의 컨테이너 패킷을 포함한다. 각각의 패킷은 헤더를 포함한다. 헤더는 헤더 타입 필드를 포함할 수 있다. 타입 필드는 데이터, 객체 속성(object attrbute), 메타데이터, 데이터 세그먼트 구분자(delimiters)(다중-패킷), 객체 구조, 객체 링키지 등을 포함할 수 있다. 헤더는 또한 패킷의 사이즈에 관한 정보, 예컨대 패킷 내에 포함된 데이터의 바이트 수를 포함할 수도 있다. 패킷의 길이는 패킷 타입에 의해 구축될 수 있다. 헤더는 객체에 대한 패킷의 관계를 구축하는 정보를 포함할 수 있다. 일 예는 객체 내의 데이터 세그먼트의 위치를 식별하기 위해 데이터 패킷 헤더 내에서 오프셋을 사용하는 것일 수 있다. 당업자는 패킷타이저(302)에 의해 데이터에 추가된 헤더 내 포함된 다른 정보 및 데이터 패킷에 추가될 수 있는 다른 정보를 인지할 것이다.
각각의 패킷은 헤더 및 데이터 또는 메타데이터 세그먼트로부터의 데이터를 포함할 수 있다. 각각의 패킷의 헤더는 패킷을 패킷이 속한 객체에 관련시키기 위한 적절한 정보를 포함한다. 예를 들어, 헤더는 객체 식별자 및 데이터 세그먼트, 객체, 또는 데이터 패킷이 형성된 데이터 블록을 지시하는 오프셋을 포함할 수 있다. 헤더는 또한 패킷을 저장하기 위해 스토리지 버스 컨트롤러(348)에 의해 사용된 논리적 어드레스를 포함할 수도 있다. 헤더는 또한 패킷 내에 포함된 바이트의 수와 같은 패킷의 사이즈에 관한 정보를 포함할 수도 있다. 헤더는 또한 데이터 세그먼트 또는 객체를 재구성할 때 객체 내의 다른 패킷에 관하여 데이터 세그먼트가 속한 곳을 식별하는 시퀀스 넘버를 포함할 수도 있다. 헤더는 헤더 타입 필드를 포함할 수 있다. 타입 필드는 데이터, 객체 속성, 메타데이터, 데이터 세그먼트 구분자(다중-패킷), 객체 구조, 객체 링키지 등을 포함할 수 있다. 당업자는 패킷타이저(302)에 의해 데이터 또는 메타데이터에 추가된 헤더 내 포함될 수 있는 다른 정보 및 패킷에 추가될 수 있는 다른 정보를 인지할 것이다.
데이터 기록 파이프라인(106)은 패킷타이저(302)로부터 수신된 하나 또는 그 이상의 패킷에 대한 하나 또는 그 이상의 ECC(Error-Correcting Codes)를 생성하는 ECC 생성기(304)를 포함한다. ECC 생성기(304)는 일반적으로 에러 정정 알고리즘을 사용하여 패킷과 함께 저장되는 ECC를 생성한다. 패킷과 함께 저장된 ECC는 일반적으로 전송 및 저장 도중 데이터에 발생된 에러를 검출하고 정정하도록 사용된다. 일 실시예에서, 패킷은 길이 N의 인코딩되지 않은(un-encoded) 블록으로서 ECC생성기(304)로 스트리밍된다. 길이 S의 신드롬(syndrome)이 계산되고, 추가되고 길이 N+S의 인코딩된 블록으로 출력된다. N 및 S 값은 특정 성능, 효율, 및 내성(robustness) 수치를 달성하기 위해 선택된 알고리즘의 특성에 종속된다. 바람직한 실시예에서, ECC 블록과 패킷 간에 고정된 관계는 존재하지 않으며; 패킷은 하나의 ECC 블록 이상을 포함할 수 있으며; ECC 블록은 하나의 패킷 이상을 포함할 수 있으며; 제 1 패킷은 ECC 블록 내의 임의의 장소에서 종료되고 제 2 패킷은 동일한 ECC 블록 내에서 제 1 패킷의 종료 후에 시작될 수 있다. 바람직한 실시예에서, ECC 알고리즘은 동적으로 변경되지 않는다. 바람직한 실시예에서, 데이터 패킷과 함께 저장된 ECC는 두 비트 이상으로 에러를 정정하기에 충분히 강하다.
유리하게, 단일 비트 정정 또는 심지어 더블 비트 정정 이상을 허용하는 강인한 ECC 알고리즘을 사용하는 것은 솔리드-스테이트 스토리지(110)의 수명을 연장시킬 수 있다. 예를 들어, 플래시 메모리가 솔리드-스테이트 스토리지(110)에서 저장 매체로 사용되는 경우, 플래시 메모리는 소거 사이클 당 에러(error per erase cycle) 없이 대략 100,000 번 기록될 수 있다. 이러한 사용 제한은 강인한(robust) ECC 알고리즘을 사용하여 연장될 수 있다. ECC 생성기(304) 및 솔리드-스테이트 스토리지 장치(102)에 온보드로 해당 ECC 정정 모듈(322)을 구비하여, 솔리드-스테이트 스토리지 장치(102)는 내부적으로 에러를 정정할 수 있으며, 보다 덜 강인한 ECC 알고리즘이 사용된 경우, 예컨대 단일(single) 비트 정정을 사용한 경우보다 더 길게 사용할 수 있다. 그러나, 다른 실시예에서, ECC 생성기(304)는 보다 덜 강인한 알고리즘을 사용할 수 있고, 단일-비트 또는 더블-비트 에러를 정정할 수 있다. 다른 실시예에서, 솔리드-스테이트 스토리지 장치(110)는 MLC(Multi-Level Cell) 플래시와 같은 보다 신뢰성이 낮은 스토리지를 포함하여 용량을 늘릴 수 있으며, 스토리지가 보다 강인한 ECC 알고리즘을 사용하지 않으면 충분히 신뢰성을 구비할 수 없다.
일 실시예에서, 기록 파이프라인(106)은 솔리드-스테이트 스토리지(110)에 기록될 데이터 세그먼트를 수신하는 입력 버퍼(306)를 포함하고 패킷타이저(302)와 같은 데이터 기록 파이프라인(106)의 다음 스테이지가 다음 데이터 세그먼트를 처리할 준비가 될 때까지 유입된 데이터 세그먼트를 저장한다. 입력 버퍼(306)는 일반적으로 데이터 세그먼트가 수신되는 레이트(rate)와 데이터 기록 파이프라인(106)에 의해 처리되는 레이트 간의 불일치를 적절한 사이즈의 데이터 버퍼를 이용하여 보완한다. 입력 버퍼(306)는 또한 데이터 버스(204)가 데이터 기록 파이프라인(106)에 의해 유지될 수 있는 정도보다 큰 레이트로 데이터를 전송하도록 하여 데이터 버스(204)의 동작 효율을 향상시킨다. 일반적으로, 데이터 기록 파이프라인(106)이 입력 버퍼(306)를 포함하지 않는 경우, 버퍼링 기능은 예컨대 솔리드-스테이트 스토리지 장치(102) 내의 임의의 장소, 그러나 데이터 기록 파이프라인(106)의 외부, 또는 컴퓨터(112) 내의 NIC(Network Interface Card) 내부와 같은 곳, 또는 다른 장치, 예를 들어 RDMA(Remote Direct Memory Access)를 사용한 경우다른 장치에서 수행된다.
다른 실시예에서, 데이터 기록 파이프라인(106)은 또한 패킷을 솔리드-스테이트 스토리지(110)로 기록하기 전에 ECC 생성기(304)로부터 수신된 패킷을 버퍼링하는 기록 동기 버퍼(308)를 포함한다. 기록 동기 버퍼(308)는 로컬 클럭 도메인과 솔리드-스테이트 스토리지 클럭 도메인 사이의 경계(boundary)에 위치되고 클럭 도메인의 차이를 보완하도록 버퍼링을 제공한다. 다른 실시예에서, 동기식 솔리드-스테이트 스토리지(110)가 사용될 수 있고 동기 버퍼(308,328)는 제거될 수 있다.
일 실시예에서, 데이터 기록 파이프라인(106)은 또한 직접 또는 간접적으로 패킷타이저(302)로부터 하나 또는 그 이상의 패킷을 수신하는 미디어 암호화 모듈(318)을 포함하고 패킷을 ECC 생성기(304)로 전송하기 전에 솔리드-스테이트 스토리지 장치(102)에 고유한 암호화 키를 이용하여 하나 또는 그 이상의 패킷을 암호화한다. 일반적으로, 전체 패킷이 암호화되고 이는 헤더를 포함한다. 다른 실시예에서, 헤더는 암호화되지 않는다. 본 발명의 명세서에서, 암호화 키는 솔리드-스테이트 스토리지(110)를 구비하는 실시예로부터 외부적으로 관리되는 비밀 암호화 키를 의미하도록 이해되며, 여기서 상기 실시예는 암호화 보호(encryption protection)을 요구한다. 미디어 암호화 모듈(318) 및 해당 미디어 복호화 모듈(332)은 솔리드-스테이트 스토리지(110)에 저장되는 데이터를 위한 보안 레벨을 제공한다. 예를 들어, 데이터가 미디어 암호화 모듈(318)을 사용하여 암호화되고, 솔리드-스테이트 스토리지(110)가 다른 솔리드-스테이트 스토리지 컨트롤러(104), 솔리드-스테이트 스토리지 장치(102), 또는 컴퓨터(112)에 연결된 경우, 솔리드-스테이트 스토리지(110)의 컨텐츠는 일반적으로 솔리드-스테이트 스토리지(110)로의 데이터 기록 도중 사용된 동일한 암호화 키의 사용 없이는 중대한 노력 없이 독출될 수 없다.
일반적인 실시예에서, 솔리드-스테이트 스토리지 장치(102)는 비-휘발성 스토리지에 암호화 키를 저장하지 않고, 암호화 키로의 외부 액세스를 허용하지 않는다. 암호화 키는 초기화(initialization) 도중 솔리드-스테이트 스토리지 컨트롤러(104)로 제공된다. 솔리드-스테이트 스토리지 장치(102)는 암호화 키와 함께 사용되는 비-기밀 암호적 논스(non-secret cryptographic nonce)를 사용하고 저장할 수 있다. 상이한 논스가 모든 패킷마다 저장될 수 있다. 데이터 세그먼트는 보안을 향상시킬 목적으로 암호화 알고리즘에 의해 고유한 논스를 사용한 다중 패킷들로 분할될 수 있다. 암호화 키는 클라이언트(114), 컴퓨터(112), 키 매니저, 또는 솔리드-스테이트 스토리지 컨트롤러(104)에 의해 사용될 암호화 키를 관리하는 다른 장치로부터 수신될 수 있다. 다른 실시예에서, 솔리드-스테이트 스토리지(110)는 둘 또는 그 이상의 파티션을 가질 수 있고 솔리드-스테이트 스토리지 컨트롤러(104)는 둘 또는 그 이상의 솔리드-스테이트 스토리지 컨트롤러(104)처럼 동작할 수 있으며, 각각은 솔리드-스테이트 스토리지(110) 내의 단일 파티션에서 동작한다. 이 실시예에서, 고유한 미디어 암호화 키는 각각의 파티션과 함께 사용될 수 있다.
다른 실시예에서, 데이터 기록 파이프라인(106)은 또한 데이터 세그먼트를 패킷타이저(302)로 전송하기 전에, 직접 또는 간접적으로 입력 버퍼(306)으로부터 수신된 데이터 또는 메타데이터 세그먼트를 암호화하는 암호화 모듈(314)을 포함하며, 데이터 세그먼트는 데이터 세그먼트와 함께 수신된 암호화 키를 사용하여 암호화된다. 암호화 모듈(314)은 데이터를 암호화하기 위해 암호화 모듈(318)에 의해 사용되는 암호화 키가 솔리드-스테이트 스토리지 장치(102) 내에 저장된 모든 데이터에 공통되지 않고, 객체 기반으로 변화할 수 있으며 아래 기술된 바와 같이 데이터 세그먼트의 수신과 함께 수신되는 점에서 미디어 암호화 모듈(318)과 다르다. 예를 들어, 암호화 모듈(318)에 의해 암호화될 데이터 세그먼트를 위한 암호화 키는 데이터 세그먼트와 함께 수신될 수 있거나, 또는 데이터 세그먼트가 속하는 객체를 쓰기 위한 명령의 일부로서 수신될 수 있다. 솔리드-스테이트 스토리지 장치(102)는 비-기밀 암호적 논스를 사용하고, 암호화 키와 함께 사용되는 각각의 객체 패킷 내에 저장할 수 있다. 모든 패킷마다 상이한 논스가 저장될 수 있다. 데이터 세그먼트는 암호화 알고리즘에 의해 보안을 향상할 목적으로 고유한 논스를 구비한 다중 패킷들로 분할될 수 있다. 일 실시예에서, 미디어 암호화 모듈(318)에 의해 사용되는 논스는 암호화 모듈(314)에 의해 사용되는 논스와 동일하다.
암호화 키는 클라이언트(114), 컴퓨터(112), 키 매니저, 또는 데이터 세그먼트를 암호화하도록 사용될 암호화 키를 보유하는 다른 장치로부터 수신될 수 있다. 일 실시예에서, 암호화 키는 솔리드-스테이트 스토리지 장치(102), 컴퓨터(112), 클라이언트(114), 또는 사적인 키 및 공적인 키를 안전하게 전송하고 보호하도록 산업 표준 방법을 실행하는 기능을 가진 다른 외부 에이전트 중 하나로부터 솔리드-스테이트 스토리지 컨트롤러(104)로 전송된다.
일 실시예에서, 암호화 모듈(318)은 제 1 패킷을 패킷과 함껙 수신된 제 1 암호화 키를 사용하여 암호화하고, 제 2 패킷을 제 2 패킷과 함께 수신된 제 2 암호화 키를 사용하여 암호화한다. 다른 실시예에서, 암호화 모듈(318)은 제 1 패킷을 패킷과 함께 수신된 제 1 암호화 키를 사용하여 암호화하고, 제 2 데이터 패킷을 암호화를 하지 않고 다음 스테이지로 전달한다. 유리하게, 솔리드-스테이트 스토리지 장치(102)의 데이터 기록 파이프라인(106) 내에 포함된 암호화 모듈(318)은 단일 파일 시스템 또는 해당 객체 또는 데이터 세그먼트를 저장하기 위해 사용되는 상이한 암호화 키를 지속적으로 추적할 수 있는 다른 외부 시스템을 사용하지 않고 객체 대 객체(object-by-object) 또는 세그먼트 대 세그먼트(segment-by-segment) 데이터 암호화를 허용한다. 각각의 요청 장치(155) 또는 관련된 키 관리자는 독립적으로 요청 장치(155)에 의해 전송된 객체 또는 데이터 세그먼트만을 암호화하도록 사용된 암호화 키를 관리한다.
다른 실시예에서, 데이터 기록 파이프라인(106)은 데이터 세그먼트를 패킷타이저(302)로 전송하기 전에 메타데이터 세그먼트에 대한 데이터를 압축하는 압축 모듈(312)을 포함한다. 압축 모듈(312)은 일반적으로 당업자에게 알려진 압축 루틴을 이용하여 데이터 또는 메타데이터 세금건트를 압축하여 세그먼트의 저장 사이즈를 줄인다. 예를 들어, 데이터 세그먼트가 512 개의 영(zeros)의 스트링(string)을 포함한 경우, 압축 모듈(312)은 512 개의 영을 512 개의 영을 지시하는 코드 또는 토큰으로 교체하며, 여기서 상기 코드는 512 개의 영에 의해 차지하는 공간보다 훨씬 컴팩트하다.
일 실시예에서, 압축 모듈(312)은 제 1 세그먼트를 제 1 압축 루틴을 사용하여 압축하고 제 2 세그먼트를 압축 없이 전달한다. 다른 실시예에서, 압축 모듈(312)은 제 1 세그먼트를 제 1 압축 루틴을 사용하여 압축하고 제 2 세그먼트를 제 2 압축 루틴을 사용하여 압축한다. 솔리드-스테이트 스토리지 장치(102) 내에서 이와 같은 유연성(flexibility)을 구비하는 것은 유리하며, 그 결과 클라이언트(114) 또는 데이터를 솔리드-스테이트 스토리지 장치(102)로 기록하는 다른 장치는 압축 루틴을 각각 지정할 수 있거나, 또는 일부는 압축 루틴을 지정하는 반면 다른 일부는 압축을 지정하지 않을 수 있다. 압축 루틴의 선택은 또한 객체 타입 또는 객체 클래스 기반 상의 초기 세팅(defualt setting)에 따라 선택될 수도 있다. 예를 들어, 특정 객체의 제 1 객체는 초기 압축 루틴 세팅을 무시할 수 있고 동일 객체 클래스 및 객체 타입의 제 2 객체는 초기 압축 루틴을 사용할 수 있고, 동일한 객체 클래스 및 객체 타입의 제 3 객체는 압축을 사용하지 않을 수 있다.
일 실시예에서, 데이터 기록 파이프라인(106)은 가비지 컬렉션 시스템의 데이터 바이패스의 일부로서 데이터 독출 파이프라인(108)으로부터 데이터 세그먼트를 수신하는 가비지 컬렉터 바이패스(316)를 포함한다. 가비지 컬렉션 시스템은 일반적으로 더 이상 유효하지 않은 패킷을 마크하며, 일반적으로 이는 패킷이 삭제를 위해 마크되거나 변경되고 변경된 데이터는 다른 장소에 저장되기 때문이다. 일부 관점에서, 가비지 컬렉션 시스템은 스토리지의 특정 섹션이 복원됨을 결정한다. 이러한 결정은 유효한 저장 용량의 부족, 무효하다고 마크된 데이터의 퍼센티지가 임계치에 도달하거나, 유효한 데이터의 통합(consolidation), 스토리지의 이러한 섹션에 대한 에러 검출 레이트의 임계값 도달, 또는 데이터 분산을 기반으로 한 성능 향상 등에 기인할 수 있다. 많은 팩터(factors)가 스토리지의 섹션이 복원될 시점을 결정하기 위해 가비지 컬렉션 알고리즘에 의해 고려될 수 있다.
스토리지의 섹션이 복원을 위해 마크된 경우, 섹션 내 유효한 패킷은 일반적으로 재배치되어야 한다. 가비지 컬렉터 바이패스(316)는 패킷이 데이터 독출 파이프라인(108)으로 독출되도록 하고, 그리고 나서 솔리드-스테이트 스토리지 컨트롤러(104) 밖으로 라우팅되지 않고 직접적으로 데이터 기록 파이프라인(106)으로 전송될 수 있도록 한다. 바람직한 실시예에서, 가비지 컬렉터 바이패스(316)는 솔리드-스테이트 스토리지 장치(102) 내에서 작동하는 자발적인 가비지 컬렉터 시스템의 일부이다. 이는 솔리드-스테이트 스토리지 장치(102)가 데이터를 관리하여, 데이터가 솔리드-스테이트 스토리지(110)에 걸쳐 시스템적으로 퍼지도록(spread) 하여, 성능, 데이터 신뢰성을 향상시키고, 솔리드-스테이트 스토리지(110)의 임의의 한 장소 또는 영역의 과용 및 미달을 방지하고, 솔리드-스테이트 스토리지(110)의 유용한 수명을 연장시킨다.
가비지 컬렉터 바이패스(316)는 다른 세그먼트를 클라이언트(116) 또는 다른 장치에 의해 기록하면서 데이터 기록 파이프라인(106)으로의 세그먼트의 삽입을 수행한다. 도시된 실시예에서, 가비지 컬렉터 바이패스(316)는 데이터 기록 파이프라인(106) 내에서 패킷타이저(302) 전에 위치하고 데이터 독출 파이프라인(108) 내에서 디패킷타이저(324) 후에 위치하지만, 데이터 독출 및 기록 파이프라인(106,108) 내에서 임의의 위치에 위치할 수도 있다. 가비지 컬렉터 바이패스(316)는 기록 파이프라인(106)의 플러쉬(flush) 도중 사용되어 가상 페이지의 나머지(remainder)를 채워 솔리드-스테이트 스토리지(110) 내의 저장 효율을 향상시키고 그에 의해 가비지 컬렉션의 빈도수를 줄인다.
일 실시예에서, 데이터 기록 파이프라인(106)은 기록 동작의 효율을 위해 데이터를 버퍼링하는 기록 버퍼(320)를 포함한다. 일반적으로, 기록 버퍼(320)는 패킷이 솔리드-스테이트 스토리지(110) 내의 적어도 하나의 가상 페이지를 채우기 위한 충분한 용량을 포함한다. 이는 기록 동작이 데이터의 전체 페이지를 솔리드-스테이트 스토리지(110)으로 인터럽션 없이 전송하도록 한다. 데이터 기록 파이프라인(106)의 기록 버퍼(320) 및 데이터 독출 파이프라인(108) 내의 버퍼의 사이즈를 조절하여 솔리드-스테이트 스토리지(110) 내의 스토리지 기록 버퍼와 동일하거나 보다 큰 용량을 구비하도록 함으로써, 다중 명령 대신 단일 기록 명령이 데이터의 가득 찬(full) 가상 페이지를 솔리드-스테이트 스토리지(110)으로 전송하도록 만들어질 수 있으므로 데이터의 기록 및 독출이 보다 효율적으로 될 수 있다.
기록 버퍼(320)이 가득 차는 동안, 솔리드-스테이트 스토리지(110)는 다른 독출 동작을 위해 사용될 수 있다. 이는 데이터가 스토리지 기록 버퍼에 기록되고 스토리지 기록 버퍼로의 데이터 유입이 지연된 경우, 보다 작은 기록 버퍼 또는 기록 버퍼가 구비되지 않은 다른 솔리드-스테이트 장치는 솔리드-스테이트 스토리지를 정체시킬 수 있기 때문이다. 독출 동작은 전체 스토리지 기록 버퍼가 채워지고 프로그램될 때까지 차단될 것이다(blocked). 기록 버퍼를 구비하지 않거나 작은 기록 버퍼를 구비한 시스템을 위한 다른 접근 방법은 독출을 가능하게 하기 위해 가득 차지 않은 스토리지 기록 버퍼를 플러쉬하는 것이다. 하지만 다중 기록/프로그램 사이클은 페이지를 채우도록 요구되므로 이 방법은 비효율적이다.
가상 페이지보다 더 큰 사이즈를 구비한 기록 버퍼(320)를 포함한 도시된 실시예에 대해, 많은 서브명령을 포함한 단일 기록 명령은 각각의 솔리드-스테이트 스토리지 엘리먼트(216,218,220) 내의 스토리지 기록 버퍼로부터 각각의 솔리드-스테이트 스토리지 엘리먼트(216,218,220) 내의 지정된 페이지로 데이터의 페이지를 전송하도록 하는 단일 프로그램 명령이 수반될 수 있다. 이러한 기술은 부분적인 페이지 프로그래밍을 제거하는 장점이 있지만, 데이터의 신뢰성 및 지속성(durability)을 감소시키고 버퍼가 채워진 반면 독출 및 다른 명령에 대해 목적지 뱅크(destination bank)를 자유롭게 하는 것으로 알려져 있다.
일 실시예에서, 기록 버퍼(320)는 핑-퐁 버퍼(ping-pong buffer)이며, 이는 버퍼의 일측이 채워지고 그리고 나서 적절한 시점에서 전송을 위해 지정되는 반면 핑퐁 버퍼의 타측이 채워진다. 다른 실시예에서, 기록 버퍼(320)는 데이터 세그먼트의 가상 페이지보다 큰 용량을 가진 FIFO(First-In First-Out) 레지스터를 포함한다. 당업자는 솔리드-스테이트 스토리지(110)로 데이터를 기록하기 전에 데이터의 가상 페이지가 저장되도록 하는 다른 기록 버퍼(320) 구성을 인식할 것이다.
다른 실시예에서, 기록 버퍼(320)는 가상 페이지보다 작도록 사이즈가 구성되어, 페이지보다 작은 정보가 솔리드-스테이트 스토리지(110) 내의 스토리지 기록 버퍼에 기록될 수 있다. 실시예에서, 데이터 기록 파이프라인(106) 내의 정체가 독출 동작을 억제하는 것을 방지하기 위해, 데이터는 가비지 컬렉션 프로세스의 일부로서 한 장소에서 다른 장소로 이동될 필요가 있는 가비지 컬렉션 시스템을 이용하여 대기행렬에 대기시킨다(queue). 데이터 기록 파이프라인(106) 내의 데이터 정체의 경우, 데이터는 가비지 컬렉터 바이패스(316)를 통해 기록 버퍼(320)으로 공급될 수 있으며 그리고 나서 솔리드-스테이트 스토리지(110) 내의 스토리지 기록 버퍼로 공급되어 데이터를 프로그래밍하기 전에 가상 페이지의 페이지를 채울 수 있다. 이러한 방법으로, 데이터 기록 파이프라인(106) 내의 데이터 정체는 솔리드-스테이트 스토리지 장치(106)로부터의 독출로 정체되지 않을 것이다.
다른 실시예에서, 데이터 기록 파이프라인(106)은 데이터 기록 파이프라인(106) 내의 하나 또는 그 이상의 사용자-정의가능한 기능을 구비한 기록 프로그램 모듈(310)을 포함한다. 기록 프로그램 모듈(310)은 사용자가 데이터 기록 파이프라인(106)을 맞춤 구성(customize)할 수 있도록 한다. 사용자는 특정 데이터 요구사항 또는 애플리케이션을 기반으로 데이터 기록 파이프라인(106)을 맞춤 구성할 수 있다. 솔리드-스테이트 스토리지 컨트롤러(104)가 FPGA인 경우, 사용자는 커스텀 명령 및 기능을 사용하여 상대적으로 용이하게 데이터 기록 파이프라인(106)을 프로그램할 수 있다. 사용자는 또한 ASIC를 구비한 커스텀 기능을 포함하도록 기록 프로그램 모듈(310)을 사용할 수도 있으나, 그러나 ASIC를 맞춤 구성하는 것응ㄴ FPGA를 이용하는 것보다 더 어렵다. 기록 프로그램 모듈(310)은 버퍼 및 바이패스 메커니즘을 포함할 수 있어 제 1 데이터 세그먼트가 기록 프로그램 모듈(310) 내에서 실행되도록 하는 반면 제 2 데이터 세그먼트는 데이터 기록 파이프라인(106)을 통해 지속될 수 있다. 다른 실시예에서, 기록 프로그램 모듈(310)은 소프트웨어를 통해 프로그램될 수 있는 프로세서 코어를 포함할 수 있다.
기록 프로그램 모듈(310)은 입력 버퍼(306) 및 압축 모듈(312) 사이에 도시되지만, 기록 프로그램 모듈(310)은 데이터 기록 파이프라인(106) 내 어느 곳에도 위치될 수 있으며 다양한 스테이지(302-320)로 분산될 수 있다. 또한, 프로그래밍되고 독립적으로 동작하는 다양한 스테이트(302-320)에 분산된 다중 기록 프로그램 모듈(310)이 구비될 수 있다. 또한, 스테이지(302-320)의 순서는 변경될 수 있다. 당업자는 특정 사용자 요구사항을 기반으로 스테이지(302-320)의 순서에 대한 작업가능한 변경을 인식할 것이다.
데이터 독출 파이프라인(Read Data Pipeline)
데이터 독출 파이프라인(108)은 요청된 패킷의 각각의 ECC 블록과 함께 저장된 ECC를 사용함으로써 솔리드-스테이트 스토리지(110)로부터 수신된 요청된 패킷의 ECC블록 내에 데이터 에러가 존재하는지 여부를 결정하는 ECC 정정 모듈(322)을 포함한다. 그리고 나서, 임의의 에러가 존재하고 에러가 ECC를 이용하여 정정가능한 경우, ECC 정정 모듈(322)은 요청된 패킷 내의 임의의 에러를 정정한다. 예를 들어, ECC가 6 비트의 에러를 검출할 수 있으나 오직 3 비트의 에러만을 정정할 수 있는 경우, ECC 정정 모듈(322)은 에러 중 3 비트까지 요청된 패킷의 ECC 블록을 정정한다. ECC 정정 모듈(322)은 에러가 발생된 비트를 에러가 없는 비트 또는 영 상태(zero state)로 변경함으로써 에러가 발생된 비트를 정정하여, 그 결과 요청된 데이터 패킷은 솔리드-스테이트 스토리지(110)으로 기록된 때와 동일해지고 ECC는 패킷에 대해 생성된다.
요청된 패킷이 ECC가 정정할 수 있는 것보다 더 많은 에러 발생 비트를 포함하는 것으로 ECC 정정 모듈(322)이 결정한 경우, ECC 정정 모듈(322)은 요청된 패킷의 오류가 발생한 ECC 블록 내의 에러를 정정할 수 없으며, 인터럽트(interrupt)를 전송한다. 일 실시예에서, ECC 정정 모듈(322)은 요청된 패킷에 에러가 발생됨을 지시하는 메시지와 함께 인터럽트를 전송한다. 메시지는 ECC 정정 모듈(322)이 에러 또는 에러를 정정하도록 하는 ECC 정정 모듈(322)의 구동불능을 정정할 수 없다는 정보를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, ECC 정정 모듈(322)은 요청된 패킷의 오류가 발생된 ECC 블록을 인터럽트 및/또는 메시지와 함께 전송한다.
바람직한 실시예에서, ECC 정정 모듈(322)에 의해 정정될 수 없는 요청된 패킷의 오류가 발생된 ECC 블록 또는 오류가 발생된 ECC 블록의 일부는 마스터 컨트롤러(224)에 의해 독출되고, 정정되고, 그리고 데이터 독출 파이프라인(108)에 의한 추후 처리를 위해 ECC 정정 모듈(322)로 반환된다. 일 실시예에서, 요청된 패킷의 오류가 발생된 ECC 블록 또는 오류가 발생된 ECC 블록의 일부는 데이터를 요청한 장치로 전송된다. 요청 장치(155)는 ECC 블록을 정정하거나 다른 카피, 예컨대 백업 또는 미러 카피를 사용하여 데이터를 교체할 수 있으며, 그리고 나서 요청된 데이터 패킷의 교체 데이터를 사용하거나 데이터 독출 파이프라인(108)으로 반환할 수 있다. 요청 장치(155)는 에러가 발생된 요청된 패킷 내의 헤더 정보를 사용하여 오류가 발생된 요청된 패킷을 교체할 필요가 있는 데이터를 식별하거나 또는 그러한 패킷이 속한 객체를 교체할 수 있다. 다른 바람직한 실시예에서, 솔리드-스테이트 스토리지 컨트롤러(104)는 일부 타입의 RAID를 사용하여 데이터를 저장하고 오류가 발생된 데이터를 복구할 수 있다. 다른 실시예에서, ECC 정정 모듈(322)은 인터럽트 및/또는 메시지를 전송하고 수신 장치는 요청된 데이터 패킷과 결합된 독출 동작을 실패한다. 당업자는 요청된 패킷의 하나 또는 그 이상의 ECC 블록이 오류가 발생되고 ECC 정정 모듈(322)이에러를 정정할 수 없는 것을 결정하는 ECC 정정 모듈(322)의 결과로서 취할 다른 옵션 및 동작을 인식할 것이다.
데이터 독출 파이프라인(108)은 ECC 정정 모듈(322)로부터 요청된 패킷의 ECC 블록을 직접 또는 간접적으로 수신하는 디패킷타이저(324)를 포함하고, 하나 또는 그 이상의 패킷 헤더를 확인하고 제거한다. 디패킷타이저(324)는 헤더 내의 패킷 식별자, 데이터 길이, 데이터 위치 등을 확인함으로써 패킷 헤더를 검증할 수 있다. 일 실시예에서, 데이터 독출 파이프라인(108)으로 전달된 패킷이 요청된 패킷인지 검증하도록 사용될 수 있는 해쉬 코드(hash code)를포함한다. 디패킷타이저(324)는 또한 패킷타이저(302)에 의해 추가된 요청된 패킷으로부터 헤더를 제거한다. 디패킷타이저(324)는 특정 패킷이 동작하지 않고 변경 없이 전달하도록 지시할 수 있다. 일 예는 재구성 프로세스의 코스(course) 도중 요청된 컨테이너 라벨일 수 있으며, 여기서 헤더 정보는 객체 인덱스 재구성 모듈(272)에 의해 요구된다. 또 다른 예는 솔리드-스테이트 스토리지 장치(102) 내에 사용을 위해 정해진 다양한 타입의 패킷의 전송을 포함한다. 다른 실시예에서, 디패킷타이저(324) 동작은 패킷 타입에 종속할 수 있다.
데이터 독출 파이프라인(108)은 디패킷타이저(324)로부터 데이터를 수신하고 원치않은 데이터를 삭제하는 조정 모듈(alignment module)(326)을 포함한다. 일 실시예에서, 솔리드-스테이트 스토리지(110)으로 전송된 독출 명령은 데이터의 패킷을 검색한다. 데이터를 요청하는 장치는 검색된 패킷 내의 모든 데이터를 요구하지 않을 수 있으며 조정 모듈(326)은 원치않은 데이터를 삭제한다. 검색된 페이지 내의 모든 데이터가 요청된 데이터인 경우, 조정 모듈(326)은 어떤 데이터도 삭제하지 않는다.
조정 모듈(326)은 데이터 세그먼트를 다음 스테이지로 전달하기 전에 데이터 세그먼트를 요청한 장치와 호환성 있는 형태로 데이터를 객체의 데이터 세그먼트로서 재구성한다(reformat). 일반적으로, 데이터가 데이터 독출 파이프라인(108)에 의해 처리되므로, 데이터 세그먼트 또는 패킷의 사이즈는 다양한 스테이지에서 변경된다. 조정 모듈(326)은 데이터를 요청 장치(155)로 전송되기에 적절한 데이터 세그먼트로 데이터를 구성하도록 수신된 데이터를 사용하고 응답(response)를 형성하도록 참가한다. 예를 들어, 제 1 데이터 패킷의 일부로부터의 데이터는 제 2 데이터 패킷의 일부로부터의 데이터와 결합될 수 있다. 데이터 세그먼트가 요청 장치에 의해 요청된 데이터보다 큰 경우, 조정 모듈(326)은 원치않은 데이터를 폐기할 수 있다.
일 실시예에서, 데이터 독출 파이프라인(108)은 데이터 독출 파이프라인(108)에 의해 처리하기 전에 솔리드-스테이트 스토리지(110)로부터 독출된 하나 또는 그 이상의 요청된 패킷을 버퍼링하는 독출 동기 버퍼(328)를 포함한다. 독출 동기 버퍼(328)는 솔리드-스테이트 스토리지 클럭 도메인과 로컬 버스 클럭 도메인 사이의 경계에 위치하고 클럭 도메인의 차이를 보완하기 위해 버퍼링을 제공한다.
다른 실시예에서, 데이터 독출 파이프라인(108)은 요청 장치로 전송하기 전에 조정 모듈(326)로부터 요청된 패킷을 수신하고 패킷을 저장하는 출력 버퍼(330)을 포함한다. 출력 버퍼(330)는 데이터 세그먼트가 데이터 독출 파이프라인(108)의 스테이지로부터 수신된 시기와 데이터 세그먼트가 솔리드-스테이트 스토리지 컨트롤러(104) 또는 요청 장치의 다른 부분으로 전송되는 시기 간의 차이를 보완한다. 출력 버퍼(330)는 또한 데이터 버스(204)가 데이터 독출 파이프라인(108)에 의해 유지될 수 있는 것보다 더 큰 레이트로 데이터 독출 파이프라인(108)으로부터 데이터를 수신하도록 하여, 데이터 버스(204)의 동작의 효율을 향상시킨다.
일 실시예에서, 데이터 독출 파이프라인(108)은 하나 또는 그 이상의 요청된 패킷을 디패킷타이저(324)로 전송하기 전에, ECC 정정 모듈(322)로부터 하나 또는 그 이상의 암호화되고 요청된 패킷을 수신하고 솔리드-스테이트 스토리지 장치(102)에 고유한 암호화 키를 사용하여 하나 또는 그 이상의 요청된 패킷을 복호화하는 미디어 복호화 모듈(332)을 포함한다. 일반적으로 미디어 복호화 모듈(332)에 의해 데이터를 복호화하도록 사용되는 암호화 키는 미디어 암호화 모듈(318)에 의해 사용된 암호화 키와 일치한다. 다른 실시예에서, 솔리드-스테이트 스토리지(110)는 둘 또는 그 이상의 파티션을 가질 수 있으며 솔리드-스테이트 스토리지 컨트롤러(104)는 둘 또느 그 이상의 솔리드-스테이트 스토리지 컨트롤러(104)처럼 동작할 수 있으며, 각각은 솔리드-스테이트 스토리지(110) 내의 단일 파티션상에서 동작한다. 이 실시예에서, 고유한 미디어 암호화 키는 각각의 파티션과 함께 사용될 수 있다.
다른 실시예에서, 데이터 독출 파이프라인(108)은 데이터 세그먼트를 출력 버퍼(330)로 전송하기 전에 디패킷타이저(324)에 의해 구성된 데이터 세그먼트를 복호화하는 복호화 모듈(334)을 포함한다. 독출 요청과 함께 수신된 암호화 키를 사용하여 복호화된 데이터 세그먼트는 독출 동기 버퍼(328)에 의해 수신된 요청된 패킷의 검색을 개시한다. 복호화 모듈(334)은 제 1 패킷을 제 1 패킷에 대한 독출 요청과 함께 수신된 암호화 키를 사용하여 복호화할 수 있고, 그리고 나서 제 2 패킷을 상이한 암호화 키를 사용하여 복호화할 수 있거나 또는 제 2 패킷을 복호화 없이 데이터 독출 파이프라인(108)의 다음 스테이지로 전달할 수 있다. 일반적으로, 복호화 모듈(334)은 상이한 암호화 키를 사용하여 데이터 세그먼트를 복호화하는 반면 미디어 복호화 모듈(332)은 요청된 패킷을 복호화한다. 패킷이 비-기빌 암호적 논스(non-secret cryptographic nonce)를 사용하여 저장된 경우, 논스는 암호화 키와 함께 사용되어 데이터 패킷을 복호화한다. 암호화 키는 클라이언트(114), 컴퓨터(112), 키 관리자, 또는 솔리드-스테이트 스토리지 컨트롤러(104)에 의해 사용될 암호화 키를 관리하는 다른 장치로부터 수신될 수 있다.
다른 실시예에서, 데이터 독출 파이프라인(108)은 디패킷타이저(324)에 의해 구성된 데이터 세그먼트를 복원하는 복원(decompression) 모듈(336)을 포함한다. 바람직한 실시예에서, 복원 모듈(336)은 패킷 헤더 및 컨테이너 라벨 중 하나 또는 둘 모두에 저장된 압축 정보를 사용하여 압축 모듈(312)에 의해 데이터를 압축하기 위해 사용된 루틴과 상보되는 루틴(complementary routine)을 선택한다. 다른 실시예에서, 복원 모듈(336)에 의해 사용되는 복원 루틴은 복원되는 데이터 세그먼트를 요청하는 장치에 의해 지시된다. 다른 실시예에서, 복원 모듈(336)은 객체 타입 또는 객체 클래스 기반 상의 초기 세팅에 따라 복원 루틴을 선택한다. 제 1 객체의 제 1 패킷은 초기 복원 루틴을 무시할 수 있고 동일한 객체 클래스 및 객체 타입의 제 2 객체의 제 2 패킷은 초기 복원 루틴을 사용할 수 있고 동일한 객체 클래스 및 객체 타입의 제 3 객체의 제 3 패킷은 복원을 사용하지 않을 수 있다.
다른 실시예에서, 데이터 독출 파이프라인(108)은 데이터 독출 파이프라인(108) 내의 하나 또는 그 이상의 사용자-정의가능한(user-definable) 기능을 포함하는 독출 프로그램 모듈(338)을 포함한다. 독출 프로그램 모듈(338)은 기록 프로그램 모듈(310)과 유사한 특성을 가지고 사용자가 데이터 독출 파이프라인(108)으로 커스텀 기능을 제공할 수 있도록 한다. 독출 프로그램 모듈(338)은 도 3에 도시된 바와 같이 위치될 수 있거나, 데이터 독출 파이프라인(108) 내의 다른 지점에 위치될 수 있거나, 또는 데이터 독출 파이프라인(108) 내의 다수 지점 내에 다수 부분을 포함할 수 있다. 추가적으로, 데이터 독출 파이프라인(108) 내의 다수 지점 내의 다수의 독출 프로그램 모듈(338)은 독립적으로 동작할 수 있다. 당업자는 데이터 독출 파이프라인(108) 내의 독출 프로그램 모듈(338)의 다른 형태를 인식할 것이다. 데이터 기록 파이프라인(106)과 같이, 데이터 독출 파이프라인(108)의 스테이지는 재배열될 수 있으며 당업자는 데이터 독출 파이프라인(108) 내의 스테이지의 다른 순서를 인식할 것이다.
솔리드-스테이트 스토리지 컨트롤러(104)는 컨트롤 및 상태 레지스터(340) 및 해당 컨트롤 큐(342)를 포함한다. 컨트롤 및 상태 레지스터(340) 및 컨트롤 큐(342)는 데이터 기록 및 독출 파이프라인(106,108) 내에서 처리되는 데이터와 결합되는 시퀀싱 명령 및 서브명령을 구현한다. 예를 들어, 패킷타이저(302) 내의 데이터 세그먼트는 ECC 생성기와 결합된 컨트롤 큐(342) 내의 하나 또는 그 이상의 해당 컨트롤 명령 또는 지시를 구비할 수 있다. 데이터 세그먼트가 패킷화됨에 따라, 지시 또는 명령 중 일부는 패킷타이저(302) 내에서 실행될 수 있다. 다른 명령 또는 지시는 컨트롤 및 상태 레지스터(340)를 통해 새로 형성된 데이터 패킷으로서 다음 컨트롤 큐(342)로 전달될 수 있다.
각각의 패킷이 스테이지에 의해 실행됨에 따라 각각의 파이프라인 스테이지는 적절한 명령 또는 지시를 끌어오면서, 명령 또는 지시는 데이터 기록 파이프라인(106)으로 전달되는 패킷을 위한 컨트롤 큐(342)로 동시에 로드(loaded)될 수 있다. 유사하게, 각각의 패킷이 스테이지에 의해 실행됨에 따라 각각의 파이프라인 스테이지는 적절한 명령 또는 지시를 끌어오면서, 명령 또는 지시는 데이터 독출 파이프라인(108)으로부터 요청되는 패킷을 위한 컨트롤 큐(342)로 동시에 로드될 수 있다. 당업자는 컨트롤 및 상태 레지스터(340) 및 컨트롤 큐(342)의 다른 특징 및 기능을 인식할 것이다.
솔리드-스테이트 스토리지 컨트롤러(104) 및/또는 솔리드-스테이트 스토리지 장치(102)는 또한 뱅크 인터리브 컨트롤러(344), 동기 버퍼(346), 스토리지 버스 컨트롤러(348), 및 멀티플렉서(MUX)(350)을 포함하며, 이는 도 4a 및 도 4b와 관련하여 기술된다.
뱅크 인터리브(Bank Interleave)
도 4a는 본 발명에 따른 솔리드-스테이트 스토리지 컨트롤러(104) 내의 뱅크 인터리브 컨트롤러(344)의 일 실시예(400)를 설명하는 개략적인 블록도이다. 뱅크 인터리브 컨트롤러(344)는 컨트롤 및 상태 레지스터(340)에 연결되고, MUX(350), 스토리지 버스 컨트롤러(348), 및 동기 버퍼(346)를 통해 스토리지 I/O 버스(210) 및 스토리지 컨트롤 버스(212)에 연결되며, 이는 이하 기술된다. 뱅크 인터리브 컨트롤러는 독출 에이전트(402), 기록 에이전트(404), 소거 에이전트(406), 관리 에이전트(408), 독출 큐(410a-n), 기록 큐(412a-n), 소거 큐(414a-n) 및 솔리드-스테이트 스토리지(110) 내의 뱅크(214)를 위한 관리 큐(416a-n), 뱅크 컨트롤러(418a-n), 버스 아비터(bus arbiter)(420), 및 상태 MUX(status MUX)(422)를 포함하며, 이는 이하 기술된다.
뱅크 인터리브 컨트롤러(344)는 하나 또는 그 이상의 명령을 뱅크 인터리브 컨트롤러(344) 내의 둘 또는 그 이상의 큐로 지시하고 큐 내에 저장된 명령의 솔리드-스테이트 스토리지(110) 실행의 뱅크(214) 사이에서 조정하여, 제 1 타입의 명령은 하나의 뱅크(214a)에서 실행되는 반면 제 2 타입의 명령은 제 2 뱅크(214b)에서 실행된다. 하나 또는 그 이상의 명령은 명령 타입에 의해 큐로 분리된다. 솔리드-스테이트 스토리지(110)의 각각의 뱅크(214)는 뱅크 인터리브 컨트롤러(344) 내의 큐의 해당 세트를 구비하고 큐의 각각의 세트는 각각의 명령 타입을 위한 큐를 포함한다.
뱅크 인터리브 컨트롤러(344)는 큐 내에 저장된 명령의 솔리드-스테이트 스토리지(110) 실행의 뱅크(214) 사이에서 조정된다. 예를 들어, 제 1 타입의 명령은 하나의 뱅크(214a)에서 실행되는 반면 제 2 타입의 명령은 제 2 뱅크(214b)에서 실행된다. 일반적으로 명령 타입 및 큐 타입은 독출 및 기록 명령 및 큐(410,412)를 포함하지만, 또한 저장 매체에 특정한 다른 명령 및 큐를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 도 4a에 도시된 실시예에서, 소거 및 관리 큐(414,416)는 포함되고 플래시 메모리, NRAM, MRAM, DRAM, PRAM 등에 적절할 것이다.
솔리드-스테이트 스토리지(110)의 다른 타입에 대해, 명령 및 해당 큐의 다른 타입은 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않으면서 포함될 수 있다. FPGA 솔리드-스테이트 스토리지 컨트롤러(104)의 유연한 속성(flexible nature)은 저장 매체 내에 유연성을 허용한다. 플래시 메모리가 다른 솔리드-스테이트 스토리지 타입으로 변경된 경우, 뱅크 인터리브 컨트롤러(344), 스토리지 버스 컨트롤러(348), 및 MUX(350)는 데이터 파이프라인(106,108) 및 다른 솔리드-스테이트 스토리지 컨트롤러(104) 기능에 중대하게 영향을 미치지 않으면서 미디어 타입에 적합하게 변경될 수 있다.
도 4a에 도시된 실시예에서, 뱅크 인터리브 컨트롤러(344)는 각각의 뱅크(214), 솔리드-스테이트 스토리지(110)으로부터 데이터 독출을 위한 독출 큐(410), 솔리드-스테이트 스토리지(110)로 명령을 기록하기 위한 기록 큐(412), 솔리드-스테이트 스토리지 내의 소거 블록을 소거하기 위한 소거 큐(414), 관리 명령을 위한 관리 큐(416)를 포함한다. 뱅크 인터리브 컨트롤러(344)는 또한 해당 독출, 기록, 소거, 및 관리 에이전트(402,404,406,408)을 포함한다. 다른 실시예에서, 컨트롤 및 상태 레지스터(340) 및 컨트롤 큐(342) 또는 유사한 컴포넌트는 솔리드-스테이트 스토리지(110)의 뱅크(214)로 전송되는 데이터를 위한 명령을 뱅크 인터리브 컨트롤러(344)를 사용하지 않고 대기행렬에 대기시킨다(queue).
일 실시예에서, 에이전트(402,404,406,408)는 특정 뱅크(214a)를 위해 정해진 적절한 타입의 명령을 뱅크(214a)를 위한 정정 큐(correct queue)로 보낸다. 예를 들어, 독출 에이전트(402)는 뱅크-1(214b)를 위한 독출 명령을 수신하고 상기 독출 명령을 뱅크-1 독출 큐(410b)로 보낼 수 있다. 기록 에이전트(404)는 데이터를 솔리드-스테이트 스토리지(110)의 뱅크-0(214a) 내의 한 장소로 기록하도록 하는 기록 명령을 수신할 수 있고, 그리고 나서 상기 기록 명령을 뱅크-0 기록 큐(412a)로 전송할 것이다. 유사하게, 소거 에이전트(406)는 뱅크-1(214b) 내의 소거 블록을 소거하는 소거 명령을 수신할 수 있고, 그리고 나서 상기 소거 명령을 뱅크-1 소거 큐(414b)로 전달할 것이다. 관리 에이전트(408)는 일반적으로 리셋 명령 또는 뱅크-0(214a)와 같은 뱅크(214)의 구성 레지스터(configuration register)를독출하는 요청과 같은 관리 명령, 상태 요청(status requests) 등을 수신한다. 관리 에이전트(408)는 관리 명령을 뱅크-0 관리 큐(416a)로 전송한다.
또한, 에이전트(402,404,406,408)는 일반적으로 큐(410,412,414,416)의 상태를 감시하고 큐(410,412,414,416)가 가득 차거나, 거의 가득 차거나, 동작하지 않는 등의 경우 상태, 인터럽트, 또는 다른 메시지를 전송한다. 일 실시예에서, 에이전트(402,404,406,408)는 명령을 수신하고 해당 서브명령을 생성한다. 일 실시예에서, 에이전트(402,404,406,408)는 컨트롤 및 상태 레지스터(340)을 통해 명령을 수신하고 큐(410,412,414,416)로 전달되는 해당 서브명령을 생성한다. 당업자는 에이전트(402,404,406,408)의 다른 기능을 인식할 것이다.
큐(410,412,414,416)는 일반적으로 명령을 수신하고 솔리드-스테이트 스토리지 뱅크(214)로 전송이 요구될 때까지 상기 명령을 저장한다. 일반적인 실시예에서, 큐(410,412,414,416)는 FIFO(First-In, First-Out) 레지스터 또는 FIFO로서 동작하는 유사한 컴포넌트이다. 다른 실시예에서, 큐(410,412,414,416)는 데이터를 매치하는(match) 오더, 중요 순서, 다른 분류에 따라 명령을 저장ㅎ나다.
뱅크 컨트롤러(418)는 일반적으로 큐(410,412,414,416)로부터 명령을 수신하고 적절한 서브명령을 생성한다. 예를 들어, 뱅크-0 기록 큐(412a)는 데이터 패킷의 페이지를 뱅크-0(214a)로 기록하는 명령을 수신할 수 있다. 뱅크-0 컨트롤러(418a)는 적절한 시기에 기록 명령을 수신할 수 있고 뱅크-0(214a) 내의 페이지로 기록될 기록 버퍼(320) 내에 저장된 각각의 데이터 패킷에 대한 하나 또는 그 이상의 기록 서브명령을 생성한다. 예를 들어, 뱅크-0 컨트롤러(418a)는 뱅크 0(214a) 및솔리드-스테이트 스토리지 어레이(216)의 상태를 검증하기 위한 명령을 생성하고, 하나 또는 그 이상의 데이터 패킷을 기록하기 위한 적절한 장소를 선택하고, 솔리드-스테이트 스토리지 메모리 어레이(216) 내의 입력 버퍼를 비우고(clear), 하나 또는 그 이상의 데이터 패킷을 입력 버퍼로 전송하고, 입력 버퍼를 상기 선택된 장소로 프로그램하고, 데이터가 올바르게 프로그래밍 되었는지 검증하고, 프로그램 실패가 발생하면 하나 또는 그 이상의 마스터 컨트롤러 인터럽트를 수행하고, 동일한 물리적 장소로 기록을 재시도하고 상이한 물리적 장소로 기록을 재시도한다. 추가적으로, 기록 명령의 예와 함께, 스토리지 버스 컨트롤러(348)는 스토리지 I/O 버스(210a)에 대한 제 1 물리적 어드레스로 매핑되고 스토리지 I/O 버스(210b)에 대한 제 2 물리적 어드레스로 매핑되는 등의 명령의 논리적 어드레스를 사용하여 각각의 스토리지 I/O 버스(210a-n)로 다중시키는 하나 또는 그 이상의 명령을 야기시킬 것이다.
일반적으로, 버스 아비터(420)는 뱅크 컨트롤러(418) 중에서 선택하고 뱅크 컨트롤러(418) 내의 출력 큐로부터 서브명령을 끌어내고 뱅크(214)의 성능을 최적화하는 순서로 이들 출력 큐를 스토리지 버스 컨트롤러(348)로 전달한다. 다른 실시예에서, 버스 아비터(420)는 하이 레벨 인터럽트에 응답하고 일반적인 선택 기준을 변경할 수 있다. 다른 실시예에서, 마스터 컨트롤러(224)는 컨트롤 및 상태 레지스터(340)를 통해 버스 아비터(420)를 제어할 수 있다. 당업자는 버스 아비터(420)가 명령의 시퀀스를 뱅크 컨트롤러(418)로부터 솔리드-스테이트 스토리지(110)로 제어하고 인터리브할 수 있는 다른 수단을 인식할 것이다.
버스 아비터(420)는 일반적으로 적절한 명령의 선택, 및 명령 타입에 따라 요구되는 경우 뱅크 컨트롤러(418)로부터 해당 데이터를 불러와 명령 및 데이터를 스토리지 버스 컨트롤러(348)로 전송한다. 버스 아비터(420)는 또한 일반적으로 명령을 스토리지 컨트롤 버스(212)로 전송하여 적절한 뱅크(214)를 선택한다. 플래시 메모리 또는 비동기식, 양방향 직렬 스토리지 I/O 버스(210)의 다른 솔리드-스테이트 스토리지(110)의 경우에 대해, 오직 하나의 명령(제어 정보) 또는 데이터 세트만이 한 번에 전송될 수 있다. 예를 들어, 기록 명령 또는 데이터가 스토리지 I/O 버스(210) 상에서 솔리드-스테이트 스토리지(110)으로 전송되는 경우, 독출 명령, 독출되는 데이터, 소거 명령, 관리 명령, 또는 다른 상태 명령은 스토리지 I/O 버스(210) 상으로 전송될 수 없다. 예를 들어, 데이터가 스토리지 I/O 버스(210)으로부터 독출되는 경우, 데이터는 솔리드-스테이트 스토리지(110)으로 기록될 수 없다.
예를 들어, 뱅크-0으로의 기록 동작 도중, 버스 아비터(420)는 스토리지 버스 컨트롤러(348)이 다음과 같은 시퀀스를 실행하도록 야기하는 큐의 상부에 있는 기록 명령 또는 일련의 기록 서브-명령들을 구비할 수 있는 뱅크-0 컨트롤러(418a)를선택한다. 버스 아비터(420)는 기록 명령을 스토리지 버스 컨트롤러(348)로 전달하며, 이는 스토리지 컨트롤 버스(212)를 통해 뱅크-0(214a)를 선택함으로써 기록 명령을 설치하며, 뱅크-0(214a)와 결합된 솔리드-스테이트 스토리지 엘리먼트(110)의 입력 버퍼를 비우는 명령을 전송하고, 뱅크-0(214a)와 결합된 솔리드-스테이트 스토리지 엘리먼트(216,218,220)의 의 상태를 검증하는 명령을 전송한다. 그리고 나서, 스토리지 버스 컨트롤러(348)는 스토리지 I/O 버스(210) 상으로 기록 서브명령을 전송하며, 이는 논리적 소거 블록 어드레스로부터 매핑된 바와 같이 각각의 개별적인 물리적 소거 솔리드-스테이트 스토리지 엘리먼트(216a-m)에 대한 논리적 소거 블록의 어드레스를 포함하는 물리적 어드레스를 포함한다. 그리고 나서, 스토리지 버스 컨트롤러(348)는 기록 동기 버퍼(308)를 통한 기록 버퍼(320)를 MUX(350)를통해 스토리지 I/O 버스(210)로 다중화한다(mux). 페이지가 가득 찬 경우, 스토리지 버스 컨트롤러(348)는 뱅크-0(214a)와 결합된 솔리드-스테이트 스토리지 엘리먼트(216a-m)가 입력 버퍼를 솔리드-스테이트 스토리지 엘리먼트(216a-m) 내의 메모리 셀로 프로그램하도록 야기한다. 최종적으로, 스토리지 버스 컨트롤러(348)는 페이지가 올바르게 프로그래밍 되었는지 보증하도록 상태를 검증한다.
독출 동작은 상술한 기록의 예와 유사하다. 독출 동작 도중, 일반적으로 버스 아비터(420) 또는 뱅크 인터리브 컨트롤러(344)의 다른 컴포넌트는 데이터 및 해당 상태 정보를 수신하고, 상태 정보를 컨트롤 및 상태 레지스터(340)로 전송하는 반면 데이터를 데이터 독출 파이프라인(108)으로 전송한다. 일반적으로, 버스 아비터(420)로부터 스토리지 버스 컨트롤러(348)로 전달된 독출 데이터 명령은 MUX(350)가 스토리지 I/O 버스(210) 상의 독출 데이터를 데이터 독출 파이프라인(108)으로 제어하도록(gate) 야기하고, 상태 정보를 상태 MUX(422)를통해 적절한 컨트롤 및 상태 레지스터(340)로 전송한다.
버스 아비터(420)는 다양한 명령 타입 및 데이터 액세스 모드를 제어하여, 오직 적절한 명령 타입 또는 해당 데이터만이 임의의 주어진 시간에 버스에 위치하도록 한다. 버스 아비터(420)가 기록 명령을 선택하고, 기록 서브명령 및 해당 데이터가 솔리드-스테이트 스토리지(110)로 기록되는 경우, 버스 아비터(420)는 다른 명령 타입이 스토리지 I/O 버스(210) 상에 위치하도록 허용하지 않을 것이다. 유리하게, 버스 아비터(420)는 뱅크(214) 상태에 관해 수신된 상태 정보와 함께, 예견된 명령 실행 시간과 같은 타이밍 정보를 사용하여, 버스의 유휴 시간(idle time)을 최소화하거나 제거하는 목적으로 버스 상의 다양한 명령의 실행을 조정한다.
버스 아비터(420)를 통한 마스터 컨트롤러(224)는 일반적으로 상태 정보와 함께, 큐(410,412,414,416)에 저장된 명령의 기대되는 완료 시간을 사용하여, 명령과 결합된 서브명령이 하나의 뱅크(214a) 상에서 실행되고 있는 경우, 다른 명령의 다른 서브명령은 다른 뱅크(214b-n) 상에서 실행되도록 한다. 하나의 명령이 뱅크(214a)에서 완전히 실행되는 경우, 버스 아비터(420)는 다른 명령을 뱅크(214a)로 지시한다. 버스 아비터(420)는 또한 큐(410,412,414,416)에 저장되지 않은 다른 명령과 함께 큐(410,412,414,416)에 저장된 명령을 조정한다.
예를 들어, 소거 명령은 솔리드-스테이트 스토리지(110) 내의 소거 블록의 그룹을 소거하도록 전송될 수 있다. 소거 명령은 실행하기 위해 기록 또는 독출 명령보다 10에서 1000 배 많은 시간이 걸리거나, 실행하기 위해 프로그램 명령보다 10에서 100 배 많은 시간이 걸릴 수 있다. N 개의 뱅크(214)에 대해, 뱅크 인터리브 컨트롤러(344)는 소거 명령을 N 개의 명령으로 분할할 수 있고, 각각은 뱅크(214a)의 가상 소거 블록을 소거한다. 뱅크-0(214a)가 소거 명령을 실행하는 동안, 버스 아비터(420)는 다른 뱅크(214b-n) 상의 실행을 위한 다른 명령을 선택할 수 있다. 버스 아비터(420)는 또한 스토리지 버스 컨트롤러(348), 마스터 컨트롤러(224) 등과 같은 다른 컴포넌트와 함께 동작하여, 버스 사이에서 명령 실행을 조정할 수 있다. 버스 아비터(420), 뱅크 컨트롤러(418), 큐(410,412,414,416) 및 뱅의 에이전트(402,404,406,408)를 사용한 명령의 실행 조정은 뱅크 인터리브 기능이 없는 다른 솔리드-스테이트 스토리지 시스템보다 성능이 월등하게 증가한다.
일 실시예에서, 솔리드-스테이트 컨트롤러(104)는 솔리드-스테이트 스토리지(110)의 모든 스토리지 엘리먼트(216,218,220)를 제어하는 하나의 뱅크 인터리브 컨트롤러(344)를 포함한다. 다른 실시예에서, 솔리드-스테이트 컨트롤러(104)는 스토리지 엘리먼트(216a-m,218a-m,220a-m)의 각각의 열을 위한 뱅크 인터리브 컨트롤러(344)를 포함한다. 예를 들어, 하나의 뱅크 인터리브 컨트롤러(344)는 스토리지 엘리먼트의 일 열 SSS 0.0-SSS 0.N(216a,218a,220a)을 제어하고, 제 2 뱅크 인터리브 컨트롤러(344)는 스토리지 엘리먼트의 제 2 열 SSS 1.0-SSS1.N(216b,218b,220b)를 제어하는 식으로 동작할 수 있다.
도 4b는 본 발명에 따른 솔리드-스테이트 스토리지 컨트롤러 내의 뱅크 인터리브 컨트롤러의 대체적인 실시예(401)를 설명하는 개략적인 블록도이다. 도 4b에도시된 실시예에 나타난 컴포넌트(210,212,340,346,350,402-430)는 각각의 뱅크(214)가 단일의 큐(432a-n)를 포함하고 뱅크(예컨대 뱅크-0(214a))에 대한 독출 명령, 기록 명령, 소거 명령, 관리 명령 등은 뱅크(214a)에 대한 단일 큐(432a)로 보내지는 점을 제외하고 도 4a에 관하여 기술된 뱅크 인터리브 장치(400)과 실질적으로 유사하다. 일 실시예에서, 큐(432)는 FIFO이다. 다른 실시예에서, 큐(432)는 저장된 순서가 아닌 다른 순서로 큐(432)로부터 끌어온 명령을 구비할 수 있다. 다른 대체적인 실시예에서(미도시), 독출 에이전트(402), 기록 에이전트(404), 소거 에이전트(406), 및 관리 에이전트(408)는 적절한 큐(432a-n)로 명령을 할당하는 단일 에이전트로 결합될 수 있다.
다른 대체적인 실시예에서(미도시), 명령은 단일 큐에 저장되며, 여기서 명령은 그들이 저장된 순서가 아닌 다른 순서로 큐로부터 불려올 수 있으며, 뱅크 인터리브 컨트롤러(344)는 하나의 뱅크(214a) 상의 명령을 실행하는 반면 다른 명령은 다른 뱅크(214b-n) 상에서 실행되도록 할 수 있다. 당업자는 하나의 뱅크(214a) 상에서 명령이 실행되는 반면 다른 명령이 다른 뱅크(214b-n) 상에서 실행되도록 하는 다른 큐 구성 및 타입을 용이하게 인식할 것이다.
스토리지-특정 컴포넌트(Storage-Specific Components)
솔리드-스테이트 스토리지 컨트롤러(104)는 전송되고 솔리드-스테이트 스토리지(110)으로부터 수신된 명령 및 상태 메시지를 버퍼링하는 동기 버퍼(346)를 포함한다. 동기 버퍼(346)는 솔리드-스테이트 스토리지 클럭 도메인과 로컬 버스 클럭 도메인 사이의 경계에 위치하고 클럭 도메인의 차이를 보완하기 위해 버퍼링을 제공한다. 동기 버퍼(346), 기록 동기 버퍼(308), 및 독출 동기 버퍼(328)는 독립적일 수 있거나, 또는 데이터, 명령, 상태 메시지 등을 버퍼링하도록 함께 동작할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 동기 버퍼(346)는 클럭 도메인을 가로지르는 신호의 수가 가장 적은 장소에 위치한다. 당업자는 클럭 도메인 간의 동기가 솔리드-스테이트 스토리지 장치(102) 내의 다른 장소로 임의적으로 이동되어 디장니 구현의 일부 양상을 최적화하는 방식을 인식할 것이다.
솔리드-스테이트 스토리지 컨트롤러(104)는 솔리드-스테이트 스토리지로 전송되고 그로부터 독출되는 데이터를 위한 명령 및 솔리드-스테이트 스토리지(110)의 타입을 기반으로 솔리드-스테이트 스토리지(110)으로부터 수신된 상태 메시지를 해석하고 번역하는 스토리지 버스 컨트롤러(348)를 포함한다. 예를 들어, 스토리지 버스 컨트롤러(348)는 스토리지의 상이한 타입, 상이한 성능 특성의 스토리지, 상이한 제조자로부터의 스토리지 등을 위한 상이한 타이밍 요건을 구비할 수 있다. 스토리지 버스 컨트롤러(348)는 또한 제어 명령을 스토리지 컨트롤 버스(212)로 전송한다.
바람직한 실시예에서, 솔리드-스테이트 스토리지 컨트롤러(104)는 멀티플렉서(350a-n)의 어레이를 포함하는 MUX(350)를 포함하며, 여기서 각각의 멀티플렉서는 솔리드-스테이트 스토리지 어레이(110)의 열을 위해 사용된다. 예를 들어, 멀티플렉서(350a)는 솔리드-스테이트 스토리지 엘리먼트(216a,218a,220a)와 결합된다. MUX(350)는 데이터 기록 파이프라인(106)으로부터의 데이터 및 스토리지 버스 컨트롤러(348)로부터의 명령을 스토리지 I/O 버스(210)을 통해 솔리드-스테이트 스토리지(110)로 라우팅하고, 스토리지 I/O 버스(210)를 통한 솔리드-스테이트 스토리지(220)으로부터의 데이터 및 상태 메시지를 스토리지 버스 컨트롤러(348), 동기 버퍼(346), 및 뱅크 인터리브 컨트롤러(344)를 통해 데이터 독출 파이프라인(106) 및 컨트롤 및 상태 레지스터(340)로 라우팅한다.
바람직한 실시예에서, 솔리드-스테이트 스토리지 컨트롤러(104)는 솔리드-스테이트 스토리지 엘리먼트(예컨대 SSS 0.1(216a), SSS 0.2(218a), SSS 0.N(220a))를 위한 MUX(350)를 포함한다. MUX(350)는 데이터 기록 파이프라인(106)으로부터의 데이터와 스토리지 I/O 버스(210)를 통해 솔리드-스테이트 스토리지(110)로 전송된 명령을 결합하고, 명령으로부터 데이터 독출 파이프라인(106)에 의해 처리될 데이터를 분리한다. 기록 버퍼(320) 내에 저장된 패킷은 기록 버퍼(320)를 벗어나 버스로 보내져, 솔리드-스테이트 스토리지 엘리먼트(SSS x.0 내지 SSS x.N(216,218,220)의 각각의 열에 대한 기록 동기 버퍼(308)를 통해 솔리드-스테이트 스토리지 엘리먼트(SSS x.0 내지 SSS x.N(216,218,220)의 각각의 열에 대한 MUX(350)로 보내진다. 명령 및 독출 데이터는 MUX(350)에 의해 스토리지 I/O 버스(210)으로부터 수신된다. MUX(350)는 또한 상태 메시지를 스토리지 버스 컨트롤러(348)로 보낸다.
스토리지 버스 컨트롤러(348)는 매핑 모듈(424)를 포함한다. 매핑 모듈(424)은 소거 블록의 논리적 어드레스를 소거 블록의 하나 또는 그 이상의 물리적 어드레스로 매핑한다. 예를 들어, 블록(214a) 당 20 개의 스토리지 엘리먼트의 어레이(예컨대 SSS 0.0 내지 SSS M.0(216))를 구비한 솔리드-스테이트 스토리지(110)는 소거 블록의 20 개의 물리적 어드레스로 매핑된 특정 소거 블록에 대한 논리적 어드레스를 구비하고, 스토리지 엘리먼트 당 하나의 물리적 어드레스를 구비할 수 있다. 스토리지 엘리먼트가 병렬로 액세스되기 때문에, 스토리지 엘리먼트(216a,218a,220a)의 열 내의 각각의 스토리지 엘리먼트 내의 동일한 지점에서의 소거 블록은 물리적 어드레스를 공유할 것이다. 열 내의 (예컨대, 스토리지 엘리먼트 SSS 0.0,0.1,...0.N(216a,218a,220a) 내의) 모든 소거 블록 대신 하나의 소거 블록(예컨대 스토리지 엘리먼트 SSS 0.0(216a))를 선택하기 위해, 하나의 뱅크(이 경우 뱅크-0(214a)가 선택된다.
하나의 소거 블록이 손상되거나 액세스가 불가능한 경우, 매핑은 다른 소거 블록을 매핑하도록 변경될 수 있으므로, 이러한 소거 블록에 대한 논리적-물리적 매핑은 유리하다. 이는 하나의 엘리먼트의 소거 블록에 결함이 있는 경우 전체 가상 소거 블록의 손실에 의한 손실을 완화시킨다. 리매핑 모듈(430)은 소거 블록의 논리적 어드레스의 매핑을 가상 소거 블록(스토리지 엘리먼트의 어레이 전반에 걸쳐 분포됨)의 하나 또는 그 이상의 물리적 어드레스로 변경한다. 예를 들어, 가상 소거 블록 1은 스토리지 엘리먼트 SSS0.0(216a)의 소거 블록 1, 스토리지 엘리먼트 SSS 1.0(216b)의 소거 블록 1,..., 및 스토리지 엘리먼트 M.0(216m)으로 매핑될 수 있으며, 가상 소거 블록 2는 스토리지 엘리먼트 SSS 0.1(218a)의 소거 블록 2, 스토리지 엘리먼트 SSS 1.1(218b)의 소거 블록 2,..., 및 스토리지 엘리먼트 M.1(218m) 등으로 매핑될 수 있다.
오랜 사용으로 인한 에러의 발생 등, 또는 다른 이유에 의해 사용할 수 없는 경우와 같이, 스토리지 엘리먼트 SSS 0.0(216a)의 소거 블록 1이 손상된 경우, 리매핑 모듈은 가상 소거 블록 1의 소거 블록 1로 지시된 논리적 어드레스에 대한 논리적-물리적 매핑을 변경할 수 있다. 스토리지 엘리먼트 SSS 0.0(216a)의 예비(spare) 소거 블록(이를 소거 블록 221로 언급함)이 유효하고 현재 매핑되지 않은 상태인 경우, 스토리지 엘리먼트 SSS 1.0(216b)의 소거 블록 1, 스토리지 엘리먼트 SSS 2.0의 소거 블록 1(미도시),..., 및 스토리지 엘리먼트 M.0(216m)으로의 지시를 지속하면서, 리매핑 모듈은 스토리지 엘리먼트 SSS 0.0(216a)의 소거 블록 221을 지시하도록 가상 소거 블록 1의 매핑을 변경할 수 있다.
매핑 모듈(424) 또는 리매핑 모듈(430)은 기설정된 순서(가상 소거 블록 1을 스토리지 엘리먼트의 소거 블록 1로, 가상 소거 블록 2를 스토리지 엘리먼트의 소거 블록 2로 등과 같음)로 소거 블록들을 매핑하거나, 또는 다른 기준을 기반으로 다른 순서로 스토리지 엘리먼트(216,218,220)의 소거 블록을 매핑할 수 있다.
일 실시예에서, 소거 블록은 액세스 타임에 의해 그룹으로 구성될 수 있다. 명령을 실행하는 시간, 예컨대 특정 소거 블록의 페이지로 데이터를 프로그래밍(기록)하는 시간을 의미하는 액세스 타임에 의한 그룹화는 명령 완료를 고르게 할 수 있어, 가상 소거 블록의 소거 블록에 걸쳐 실행된 명령이 가장 느린 소거 블록에 의해 제한되지 않도록 한다. 다른 실시예에서, 소거 블록은 마모 레벨(wear level), 양호 정도(health) 등에 의해 그룹화될 수 있다. 당업자는 소거 블록의 매핑 또는 리매핑에 고려할 다른 팩터를 인식할 것이다.
일 실시예에서, 스토리지 버스 컨트롤러(348)는 솔리드-스테이트 스토리지(110)로부터 상태 메시지를 수신하고 상태 메시지를 상태 MUX(422)로 전송하는 상태 캡쳐 모듈(426)을 포함한다. 다른 실시예에서, 솔리드-스테이트 스토리지(110)가 플래시 메모리인 경우, 스토리지 버스 컨트롤러(348)는 NAND 버스 컨트롤러(428)를 포함한다. NAND 버스 컨트롤러(428)는 명령을 데이터 독출 및 기록 파이프라인(106,108)로부터 솔리드-스테이트 스토리지(110) 내의 올바른 장소로 지시하며, 플래시 메모리 등의 특성을 기반으로 명령 실행의 타이밍을 조정한다. 솔리드-스테이트 스토리지(110)가 다른 솔리드-스테이트 스토리지 타입인 경우, NAND 버스 컨트롤러(428)는 스토리지 타입에 특정한 버스 컨트롤러로 교체될 것이다. 당업자는 NAND 버스 컨트롤러(428)의 다른 기능을 인식할 것이다.
흐름도
도 5a는 본 발명에 따른 데이터 파이프라인을 사용한 솔리드-스테이트 스토리지 장치(102) 내의 데이터를 관리하는 방법(500)의 일 실시예를 설명하는 개략적인 흐름도이다. 상기 방법(500)은 개시되고(502), 입력 버퍼(306)가 솔리드-스테이트 스토리지(110)에 기록될 하나 또는 그 이상의 데이터 세그먼트를 수신한다(504). 하나 또는 그 이상의 데이터 세그먼트는 일반적으로 객체의 적어도 일부를 포함하지만 전체 객체일 수도 있다. 패킷타이저(302)는 객체와 결합하여 하나 또는 그 이상의 객체 특정 패킷을 생성할 수 있다. 패킷타이저(302)는 헤더를 각각의 패킷에 추가하며, 헤더는 일반적으로 패킷의 길이 및 객체 내의 패킷에 대한 시퀀스 번호를 포함한다. 패킷타이저(302)는 입력 버퍼(306)에 저장된 하나 또는 그 이상의 데이터 또는 메타데이터 세그먼트를 수신하고(504), 솔리드-스테이트 스토리지(110)을 위한 사이즈로 구성된 하나 또는 그 이상의 패킷을 생성함으로써 하나 또는 그 이상의 데이터 또는 메타데이터 세그먼트를 패킷타이즈하며(506), 여기서 각각의 패킷은 하나의 헤더 및 하나 또는 그 이상의 세그먼트로부터의 데이터를 포함한다.
일반적으로, 제 1 패킷은 패킷이 생성된 객체를 식별하는 객체 식별자를 포함한다. 제 2 패킷은 제 2 패킷을 제 1 패킷에서 식별된 객체로 결합시키기 위해 솔리드-스테이트 스토리지 장치(102)에 의해 사용된 정보 및 객체 내의 제 2 패킷을 위치시키는 오프셋 정보를 구비한 헤더, 및 데이터를 포함할 수 있다. 솔리드-스테이트 스토리지 장치 컨트롤러(202)는 뱅크(214) 및 패킷이 스트리밍되는 물리적 영역을 관리한다.
ECC 생성기(304)는 패킷타이저(302)로부터 패킷을 수신하고 데이터 패킷을 위한 ECC를 생성한다(508). 일반적으로, 패킷과 ECC 블록 간에는 고정된 관계는 없다. ECC 블록은 하나 또는 그 이상의 패킷을 포함할 수 있다. 패킷은 하나 또는 그 이상의 ECC 블록을 포함할 수 있다. 패킷은 ECC 블록 내의 어느 곳에서도 시작하고 종료될 수 있다. 패킷은 제 1 ECC 블록 내의 임의의 곳에서 시작하고 수반하는 ECC 블록 내의 임의의 곳에서 종료될 수 있다.
기록 동기 버퍼(308)는 ECC 블록을 솔리드-스테이트 스토리지(110)로 기록하기 전에 해당 ECC 블록 내에 분산된 패킷을 버퍼링하고(510), 그리고 나서 솔리드-스테이트 스토리지 컨트롤러(104)는 클럭 도메인 차이를 고려한 적절한 시간에 데이터를 기록하고(512), 상기 방법(500)은 종료한다(514). 기록 동기 버퍼(308)는 로컬 클럭 도메인 및 솔리드-스테이트 스토리지(220) 클럭 도메인 사이의 경계에 위치된다. 상기 방법(500)은 하나 또는 그 이상의 데이터 세그먼트를 수신하고 편의를 위해 하나 또는 그 이상의 데이터 패킷을 기록하는 단계를 기술하지만, 일반적으로 데이터 세그먼트의 스트림은 그룹으로 수신된다. 일반적으로 솔리드-스테이트 스토리지(110)의 완전한(complete) 가상 페이지를 포함한 많은 ECC 블록이 솔리드-스테이트 스토리지(110)에 기록된다. 일반적으로 패킷타이저(302)는 한 사이즈의 데이터 세그먼트를 수신하고 다른 사이즈의 패킷을 생성한다. 이는 필수적으로 데이터 또는 메타데이터 세그먼트 또는 데이터 또는 메타데이터 세그먼트의 일부가 데이터 패킷을 형성하도록 결합되어 세그먼트의 모든 데이터를 패킷으로 캡쳐하는 것을 요구한다.
도 5b는 본 발명에 따른 인-서버 SAN을 위한 방법의 일 실시예를 설명하는 개략적인 흐름도이다. 상기 방법(500)은 개시하여(522), 스토리지 통신 모듈(162)이 제 1 스토리지 컨트롤러(152a)와 제 1 서버(112a)의 외부에 구비된 적어도 하나의 장치 간의 통신을 구현한다(554). 제 1 스토리지 컨트롤러(152a)와 외부 장치 간의 통신은 제 1 서버(112a)로부터 독립적이다. 제 1 스토리지 컨트롤러(112a)는 제 1 서버(112a) 내에 구비되고, 제 1 스토리지 컨트롤러(152a)는 적어도 하나의 저장 장치(154a)를 제어한다. 제 1 서버(112a)는 제 1 서버(112a)와 함께 배치된 네트워크 인터페이스(156a) 및 제 1 스토리지 컨트롤러(152a)를 포함한다. 인-서버 SAN 모듈(164)는 스토리지 요청을 서비스하고(556), 상기 방법(501)은 종료한다(558). 인-서버 SAN 모듈은 네트워크 프로토콜 및/또는 버스 프로토콜을 사용하여 스토리지 요청을 서비스한다(556). 인-서버 SAN 모듈(164)은 제 1 서버(112a)로부터 독립적으로 스토리지 요청을 서비스하고(556), 서비스 요청은 클라이언트(114,114a)로부터 수신된다.
*도 6은 본 발명에 따른 데이터 파이프라인을 이용한 솔리드-스테이트 스토리지 장치(102) 내의 데이터 관리를 위한 방법(600)의 다른 실시예를 설명하는 개략적인 흐름도이다. 상기 방법(600)은 개시되고(602), 입력 버퍼(306)가 솔리드-스테이트 스토리지(110)에 기록될 하나 또는 그 이상의 데이터 및 메타데이터 세그먼트를 수신한다(604). 패킷타이저(302)는 헤더를 각각의 패킷에 추가하고, 상기 헤더는 일반적으로 객체 내의 패킷의 길이를 포함한다. 패킷타이저(302)는 입력 버퍼(306)에 저장된 하나 또는 그 이상의 세그먼트를 수신하고(604), 솔리드-스테이트 스토리지(110)을 위한 사이즈로 구성된 하나 또는 그 이상의 패킷을 생성함으로써 하나 또는 그 이상의 세그먼트를 패킷타이즈(606)하며, 여기서 각각의 패킷은 헤더 및 하나 또는 그 이상의 세그먼트로부터의 데이터를 포함한다.
ECC 생성기(304)는 패킷타이저(302)로부터 패킷을 수신하고, 패킷에 대한 하나 또는 그 이상의 ECC 블록을 생성한다(608). 기록 동기 버퍼(308)는 ECC 블록을 솔리드-스테이트 스토리지(110)로 기록하기 전에 해당 ECC 블록 내에 분산된 패킷을 버퍼링하고(610), 그리고 나서 솔리드-스테이트 스토리지 컨트롤러(104)는 클럭 도메인 차이를 고려한 적절한 시간에 데이터를 기록한다(612). 데이터가 솔리드-스테이트 스토리지(110)로부터 요청되는 경우, 하나 또는 그 이상의 데이터 패킷을 포함하는 ECC 블록은 독출 동기 버퍼(328)로 독출되고 버퍼링된다(614). 패킷의 ECC 블록은 스토리지 I/O 버스(210)을 통해 수신된다. 스토리지 I/O 버스(210)이 양방향성이므로, 데이터가 독출되면, 기록 동작, 명령 동작 등은 정지된다.
ECC 정정 모듈(322)은 독출 동기 버퍼(328)에 보류된 요청된 패킷의 ECC 블록을 수신하고 각각의 ECC 블록 내의 에러를 필요한대로 정정한다(616). ECC 정정 모듈(322)이 ECC 블록 내에 하나 또는 그 이상의 에러가 존재하고 상기 에러가 ECC 신드롬을 이용하여 정정가능하다고 결정하는 경우, ECC 정정 모듈(322)은 ECC 블록 내의 에러를 정정한다(616). ECC 정정 모듈(322)이 검출된 에러가 ECC를 사용하여 정정가능하지 않다고 결정하는 경우, ECC 정정 모듈(322)은 인터럽트를 전송한다.
디패킷타이저(324)는 ECC 정정 모듈(322)이 임의의 에러를 정정한 후 요청된 패킷을 수신하고(618), 각각의 패킷의 패킷 헤더를 확인하고 제거함으로써 패킷을 디패킷타이즈한다(618). 조정 모듈(326)은 디패킷타이징 후에 패킷을 수신하고, 원치않은 데이터를 제거하고, 데이터 패킷을 세그먼트 또는 객체를 요청하는 장치와 양립가능한 형태로 객체의 데이터 또는 메타데이터 세그먼트로서 재구성한다(620).출력 버퍼(330)는 디패킷타이징 후에 요청된 패킷을 수신하고 요청 장치로 전송하기 전에 패킷을 버퍼링하고(622), 상기 방법(600)은 종료한다(624).
도 7은 본 발명에 따른 뱅크 인터리브를 사용한 솔리드-스테이트 스토리지 장치(102) 내의 데이터를 관리하는 방법(700)의 실시예를 설명하는 개략적인 흐름도이다. 상기 방법(600)은 개시되어(602), 뱅크 인터리브 컨트롤러(344)가 하나 또는 그 이상의 명령을 둘 또는 그 이상의 큐(410,412,414,416)로 전달한다(604). 일반적으로, 에이전트(402,404,406,408)는 명령 타입에 의해 명령을 큐(410,412,414,416)로 전달한다(604). 각각의 큐(410,412,414,416)의 세트는 각각의 명령 타입을 위한 큐를 포함한다. 뱅크 인터리브 컨트롤러(344)는 뱅크(214) 사이에서 큐(410,412,414,416)에 저장된 명령의 실행을 조정하여, 제 1 타입의 명령이 하나의 뱅크(214a)에서 실행되는 반면 제 2 타입의 명령이 제 2 뱅크(214b)에서 실행되도록 하고, 상기 방법(600)은 종료한다(608).
저장 공간 복구(Storage Space Recovery)
도 8은 본 발명에 따른 솔리드-스테이트 스토리지 장치(102) 내의 가비지 컬렉션을 위한 장치(800)의 일 실시예를 설명하는 개략적인 블록도이다. 상기 장치(800)는 순차적(sequential) 저장 모듈(802), 스토리지 디비전(division) 선택 모듈(804), 데이터 복구 모듈(806), 및 스토리지 디비전 복구 모듈(808)을 포함하며, 이는 이하 기술된다. 다른 실시예에서, 상기 장치(800)는 가비지 마킹 모듈(810) 및 소거 모듈(812)를 포함한다.
상기 장치(800)는 데이터를 스토리지 디비전 내의 페이지에 순차적으로 기록하는 순차적 저장 모듈(802)을 포함한다. 패킷은 이들이 새로운 패킷 또는 변경된 패킷인지 여부에 따라 순차적으로 저장된다. 이 실시예의 변경된 패킷은 일반적으로 이들이 이전에 저장된 장소로 다시 기록되지 않는다. 일 실시예에서, 그리고 나서 순차적 저장 모듈(802)은 스토리지 디비전의 다음 페이지를 채우기 시작한다. 이는 스토리지 디비전이 가득 찰 때까지 지속된다.
바람직한 실시예에서, 순차적 저장 모듈(802)은 뱅크(뱅크-0(214a))의 스토리지 엘리먼트(예컨대 SSS 0.0 내지SSS M.0(216)) 내의 스토리지 기록 버퍼로의 패킷 기록을 시작한다. 스토리지 기록 버퍼가 가득찬 경우, 솔리드-스테이트 스토리지 컨트롤러(104)는 스토리지 기록 버퍼 내의 데이터가 뱅크(214a)의 스토리지 엘리먼트(216) 내의 지정된 페이지로 프로그램되도록 야기한다. 그리고 나서, 다른 뱅크(예컨대 뱅크-1(214b))가 선택되고 순차적 저장 모듈(802)은 뱅크(214b)의 스토리지 엘리먼트(218)의 스토리지 기록 버퍼로의 패킷 기록을 시작하며, 반면 상기 제 1 뱅크-0는 지정된 페이지를 프로그래밍한다. 뱅크(214b)의 스토리지 기록 버퍼가 가득 찬 경우, 스토리지 기록 버퍼의 컨텐츠는 각각의 스토리지 엘리먼트(218) 내의 다른 지정된 페이지로 프로그램된다. 이러한 프로세스는 하나의 뱅크(214a)가 페이지를 프로그래밍하는 동안, 다른 뱅크(214b)의 스토리지 기록 버퍼가 채워질 수 있으므로 효율적이다.
스토리지 디비전은 솔리드-스테이트 스토리지 장치(102) 내의 솔리드-스테이트 스토리지(110)의 일부를 포함한다. 일반적으로 스토리지 디비전은 소거 블록이다. 플래시 메모리의 경우, 소거 블록으로의 소거 동작은 각각의 셀을 충전함으로써 일(one)을 소거 블록 내의 모든 비트에 기록한다. 이는 장소가 모두 영(zero)으로 시작하는 프로그램 동작과 비교하여 긴 프로세스이고, 데이터가 기록되면서, 일부 비트는 영으로 기록된 셀을 방전함으로써 영으로 변경된다. 그러나, 솔리드-스테이트 스토리지(110)가 플래시 메모리가 아니거나 또는 소거 사이클이 독출 또는 프로그램과 같은 다른 동작과 유사한 시간이 걸리는 플래시 메모리를 구비하는 경우, 스토리지 디비전은 소거되도록 요구되지 않을 수 있다.
이하 사용된 바와 같이, 스토리지 디비전은 면적에서 소거 블록과 동등하지만, 소거될 수 있거나 소거되지 않을 수 있다. 여기서 소거 블록이 사용된 경우, 소거 블록은 스토리지 엘리먼트(예컨대 SSS 0.0(216a)) 내의 지정된 사이즈의 특정 영역을 언급할 수 있고, 일반적으로 특정 양의 페이지를 포함한다. "소거 블록"이 플래시 메모리와 함께 사용된 경우, 이는 일반적으로 기록되기 전에 소거되는 스토리지 디비전이다. "소거 블록"이 "솔리드-스테이트 스토리지"와 사용된 경우, 이는 소거될 수 있거나 또는 소거되지 않을 수 있다. 여기에 사용된 바와 같이, 소거 블록은 하나의 소거 블록 또는 스토리지 엘리먼트(예컨대 SSS 0.0 내지 SSS M.0(216a-n))의 각각의 열에 하나의 소거 블록이 구비된 소거 블록의 그룹을 포함할 수 있으며, 이는 또한 여기서 가상 소거 블록으로 언급될 수 있다. 가상 소거 블록과 결합된 논리적 구조를 언급하는 경우, 소거 블록은 여기서 LEB(Logical Erase Block)로서 언급될 수 있다.
일반적으로, 패킷은 프로세싱의 순서에 의해 순차적으로 저장된다. 일 실시예에서, 데이터 기록 파이프라인(106)이 사용된 경우, 순차적 저장 모듈(802)은 패킷이 데이터 기록 파이프라인(106)으로부터 나오는 순서로 저장된다. 이러한 순서는 유효한 데이터가 이하 설명되는 복구 동작 도중 스토리지 디비전으로부터 복구되어진 대로, 다른 스토리지 디비전으로부터 독출되어온 유효한 데이터의 패킷과 함께 혼합된 요청 장치(155)로부터 도달한 데이터 세그먼트 결과일 수 있다. 복구되고, 유효한 데이터 패킷을 데이터 기록 파이프라인(106)으로 리-라우팅(re-routing)하는 것은 도 3의 솔리드-스테이트 스토리지 컨트롤러(104)와 연관되어 상술된 가비지 컬렉터 바이패스(316)을 포함할 수 있다.
상기 장치(800)는 복구를 위한 스토리지 디비전을 선택하는 스토리지 디비전 선택 모듈(804)를 포함한다. 복구를 위한 스토리지 디비전의 선택은 데이터 기록, 복구된 스토리지 디비전을 스토리지 풀(pool)로 추가하는 것을 위해 순차적 저장 모듈(802)에 의한 스토리지 디비전의 재사용일 수 있으며, 또는 스토리지 디비전이 실패하거나, 신뢰성이 없거나, 리프레쉬되어야 하거나, 또는 스토리지 디비전이 스토리지 풀로부터 일시적으로 또는 영구적으로 꺼내는 다른 이유를 결정한 후 스토리지 디비전으로부터 유효한 데이터를 회복하는 것일 수 있다. 다른 실시예에서, 스토리지 디비전 선택 모듈(804)은 많은 양의 유효하지 않은 데이터를 구비한 스토리지 디비전 또는 소거 블록을 식별함으로써 복구를 위한 스토리지 디비전을 선택한다.
다른 실시예에서, 스토리지 디비전 선택 모듈(804)은 적은 양의 웨어(a low amount of wear)를 구비한 스토리지 디비전 또는 소거 블록을 식별함으로써 복구를 위한 스토리지 디비전을 선택한다. 예를 들어, 적은 양의 웨어를 구비한 스토리지 디비전 도는 소거 블록을 식별하는 것은 적은 양의 유효하지 않은 데이터, 적은 수의 소거 사이클, 낮은 비트 에러 레이트(bit error rate), 또는 낮은 프로그램 카운트(적은회수로 버퍼 내의 데이터의 페이지가 스토리지 디비전 내의 페이지로 기록되거나; 프로그램 카운트는 장치가 제조될 때로부터 측정되고, 스토리지 디비전이 마지막으로 소거된 때로부터 측정되고, 이들의 조합으로부터 측정될 수 있다)를 구비한 스토리지 디비전을 식별하는 것을 포함할 수 있다. 스토리지 디비전 선택 모듈(804)은 또한 상술한 또는 다른 파라미터의 임의의 조합을 사용하여, 적은 양의 웨어를 구비한 스토리지 디비전을 결정할 수 있다. 적은 양의 웨어를 구비한 스토리지 디비전을 결정함으로써 복구할 스토리지 디비전을 선택하는 것은 부족하게 사용된 스토리지 디비전을 발견하기 위해 요구될 수 있고, 웨어 레벨링(wear leveling) 등을 위해 복구될 수 있다.
다른 실시예에서, 스토리지 디비전 선택 모듈(804)은 많은 양의 웨어를 구비한 스토리지 디비전 또는 소거 블록을 식별함으로써 복구할 스토리지 디비전을 선택한다. 예를 들어, 많은 양의 웨어를 구비한 스토리지 디비전 또는 소거 블록을 식별하는 것은 많은 수의 소거 사이클, 높은 비트 에러 레이트, 복구 불가능한 ECC블록을 구비한 스토리지 디비전, 또는 높은 프로그램 카운트를 구비한 스토리지 디비전을 식별하는 것일 수 있다. 스토리지 디비전 선택 모듈(804)은 또한 상술한 또는 다른 파라미터의 임의의 조합을 사용하여 많은 양의 웨어를 구비한 스토리지 디비전을 결정할 수 있다. 높은 양의 웨어를 구비한 스토리지 디비전을 결정함으로써 복구할 스토리지 디비전을 선택하는 것은 과용된 스토리지 디비전을 발견하기 위해 요구될 수 있고, 소거 사이클 등을 사용하여 스토리지 디비전을 리프레쉬함으로써 복구될 수 있거나, 또는 서비스로부터 쓸모없는 스토리지 디비전을 회수하기 위해 요구될 수 있다.
상기 장치(800)는 복구를 위한 스토리지 디비전으로부터 유효한 데이터 패킷을 독출하고, 순차적 저장 모듈(802)에 의해 순차적으로 기록될 다른 데이터 패킷과 함께 유효한 데이터 패킷을 큐하고(queue), 인덱스를 순차적 저장 모듈(802)에 의해 기록된 유효한 데이터의 새로운 물리적 어드레스로 업데이트하는 데이터 복구 모듈(806)을 포함한다. 일반적으로, 인덱스는 객체의 데이터 객체 식별자를 데이터 객체로부터 도출된 패킷이 솔리드-스테이트 스토리지(110) 내에 저장되는 물리적 어드레스로 매핑하는 객체 인덱스이다.
일 실시예에서, 상기 장치(800)는 사용 또는 재사용을 위한 스토리지 디비전을 준비하고, 데이터 복구 모듈(806)이 스토리지 디비전으로부터 유효한 데이터를 카피하는 것을 완료한 후 순차적으로 데이터 패킷을 기록하기 위해, 순차적 저장 모듈(802)로 스토리지 디비전을 유효한 것으로 마크하는 스토리지 디비전 복구 모듈(808)을 포함한다. 다른 실시예에서, 상기 장치(800)는 복구를 위해 선택된 스토리지 디비전을 데이터 저장을 위해 무효로 마크하는 스토리지 디비전 복구 모듈(808)을 포함한다. 일반적으로 이는 많은 양의 웨어를 구비한 스토리지 디비전 또는 소거 블록을 식별하는 스토리지 디비전 선택 모듈(804)에 기인하며, 스토리지 디비전 또는 소거 블록이 신뢰성 있는 데이터 저장을 위해 사용될 상태가 아니기 때문이다.
일 실시예에서, 상기 장치(800)는 솔리드-스테이트 스토리지 장치(102)의 솔리드-스테이트 스토리지 장치 컨트롤러(202)에 구비된다. 다른 실시예에서, 상기 장치(800)는 솔리드-스테이트 스토리지 장치 컨트롤러(202)를 제어한다. 다른 실시예에서, 상기 장치(800)의 일부는 솔리드-스테이트 스토리지 장치 컨트롤러(202)에 구비된다. 다른 실시예에서, 데이터 복구 모듈(806)에 의해 업데이트되는 객체 인덱스는 또한 솔리드-스테이트 스토리지 장치 컨트롤러(202) 내에 위치된다.
일 실시예에서, 스토리지 디비전은 소거 블록이고, 상기 장치(800)는 데이터 복구 모듈(806)이 선택된 소거 블록으로부터 유효한 데이터 패킷을 카피한 후 그리고 스토리지 디비전 복구 모듈(808)이 소거 블록을 유효한 것으로 마크하기 전에, 복구를 위해 선택된 소거 블록을 소거하는 소거 모듈(810)을 포함한다. 플래시 메모리 및 독출 또는 기록 동작보다 더 긴 시간이 소요되는 소거 동작을 구비하는 다른 솔리드-스테이트 스토리지에서, 새로운 데이터를 기록하기 위해 데이터 블록을 유효한 것으로 마킹하기 전에 데이터 블록을 소거하는 것은 효율적인 동작을 위해 요구된다. 솔리드-스테이트 스토리지(110)가 뱅크(214)에 배열된 경우, 소거 모듈(810)에 의한 소거 동작은 하나의 뱅크에 실행될 수 있는 반면 다른 뱅크는 독출, 기록, 또는 다른 동작을 실행할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 장치(800)는 데이터 패킷이 더 이상 유효하지 않음을 지시하는 동작에 응답하여 스토리지 디비전 내의 데이터 패킷을 무효로 식별하는 가비지 마킹 모듈(812)을 포함한다. 예를 들어, 데이터 패킷이 삭제되는 경우, 가비지 마킹 모듈(812)은 데이터 패킷을 무효로 식별할 수 있다. 독출-변경-기록 동작은 무효로 식별될 데이터 패킷을 위한 다른 방법이다. 일 실시예에서, 가비지 마킹 모듈(812)은 인덱스를 업데이트함으로써 데이터 패킷을 무효로 식별할 수 있다. 다른 실시예에서, 가비지 마킹 모듈(812)은 무효한 데이터 패킷이 삭제됨을 지시하는 다른 데이터 패킷을 저장함으로써 데이터 패킷을 무효로 식별할 수 있다. 이는 솔리드-스테이트 스토리지(110)에서, 데이터 패킷이 삭제된 정보를 저장하는 것은 객체 인덱스 재구성 모듈(262) 또는 유사한 모듈이 객체 인덱스를 무효한 데이터 패킷이 삭제됨을 지시하는 엔트리로 재구성하는 것을 허용하기 때문에 유리하다.
일 실시예에서, 상기 장치(800)는 전반적인 성능을 향상시키기 위한 플러쉬(flush) 명령 다음의 데이터의 가상 페이지의 리메인더(remainder)를재우기 위해 사용될 수 있으며, 여기서 플러쉬 명령은 기록 파이프라인(106)으로 흐르는 데이터를 기록 파이프라인(106)이 비워지고 모든 패킷이 영구적으로 비-휘발성 솔리드-스테이트 스토리지(110)으로 기록될 때까지 보류한다. 이는 요구되는 가비지 컬렉션의 양, 스토리지 디비전을 소거하기 위해 사용되는 시간, 및 가상 페이지를 프로그램하기 위해 요구되는 시간을 감소시키는 장점이 있다. 예를 들어, 플러쉬 명령은 오직 하나의 작은 패킷이 솔리드-스테이트 스토리지(100)의 가상 페이지로 기록되기 위해 준비되는 경우 수신될 수 있다. 이러한 거의 비어 있는 가상 페이지를 프로그래밍하는 것은 낭비된 공간을 즉시 복구시키는 필요를 야기할 수 있으며, 스토리지 디비전 내의 유효한 데이터가 불필요하게 가비지 수집되는 것을 야기하고, 순차적 저장 모듈(802)에 의한 기록을 위해 스토리지 디비전이 소거되고, 복구되고, 그리고 유효한 공간의 풀(pool)로 반환될 수 있다.
실제로 무효한 데이터 패킷을 소거하는 것보다 데이터 패킷을 무효로 마크하는 것은 상술한 바와 같이, 플래시 메모리 및 다른 유사한 저장장치에 대해 소거 동작이 많은 시간을 소요하기 때문에 보다 효율적이다. 상기 장치(800)에 기술된 바와 같이, 가비지 컬렉션 시스템이 솔리드-스테이트 스토리지(110) 내에서 자발적으로 동작하도록 허용하는 것은 소거 동작을 독출, 기록, 및 다른 빠른 동작으로부터 분리시키는 방법을 제공하여, 솔리드-스테이트 스토리지 장치(102)가 다른 많은 솔리드-스테이트 스토리지 시스템 또는 데이터 저장 장치보다 빠르게 동작할 수 있도록 한다.
도 9는 본 발명에 따른 스토리지 복구를 위한 방법(900)의 실시예를 설명하는 개략적인 흐름도이다. 상기 방법(900)은 시작되고(902), 순차적 저장 모듈(802)이 순차적으로 데이터 패킷을 스토리지 디비전에 기록한다(904). 스토리지 디비전은 솔리드-스테이트 스토리지 장치(102) 내의 솔리드-스테이트 스토리지(110)의 일부이다. 일반적으로 스토리지 디비전은 소거 블록이다. 데이터 패킷은 객체로부터 도출되고, 데이터 패킷은 처리 순서에 의해 순차적으로 저장된다.
스토리지 디비전 선택 모듈(804)은 복구를 위한 스토리지 디비전을 선택하고(906), 데이터 복구 모듈(806)은 복구를 위해 선택된 스토리지 디비전으로부터 유효한 데이터 패킷을 독출한다(908). 일반적으로 유효한 데이터 패킷은 소거 또는 삭제를 위해 마크되지 않은 데이터 패킷 또는 유효하거나 "우수한" 데이터로 마킹되고 고려되는 다른 일부 무효한 데이터이다. 데이터 복구 모듈(806)은 순차적 저장 모듈(802)에 의해 순차적으로 기록되도록 스케쥴된 다른 데이터 패킷과 함게 유효한 데이터 패킷을 큐한다(910). 데이터 복구 모듈(806)은 인덱스를 순차적 저장 모듈(802)에 의해 기록된 유효한 데이터의 새로운 물리적 어드레스로 업데이트한다(912). 인덱스는 데이터 패킷의 물리적 어드레스의 객체 식별자로의 매핑을 포함한다. 데이터 패킷은 솔리드-스테이트 스토리지(110)에 저장된 것들이며, 객체 식별자는 데이터 패킷에 대응한다.
데이터 복구 모듈(806)이 유효한 데이터를 스토리지 디비전으로부터 카피하는 것을 완료한 후, 스토리지 디비전 복구 모듈(808)은 복구를 위해 선택된 스토리지 디비전을 순차적으로 데이터 패킷을 기록하기 위해 순차적 저장 모듈(802)로 유효한 것으로 마크하고(914) 상기 방법(900)은 종료한다(916).
빈 데이터 세그먼트 지시어(Empty Data Segment Directive)
일반적으로, 데이터가 더 이상 유효하지 않으면 이는 소거될 수 있다. 많은 파일 시스템에서, 소거 명령은 파일 시스템 내의 디렉토리 엔트리를 삭제하는 반면 데이터를 포함하는 저장 장치 내의 장소에 데이터를 남긴다. 일반적으로, 데이터 저장 장치는 이러한 타입의 소거 동작에 관여하지 않는다. 소거 데이터의 다른 방법은 데이터 저장 장치에 영, 일, 또는 다른 널 데이터 문자를 기록하여, 실제로 소거된 파일을 교체하는 것이다. 그러나, 이는 오버라이트되는 데이터가 전송되면서 유용한 대역폭이 사용되기 때문에 비효율적이다. 또한, 저장 장치 내의 저장 공간은 무효한 데이터를 오버라이트하기 위해 사용되는 데이터에 의해 사용된다.
여기에 기술되는 솔리드-스테이트 스토리지 장치(102)와 같은 일부 저장 장치는 랜덤 액세스 저장 장치가 아니므로, 이전에 저장된 데이터의 업데이트는 기존의 데이터를 오버라이트하지 않는다. 데이터를 이러한 장치에 일의 스트링 또는 영의 스트링으로 오버라이트하도록 시도하는 것은 기존 데이터를 오버라이트하는 요구되는 목적을 만족하지 못한 채 유용한 저장 공간을 차지하게 된다. 솔리드-스테이트 스토리지 장치(102)와 같은 이러한 비-랜덤 액세스 장치에 대해, 클라이언트(114)는 일반적으로 데이터를 오버라이트하여 소거하는 기능을 구비하지 않는다.
반복된 문자의 스트링 또는 문자 스트링을 수신하는 경우, 수신된 데이터는 매우 압축적이지만, 일반적으로 압축은 저장 장치로의 전송 전에 파일 시스템에 의해 수행된다. 일반적인 저장 장치는 압축된 데이터 및 압축되지 않은 데이터를 구별할 수 없다. 저장 장치는 또한 소거된 파일을 독출하는 명령을수신할 수 있어, 저장 장치는 영, 일, 또는 널 문자의 스트림을 요청 장치로 전송할 수 있다. 또 다시, 대역폭은 소거된 파일을 나타내는 데이터를 전송하도록 요구된다.
전술한 바와 같이, 데이터가 소거되는 지시어(directive)를 수신하여, 저장 장치가 빈 데이터 세그먼트(empty data segment) 또는 반복된 문자 또는 문자 스트링을 구비한 데이터를 나타내는 데이터 세그먼트 토큰을 저장할 수 있는 장치, 시스템, 및 방법에 대한 요구가 존재하는 것은 분명하다. 상기 장치, 시스템 및 방법은 또한 기존 데이터를 소거하여, 그 결과 사용된 저장 장치는 작은 데이터 세그먼트 토큰을 포함할 수 있다. 장치, 시스템 및 방법은 종래의 문제점의 일부 또는 모두를 해결하는 방안을 제시한다.
도 10은 본 발명에 따른 토큰 지시어(token directive)를 생성하는 장치를 구비하는 시스템(1000)의 일 실시예를 설명하는 개략적인 블록도이다. 상기 장치는 토큰 지시어 생성 모듈(1002), 토큰 지시어 전송 모듈(1004), 독출 리시버 모듈(1006), 독출 요청 전송 모듈(1008), 독출 토큰 지시어 리시버 모듈(1010), 요청 클라이언트 응답 모듈(1012), 및 데이터 세그먼트 재생성 모듈(1014)을 포함하며, 이는 이하 기술된다. 일 실시예에서, 상기 장치는 스토리지 컨트롤러(152) 및 데이터 저장 장치(154)를 구비한 저장 장치(150)에 연결된 서버(112) 내에 구비되며, 이는 실질적으로 상술한 바와 유사하다.
일 실시예에서, 상기 장치는 토큰 지시어로 스토리지 요청(storage request)을 생성하는 토큰 지시어 생성 모듈(1002)을 포함한다. 토큰 지시어는 데이터 세그먼트 토큰을 저장 장치(150)에 저장시키는 요청을 포함한다. 토큰 지시어는 저장 장치(150)로 전송되고 데이터 세그먼트 토큰이 제 자리에 전송되지 않은 경우, 데이터 세그먼트로서 저장되는 반복되고, 동일한 문자의 연속 또는 반복되고, 동일한 문자 스트링의 연속을 대체하도록 의도된다. 일 실시예에서, 반복되고 동일한 문자의 연속은 데이터 세그먼트가 비어 있음을 지시한다. 예를 들어, 반복되고 동일한 문자의 연속은 영 또는 일일 수 있고, 영 또는 일로 채워지는 데이터 세그먼트는 비어있는 것으로 해석될 수 있다.
토큰 지시어는 적어도 데이터 세그먼트 식별자 및 데이터 세그먼트 길이를 포함한다. 데이터 세그먼트 식별자는 일반적으로 객체 ID, 파일 이름, 또는 저장 장치 상에 반복되고 동일한 문자 또는 문자 스트링을 저장하도록 탐색하는(seeking) 파일 시스템, 애플리케이션, 서버(112) 등에 알려진 다른 식별자이다. 데이터 세그먼트 길이는 일반적으로 반복되고, 동일한 문자 또는 문자 스트링의 연속에 의해 요구되는 저장 공간이다. 데이터 세그먼트 토큰 및 토큰 지시어는 일반적으로 데이터 세그먼트의 데이터, 예컨대 반복되고 동일한 문자의 연속을 포함하지 않는다.
그러나, 토큰 지시어는 반복되고 동일한 문자 또는 문자 스트링의 적어도 하나의 예와 같은 데이터 세그먼트 토큰을 형성하는 다른 적절한 정보를 포함할 수 있다. 토큰 지시어는 또한 메타데이터, 예컨대 데이터 세그먼트 위치, 파일 시스템으로부터의 어드레스, 데이터 세그먼트에 대응하는 데이터 저장 장치 상의 장소 등을 포함할 수 있다. 당업자는 토큰 지시어에 포함될 수 있는 다른 정보를 파악할 것이다. 일 실시예에서, 지시어 생성 모듈(1002)은 토와 함께 데이터 세그먼트 토큰을 생성한다.
일 실시예에서, 토큰 지시어 생성 모듈(1002)는 기존 데이터를 저장 장치(150)에 오버라이트하는 요청에 응답하여 토큰 지시어 및 안전 소거 명령(secure erase command) 둘 모두를 생성한다. 기존 데이터는 토큰 지시어 내의 데이터 세그먼트 식별자로서 동일한 데이터 세그먼트 식별자로 저장 장치 상에 식별된 데이터를 포함한다. 일반적으로, 데이터를 오버라이트하는 요청은 단지 데이터를 무효 또는 가비지로 마크하는 것으로 불충분하도록 전송되어, 데이터로의 포인터(pointer)를 삭제하거나 다른 일반적인 삭제 동작을 하지만, 데이터가 복구될 수 없는 방법으로 오버라이트되도록 요청된다. 예를 들어, 데이터를 오버라이트하는 요청은 데이터가 민감한 정보이고 보안적 이유를 위해 파괴되어야하는 것이 요구될 수 있다.
안전 소거 명령은 저장 장치(150)가 기존 데이터를 오버라이트하도록 지시하여, 기존 데이터가 복구 불가능하도록 한다. 그리고 나서 저장 장치(150)는 오버라이트, 복구, 소거 등 뿐만 아니라 데이터 세그먼트 토큰의 생성도 한다. 그 결과, 기존 데이터는 복구 불가능하고 데이터 세그먼트 토큰은 저장 장치(150)에 저장되며, 이는 일반적으로 기존 데이터보다 더 적은 저장 공간을 차지한다.
더한 실시예에서, 상기 장치는 저장 장치 상의 기존 데이터가 문자로 오버라이트되어 기존 데이터가 복구 불가능하다는 확인을 수신하는 소거 확인 모듈(1016)을 포함한다. 확인은 요청 장치 또는 클라이언트(114)로 전달될 수 있고, 기존 데이터가 복구 불가능한 상태에 있음을 검증하도록 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, 안전 소거 명령은 저장 장치(150)가 기존 데이터를 특정 문자 또는 문자 스트링으로 오버라이트하도록 지시할 수 있거나 또는 실행 명령은 다수 번 실행될 수 있다. 당업자는 기존 데이터가 복구 불가능함을 보증하는 하나 또는 그 이상의 안전 소거 명령을 구성하는 다른 방법을 파악할 것이다.
데이터는 암호화될 수 있고, 그리고 나서 저장 장치(150)에 저장될 수 있으며, 여기서 암호화는 데이터 저장과 함께 저장 장치(150)에 의해 수신된 암호화 키를 사용하여 달성된다. 기존 데이터가 저장되기 전에 이러한 수신된 암호화 키를 사용하여 암호화되는 경우, 다른 실시예에서, 토큰 지시어 생성 모듈(1002)은 기존 데이터를 오버라이트하는 요청을 수신함에 응답하여 토큰 지시어의 생성과 함께 암호화 소거 명령을 생성한다. 암호화 소거 명령은 기존 데이터의 저장에 사용된 암호화 키를 소거하여, 암호화 키는 복구 불가능하게 된다.
일 실시예에서, 암호화 키의 소거는 요청 장치로부터 암호화 키를 소거하는 단계를 포함한다. 다른 실시예에서, 암호화 키의 소거는 서버, 키 볼트(key vault), 또는 암호화 키가 저장된 다른 장소로부터 암호화 키를 소거하는 단계를 포함한다. 암호화 키의 소거는 암호화 키를 다른 데이터 또는 문자의 연속으로 대체하는 단계를 포함할 수 있어, 암호화 키는 어떠한 방법으로도 복구될 수 없다. 암호화 키의 소거는 일반적으로 저장 장치(150) 상의 기존 데이터를 복구 불가능하도록 만들며, 여기서 암호화 루틴은 기존 데이터를 복호화하는 시도를 방지하기에 충분히 강건한 기존 데이터를 암호화하도록 사용된다. 기존 데이터를 오버라이트하는 요청은 안전상의 이유로 데이터가 오버라이트되는 안전 소거 지시어, 데이터를 오버라이트하여 데이터를 소거하도록 하는 요청, 기존 데이터를 반복되고 동일한 문자 또는 문자 스트링으로 교체하도록 추구하는 요청 등일 수 있다. 일 실시예에서, 안전 소거 지시어는 장치가 암호화 키를 안전하게 소거하고 기존 데이터를 안전하게 소거하도록 한다. 일 실시예에서, 암호화 키의 소거는 저장 장치의 데이터의 안전한 소거가 가비지 컬렉션 프로세스가 저장 공간 복구 프로세스의 일부로서 데이터를 소거할 때까지 연기되도록 허용할 수 있다. 당업자는 암호화 키를 소거하는 다른 방법 및 기존 데이터를 오버라이트하는 요청을 수신하는 다른 방법을 파악할 것이다.
일 실시예에서, 토큰 지시어는 데이터 세그먼트 토큰을 포함하고, 토큰 지시어 전송 모듈(1004)은 데이터 세그먼트 토큰을 토큰 지시어와 함께 전송한다. 다른 실시예에서, 토는 데이터 세그먼트 토큰을 포함하지 않고, 데이터 세그먼트 토큰을 생성하기 위한 저장 장치(150)에 대한 명령을 포함한다. 이 실시예에서, 토큰 지시어 전송 모듈(1004)은 토큰 지시어를 데이터 세그먼트 토큰를 생성하기 위한 명령과 함께 전송하지만, 데이터 세그먼트 토큰을 전송하지는 않는다.
상기 장치는 토큰 지시어를 저장 장치(150)로 전송하는 토큰 지시어 전송 모듈(1004)을 포함한다. 일반적으로, 토큰 지시어 전송 모듈(1004)은 토큰 지시어를 스토리지 요청의 일부로서 전송한다. 스토리지 요청은 객체 요청, 데이터 요청, 또는 당업자에게 알려진 다른 형태로 구성될 수 있다. 토큰 지시어 생성 모듈(1002)이 안전 소거 지시어를 생성한 경우, 토큰 지시어 전송 모듈(1004)은 안전 소거 지시어를 저장 장치(150)로 전송한다. 토큰 지시어 생성 모듈(1002)이 암호화 키 소거 명령을 생성하는 경우, 암호화 키 소거 명령은 필요하게 명령을 실행할 다른 장치로 전송된다.
일 실시예에서, 토큰 지시어 전송 모듈(1004)은 토큰 지시어를 데이터 세그먼트 토큰을 포함하지 않고 전송한다. 이 실시예에서, 토큰 지시어는 저장 장치(150)가 데이터 세그먼트 토큰을 생성하도록 하는 지시 및 정보를 포함한다. 다른 실시예에서, 토큰 지시어 전송 모듈(1004)은 데이터 세그먼트 토큰을 포함하는 토큰 지시어를 전송한다. 이 실시예에서, 저장 장치(150)는 토큰 지시어와 함께 수신된 데이터 세그먼트 토큰이 데이터 세그먼트를 나타내고 데이터 세그먼트 토큰를 저장하도록 적절한 동작을 취해, 단지 데이터 세그먼트 토큰이 원본 데이터로서 저장되는 것보다 데이터 세그먼트 토큰이 데이터 세그먼트를 나타내는 것을 인식할 수 있다.
특정 실시예에서, 상기 장치는 저장 장치(150)로부터 데이터 세그먼트를 독출하는 스토리지 요청을 수신하는 독출 리시버 모듈(1006) 및 스토리지 요청을 저장 장치(150)로 전송하는 독출 요청 전송 모듈(1008)을 포함한다. 일반적으로, 스토리지 요청은 요청 클라이언트(114), 예컨대 외부 클라이언트(114), 서버(112)에서 구동되는 애플리케이션 또는 파일 서버와 같은 서버(112) 내부에 구비된 클라이언트(114) 등으로부터 수신된다. 당업자는 독출 리시버 모듈(1006)이 스토리지 요청을 수신할 수 있는 요청 클라이언트(114)로서의 다른 장치 및 소프트웨어 기능을 파악할 것이다.
스토리지 요청은 토큰 지시어 전송 모듈(1004)에 의해 저장 장치(150)로 전송되는 토큰 지시어에 저장되도록 요청되는 데이터 세그먼트 토큰에 대응하는 데이터 세그먼트를 독출하는 요청을 포함한다. 일 실시예에서, 요청 클라이언트(114)는 데이터 세그먼트가 데이터 세그먼트 토큰의 형태로 저장된 것을 인식하지 못한다. 다른 실시예에서, 요청 장치는 데이터 세그먼트가 데이터 세그먼트 토큰로서 저장된 것을 인식하지만, 데이터 세그먼트 토큰에 저장된 정보에 대해서는 인식하지 못한다.
특정 실시예에서, 상기 장치는 또한 저장 장치로부터 요청된 데이터 세그먼트 토큰에 대응하는 메시지를 수신하는 독출 토큰 지시어 리시버 모듈(1010)을 포함하며, 여기서 메시지는 적어도 데이터 세그먼트 식별자 및 데이터 세그먼트 길이를 포함한다. 메시지는 일반적으로 데이터 세그먼트의 데이터를 포함하지 않는다. 메시지는 또한 데이터 세그먼트 토큰에 저장된 다른 정보, 예컨대 데이터 세그먼트 위치 또는 반복되고 동일한 문자 또는 문자 스트링을 더 포함할 수 있다. 특정 실시예에서, 상기 장치는 저장 장치(150)로부터 수신된 메시지로부터 형성된 응답을 요청 클라이언트(113)으로 전송하는 요청 클라이언트 응답 모듈(1012)을 포함한다.
일 실시예에서, 독출 토큰 지시어 리시버 모듈(1010)은 또한 메시지 내에서, 기존 데이터가 문자로 오버라이트되어 기존 데이터가 복구 불가능하다는 확인을 수신하며, 여기서 기존 데이터는 기존에 저장 장치에 저장되었고 메시지 내에 수신된 데이터 세그먼트 토큰으로부터 동일한 데이터 세금너트 식별자로 참조된다. 상기 확인은 또한 데이터 세그먼트를 독출하는 임의의 스토리지 요청으로부터 독립적으로 저장 장치(150)로부터 수신될 수 있다.
다른 실시예에서, 요청 클라이언트(114)가 데이터 세그먼트를 요구하는 경우, 상기 장치는 메시지에 포함된 정보를 사용하여 데이터 세그먼트의 데이터를 재구성하는 데이터 세그먼트 재구성 모듈(1014)을 포함한다. 이 경우, 요청 장치로 전송된 응답은 재구성된 데이터 세그먼트를 포함한다. 다른 실시예에서, 요청 클라이언트로 전송된 응답은 저장 장치(150)로부터 수신된 메시지에 포함된 정보를 포함한다. 그리고 나서 요청 클라이언트(114)는 데이터 세그먼트를 재구성하거나 또는 다른 방법으로 정보를 사용할 수 있다. 다른 실시예에서, 메시지는 데이터 세그먼트 토큰를 포함한다. 데이터 세그먼트 토큰은 요청 클라이언트(114)로 전달하기 전에 데이터 세그먼트를 재구성하도록 데이터 세그먼트 재구성 모듈(1014)에 의해 사용되거나, 또는 요청 클라이언트 응답 모듈(1012)은 단순히 데이터 세그먼트 토큰을 전달할 수 있다.
일 실시예에서, 토큰 지시어를 구비한 스토리지 요청은 또한 저장 장치(150) 상의 저장 공간을 보존하는 요청을 포함하며, 여기서 요청되고 보유된 저장 공간은 데이터 세그먼트 길이와 거의 동일한 양의 저장 공간이다. 다른 실시예에서, 저장 공간 보존 요청은 데이터 세그먼트 길이와 다른 양의 저장 공간이다. 예를 들어, 저장 장치(150)가 솔리드-스테이트 스토리지 장치(102)인 경우, 솔리드-스테이트 스토리지 장치(102)는 하드 드라이브 또는 다른 롱-텀(long-term), 비싸지 않은 스토리지와 연결될 수 있는 반면, 솔리드-스테이트 스토리지(110)는 롱-텀 스토리지를 위한 캐시(cache)로 구성된다. 스토리지를 보존하는 요청은 데이터를 솔리드-스테이트 스토리지 장치(102)로 기록하는 것에 대비하여 솔리드-스테이트 스토리지 장치(102)가 캐시의 일부를 롱-텀 스토리지로 플러시(flush)하는 것을 야기할 수 있다. 당업자는 저장 공간을 보존하는 요청이 요구되는 다른 상황을 파악할 것이다.
일 실시예에서, 장치는 독출 리시버 모듈(1006), 독출 요청 전송 모듈(1008), 토큰 지시어 독출 리시버 모듈(1010), 및 요청 클라이언트 응답 모듈(1012)을 제공할 수 있으며, 이는 상술한 바와 실질적으로 유사하다. 실시예에서, 모듈(1006-1012)은 토큰 생성 모듈(1002) 또는 토큰 지시어 전송 모듈(1004)을 포함하는 장치로부터 독립적일 수 있다. 일 실시예에서, 상기 장치는 데이터 세그먼트 재생성 모듈(1014)를 포함하며, 이는 상술한 데이터 세그먼트 재생성 모듈(1014)와 실질적으로 유사하다.
도 11은 본 발명에 따른 토큰 지시어를 생성하고 전송하는 방법(1100)의 실시예를 설명하는 개략적인 흐름도이다. 상기 방법(1100)은 개시하여(1102) 토큰 지시어 생성 모듈(1002)가 토큰 지시어를 사용하여 스토리지 요청을 생성하고(1104), 여기서 토큰 지시어는 데이터 세그먼트 토큰을 저장 장치(150)로 저장하는 요청을 포함한다. 토큰 지시어 전송 모듈(1004)은 토큰 지시어를 저장 장치(150)으로 전송하고(1106), 상기 방법(1100)은 종료한다(1108). 일 실시예에서, 스토리지 요청은 데이터 세그먼트 토큰를 저장하는 토큰 지시어를 포함하며, 여기서 스토리지 요청은 데이터 세그먼트의 데이터를 필수적으로 갖지 않는다. 다른 실시예에서, 스토리지 요청은 데이터 세그먼트로부터의 데이터를 포함한다. 바람직한 실시예에서, 소프트웨어 애플리케이션은 토큰 지시어를 사용하여 스토리지 요청을 생성하여, 데이터 세그먼트의 생성을 방지한다. 다른 실시예에서, 소프트웨어 애플리케이션은 토큰 지시어의 생성을 요청한다.
도 12는 본 발명에 따른 데이터 세그먼트 토큰을 독출하는 방법(1200)의 실시예를 설명하는 개략적인 흐름도이다. 상기 방법(1200)은 개시하여(1202), 독출 리시버 모듈(1006)이 저장 장치(150)로부터의 데이터 세그먼트를 요청 클라이언트(114)로부터 독출하는 스토리지 요청을 수신한다(1204). 독출 요청 전송 모듈(1008)은 스토리지 요청을 저장 장치(150)로 전송한다(1206).
독출 토큰 지시어 리시버 모듈(1008)은 요청된 데이터 세그먼트 토큰에 대응하는 메시지를 저장 장치(150)로부터 수신하며, 여기서 메시지는 적어도 데이터 세그먼트 식별자 및 데이터 세그먼트 길이를 포함한다. 메시지는 실질적으로 데이터 세그먼트의 데이터를 갖지 않는다. 요청 클라이언트 응답 모듈(1012)은 저장 장치(150)로부터 수신된 메시지로부터 형성된 응답을 요청 장치로 전송하고(1210), 상기 방법(1200)은 종료한다(1212).
도 13은 본 발명에 따른 데이터 세그먼트 토큰를 관리하는 장치를 구비하는 시스템(1300)의 일 실시예를 설명하는 개략적인 블록도이다. 상기 시스템(1300)은 기록 요청 리시버 모듈(1302) 및 데이터 세그먼트 토큰 저장 모듈(1304)을 구비하는 장치를 포함하고, 다양한 실시예에서 토큰 지시어 생성 모듈(1306), 독출 요청 리시버 모듈(1308), 데이터 세그먼트 토큰 독출 모듈(1310), 데이터 세그먼트 토큰 전송 모듈(1314) 및 데이터 세그먼트 전송 모듈(1316)을 구비한 독출 요청 응답 모듈(1312), 데이터 세그먼트 재구성 모듈(1318), 소거 확인 모듈(1322)을 구비한 안전 소거 모듈(1320), 및 저장 공간 보존 모듈(1324)를 포함하며, 이는 이하 기술된다. 상기 시스템(1300)은 스토리지 컨트롤러(152) 및 데이터 저장 장치(154)를 구비한 저장 장치(150)를 포함하며, 이는 상술한 바와 실질적으로 유사하다. 상기 시스템(1300)은 저장 장치(150)와 통신하는 요청 장치(1326)를 포함하며, 이는 이하 기술된다.
도시된 실시예에서, 모듈(1302-1324)은 저장 장치(150) 또는 스토리지 컨트롤러(152) 내에 포함된다. 다른 실시예에서, 하나 또는 그 이상의 모듈(1302-1324)의 적어도 일부는 저장 장치(150)의 외부에 위치된다. 더한 실시예에서, 요청 장치(1326)는 모듈(1302-1324)의 일부를 드라이버, 소프트웨어, 또는 하나 또는 그 이상의 모듈(1302-1324)의 다른 기능을 포함한다. 예를 들어, 토큰 생성 모듈(1306) 및 데이터 세그먼트 재구성 모듈(1318)은 요청 장치(1326)에 도시된다. 당업자는 모듈(1302-1324)의 기능성을 분산시키고 구현하는 다른 방법을 파악할 것이다.
상기 장치는 요청 장치(1326)으로부터 스토리지 요청을 수신하며, 여기서 스토리지 요청은 데이터 세그먼트를 저장 장치(150) 내에 저장하는 요청을 포함한다. 데이터 세그먼트는 반복되고, 동일한 문자 또는 문자 스트링의 연속을 포함한다. 일반적으로, 반복되고, 동일한 문자의 연속은 데이터 세그먼트가 비어 있음을 의미한다. 이는 특히 반복되고 동일한 문자의 연속이 일 또는 영인 경우 사실이다. 상기 장치는 데이터 세그먼트 토큰을 저장 장치(150)에 저장하는 데이터 세그먼트 토큰 저장 모듈(1304)을 포함한다. 데이터 세그먼트 토큰은 적어도 데이터 세그먼트 식별자 및 데이터 시그멘트 길이를 포함한다. 데이터 세그먼트 토큰은 실질적으로 데이터 세그먼트의 데이터를 갖지 않는다.
데이터 세그먼트 토큰은 많은 형태로 저장될 수 있다. 일 실시예에서, 데이터 세그먼트 토큰은 인덱스 내의 엔트리를 포함하며, 여기서 인덱스는 저장 장치(150)에 저장된 정보 및 데이터에 대응한다. 예를 들어, 인덱스는 도 2에 도시된 장치(200)과 관련하여 기술된 객체 인덱스일 수 있다. 인덱스는 또한 파일 시스템 인덱스, 블록 저장 인덱스, 또는 당업자에게 알려진 다른 인덱스일 수 있다. 다른 실시예에서, 데이터 세그먼트 토큰은 저장 장치(150)에 저장된 메타데이터 또는 그러한 형태이다. 다른 실시예에서, 데이터 세그먼트 토큰은 저장 장치에 메타데이터로서 저장되고 인덱스 내의 엔트리를 포함한다. 당업자는 데이터 세그먼트 토큰을 저장하는 다른 방법을 파악할 것이다.
일 실시예에서, 스토리지 요청은 데이터 세그먼트 토큰을 저장하는 토큰 지시어를 포함하며, 여기서 스토리지 요청은 데이터 세그먼트의 데이터를 갖지 않는다. 토큰 지시어는 데이터 세그먼트 토큰 또는 데이터 세그먼트 토큰을 생성하는 명령을 포함할 수 있다. 토큰 지시어가 데이터 세그먼트 토큰을 포함하지 않으면, 데이터 세그먼트 토큰 저장 모듈(1304)은 토큰 지시어 내의 정보로부터 데이터 세그먼트 토큰을 생성한다. 토큰 지시어가 데이터 세그먼트 토큰을 포함하는 경우, 데 저장 모듈(1304)은 데이터 세그먼트 토큰을 토큰 지시어 내의 데이터 세그먼트 식별자에 의해 식별되는 데이터 세그먼트를 나타내는 데이터 구조로서 인식하고, 데이터 세그먼트 토큰을 적절하게 저장한다.
일반적으로, 데이터 세그먼트 토큰 저장 모듈(1304)이 데이터 세그먼트 토큰을 인식하면, 데이터 세그먼트 토큰은 저장 장치(150)에 저장된 다른 데이터로부터 임의의 방법을 사용하여 구별된다. 예를 들어, 요청 장치(1326)는 단지 데이터를 압축하고 압축된 객체, 파일 또는 데이터 세그먼트를 전송하여, 저장 장치(150)는 압축된 데이터 세그먼트를 다른 스토리지 요청의 방식에 의해 수신된 다른 데이터로부터 구별하지 않도록 한다.
데이터 세그먼트 토큰 저장 모듈(1304)이 수신된 데이터 세그먼트 토큰이 데이터 세그먼트 토큰임을 인식한 경우, 데이터 세그먼트 토큰 저장 모듈(1304)은 독출된 경우, 데이터 세그먼트 토큰보다는 데이터 세그먼트로서 나타날 수 있는 방법으로 데이터 세그먼트 토큰를 저장할 수 있다. 당업자는 수신된 데이터 세그먼트 토큰이 데이터 세그먼트가 아닌 데이터 세그먼트 토큰임을 인식한 후, 데이터 세그먼트 토큰 저장 모듈(1304)이 데이터 세그먼트 토큰을 저장할 수 있는 다른 방법을 파악할 것이다.
다른 실시예에서, 스토리지 요청은 데이터 세그먼트로부터의 데이터를 포함한다. 이 실시예에서, 상기 장치는 데이터 세그먼트로부터 데이터 세그먼트 토큰을 생성하는 토큰 생성 모듈(1306)을 포함하며, 여기서 데이터 세그먼트 토큰은 데이터 세그먼트를 저장하는 스토리지 요청에 응답하여 생성된다. 더한 실시예에서, 토큰 생성 모듈(1306)은 요청 장치(1326)에 구비되며, 드라이버의 형태로 구비될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 장치는 기존 데이터를 문자로 오버라이트하여, 기존 데이터를 복구 불가능하도록 하는 안전 소거 모듈(1320)을 포함하며, 여기서 기존 데이터는 스토리지 요청에서 식별된 데이터 세그먼트로서 동일한 데이터 세그먼트 식별자로 식별된 저장 장치 상에 기존에 저장된 데이터 세그먼트의 데이터를 포함한다. 이 실시예에서, 데이터 세그먼트 토큰은 데이터 세그먼트 식별자 및 데이터 세그먼트 길이와 함께 저장되고, 데이터 세그먼트 토큰에 저장된 동일한 데이터 세그먼트 식별자에 의해 식별된 기존 데이터는 기존 데이터를 오버라이트함으로써 소거된다. 일반적으로 기존 문자는 영, 일, 또는 다른 문자 스트링에 의해 오버라이트되어 기존 데이터는 파괴되고 복구 불가능하게 된다.
더한 실시예에서, 안전 소거 모듈은 또한 기존 데이터가 오버라이트됨을 지시하는 메시지를 전송하는 소거 확인 모듈(1322)를 포함한다. 일반적으로 메시지는 요청 장치(1326)로 전송된다. 소거 확인 메시지는 안전 소거 모듈(1320)이 기존 데이터를 오버라이트한 후에 전송된다. 메시지는 스토리지 요청과 동일한 트랜잭션(transaction) 또는 상이한 트랜잭션으로 전송될 수 있다.
다른 실시예에서, 안전 소거 모듈(1320)은 기존 데이터를 저장 공간 복구 동작 도중 오버라이트한다. 예를 들어, 저장 장치(150)가 상술한 바와 같이, 솔리드-스테이트 스토리지 장치(102)인 경우, 저장 공간 복구 동작은 도 8에 도시된 장치(800)과 관련하여 기술된 가비지 컬렉션과 관련될 수 있다. 그러나, 기존 데이터를 오버라이트하는 요청과 연관된 저장 공간 복구 동작은 일반적으로 촉진시켜서, 임의의 확인 메시지가 소거 확인 모듈(1322)에 의해 전송되기 전에, 기존 데이터가 저장된 저장 장소가 필수적으로 복구되도록 한다. 일 실시예에서, 기존 데이터는 마크되거나 또는 안전 소거가 요청되었음을 지시하도록 식별된다. 확인 메시지는 일반적으로 소거를 위해 마크된 기존 데이터가 오버라이트되고 복구 불가능하게 될 때까지 전송되지 않는다. 다른 실시예에서, 안전 소거 모듈(1320)은 추후 저장 공간 복구를 위해 기존 데이터를 무효로 마크한다. 다른 실시예에서, 안전 소거는 기존 데이터가 무효임을 지시하고 데이터가 추후 저장 공간 복구 도중 오버라이트될 때까지 이 데이터로의 액세스를 방지하도록 인덱스를 업데이트한다.
일 실시예에서, 보안 소거 모듈(1320)은 데이터 세그먼트 토큰이 저장된 각각의 시간마다 기존 데이터를 오버라이트한다. 다른 실시예에서, 스토리지 요청은 구체적으로 기존 데이터를 오버라이트하는 요청을 포함하고, 안전 소거 모듈(1320)은 기존 데이터를 오버라이트하는 요청에 응답하여 기존 데이터를 오버라이트한다. 다른 실시예에서, 안전 소거 모듈(1320)은 기존 데이터가 소거되어 수반하는 독출이 소거를 지시하도록 하는 확인에 관한 메타데이터 정보를 저장한다.
다른 실시예에서, 안전 소거가 수신되지 않은 경우, 기존 데이터는 삭제된다. 일 실시예에서, 데이터의 삭제는 인덱스 엔트리, 어드레스 등의 삭제를 포함한다. 바람직한 실시예에서, 데이터 세그먼트 토큰이 저장된 경우, 해당 기존의 데이터는 무효로 마크되거나 스토리지 복구를 위해 준비된다. 데이터는 추후 스토리지 복구 동작, 가비지 컬렉션 동작 등에서 복구될 수 있다.
특정 실시예에서, 상기 장치는 데이터 세그먼트를 독출하는 스토리지 요청을 수신하는 독출 요청 리시버 모듈(1308), 스토리지 요청에 의해 요청된 데이터 세그먼트에 대응하는 데이터 세그먼트 토큰을 독출하는 데이터 세그먼트 토큰 독출 모듈(1310), 및 응답을 요청 장치(1326)로 전송하는 독출 요청 응답 모듈(1312)를 포함한다. 응답은 요청된 데이터 세그먼트에 대응하는 데이터 세그먼트 토큰을 사용하여 생성된다.
일 실시예에서, 데이터 세그먼트를 독출하는 스토리지 요청은 스토리지 요청과 결합되고, 스토리지 요청이 성공적임을 확인하도록 한다. 다른 실시예에서, 데이터 세그먼트를 독출하는 요청은 스토리지 요청으로부터 독립적이고, 스토리지 요청을 만드는 요청 장치(1326) 또는 다른 분리된 요청 장치(1326)에 의해 개시될 수 있다.
일 실시예에서, 요청 장치는 실제 데이터의 장소에서 데이터 세그먼트 토큰로부터 정보를 수신할 수 있고, 독출 요청 응답 모듈(1312)은 요청 장치(1326)로의 메시지에 응답하여 전송하는 데이터 세그먼트 토큰 전송 모듈(1314)을 포함한다. 메시지는 적어도 데이터 세그먼트 식별자 및 데이터 세그먼트 길이를 포함하지만, 또한 데이터 세그먼트 장소, 반복되고 동일한 문자 또는 문자 스트링의 적어도 하나의 예, 또는 다른 적절한 정보를 포함할 수 있다. 일반적으로, 메시지는 데이터 세그먼트 토큰에 포함된 것이 아닌, 데이터 세그먼트의 실제 데이터를 포함하지 않는다.
다른 실시예에서, 요청 장치(1326)가 데이터 세그먼트를 수신하는 것을 기대한 경우, 상기 장치는 데이터 세그먼트 토큰을 사용하여 데이터 세그먼트의 데이터를 재구성하는 데이터 세그먼트 재구성 모듈(1318)을 포함한다. 독출 요청 응답 모듈(1312)은 또한 재구성된 요청된 데이터 세그먼트를 요청 장치(1326)로 전송하는 데이터 세그먼트 전송 모듈(1316)을 포함한다. 다른 실시예에서, 데이터 세그먼트 재구성 모듈(1318)은 요청 장치(1326)에 구비되며, 드라이버의 형태로 구비될 수 있으며, 데이터 세그먼트 토큰 전송 모듈(1314)은 메시지를 데이터 세그먼트 토큰 정보와 함께 요청 장치(1326)로 전송한다. 요청 장치(1326) 내의 데이터 세그먼트 재구성 모듈(1318)은 요청된 데이터 세그먼트를 메시지로부터 재구성한다.
일 실시예에서, 상기 시스템(1300)은 독출 요청 리시버 모듈(1308), 데이터 세그먼트 토큰 독출 모듈(1310), 독출 요청 응답 모듈(1312)을 포함하는 분리된 장치를 포함하며, 이는 상술한 바와 실질적으로 유사하다. 상기 장치는 기록 요청 리시버 모듈(1302) 및 데이터 세그먼트 토큰 저장 모듈(1304)를 포함한 장치로부터 독립적이다. 일 실시예에서, 독출 요청 응답 모듈(1312)은 데이터 세그먼트 토큰 전송 모듈(1314) 및/또는 데이터 세그먼트 전송 모듈(1316)을 포함하고, 상기 장치는 데이터 세그먼트 재구성 모듈(1318)을 포함할 수 있으며, 여기서 모듈(1314,1316,1318)은 상술한 바와 실질적으로 유사하다.
도 14는 본 발명에 따른 데이터 세그먼트 토큰을 저장하는 방법(1400)의 실시예를 설명하는 개략적인 흐름도이다. 상기 방법(1400)은 개시되어(1402), 기록 요청 리시버 모듈(1302)이 스토리지 요청을 요청 장치(1326)로부터 수신하고(1404), 여기서 스토리지 요청은 데이터 세그먼트를 저장 장치(150)에 저장하는 요청을 포함한다. 데이터 세그먼트는 반복되고 동일한 문자 또는 문자 스트링의 연속을 포함한다. 데이터 세그먼트 토큰 저장 모듈(1304)은 저장 장치(150) 내에 데이터 세그먼트 토큰을 저장하고(1406), 상기 방법(1400)은 종료한다(1408). 데이터 세그먼트 토큰은 적어도 데이터 세그먼트 식별자 식별자 및 데이터 세금너트 길이를 포함하고, 데이터 세그먼트 토큰은 대부분에서 데이트 세그먼트로부터의 데이터를 포함하지 않는다.
도 15는 본 발명에 따른 데이터 세그먼트 토큰을 독출하는 방법(1500)의 실시예를 설명하는 개략적인 흐름도이다. 상기 방법(1500)은 개시하여(1502), 기록 요청 리시버 모듈(1308)이 데이터 세그먼트를 저장 장치(150)로부터 독출하는 스토리지 요청을 수신한다(1504). 데이터 세그먼트는 데이터 세그먼트 토큰에 의해 저장 장치에 표시되고, 데이터 세그먼트는 반복되고 동일한 문자 또는 문자 스트링의 연속을 포함한다. 데이터 세그먼트 토큰은 적어도 데이터 세그먼트 식별자 및 데이터 세그먼트 길이를 포함하고, 데이터 세그먼트 토큰은 데이터 세그먼트로부터의 데이터를 포함하지 않는다. 데이터 세그먼트 토큰 독출 모듈(1310)은 스토리지 요청 내에 요청된 데이터 세그먼트에 대응하는 데이터 세그먼트 토큰를 독출하고(1506), 독출 요청 응답 모듈(1312)은 응답을 요청 장치(150)으로 전송하고(1508), 상기 방법(1500)은 종료한다(1510). 응답은 요청된 데이터 세그먼트에 대응하는 데이터 세그먼트 토큰을 사용하여 생성된다.
프로그레시브 RAID{Progressive RAID}
RAID(Redundant Array of Independent Drives)는 다양한 목적을 달성하기 위해 많은 방법으로 구성될 수 있다. 여기에 기술되는 바와 같이, 드라이브는 데이터를 위한 대용량 저장 장치(mass storage device)이다. 드라이브, 또는 저장 장치는 솔리드-스테이트 장치(110), HDD(Hard Disk Drive), 테잎 드라이브, 광학 드라이브, 또는 당업자에게 알려진 임의의 다른 대용량 저장 장치일 수 있다. 일 실시예에서, 드라이브는 가상 볼륨(virtual volume)으로서 액세스되는 대용량 저장 장치의 일부를 포함한다. 다른 실시예에서, 드라이브는 가상 볼륨으로서 함께 액세스 가능하고, SAN(Storage Area Network) 내에 RAID로서, 단지 다수의 디스크/드라이브(JBOD) 등으로서 구성된다. 일반적으로, 드라이브는 스토리지 컨트롤러(152)를 통해 단일 유닛 또는 가상 볼륨으로서 액세스된다. 바람직한 실시예에서, 스토리지 컨트롤러(152)는 솔리드-스테이트 장치 컨트롤러(104)를 포함한다. 당업자는 RAID 내에 구성될 수 있는 대용량 저장 장치의 형태의 드라이브의 다른 형태를 파악할 것이다. 여기에 기술된 실시예에서, 드라이브 및 저장 장치(150)는 호환성 있게 사용된다.
종래에, 다양한 RAID 구성은 RAID 레벨(level)로 언급되었다. 하나의 기본 RAID 구성은 저장 장치(150)의 미러 카피(mirror copy)를 생성하는 RAID 레벨 0이다. RAID 0의 장점은 하나 또는 그 이상의 저장 장치(150)로의 데이터의 완전한 카피가 또한 하나 또는 그 이상의 저장 장치(150)의 미러 카피 상에 사용가능하여, 프라이머리 드라이브로의 데이터 독출 또는 반사된(mirrored) 드라이브는 상대적으로 빠르다. RAID 0은 또한 프라이머리 저장 장치(150)내의 실패의 경우에 대비하여 데이터의 백업 카피를 제공한다. RAID 0의 단점은 기록이 상대적으로 느린 것이며, 이는 기록된 데이터는 두 번 기록되어야 하기 때문이다.
다른 종래의 RAID 구성은 RAID 레벨 1이다. RAID 1에서, RAID로 기록되는 데이터는 저장 장치(150)의 세트 내의 N 개의 저장 장치(150)에 대응하는 N 개의 데이터 세그먼트로 분할된다. N 개의 데이터 세그먼트는 "스트라이프(stripe)"를 구성한다. 다수의 저장 장치(150)에 걸쳐 데이터를 스트라이프 함으로써, 성능은 향상되며, 이는 단일 저장 장치(150)가 N 개의 데이터 세그먼트를 포함하는 데이터를 저장할 수 있는 것에 비해 저장 장치(150)가 N 개의 데이터 세그먼트를 보다 빠르게 저장하도록 병렬로(in parallel) 작동할 수 있기 때문이다. 데이터 독출은 상대적으로 느리지만, 이는 데이터가 다수의 저장 장치(150)에 걸쳐 분포될 수 있기 때문이며, 다수의 저장 장치(150)의 액세스 시간은 일반적으로 모든 요구되는 데이터를 포함하는 하나의 저장 장치(150)로부터 데이터를 독출하는 것에 비해 더 느리다. 또한, RAID 1은 실패 보호(failure protection)을 제공하지 않는다.
인기 있는 RAID 구성은 N 개의 저장 장치(150)에 걸쳐 N 개의 데이터 세그먼트의 스트리핑(striping) 및 N+1 저장 장치(150)에 패리티(parity) 데이터 세그먼트를저장하는 것을 포함하는 RAID 레벨 5이다. RAID 5는 실패 내성(failure tolerance)을 제공하며 이는 RAID가 저장 장치(150)의 단일 실패(single failure)를 견딜 수 있기 때문이다. 예를 들어, 저장 장치(150)가 실패한 경우, 스트라이프의 데이터 세그먼트의 손실은 다른 사용 가능한 데이터 세그먼트 및 스트라이프를 위해 특별히 계산된 패리티 데이터 세그먼트를 사용하여 생성될 수 있다. RAID 5는 또한 일반적으로 RAID 0에 비해 보다 적은 저장 공간을 사용하며 이는 RAID된 저장 장치(150)의 세트의 각각의 저장 장치(150)는 데이터의 완전한 카피를 저장하도록 요구되지 않고, 스트라이프 또는 패리티 데이터 세그먼트의 데이터 세그먼트만을 저장하기 때문이다. RAID 1과 같이 RAID 5는 데이터 기록이 빠르지만, 상대적으로 데이터 독출은 느리다. 일반적인 종래의 RAID 5의 데이터 기록은 RAID 1보다 더 느리지만, 이는 패리티 데이터 세그먼트가 스트라이프의 N 개의 데이터 세그먼트로부터 각각의 스트라이프에 대해 계산되어야 하기 때문이다.
다른 인기 있는 RAID 구성은 듀얼 분산 패리티(dualdistributed parity)를포함하는 RAID 6이다. RAID 6에서, 두 개의 저장장치는 패리티-미러(parity-mirror) 장치(예컨대 1602a,1602b)로서 할당된다. 스트라이프에 대한 각각의 패리티 데이터 세그먼트는 분리되어 계산되며 그 결과 저장 장치(150) 내의 두 개의 저장 장치(150) 중 어느 하나의 손실은 남아있는 사용 가능한 데이터 세그먼트 및/또는 패리티 데이터 세그먼트를 사용하여 복구 가능하다. RAID 6는 RAID 5와 유사한 성능적 장점 및 단점을 가진다.
네스팅된(nested) RAID는 또한 높은 신뢰성을 요구하는 폴트 내성(fault tolerance)을 증가시키기 위해 사용된다. 예를 들어, 각각은 RAID 5로 구성된 두 개의 저장 장치 세트는 RAID 0 구성으로 미러링(mirrored)될 수 있다. 도출되는 구성은 RAID 50으로 언급될 수 있다. RAID 6이 각각의 미러링된 세트를 위해 사용되는 경우, 상기 구성은 RAID 60으로 언급될 수 있다. 네스팅된 RAID 구성은 일반적으로 근원적인 RAID 그룹과 같은 유사한 성능 이슈를 가진다.
전술한 바와 같이, 폴트 내성, RAID 0, RAID 5, RAID 6 등과 같은 종래의 RAID 레벨의 폴트-내성보다 빠른 데이터 기록의 장점을 제공하면서 또한 RAID 0, RAID 5, RAID 6 등과 같은 종래의 스트라이프된 RAID 레벨보다 더 빠른 데이터 독출을 제공하는 프로그레시브 RAID에 대한 장치, 시스템, 및 방법에 대한 요구가 존재하는 것은 분명하다. 유리하게, 그러한 장치, 시스템, 및 방법은 패리티 데이터 세그먼트가 계산되도록 요구될 때까지, 예컨대 스토리지 통합 동작(storage consolidation operation) 전까지 또는 그 일부까지, N 개의 데이터 세그먼트를 패리티-미러 저장 장치(1602)에 기록하며, RAID 0 시스템의 장점을 제공한다.
도 10은 본 발명에 따른 프로그레시브 RAID를 위한 시스템(1600)의 일 실시예를 설명하는 개략적인 블록도이다. 상기 시스템(1600)은 하나 또는 그 이상의 클라이언트(114)에 의해 컴퓨터 네트워크(116)를 통해 액세스 가능한 N 개의 저장 장치(150) 및 M 개의 패리티-미러 저장 장치(1602)를 포함한다. N 개의 저장 장치(150) 및 패리티-미러 저장 장치(1602)는 하나 또는 그 이상의 서버(112)에 위치될 수 있다. 저장 장치(150), 서버(112), 컴퓨터 네트워크(116), 및 클라이언트(114)는 실질적으로 상술한 바와 유사하다. 패리티-미러 장치(1602)는 일반적으로 N 개의 저장 장치(150)과 유사하거나 동일하고, 일반적으로 스트라이프를 위한 패리티-미러 저장 장치(1602)로서 지정된다.
일 실시예에서, N 개의 저장 장치(150) 및 M 개의 패리티-미러 저장 장치(1602)는 하나의 서버(112)에 포함되거나 이를 통해 액세스 가능하고, 시스템 버스 SAN, 또는 다른 컴퓨터 네트워크(116)를 사용하여 함께 네트워크로 구성될 수 있다. 다른 실시예에서, N 개의 저장 장치(150) 및 M 개의 패리티-미러 저장 장치(1602)는 다수의 서버(112a-n+m) 내에 위치되거나 또는 이를 통해 액세스 가능하다. 예를 들어, 저장 장치(150) 및 패리티-미러 저장 장치(1602)는 도 1c의 시스템(103) 및 도 5b의 방법(105)와 연관되어 상술된 인-서버 SAN의 일부일 수 있다.
일 실시예에서, 패리티-미러 저장 장치(1602)는 프로그레시브 RAID에 저장된 스트라이프의 모든 패리티 데이터 세그먼트를 저장한다. 다른 바람직한 실시예에서, 프로그레시브 RAID에 할당된 저장 장치 세트(1604)의 저장 장치(150)는 특정 스트라이프를 위한 패리티-미러 저장 장치(1602)가 되도록 할당되고, 할당은 순환되어 패리티 데이터 세그먼트는 각각의 스트라이프에 대해 N+M 개의 저장 장치(150) 사이에서 순환된다. 이 실시예는 각각의 스트라이프를 위한 패리티-미러 저장 장치(1602)로 사용될 단일의 저장 장치(150)의 할당을 통해 성능적 장점을 제공한다. 패리티-미러 저장 장치(1602)를 순환함으로써(rotate), 패리티 데이터 세그먼트의 계산 및 저장과 연관된 오버헤드가 분산될 수 있다.
일 실시예에서, 저장 장치(150)는 솔리드-스테이트 스토리지 장치(102)이며, 각각은 솔리드-스테이트 스토리지(110) 및 솔리드-스테이트 스토리지 컨트롤러(104)와 결합된다. 다른 실시예에서, 각각의 저장 장치(150)는 솔리드-스테이트 스토리지 컨트롤러(104)를 포함하고, 결합된 솔리드-스테이트 스토리지(110)는 테잎 스토리지 또는 하드 디스크 드라이브와 같은 다른 덜 비싸고 낮은 성능의 스토리지를 위한 캐시(cache)로서 작동하낟. 다른 실시예에서, 하나 또는 그 이상의 서버(112)는 스토리지 요청을 프로그레시브 RAID로 전송하는 하나 또는 그 이상의 클라이언트(114)를 포함한다. 당업자는 N 개의 저장 장치(150) 및 하나 또는 그 이상의 패리티-미러 저장 장치(1602)를 구비한 프로그레시브 RAID로 구성될 수 있는 다른 시스템 구성을 파악할 것이다.
도 17은 본 발명에 따른 프로그레시브 RAID를 위한 장치(1700)의 일 실시예를 설명하는 개략적인 블록도이다. 다양한 실시예에서, 상기 장치(1700)는 스토리지 요청 리시버 모듈(1702), 스트라이핑 모듈(1704), 패리티-미러 모듈(1706), 및 패리티 프로그레션 모듈(1708), 패리티 교대(alternation) 모듈(1710), 미러링 세트(mirrored set) 모듈(1712), 업데이트 모듈(1714), 다이렉트 클라이언트 응답 모듈(1718)을 구비한 미러 복구 모듈(1716), 이전-통합(pre-consolidation) 모듈(1720), 후-통합 모듈(1722), 데이터 재건(rebuild) 모듈(1724), 및 패리티 재건 모듈(1726)을 포함하며, 이는 이하 기술된다. 모듈(1702-1726)은 서버(112)에 도시되지만, 모듈(1702-1726)의 기능 중 일부 또는 모두는 또한 다수의 서버(112), 스토리지 컨트롤러(152), 저장 장치(150), 클라이언트(114) 등에 분산될 수 있다.
상기 장치(1700)는 데이터를 저장시키는 요청을 수신하는 스토리지 요청 리시버 모듈(1702)을 포함하며, 여기서 데이터는 파일 또는 객체의 데이터이다. 일 실시예에서, 스토리지 요청은 객체 요청이다. 다른 실시예에서, 스토리지 요청은 블록 스토리지 요청이다. 일 실시예에서, 스토리지 요청은 데이터를 포함하지 않으며, 저장 장치(150) 및 패리티-미러 저장 장치(1602)에 의해 사용될 수 있는 명령에서 클라이언트(114) 또는 다른 소스로부터의 DMA 또는 RDMA 데이터를 포함한다. 다른 실시예에서, 스토리지 요청은 스토리지 요청의 결과로서 저장될 데이터를 포함한다. 다른 실시예에서, 스토리지 요청은 저장 장치 세트(1604)에 저장된 데이터를 구비할 수 있는 하나의 명령을 포함한다. 다른 실시예에서, 스토리지 요청은 다수의 명령을 포함한다. 당업자는 프로그레시브 RAID를 위해 적절한 데이터를 저장하는 다른 스토리지 요청을 파악할 것이다.
데이터는 상기 장치(1700)에 액세스 가능한 장소에 저장된다. 일 실시예에서, 데이터는 클라이언트(114) 또는 서버에 의해 사용되는 RAM과 같은 RAM(Random Access Memory) 내에서 사용 가능하다. 다른 실시예에서, 데이터는 하드 디스크 드라이브, 테잎 스토리지, 또는 다른 대용량 저장 장치에 저장된다. 일 실시예에서, 데이터는 객체 또는 파일로서 구성된다. 다른 실시예에서, 데이터는 객체 또는 파일의 일부인 데이터 블록으로서 구성된다. 당업자는 스토리지 요청의 영향을 받는 데이터에 대한 다른 형태 및 장소를 파악할 것이다.
상기 장치(1700)는 데이터를 위한 스트라이프 패턴을 계산하는 스트라이핑 모듈(1704)을 포함한다. 스트라이프 패턴은 하나 또는 그 이상의 스트라이프를 포함하며, 여기서 각각의 스트라이프는 N 개의 데이터 세그먼트의 세트를 포함한다. 일반적으로 스트라이프 내의 데이터 세그먼트의 수는 RAID 그룹에 얼마나 많은 저장 장치(150)가 할당되었는지에 따라 결정된다. 예를 들어, RAID 5가 사용된 경우, 하나의 저장 장치(150)가 패리티-미러 저장 장치(1602a)로 할당되어 특정 스트라이프를 위한 패리티 데이터를 저장한다. 네 개의 다른 저장 장치(150a,150b,150c,150d)가 RAID 그룹으로 할당된 경우, 스트라이프는 패리티 데이터 세그먼트에 추가하여 네 개의 데이터 세그먼트를 구비할 것이다. 스트라이핑 모듈(1704)은 N 개의 스트라이프의 N 개의 데이터 세그먼트를 N 개의 저장 장치(150a-n)에 기록하여, 각각의 N 개의 데이터 세그먼트는 스트라이프에 할당된 저장 장치(150)의 세트(1604) 내의 분리된 저장 장치(150a,150b,...150n)으로 기록된다. 당업자는 특정 RAID 레벨을 위하여 RAID 그룹에 할당될 수 있는 저장 장치(150)의 다양한 조합 및 스트라이핑 패턴을 생성하고 스트라이프 당 N 개의 데로 데이터를 분할하는 방법을 파악할 것이다.
상기 장치(1700)는 스트라이프의 N 개의 데이터 세그먼트의 세트를 저장 장치 세트(1604) 내의 하나 또는 그 이상의 패리티-미러 저장 장치(1602)에 기록하는 패리티-미러 모듈(1706)을 포함하며, 여기서 패리티-미러 저장 장치(1602)는 N 개의 저장 장치(150)에 추가된다. 그리고 나서, N 개의 데이터 세그먼트는 패리티 데이터 세그먼트의 추후 계산을 위해 사용 가능하다. 패리티 데이터 세그먼트를 즉시 계산하기 보다는, 패리티-미러 모듈(1706)이 N 개의 데이터 세그먼트의 세트를 패리티-미러 저장 장치(1602)로 카피하며, 이는 일반적으로 N 개의 데이터 세그먼트를 저장하는 것보다 적은 시간을 요구한다. N 개의 데이터 세그먼트가 패리티-미러 저장 장치(1602)에 저장되면, N 개의 데이터 세그먼트는 N 개의 저장 장치(150) 중 하나가 사용 불가능하게 되는 경우 데이터를 독출하거나 복구하기 위해 사용되도록 사용 가능해진다. 데이터 독출은 또한 RAID 0 구성의 장점을 가지며, 이는 N 개의 데이터 세그먼트 모두는 하나의 저장 장치(예컨대 1602a)로부터 함께 사용 가능하기 때문이다. 하나의 패리티-미러 저장 장치(예컨대 1602a,1602b)보다 많은 것에 대해, 패리티-미러 모듈(1706)은 N 개의 데이터 세그먼트를 각각의 패리티-미러 저장 장치(1602a,1602b)로 카피한다.
상기 장치(1700)는 스토리지 통합 동작에 응답하여 스트라이프를 위해 하나 또는 그 이상의 패리티 데이터 세그먼트를 계산하는 패리티 프로그레션 모듈(1708)을 포함한다. N 개의 데이터 세그먼트로부터 계산된 하나 또는 그 이상의 패리티 데이터 세그먼트는 패리티-미러 저장 장치(1602)에 저장된다. 패리티 프로그레션 모듈(1708)은 패리티 데이터 세그먼트를 하나 또는 그 이상의 패리티-미러 저장 장치(1602)의 각각에 저장한다. 스토리지 통합 동작은 적어도 저장 공간 또는 데이터, 또는 하나 또는 그 이상의 패리티-미러 저장 장치(1602) 중 적어도 하나의 저장 공간 및 데이터를 복구하도록 구동된다. 예를 들어, 스토리지 통합 동작은 도 8 및 도 9의 장치(800) 및 방법(900)과 관련하여 상술한 솔리드-스테이트 스토리지 장치(102) 상의 데이터 가비지 컬렉션일 수 있다. 스토리지 통합 동작은 또한 하드 디스크 드라이브를 위한 조각 처리(defragmentation) 동작, 또는 저장 공간을 증가시키기 위해 데이터를 통합하는 다른 유사한 동작을 포함한다. 여기에 사용된 바와 같이, 스토리지 통합 동작은 또한 데이터를 복구하는 동작을 포함할 수 있으며, 예를 들어, 저장 장치(150)가 사용 불가능한 경우, 에러로부터 복구하거나, 또는 패리티-미러 저장 장치(1602)로부터 데이터를 독출하기 위한 다른 원인일 수 있다. 다른 실시예에서, 패리티 생성 모듈(1708)은 패리티-미러 저장 장치(1602)가 덜 바쁜(busy) 경우, 단순히 패리티 데이터 세그먼트를 계산한다.
유리하게, 스트라이프의 패리티 데이터 세그먼트의 계산 및 저장을 지연시킴으로써, 패리티-미러 저장 장치(1602)에 더 많은 저장 공간이 필요해지거나 또는 스토리지 통합 동작을 위한 다른 이유가 있을 때까지, 패리티-미러 저장 장치(1602) 상의 N 개의 데이터 세그먼트는 데이터 세그먼트의 독출, 데이터의 복구, 저장 장치(150) 상의 데이터 재건을 위해 사용 가능하다. 그리고 나서, 패리티 프로그레션 모듈(1708)은 스토리지 요청 리시버 모듈(1702), 스트라이핑 모듈(1704), 또는 패리티-미러 모듈(1706)으로부터 자발적으로, 백그라운드 동작으로서 구동될 수 있다. 당업자는 프로그레시브 RAID 동작의 일부로서 패리티 데이터 세그먼트의 계산을 지연시킬 다른 이유를 용이하게 파악할 것이다.
일 실시예에서, 모듈(1702-1708)의 기능 일부 또는 전부, 예컨대 데이터를 저장시키는 요청을 수신하고, 스트라이프 패턴을 계산하고 N 개의 데이터 세그먼트를 N 개의 저장 장치에 기록하고, N 개의 데이터 세그먼트의 세트를 패리티-미러 저장 장치에 기록하고, 그리고 패리티 데이터 세그먼트를 계산하는 기능은 저장 장치 세트(1604), 클라이언트(114), 및 제 3 RAID 관리 장치의 저장 장치(150)에서 발생한다. 제 3 RAID 관리 장치(third-party RAID management device)는 서버(114) 또는 다른 컴퓨터일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 장치(1700)는 각각의 스트라이프에 대해 교대하는 패리티 교대 모듈(1710)을 포함하며, 여기서 저장 장치 세트(1604) 내의 저장 장치(150)는 스트라이프를 위한 하나 또는 그 이상의 패리티-미러 저장 장치(1602)가 되도록 할당된다. 도 10의 시스템(1600)과 관련하여 상술한 바와 같이, 어떠한 저장 장치(150)가 스트라이프를 위한 패리티-미러 저장 장치를 위해 사용될지 순환시킴으로써, 다양한 패리티 데이터 세그먼트의 계산 동작은 저장 장치 세트(1604)의 저장 장치(150) 사이로 분포된다.
다른 실시예에서, 저장 장치 세트(1604)는 제 1 저장 장치 세트이며, 상기 장치(1700)는 제 1 저장 장치 세트(1604)에 추가하여 하나 또는 그 이상의 저장 장치 세트를 생성하여, 그 결과 하나 또는 그 이상의 추가적인 저장 장치 세트의 각각이 N 개의 데이터 세그먼트를 하나 또는 그 이상의 추가적인 저장 장치 세트의 각각의 N 개의 저장 장치(150)로 기록하는 적어도 결합된 스트라이핑 모듈(1704)을 포함하도록 하는 미러링 세트(mirrored set) 모듈(1712)을 포함한다. 관련된 실시예에서, 하나 또는 그 이상의 추가적인 저장 장치 세트의 각각은 N 개의 데이터 세그먼트의 세트를 저장하기 위한 결합된 패리티-미러 모듈(1706) 및 하나 또는 그 이상의 패리티 데이터 세그먼트를 계산하기 위한 패리티 프로그레션 모듈(1708)을 포함한다. 미러링 세트 모듈(1702)이 하나 또는 그 이상의 미러링된(mirrored) 저장 장치 세트를 생성하는 경우, RAID는 RAID50과 같은 네스팅된(nested) RAID일 수 있다. 이 실시예에서, RAID 레벨은 데이터가 스트라이프되고 미러링되는 RAID 10으로부터 RAID 50 또는 RAID 60으로 발전될 수 있으며, 여기서 패리티 데는 각각의 저장 장치 세트(1604)를 위해 계산되고 저장된다.
일 실시예에서, 상기 장치(1700)는 업데이트 모듈(1714)을 포함한다. 업데이트 모듈(1714)은 일반적으로 패리티-미러 저장 장치(1602) 상의 N 개의 데이터 세그먼트가 패리티 데이터 세그먼트로 진행되지 않은 경우 사용된다. 업데이트 모듈(1714)은 업데이트된 데이터 세그먼트를 수신하며, 여기서 업데이트된 데이터 세그먼트는 N 개의 저장 장치(150)에 저장된 N 개의 데의 기존 데이터 세그먼트에 대응한다. 업데이트 모듈(1714)은 업데이트된 데이터 세그먼트를 기존 데이터 세그먼트가 저장된 스트라이프의 저장 장치(150)로 그리고 스트라이프의 하나 또는 그 이상의 패리티-미러 저장 장치(1602)로 카피한다. 업데이트 모듈(1714)은 N 개의 저장 장치(150a-n)의 저 상에 저장된 기존 데이터 세그먼트를 업데이트된 데이터 세그먼트로 교체하고, 하나 또는 그 이상의 패리티-미러 저장 장치(1602)에 저장된 해당 기존 데이터 세그먼트를 업데이트된 데이터 세그먼트로 교체한다.
일 실시예에서, 데이터 세그먼트의 교체는 저장 장치(150)로의 데이터 세그먼트의 기록 및 그리고 나서 해당 데이터 세그먼트를 수반되는 가비지 컬렉션을 위해 무효로 마킹하는 것을 포함한다. 이 실시예의 일 예는 도 8 및 도 9와 관련하여 상술된 솔리드-스테이트 스토리지(110) 및 가비지 컬렉션 장치를 위해 기술된다. 다른 실시예에서, 데이터 세그먼트의 교체는 기존 데이터 세그먼트를 업데이트된 데이터 세그먼트로 오버라이트(overwrite)하는 것을 포함한다.
일 실시예에서, 저장 장치의 세트(1604)는 제 1 저장 장치 세트이고, 상기 장치(1700)는 제 1 저장 장치 세트(1604)의 저장 장치(150)에 저장된 데이터 세그먼트를 복구하는 미러 복구 모듈(1716)을 포함하며, 여기서 제 1 저장 장치 세트(1604)의 저장 장치(150)는 사용 불가능하다. 데이터 세그먼트는 데이터 세그먼트의 카피를 포함하는 미러 저장 장치로부터 복구된다. 미러 저장 장치는 N 개의 데이터 세그먼트의 카피를 저장하는 하나 또는 그 이상의 저장 장치(150)의 세트 중 하나를 포함한다.
더한 실시예에서, 미러 복구 모듈(1716)은 데이터 세그먼트를 독출하기 위한 클라이언트(114)로부터의 독출 요청에 응답하여 데이터 세그먼트를 복구한다. 다른 연관된 실시예에서, 미러 복구 모듈(1716)은 또한 요청된 데이터 세그먼트를 미러 저장 장치로부터 클라이언트(114)로 전송하는 다이렉트 클라이언트 응답 모듈(1718)을 포함한다. 이 실시예에서, 요청된 데이터 세그먼트는 클라이언트(114)로 카피되어, 클라이언트(114) 상의 데이터 세그먼트가 전송되기 전 데이터 세그먼트가 복구될 때까지 클라이언트(114)는 대기할 필요가 없다.
일 실시예에서, 상기 장치(1700)는 데이터 세그먼트를 독출하는 요청에 응답하여 저장 장치 세트(1604)의 저장 장치(150)에 저장된 데이터 세그먼트를 복구하는 이전-통합 복구 모듈(1702)을 포함한다. 실시예에서, 저장 장치(150)는 사용 불가능하고, 패리티 프로그레션 모듈(1708)이 하나 또는 그 이상의 패리티-미러 저장 장치(1602)에 하나 또는 그 이상의 패리티 데이터 세그먼트를 생성하기 전에 데이터 세그먼트가 패리티-미러 저장 장치(1602)로부터 복구된다.
다른 실시예에서, 상기 장치(1700)는 저장 장치 세트의 저장 장치(150)에 저장된 데이터 세그먼트를 복구하는 후-통합 복구 모듈(1724)을 포함한다. 실시예에서, 저장 장치(150)는 사용 불가능하고, 패리티 프로그레션 모듈(1708)이 하나 또는 그 이상의 패리티 데이터 세그먼트를 생성한 후에 데이터 세그먼트가 하나 또는 그 이상의 패리티-미러 저장 장치(150)에 저장된 하나 또는 그 이상의 패리티 데이터 세그먼트를 사용하여 복구된다. 예를 들어, 후-통합 복구 모듈(1724)은 패리티 데이터 세그먼트 및 사용 가능한 N 개의 저장 장치(150) 상의 사용 가능한 데이터 세그먼트를 사용하여 손실된 데이터 세그먼트를 재생성한다.
일 실시예에서, 상기 장치(1700)는 복구된 데이터 세그먼트를 재건 동작으로 대체 저장 장치에 저장하는 데이터 재건 모듈(1724)을 포함하며, 여기서 복구된 데이터 세그먼트는 사용 불가능한 저장 장치(150)에 저장된 삿용 불가능한 데이터 세그먼트에 매칭된다. 사용 불가능한 저장 장치(150)는 저장 장치 세트(1602)의 N 개의 저장 장치(150) 중 하나이다. 일반적으로, 재건 동작은 사용 불가능한 데이터 세그먼트를 저장한 저장 장치(150)의 실패(failure) 후에 발생한다. 재건 동작은 데이터 세그먼트를 대체 저장 장치로 복구하여 사용 불가능한 저장 장치(150)에 이전에 저장된 데이터 세그먼트를 매칭시킨다.
데이터 세그먼트는 다수의 소스(source)로부터 재건 동작을 위해 복구될 수 있다. 예를 들어, 매칭된 데이터 세그먼트가 패리티-미러 저장 장치(1602)에 구비된 경우, 데이터 세그먼트는 프로그레션 전에 패리티-미러 저장 장치(1602)로부터 복구될 수 있다. 다른 실시예에서, 데이터 세그먼트는 사용 불가능한 데이터 세그먼트의 카피를 포함하는 미러 저장 장치로부터 복구될 수 있다. 일반적으로 복구된 데이터 세그먼트가 하나 또는 그 이상의 패리티-미러 저장 장치(1602)에 구비되지 않은 경우, 데이터 세그먼트는 미러 저장 장치로부터 복구되지만, 비록 매칭 데이터 세그먼트가 미러 저장 장치에서 사용 가능할지라도 미러 저장 장치로부터 복구될 수 있다.
다른 예에서, 복구된 데이터 세그먼트가 패리티-미러 저장 장치(1602) 또는 미러 저장 장치에 구비되지 않은 경우, 재생성된 데이터 세그먼트는 하나 또는 그 이상의 패리티 데이터 세그먼트 및 N 개의 데이터 세그먼트의 사용 가능한 데이터 세그먼트로부터 재생성된다. 일반적으로 손실된 데이터 세그먼트는 오직 이것이 임의의 형태로 다른 저장 장치(150)에 존재하지 않은 경우에만 재생성된다.
다른 실시예에서, 상기 장치(1700)는 복구된 패리티 데이터 세그먼트를 패리티 재건 동작으로 대체 저장 장치에 재건하는 패리티 재건 모듈(1726)을 포함하며, 여기서 복구된 패리티 데이터 세그먼트는 사용 불가능한 패리티-미러 저장 장치에 저장된 사용 불가능한 패리티 데이터 세그먼트를 매치시킨다. 사용 불가능한 패리티-미러 저장 장치는 하나 또는 그 이상의 패리티-미러 저장 장치(1602) 중 하나이다. 패리티 재건 동작은 패리티 데이터 세그먼트를 대체 저장 장치에 복구시켜 사용 불가능한 패리티-미러 저장 장치에 이전에 저장된 패리티 데이터 세그먼트를 매치시킨다.
복구된 패리티 데이터 세그먼트를 재건 동작으로 재생성하기 위해, 재건을 위해 사용된 데이터는 다양한 소스로부터 올 수 있다. 일 예에서, 복구된 패리티 데이터 세그먼트는 스트라이프의 미러 카피를 저장하는 저장 장치(150)의 제 2 세트 내의 패리티-미러 저장 장치(1602)에 저장된 패리티 데이터 세그먼트를 사용하여 복구된다. 미러 카피가 사용 가능한 경우, 미러링된 패리티 데이터 세그먼트의 사용이 요구되며, 이는 복구된 패리티 데이터 세그먼트가 재계산될 필요가 없기 때문이다. 다른 예에서, N 개의 데이터 세그먼트가 N 개의 저장 장치에서 사용 가능한 경우, 복구된 패리티 데이터 세그먼트는 N 개의 저장 장치(150) 중 하나에 저장된 N 개의 데이터 세그먼트로부터 재생성된다. 일반적으로, N 개의 데이터 세그먼트는 N 개의 저장 장치(150)에서 사용 가능할 것이며, 여기서 단일의 실패(failure)는 재건된 패리티-미러 저장 장치(1602)에서 발생한다.
다른 예에서, 하나 또는 그 이상의 N 개의 데이터 세그먼트가 제 1 저장 장치 세트(1604)의 N개의 저장 장치(150)로부터 사용 불가능하고 매칭된 패리티 데이터 세그먼트가 저장 장치(150)의 제 2 세트에서 사용 불가능한 경우, 복구된 패리티 데이터 세그먼트는 N 개의 데이터 세그먼트의 카피를 저장하는 저장 장치(150)의 제 2 세트의 하나 또는 그 이상의 저장 장치(150)로부터 재생성된다. 여전히 다른 예에서, 복구된 패리티 데이터 세그먼트는 하나 또는 그 이상의 저장 장치(150)의 세트 내의 위치에 관계 없이, 사용 가능한 데이터 세그먼트 및 비-매칭된 패리티 데이터 세그먼트로부터 재생성된다.
패리티-미러 저장 장치가 저장 장치 세트(1604)의 저장 장치(150) 사이에서 교대되는 경우, 일반적으로 데이터 재건 모듈(1724) 및 패리티 재건 모듈(1726)은 재건 저장 장치(150) 상의 재건된 데이터 세그먼트 및 패리티 데이터 세그먼트와 함께 동작한다. 제 2 패리티-미러 저장 장치(1602b)가 사용 가능한 경우, 데이터 재건 모듈(1724) 및 패리티 재건 모듈(1726)은 저장 장치 세트(1604)의 두 개의 저장 장치(150,1602)의 실패 후 두 개의 저장 장치를 재건할 수 있다. 패리티-미러 저장 장치(1602)가 진행되어 스트라이프를 위한 패리티 데이터 세그먼트가 계산되고 삭제된 패리티 데이터 세그먼트를 계산하기 위해 사용된 패리티-미러 저장 장치(1602)에 N 개의 데이터 세그먼트를 저장하는 경우보다, 패리티-미러 저장 장치(1602)가 패리티-미러 데이터 세그먼트를 생성하도록 진행되지 않은 경우, 데이터 세그먼트 또는 저장 장치(150)의 복구는 더 빠르게 진행된다.
도 18은 본 발명에 따른 프로그레시브 RAID를 사용한 데이터 세그먼트의 업데이트를 위한 장치(1800)의 일 실시예를 설명하는 개략적인 블록도이다. 일반적으로, 상기 장치(1800)는 RAID그룹에 부속되고, 여기서 하나 또는 그 이상의 패리티-미러 저장 장치(1602)는 진행되고 패리티 데이터 세그먼트를 포함하지만 패리티 데이터 세그먼트를 생성하기 위해 사용된 N 개의 데이터 세그먼트는 포함하지 않는다. 상기 장치(1800)는 업데이트 리시버 모듈(1802), 업데이트 카피 모듈(1804), 패리티 업데이트 모듈(1806)을 포함하며, 이는 이하 기술된다. 상기 장치(1800)의 모듈(1802-1806)은 서버(112)에 도시되지만, 이는 저장 장치(150), 클라이언트(114), 또는 장치의 임의의 조합에 구비될 수 있거나, 또는 다수의 장치에 분산될 수 있다.
스트라이프, 데이터 세그먼트, 저장 장치(150), 저장 장치 세트(1604), 패리티 데이터 세그먼트, 및 하나 또는 그 이상의 패리티-미러 저장 장치(1602)는 도 11의 장치(1700)와 관련하여 상술된 스트라이프와 실질적으로 유사하다. 상기 장치(1800)는 업데이트된 데이터 세그먼트를 수신하는 업데이트 리시버 모듈(1802)을 포함하며, 여기서 업데이트된 데이터 세그먼트는 기존 스트라이프의 기존 데이터 세그먼트에 대응한다. 다른 실시예에서, 업데이트 리시버 모듈(1802)은 또한 다수의 업데이트를 수신할 수 있고, 업데이트를 함께 또는 개별적으로 다룰 수 있다.
상기 장치(1800)는 업데이트된 데이터 세그먼트를 저장 장치(150)로 카피하는 업데이트 카피 모듈(1804)을 포함하며, 여기서 해당 기존 데이터 세그먼트는 기존 스트라이프에 대응하는 하나 또는 그 이상의 패리티-미러 저장 장치(1602)에 저장된다. 다른 실시예에서, 업데이트 카피 모듈(1804)은 업데이트된 데이터 세그먼트를 패리티-미러 저장 장치(1602) 또는 기존 데이터 세그먼트를 저장하는 저장 장치(150) 중 어느 하나로 카피하며, 그리고 나서 업데이트된 데이터 세그먼트의 카피가 다른 장치(1602,150)로 전달되었음을 검증한다.
상기 장치(1800)는 스토리지 통합 동작에 응답하여 기존 스트라이프의 하나 또는 그 이상의 패리티-미러 저장 장치를 위한 하나 또는 그 이상의 업데이트된 패리티 데이터 세그먼트를 계산하는 패리티 업데이트 모듈(1806)을 포함한다. 스토리지 통합 동작은 도 11의 장치(1700)와 관련하여 기술된 스토리지 통합 동작과 유사하다. 스토리지 통합 동작은 하나 또는 그 이상의 업데이트된 패리티 데이터 세그먼트를 사용하여 적어도 저장 공간 및/또는 하나 또는 그 이상의 패리티-미러 저장 장치(1602)의 데이터를 복구하도록 동작된다. 하나 또는 그 이상의 패리티 데이터 세그먼트가 업데이트되도록 대기함으로써, 업데이트는 더욱 편리해질 때까지 또는 저장 공간을 통합하기에 필요한 때까지 연기될 수 있다.
일 실시예에서, 업데이트된 패리티 데이터 세그먼트는 기존 패리티 데이터 세그먼트, 업데이트된 데이터 세그먼트, 및 기존 데이터 세그먼트로부터 계산된다. 일 실시예에서, 기존 데이터 세그먼트는 업데이트된 패리티 데이터 세그먼트의 생성을 위한 기존 데이터 세그먼트의 독출 전에, 적절한 장소에서 유지된다. 이 실시예의 장점은 기존 데이터 세그먼트를 패리티-미러 저장 장치(1602) 또는 업데이트된 패리티 데이터 세그먼트가 생성된 다른 장소로 카피함으로부터 결합된 오버헤드가 필요할 때까지 연기될 수 있는 것이다. 이 실시예의 단점은 기존 데이터 세그먼트를 유지하는 저장 장치(150)가 실패한 경우, 기존 데이터 세그먼트는 업데이트된 패리티 데이터 세그먼트가 생성되기 전에 복구되어야하는 것이다.
다른 실시예에서, 기존 데이터 세그먼트가 저장된 N 개의 저장 장치(150a-n)의 저장 장치(150)가 업데이트된 데이터 세그먼트의 카피를 수신한 경우, 기존 데이터 세그먼트는 데이터-미러 저장 장치(1602)로 카피된다. 그리고 나서 기존 데이터 세그먼트는 스토리지 통합 동작이 수행될 때까지 저장된다. 다른 실시예에서, 스토리지 통합 동작이 업데이트된 패리티 데이터 세그먼트의 계산을 시작하는(trigger) 스토리지 통합 동작 전에 발생한 경우, 기존 데이터 세그먼트는 기존 데이터 세그먼트가 저장된 N 개의 저장 장치(150a-n)의 저장 장치(150) 상의 스토리지 통합 동작에 응답하여 데이터-미러 저장 장치(1602)로 카피된다. 후자의 실시예는 기존 데이터 세그먼트가 저장된 저장 장치(150) 또는 패리티-미러 저장 장치(1602) 중 어느 하나 상의 스토리지 통합 동작에 의해 요구될 때까지 카피되지 않으므로 유리하다.
일 실시예에서, 업데이트된 패리티 데이터 세그먼트는 기존 패리티 데이터 세그먼트, 업데이트된 데이터 세그먼트, 및 델타(delta) 데이터 세그먼트로부터 계산되며, 여기서 델타 데이터 세그먼트는 업데이트된 데이터 세그먼트 및 기존 데이터 세그먼트 간의 차이로서 생성된다. 일반적으로, 델타 데이터 세그먼트의 생성은 패리티 데이터 세그먼트의 업데이트에서 부분적인 솔루션 또는 중간 단계이다. 델타 데이터 세그먼트의 생성은 매우 압축적일 수 있고 전송 전에 압축될 수 있어 유리하다.
일 실시예에서, 델타 데이터 세그먼트는 업데이트된 패리티 데이터 세그먼트의 생성을 위한 델타 데이터 세그먼트의 독출 전에, 기존 데이터 세그먼트를 저낭하는 저장 장치에 저장된다. 다른 실시예에서, 델타 데이터 세그먼트는 기존 데이터 세그먼트가 저장된 저장 장치(150)가 업데이트된 데이터 세그먼트의 카피를 수신한 경우, 데이터-미러 저장 장치(1602)로 카피된다. 다른 실시예에서, 델타 데이터 세그먼트는 기존 데이터 세그먼트가 저장된 저장 장치(150) 상의 스토리지 통합 동작에 응답하여 데이터-미러 저장 장치(1602)로 카피된다. 기존 데이터 세그먼트의 카피에 의해, 후자의 실시예는 델타 데이터 파일이 기존 데이터 세그먼트를 저장하는 저장 장치(150) 상의 스토리지 통합 동작 또는 업데이트된 패리티 데이터 세그먼트의 계산을 시작하는 다른 스토리지 통합 동작 전까지는 이동되지 않으므로 유리하다.
다양한 실시예에서, 모듈(1802,1804,1806)의 동작의 전부 또는 일부, 즉 업데이트된 데이터 세그먼트를 수신하고, 업데이트된 데이터 세그먼트를 카피하고, 업데이트된 데이터 세그먼트를 계산하는 동작은 저장 장치 세트(1604), 클라이언트(114), 또는 제 3 RAID 관리 장치의 저장 장치(150)에서 발생한다. 다른 실시예에서, 스토리지 통합 동작은 업데이트 리시버 모듈(1802) 및 업데이트 카피 모듈(1804)의 동작으로부터 자발적으로 수행된다.
도 19는 본 발명에 따른 프로그레시브 RAID를 사용하여 데이터를 관리하는 방법(1900)을 설명하는 개략적인 흐름도이다. 상기 방법(1900)은 개시하여(1902), 스토리지 요청 리시버 모듈(1702)이 데이터를 저장시키는 요청을 수신하고(1904), 여기서 데이터는 파일 또는 객체의 데이터이다. 스트라이핑 모듈(1704)은 데이터를 위한 스트라이프 패턴을 계산하고, N 개의 데이터 세그먼트를 N 개의 저장 장치(150)에 기록한다(1906). 각각의 스트라이프는 N 개의 데이터 세그먼트의 세트를 포함하며, 여기서 각각의 N 개의 데이터 세그먼트는 스트라이프에 할당된 저장 장치의 세트(1604) 내의 분리된 저장 장치(150)에 기록된다.
패리티-미러 모듈(1706)은 스트라이프의 N 개의 데이터 세그먼트의 세트를 저장 장치의 세트(1604) 내의 하나 또는 그 이상의 패리티-미러 저장 장치(1602)에 기록한다(1908). 하나 또는 그 이상의 패리티-미러 저장 장치는 N 개의 저장 장치(150a-n)에 추가된다. 패리티 생성 모듈(1708)은 진행 중인 스토리지 통합 동작이 있는지 여부를 결정한다(1910). 패리티 생성 모듈(1708)이 진행 중인 스토리지 통합 동작이 없음을 결정하는 경우(1910), 상기 방법(1900)은 되돌아와 다시 진행 중인 스토리지 통합 동작이 있는지 여부를 결정한다(1910). 다른 실시예에서, 스토리지 요청 리시버 모듈(1702), 스트라이핑 모듈(1704), 및 패리티-미러 모듈(1706)은 스토리지 요청을 수신하고, 스트라이핑 패턴을 계산하고, 그리고 데이터 세그먼트를 저장하도록 지속된다.
패리티 생성 모듈(1708)이 진행 중인 스토리지 통합 동작이 없음을 결정한 경우(1910), 패리티 생성 모듈(1708)은 스트라이프를 위한 패리티 데이터 세그먼트를 계산한다(1914). 패리티 데이터 세그먼트는 패리티-미러 저장 장치(1602)에 저장된 N 개의 데이터 세그먼트로부터 계산된다. 패리티 생성 모듈(1708)은 패리티 데이터 세그먼트를 패리티-미러 저장 장치(1602)에 저장하고(1912), 상기 방법(1900)은 종료한다(1916). 스토리지 통합 동작은 N 개의 데이터 세그먼트를 저장시키는 요청을 수신하는 단계(1904). N 개의 데이터 세그먼트를 N 개의 저장 장치로 기록하는 단계(1906), 또는 N 개의 데이터 세그먼트를 하나 또는 그 이상의 패리티-미러 저장 장치에 기록하는 단계(1908)로부터 자발적으로 수행된다. 스토리지 통합 동작은 적어도 저장 공간 또는 패리티-미러 저장 장치(1602) 상의 데이터를 복구하도록 수행된다.
도 20은 본 발명에 따른 프로그레시브 RAID를 사용하여 데이터 세그먼트를 업데이트하는 방법(2000)의 실시예를 설명하는 개략적인 흐름도이다. 상기 방법(2000)은 개시하여(2002), 업데이트 리시버 모듈(1802)이 업데이트된 데이터 세그먼트를 수신하고(2004), 여기서 업데이트된 데이터 세그먼트는 기존 스트라이프의 기존 데이터 세그먼트에 대응한다. 업데이트 카피 모듈(1804)은 업데이트된 데이터 세그먼트를 해당 기존 데이터 세그먼트가 저장된 저장 장치(150) 및 기존 스트라이프에 대응하는 하나 또는 그 이상의 패리티-미러 저장 장치(1602)로 카피한다(2006).
패리티 업데이트 모듈(1806)은 스토리지 통합 동작이 진행중인지 여부를 결정한다(2008). 패리티 업데이트 모듈(1806)이 진행 중인 스토리지 통합 동작이 없음을 결정한 경우(2008), 패리티 업데이트 모듈(1806)은 기존 스트라이프의 하나 또는 그 이상의 패리티-미러 저장 장치를 위한 하나 또는 그 이상의 업데이트된 패리티 데이터 세그먼트를 계산하고(2010), 상기 방법(2000)은 종료한다(2012).
전단 분산된 RAID(Front-End Distributed RAID)
종래의 RAID 시스템은 데이터를 수신하고, 데이터에 대한 스트라이핑 패턴(striping pattern)을 계산하고, 데이터를 데이터 세그먼트로 분할하고, 패리티 스트라이프(parity stripe)를 계산하고, 데이터를 저장 장치에 저장하고, 데이터 세그먼트를 업데이트하는 등과 같이 동작하는 RAID 컨트롤러로 구성된다. 반면 일부 RAID 컨트롤러는 일부 기능이 분산되도록 하며, RAID 컨트롤러에 의해 관리되는 저장 장치는 RAID에 스트라이프된 데이터를 저장하기 위해 클라이언트(114)와 직접적으로 통신하지 않는다. 대신 스토리지 요청(storage request) 및 RAID를 위한 데이터를 스토리지 컨트롤러로 전달한다.
RAID 컨트롤러가 RAID에 저장될 모든 데이터를 접촉하도록 요구하는 것은 데이터 흐름의 병목현상(bottleneck)을 초래하기 때문에 비효율적이다. 이는 RAID 그룹 내의 모든 드라이브의 대역폭 및 성능이 소비되는 반면 오직 서브셋(subset)만이 실제로 업데이트되는 독출-변경-기록(read-modify-write) 프로세스에서 특히 두드러진다. 또한, RAID 컨트롤러에 의해 관리되는 데이터를 위해 지정된 저장 장치의 영역은 일반적으로 RAID 그룹에게 전념되고 독립적으로 액세스될 수 없다. 클라이언트에 의한 저장 장치(150)로의 액세스는 일반적으로 저장 장치(150)를 파티션함으로써 달성되어야만 한다. 파티션이 사용되는 경우, 일반 스토리지를 위해 액세스 가능한 파티션은 RAID를 위해 사용되지 않고 RAID 그룹에 대해 할당된 파티션은 일반 데이터 스토리지를 위해 액세스 가능하지 않다. 전체적으로 사용을 최적화하기 위해 파티션을 과다신청하는(oversubscribe) 구성은 복잡하고 관리하기에 더 어렵다. 또한, 하나의 RAID 그룹을 위해 할당된 저장 공간은 하나의 RAID 컨트롤러가 마스터로 지정되고 마스터 RAID 컨트롤러가 비활성화되거나, 불구동되지 않는 경우 다른 RAID 컨트롤러가 슬레이브로서 구동하지 않는 한, 하나 이상의 RAID 컨트롤러에 의해 액세스될 수 없다.
일반적으로 RAID 컨트롤러는 또한 RAID 그룹의 저장 장치(150)의 외부에서 패리티 데이터 세그먼트를 생성한다. 이는 패리티 데이터 세그먼트가 일반적으로 생성되고 그리고 나서 저장을 위해 저장 장치(150)로 전송되며, 이는 RAID 컨트롤러의 용량(capacity)을 계산하는 것을 요구하므로 비효율적이다. 패리티 데이터 세그먼트 위치를 추적하고 업데이트하는 것은 또한 저장 장치(150)에서 자발적으로 수행되는 대신 RAID 컨트롤러에서 수행되어야 한다.
분리된 RAID 컨트롤러가 오프라인에 있는 경우 데이터가 사용 가능하도록 남아있는지 보증할 필요가 있다면, RAID 컨트롤러는 일반적으로 드라이브와 상호 간에 교차 연결되고(cross connected), 및/또는 완전한 세트로서 미러링되며(mirrored), 이는 데이터 유효성(availability)을 비싸고 관리하기 어렵게 하고, 스토리지 서브시스템의 신뢰성을 크게 감소시킨다.
데이터 세그먼트, 객체, 파일, 또는 유사한 성분(basis) 각각에 대해 RAID를 허용하고, 클라이언트 및 저장 장치 사이에 위치된 RAID 컨트롤러 및 RAID 컨트롤러 커플릿(couplet)의 필요를 제거하는 전단 분산된(front-end distributed) RAID에 대한 시스템, 장치, 및 방법을 필요로 한다. 이러한 시스템, 장치, 및 방법에서, RAID 그룹은 하나의 데이터 세그먼트, 객체, 또는 파일을 위해 생성될 수 있고, 하나의 RAID 컨트롤러에 의해 하나의 그룹의 저장 장치 내에서 관리되는 반면 제 2 RAID 그룹은 제 1 RAID 그룹의 동일한 저장 장치의 일부를 둘러싸는 다른 데이터 세그먼트, 객체, 또는 파일을 위해 생성될 수 있다. RAID 컨트롤 기능은 클라이언트(114), 제 3 RAID 관리 장치, 또는 저장 장치(150) 사이에서 분산될 수 있다. 전단 분산된 RAID 시스템, 장치, 및 방법은 또한 명령을 RAID 그룹의 저장 장치(150)로 전송할 수 있고, 저장 장치(150)가 DMA(Direct Memory Access), 또는 RDMA(Remote DMA)를 통해 데이터를 직접 액세스하고 카피하도록 할 수 있다.
도 10은 본 발명에 따른 전단 분산된(front-end distributed) RAID에 대해 액세스될 수 있는 시스템(1600)의 일 실시예를 설명하는 개략적인 블록도이다. 프로그레시브 RAID와 관련된 도 16에 도시된 컴포넌트에 대한 상기 기술은 또한 전단 분산된 RAID에도 적용 가능하다. 전단 분산된 RAID와 관련하여, 저장 장치 세트(1604)는 RAID 그룹을 형성하고, 자발적이고 네트워크(116) 또는 하나 또는 그 이상의 리던던트 네트워크(116)를 통해 클라이언트(114)로부터 스토리지 요청을 독립적으로 수신하고 서비스할 수 있는 저장 장치(150)를 포함한다.
저장 장치 세트(1604) 내의 저장 장치(150) 사이에서, 하나 또는 그 이상은 스트라이프를 위한 패리티-미러 저장 장치(1602)로 지정된다. 일반적으로, 하나 또는 그 이상의 패리티-미러 저장 장치(1602)는 실질적으로 다른 저장 장치(150)와 유사하게 기능한다. 일반적인 구성에서, 지정된 패리티-미러 저장 장치(1602)가 저장 장치 세트(1604)의 저장 장치(150) 사이에서 교대하는(alternate) 경우, vo(1602)는 필수적으로 다른 저장 장치(150)과 동일한 특성을 구비하고, 이는 이들이 또한 비-패리티-미러(non-parity-mirror) 저장 장치로서 동작해야하기 때문이다. 유사한 특성은 RAID 그룹 내의 동작 및 상술한 바와 같은 독립적인 클라이언트(114) 통신을 위한 자발적인 동작과 관련된다. 다양한 실시예에서, 저장 장치 세트(1604)의 저장 장치(150)는 기술된 RAID 환경 내의 기능과 관련되지 않은 다른 양상과 다를 수 있다.
저장 장치 세트(1604)의 저장 장치(150)는 하나 또는 그 이상의 서버(112) 내에 홀로 또는 그룹으로 구성될 수 있거나, 각각이 서버(112) 내에 구비될 수 있거나, 하나 또는 그 이상의 서버(112)를 통해 액세스될 수 있다. 하나 또는 그 이상의 클라이언트(114)는 하나 또는 그 이상의 저장 장치(150)를 포함하는 서버(112) 내에 구비될 수 있거나, 분리된 서버(112) 내에 구비될 수 있거나, 하나 또는 그 이상의 컴퓨터 네트워크(116) 등을 통해 저장 장치(150)에 액세스하는 컴퓨터, 워크스테이션, 랩탑 등에 구비될 수 있다.
일 실시예에서, 네트워크(116)는 시스템 버스 및 시스템 버스를 사용하여 통신하는 저장 장치 세트(1604)의 저장 장치(150,1602) 중 하나 또는 그 이상을 포함한다. 예를 들어, 시스템 버스는 PCI-e 버스, 직렬 ATA(Serial Advanced Technology Attachment) 버스, 병렬(parallel) ATA 등일 수 있다. 다른 실시예에서, 시스템 버스는 SCSI(Small Computer System Interface), 파이어와이어(FireWire), 파이버 채널, ISB, PCIe-AS, 인피니밴드 등과 같은 외부 버스이다. 당업자는 자발적이며, 하나 또는 그 이상의 네트워크(116)를 통해 클라이언트(114)로부터 스토리지 요청을 독립적으로 수신하고 서비스할 수 있는 저장 장치(150)를 구비한 다른 시스템(1600) 구성을 파악할 것이다.
도 11은 본 발명에 따른 전단 분산된 RAID를 위한 장치(2100)의 일 실시예를 설명하는 개략적인 블록도이다. 일 실시예에서, 상기 장치(2100)는 스토리지 요청 리시버 모듈(2102), 스트라이핑 결합 모듈(2104), 패리티-미러 결합 모듈(2106), 스토리지 요청 트랜스미터 모듈(2108), 전단 패리티 생성 모듈(2110), 패리티 교대 모듈(2112), 데이터 세그먼트 복구 모듈(2114), 데이터 재건 모듈(2116), 패리티 재건 모듈(2118), 및 피어-투-피어 통신 모듈(2120)을 포함하며, 이는 이하 기술된다. 다양한 실시예에서, 상기 장치(2100)는 솔리드-스테이트 스토리지 장치(102), 솔리드-스테이트 스토리지 컨트롤러(104)와 같은 스토리지 장치 컨트롤러(152), 서버(112), 제 3 RAID 관리 장치 등과 같은 저장 장치(150) 내에 포함될 수 있거나, 하나 이상의 컴포넌트 사이에 분산될 수 있다.
상기 장치(2100)는 데이터를 저장 장치 세트(1604)에 저장시키는 스토리지 요청을 수신한다. 데이터는 파일 또는 객체의 부분일 수 있거나, 전체 파일 또는 객체일 수 있다. 파일은 자의적인 정보(arbitrary information)의 블록, 또는 정보 저장을 위한 리소스일 수 있으며, 이는 컴퓨터 프로그램에 사용 가능하다. 파일은 프로세서에 의해 액세스되는 임의의 데이터 구조를 포함할 수 있다. 파일은 데이터베이스, 텍스트의 스트링, 컴퓨터 코드 등을 포함할 수 있다. 객체는 일반적으로 객체-지향 프로그래밍을 위한 데이터 구조이며, 데이터를 구비하거나 구비하지 않은 구조를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 객체는 파일의 서브셋(subset)이다. 다른 실시예에서, 객체는 파일로부터 독립적이다. 임의의 경우에서, 객체 및 파일은 여기에서 데이터, 데이터 구조, 컴퓨터 코드, 및 저장 장치에 저장될 수 있는 다른 정보의 전체 세트를 포함하도록 정의된다.
저장 장치 세트(1604)는 하나 또는 그 이상의 네트워크(116)를 통해 클라이언트(114)로부터 독립적으로 스토리지 요청을 수신하는 RAID 그룹을 형성하는 자발적인 저장 장치(150)를 포함한다. 저장 장치 세트(1604) 내의 자발적인 저장 장치(150)의 하나 또는 그 이상은 스트라이프를 위한 패리티-미러 저장 장치(1602)로 지정된다. 다른 클라이언트(114)로부터의 다른 스토리지 요청은 제 2 저장 장치 세트에 저장될 수 있으며, 여기서 제 2 저장 장치 세트는 제 1 저장 장치 세트(1604)와 동일한 저장 장치(150)(및 패리티-미러 저장 장치(1602))의 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다. 두 저장 장치 세트(1604)에 공통된 저장 장치(150)는 공통 저장 장치(150) 내의 중복되는 할당된 저장 공간을 구비할 수 있다.
상기 장치(2100)는 데이터를 위한 스트라이프 패턴을 계산하는 스트라이핑 결합 모듈(2104)를 포함한다. 스트라이프 패턴은 하나 또는 그 이상의 스트라이프를 포함한다. 각각의 스트라이프는 N 개의 데이터 세그먼트의 세트를 포함한다. 스트라이프의 N 개의 데이터 세그먼트는 또한 하나 또는 그 이상의 빈 데이터 세그먼트를 포함한다. 스트라이핑 결합 모듈(2104)은 N 개의 데이터 세그먼트의 각각을 스트라이프에 할당된 저장 장치 세트(1604) 내의 N 개의 저장 장치(150a-n) 중 하나와 결합시킨다. 일 실시예에서, 스트라이핑 결합 모듈(2104)은 스토리지 요청을 전송하는 클라이언트(114)로부터 저장 장치(150)가 데이터 세그먼트에 대응하는 데이터를 수신하도록 지시하는 저장 장치(150)로 전송될 스토리지 요청을 사용하여, 데이터 세그먼트를 저장 장치(150)와 결합시킨다.
다른 실시예에서, 스토리지 요청은 데이터 세그먼트의 데이터를 실질적으로 갖지 않는다. 데이터를 실질적으로 갖지 않는 것은 스토리지 요청이 일반적으로 스토리지 요청의 영향을 받는 데이터를 포함하지 않고 데이터의 일부일 수 있는 문자, 문자 스트링 등을 포함할 수 있음을 의미한다. 예를 들어, 데이터가 반복되고, 동일한 문자의 연속, 예컨대 영의 연속을 포함하는 경우, 스토리지 요청은 데이터 내에 포함된 영의 모두를 포함하지 않으면서, 데이터가 영의 연속을 포함함을 알리는 지시어를 포함할 수 있다. 당업자는 데이터의 벌크(bulk)를 전송하지 않으면서 여전히 스토리지 요청 내에 작은 양 또는 단일 예의 특정 문자 또는 문자 스트링을 허용하는 스토리지 요청을 전송하는 다른 방법을 파악할 것이다. 스토리지 요청은 N 개의 저장 장치(150a-n)가 DMA 또는 RDMA 동작 등을 사용하여 데이터를 검색하도록 허용하는 명령을 포함한다.
다른 실시예에서, 스트라이핑 결합 모듈(2104)은 저장 장치(150)로 전송될 스토리지 요청 내에서 데이터 세그먼트의 데이터를 식별함으로써, 데이터 세그먼트를 저장 장치(150)와 결합시킨다. 데이터 세그먼트의 데이터를 식별하는 것은 데이터 세그먼트 식별자, 데이터 세그먼트 위치 또는 어드레스, 데이터 세그먼트 길이, 또는 저장 장치(150)가 어떤 데이터가 데이터 세그먼트를 포함하는지 파악하도록 하는 다른 정보를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 스트라이핑 결합 모듈(2104)은 스토리지 요청 내에서 데이터 세그먼트를 저장 장치(150)와 결합시켜, 클라이언트(114)가 데이터 세그먼트를 포함하는 데이터를 방송(broadcast)으로 전송할 수 있어, 각각의 저장 장치(150)가 결합된 데이터 세그먼트를 저장하고 저장 장치(150)에 할당되지 않은 데이터 세그먼트에 대응하는 데이터를 폐기할 수 있도록 한다. 다른 실시예에서, 스트라이핑 결합 모듈(2104)은 각각의 데이터 세그먼트를 어드레싱(addressing)함으로써, 스토리지 요청 내에서 데이터 세그먼트를 저장 장치(150)와 결합시켜, 클라이언트(114)가 데이터 세그먼트를 포함하는 데이터를 멀티캐스트(multicast)로 전송할 수 있어, 각각의 저장 장치(150)가 결합된 데이터 세그먼트를 저장하고 저장 장치(150)에 할당되지 않은 데이터 세그먼트에 대응하는 데이터를 폐기할 수 있도록 한다. 당업자는 스트라이핑 모듈(2104)이 데이터 세그먼트를 저장 장치(150)와 결합시켜, 하나 또는 그 이상의 데이터 세그먼트를 하나 또는 그 이상의 저장 장치로 방송, 멀티캐스트, 유니캐스트(unicast), 애니캐스트(anycast) 등을 하도록 하는 다른 방법을 파악할 것이다.
관련된 실시예에서, 스트라이핑 결합 모듈(2104)은 스토리지 요청에서 데이터 세그먼트를 저장 장치(150)와 결합시켜, 클라이언트(114)가 스토리지 요청을 방송, 멀티캐스트, 유니캐스트 등을 할 수 있도록 하고, 각각의 저장 장치(150)가 저장 장치(150)와 결합된 데이터 세그먼트에 관계한 클라이언트(114)로부터 스토리지 요청의 일부를 수신할 수 있고, 저장 장치(150)와 결합되지 않은 하나 또는 그 이상의 데이터 세그먼트와 관계하지 않는 스토리지 요청의 해당 부분을 폐기할 수 있도록 한다.
다른 실시예에서, 스토리지 요청 리시버 모듈(2102)에 의해 수신된 스토리지 요청은 스토리지 요청의 영향을 받는 데이터를 포함하고, 스트라이핑 결합 모듈(2104)은 데이터 세그먼트를 포함한 저장 장치(150)를 위한 스토리지 요청을 준비함으로써, 데이터 세그먼트를 저장 장치(150)와 결합시킨다. 스트라이핑 결합 모듈(2104)은 클라이언트(114), 제 3 RAID 관리 장치, 저장 장치(150,1602) 등의 내부에서 구동할 수 있다.
상기 장치(2100)는 N 개의 데이터 세그먼트의 세트를 저장 장치 세트(1604) 내의 하나 또는 그 이상의 패리티-미러 저장 장치(1602)와 결합시키는 패리티-미러 저장 장치(1602)를 포함한다. 하나 또는 그 이상의 패리티-미러 저장 장치(1602)는 N 개의 저장 장치(150a-n)에 추가된다. 일 실시예에서, 패리티-미러 결합 모듈(2106)은 N개의 데이터 세그먼트의 세트를 각각의 패리티-미러 저장 장치(1602)에 결합시켜, 각각의 패리티-미러 저장 장치(1602)가 패리티 데이터 세그먼트를 생성하기 위해 스트라이프의 N 개의 데이터 세그먼트를 수신하고 저장할 수 있도록 한다. 다른 실시예에서, 패리티-미러 결합 모듈(2106)은 스트라이프의 데이터 세그먼트를 각각의 패리티-미러 저장 장치(1602)와 결합시켜, 패리티-미러 저장 장치(1602a-m)가 N 개의 저장 장치(150a-n)에 저장된 N 개의 데이터 세그먼트로의 미러로서 동작하도록 한다.
다양한 실시예에서, 패리티-미러 결합 모듈(2106)은 단일 스토리지 요청, 다수 스토리지 요청, 또는 스트라이핑 결합 모듈(2104)과 연관되어 상술된 다른 결합 기술, 예컨대 DMA, RDMA, 방송, 멀티캐스트를 위해 패리티-미러 저장 장치(1602)를 설정하는 스토리지 요청을 사용하여, 또는 N 개의 데이터 세그먼트를 스토리지 요청에 포함시킴으로써, N 개의 데이터 세그먼트의 세트를 하나 또는 그 이상의 패리티-미러 저장 장치(1602)와 결합시킨다. 패리티-미러 결합 모듈(2106)은 클라이언트(114), 제 3 RAID 관리 장치, 저장 장치(150,1602) 등의 내부에서 구동할 수 있다.
상기 장치(2100)는 하나 또는 그 이상의 스토리지 요청을 저장 장치 세트(1604) 내의 각각의 저장 장치(150,1602)로 전송하는 스토리지 요청 트랜스미터 모듈(2108)을 포함하며, 각각의 스토리지 요청은 스토리지 요청을 수신하는 저장 장치(150,1602)와 결합된 하나 또는 그 이상의 데이터 세그먼트를 저장 장치(150,1602)에 저장하기에 충분하다. 일 실시예에서, 각각의 스토리지 요청은 스토리지 요청의 영향을 받는 데이터를 포함하지 않는다. 더한 실시예에서, 각각의 스토리지 요청은 저장 장치 세트(1604)의 N 개의 저장 장치(150) 및 패리티-미러 저장 장치(1602)가 DAM 또는 RDMA를 사용하여 결합된 데이터 세그먼트의 데이터를 다운로드할 수 있도록 한다. 다른 실시예에서, 스토리지 요청은 결합된 데이터 세그먼트를 위한 관련된 스토리지 요청 또는 관련된 데이터를 클라이언트(114)로부터 뽑아기에 충분한 정보를 포함한다. 다른 실시예에서, 스토리지 요청은 결합된 데이터 세그먼트의 데이터를 포함한다.
일 실시예에서, 각각의 스토리지 요청은 스트라이프의 저장 장치 세트(1604)의 일부인 저장 장치(150,1602)를 식별한다. 저장 장치 세트(1604)의 저장 장치(150,1602)의 식별을 포함함으로써, 마스터로서 구동하는 저장 장치(150)의 실패의 경우, 다른 저장 장치(150)가 RAID된 데이터를 관리하기 위한 마스터로서 구동할 수 있다. 다른 실시예에서, 저장 장치 세트(1604)의 식별은 저자 장치가 오프-라인에 있는 경우, 자발적인 저장 장치(150,1602)가 데이터를 복구할 수 있도록 하고, 클라이언트에 독립적으로 대체 저장 장치가 저장 장치 세트(1604) 내에 추가되는 경우, 데이터를 재건할 수 있도록 한다. 다른 실시예에서, 저장 장치 세트(1604)의 저장 장치(150,1602)의 식별은 데이터 세그먼트 또는 스토리지 요청의 전송을 위한 멀티캐스트 그룹을 나타낸다. 식별은 저장 장치 세트(1604) 내의 저장 장치(150,1602)에 저장된 객체 또는 파일에 대한 메타데이터와 함께 저장될 수 있다.
일 실시예에서, 패리티-미러 결합 모듈(2106)은 N 개의 데이터 세그먼트의 세트를 하나 또는 그 이상의 패리티-미러 저장 장치(1602) 각각과 결합시키며, 상기 장치(2100)는 클라이언트(114)에 독립적으로, 스트라이프를 위한 패리티 데이터 세그먼트를 계산하고 패리티 데이터 세그먼트를 패리티-미러 저장 장치(1602)에 저장하는 전단 패리티 생성 모듈(2110)을 포함한다. 패리티 데이터 세그먼트는 패리티-미러 저장 장치(1602)에 제공된 N 개의 데이터 세그먼트의 세트로부터 계산된다. 하나 이상의 패리티-미러 저장 장치(1602)가 저장 장치 세트(1604) 내에 포함되는 경우, 전단 패리티 생성 모듈(2110)은 일반적으로 다양한 패리티 데이터 세그먼트를 생성하여, 저장 장치 세트(1604) 내의 둘 또는 그 이상의 저장 장치(150,1602)는 실패할 수 있고, 패리티 데이터 세그먼트 정보는 사용 불가능한 데이터 세그먼트 또는 패리티 데의 복구를 허용할 수 있다.
다른 실시예에서, 전단 패리티 생성 모듈(2110)은 저장 장치 세트(1604) 및/또는 제 3 RAID 관리 장치의 저장 장치(150) 내에서 동작하는 경우, 패리티 데이터 세그먼트를 계산한다. 예를 들어, 스토리지 요청을 전송하는 클라이언트(114)로부터 분리된 서버(112)는 패리티 데이터 세그먼트를 계산할 수 있다. 다른 실시예에서, 전단 패리티 생성 모듈(2110)은 패리티 데이터 세그먼트를 계산하도록 패리티-미러 저장 장치 내에서 구동한다. 예를 들어, 패리티-미러 저장 장치(1602) 내의 스토리지 컨트롤러(152)는 저장 장치 세트(1604)에 의해 형성된 RAID 그룹을 위한 마스터 스토리지 컨트롤러로서 동작할 수 있다.
다른 실시예에서, 전단 패리티 생성 모듈(2110)은 패리티 데이터 세그먼트를 계산하고, 그리고 나서 계산된 패리티 데이터 세그먼트를 미러를 형성하는 제 2 세트의 저장 장치 내의 하나 또는 그 이상의 추가적인 패리티-미러 저장 장치(1604)로 전송한다. 이 실시예는 각각의 저장 장치 세트(1604)에 대해 패리티 데이터 세그먼트의 계산과 결합된 오버헤드가 소진되고, 네트워크(116) 상의 데이터 트래픽이 감소하는 추가적인 장점을 가지므로 유리하다.
일 실시예에서, 상기 장치(2100)는 또한 저장 장치(150)가 사용 불가능하고 사용 불가능한 데이터 세그먼트 또는 사용 불가능한 데이터 세그먼트를 포함한 데이터를 독출하도록 하는 요청이 수신된 경우, 저장 장치 세트(1604)의 저장 장치(150)에 저장된 데이터 세그먼트를 복구하는 데이터 세그먼트 복구 모듈(21112)를 포함한다. 데이터 세그먼트는 저장 장치 세트(1604)의 사용 가능한 저장 장치(150) 상의 데이터 세그먼트, 저장 장치 세트(1604)의 사용 가능한 저장 장치(150,1602) 상의 패리티 데이터 세그먼트와 데이터 세그먼트의 조합, 또는 데이터 세그먼트의 카피를 포함하는 미러 저장 장치를 사용하여 복구된다. 일반적으로, 미러 저장 장치는 N 개의 데이터 세그먼트의 카피를 저장하는 미러 저장 장치 세트의 하나의 저장 장치(150)이다. 데이터 세그먼트 복구 모듈(2112)은 동작하여 저장 장치(150), 패리티-미러 저장 장치(1604), 제 3 RAID 관리 장치, 미러 저장 장치 등으로부터 사용 불가능한 데이터 세그먼트를 복구할 수 있다.
다른 실시예에서, 상기 장치(2100)는 복구된 데이터 세그먼트를 재건 동작으로 대체 저장 장치(150)에 저장하는 데이터 재건 모듈(2114)을 포함한다. 예를 들어, 저장 장치(150)가 실패, 동기(synchronization)의 손실 등으로 인해 사용 불가능하게 된 경우, 데이터 재건 모듈(2114)은 저장 장치(150)를 재건하여 사용 불가능한 저장 장치(150)를 대체한다. 일 실시예에서, 재건된 저장 장치(150)는 사용 가능하게 만들어진 원래의 저장 장치(150)이다.
복구된 데이터 세그먼트는 저장 장치 세트(1604)의 사용 불가능한 저장 장치(150)에 저장된 사용 불가능한 데이터 세그먼트와 매칭된다. 재건 동작은 일반적으로 데이터 세그먼트 및 패리티 데이터 세그먼트 중 하나 또는 그 이상을 대체 저장 장치(150)에 복구시켜 사용 불가능한 저장 장치(150)에 이전에 저장된 데이터 세그먼트 및 패리티 데이터 세그먼트를 매칭시킨다.
일 실시예에서, 복구된 데이터 세그먼트는 재건 동작을 위해 저장 장치 세트(1604)의 사용 가능한 저장 장치(150)의 사용 가능한 데를 사용하여 복구된다. 다른 실시예에서, 복구된 데이터 세그먼트는 재건 동작을 위해 하나 또는 그 이상의 패리티-미러 저장 장치(1604)로부터의 패리티 데이터 세그먼트 및 저장 장치 세트(1604)의 사용 가능한 저장 장치(150)의 사용 가능한 데이터 세그먼트의 조합을 사용하여 복구된다. 다른 실시예에서, 복구된 데이터 세그먼트는 재건 동작을 위해 패리티-미러 저장 장치(1604)로부터 독출된 매칭(matching) 데이터 세그먼트를 사용하여 복구된다.
여전히 다른 실시예에서, 복구된 데이터 세그먼트는 재건 동작을 위해 미러 저장 장치로부터의 매칭 데이터 세그먼트를 사용하여 복구된다. 데이터 재건 모듈(2114)은 클라이언트(114), 제 3 RAID 관리 장치, 저장 장치(150,1602), 미러 저장 장치 등으로부터 수신된 데이터 세그먼트를 구동하고 저장할 수 있다.
다른 실시예에서, 상기 장치(2100)는 복구된 패리티 데이터 세그먼트를 재건 동작으로 대체 저장 장치(1602)에 재건하는 패리티 재건 모듈(2116)을 포함한다. 재건 동작은 실질적으로 데이터 재건 모듈(2114)과 관련하여 기술된 재건 동작과 유사하다. 패리티 재건 모듈(2116)이 복구된 패리티 데이터 세그먼트를 재건하는 것을 제외하고 패리티 재건 모듈(2116)은 데이터 재건 모듈(2114)와 유사하게 동작한다. 복구된 패리티 데이터 세그먼트는 스트라이프에 할당된 사용 불가능한 패리티-미러 저장 장치(1604)에 저장된 사용 불가능한 패리티 데이터 세그먼트를 매칭시킨다.
다양한 실시예에서, 패리티 데이터 세그먼트는 패리티-미러 저장 장치(1604)에 저장된 패리티 데이터 세그먼트를 미러링된 저장 장치 세트로 카피함으로써, 패리티-미러 저장 장치(1604)로부터의 패리티 데이터 세그먼트를 저장 장치 세트(1604)로 카피함으로써(사용 불가능한 패리티 데이터 세그먼트와 동일한 경우), 저장 장치 세트(1604)의 사용 가능한 저장 장치(150,1602) 및 데이터 세그먼트의 카피를 포함하는 미러 저장 장치에 저장된 N 개의 데이터 세그먼트 및 패리티 데이터 세그먼트 중 하나 또는 그 이상을 사용하여 패리티 데이터 세그먼트를 생성함으로써, 복구될 수 있다.
데이터 재건 모듈(2116)은 클라이언트(114), 제 3 RAID 관리 장치, 저장 장치(150), 미러 저장 장치 등에 구비되어 동작하고 복구된 데이터 세그먼트를 저장할 수 있다.
유리하게, 상기 장치(2100)는 저장 장치(150,1602) 내의 데이터를 여기에 기술된 전단 분산된 RAID 동작에 제공된 파티션으로 저장하는 것으로 제한되지 않는다. 대신, 자발적인 저장 장치(예컨대 150a)가 클라이언트(114)로부터 독립적으로 스토리지 요청을 수신하여, 스트라이핑 결합 모듈(2104), 패리티-미러 결합 모듈(2106), 및 전단 패리티 생성 모듈(2110)에 의한 데이터 저장을 위해 사용 가능한 저장 장치(150a)의 하나 또는 그 이상의 영역에 RAID되거나 RAID되지 않은 데이터를 저장할 수 있다.
일 실시예에서, 스토리지 요청 리시버 모듈(2102)에 의해 수신되거나 스토리지 요청 트랜스미터 모듈(2108)에 의해 전송된 하나 또는 그 이상의 스토리지 요청은 스트라이프의 저장 장치 세트(1604)를 포함하는 저장 장치(150)를 식별한다. 유리하게, 스토리지 요청에서 저장 장치 세트(1604)의 저장 장치(150)를 식별하는 것은 마스터 컨트롤러가 동작하지 않는 경우 구동할 수 있도록 백업(backup) RAID 컨트롤러를 구현한다. 예를 들어, 저장 장치 세트(1604)의 저장 장치(150)가 스토리지 요청에서 식별되고 마스터 컨트롤러가 패리티-미러 저장 장치(1604)에 구비되고 사용 불가능한 경우, 다른 패리티-미러 저장 장치(1602) 또는 N 개의 저장 장치(150a-n) 중 다른 저장 장치가 마스터 컨트롤러로 될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 장치(2100)는 각각의 스트라이프에 대해, 저장 장치 세트(1604) 내의 저장 장치(150)가 스트라이프를 위한 패리티-미러 저장 장치(1602)로 지정되도록 교대하는(alternate) 패리티 교대 모듈(2118)을 포함한다. 패리티 교대 모듈(2118)의 장점은 상술된 바와 같다. 다른 실시예에서, 저장 장치 세트(1604)의 저장 장치(150)는 피어(peer)의 그룹을 형성하고 상기 장치(2100)는 저장 장치 세트(1604)의 저장 장치(150,1602) 내에서 스토리지 요청을 전송하고 수신하는 피어-투-피어(peer-to-peer) 통신 모듈(2120)을 포함한다. 피어-투-피어 통신 모듈(2120)은 또한 저장 장치 세트(1604)의 외부에 있는 피어 장치와 스토리지 요청을 전송하고 수신할 수 있다.
바람직한 실시예에서, 스토리지 요청은 상기 장치(2100)의 모듈들(2102-2120)을 사용하여 저장 장치 세트(1604)의 저장 장치(150,1602)를 거쳐 객체의 데이터를 스트라이핑함으로써 객체를 저장하는 객체 요청이다. 다른 실시예에서, 저장 장치 세트(1604)의 자발적인 저장 장치(150,1602) 중 하나 또는 그 이상은 제 1 객체 또는 파일의 적어도 일부를 위한 제 1 RAID 그룹 내에 배치되고, 제 2 객체 또는 파일의 적어도 일부를 위한 제 2 RAID 그룹 내에 배치된다. 예를 들어, 하나의 저장 장치(150a)는 하나 또는 그 이상의 스트라이프에 대한 저장 장치 세트(1604)를 위한 마스터 RAID 컨트롤러일 수 있고, 제 2 저장 장치(150b)는 저장 장치 세트의 저장 장치(150)의 일부 또는 전부를 포함하는 RAID 그룹을 위한 마스터 RAID 컨트롤러일 수 있다. 유리하게, 상기 장치(2100)는 저장 장치(150,1602)의 그룹화에 대한 유연성이 다양한 클라이언트(114)를 위한 RAID 그룹을 형성하도록 한다.
도 12는 본 발명에 따른 전단 분산된 RAID를 위한 방법(2200)의 실시예를 설명하는 개략적인 흐름도이다. 상기 방법(2200)은 개시하여(2202) 스토리지 요청 리시버 모듈(2102)이 데이터를 저장 장치 세트(1604)의 N 개의 저장 장치(150a-n)에 저장시키는 스토리지 요청을 수신한다(2204). 스트라이핑 결합 모듈(2104)은 데이터를 위한 스트라이프 패턴을 계산하고(2206), N 개의 데이터 세그먼트 각각을 N 개의 저장 장치(150a-n) 중 하나와 결합시킨다.
패리티-미러 결합 모듈(2106)은 N 개의 데이터 세그먼트의 세트를 하나 또는 그 이상의 패리티-미러 저장 장치(1602)와 결합시킨다(2210). 스토리지 요청 트랜스미터 모듈(2108)은 하나 또는 그 이상의 스토리지 요청을 저장 장치 세트(1604) 내의 각각의 저장 장치(150,1602)로 전송한다(2212). 각각의 스토리지 요청은 스토리지 요청을 수신하는 저장 장치(150)와 결합된 하나 또는 그 이상의 데이터 세그먼트를 저장 장치(150)에 저장하기에 충분하다. 그리고 나서, 데이터의 데이터 세그먼트는 스토리지 요청에 의해 지시된 대로, DMA, RDMA, 방송, 멀티캐스트, 등을 사용하여 저장 장치 세트(1604)의 저장 장치(150,1602)로 전송된다. 선택적으로, 전단 패리티 생성 모듈(2110)은 스트라이프를 위한 패리티 데이터 세그먼트를 계산하고(2214), 상기 방법(2200)은 종료한다(2216).
공유되고, 전단 분산된 RAID(Shared, Front-ended, Distributed RAID)
종래의 RAID는 각각의 장치의 적어도 일부가 RAID로 제공되고 RAID 그룹을 형성하는 디스크 또는 다른 저장 장치의 어레이를 이용한다. RAID 컨트롤러는 RAID 그룹으로의 스토리지 요청을 관리한다. 리던던트 시스템에 대해, RAID 컨트롤러는 마스터 RAID 컨트롤러가 실패하거나 사용 불가능한 경우, 인계받도록 준비된 백업 RAID 컨트롤러를 구비한다. RAID 내에 저장된 동일한 데이터에 액세스하도록 추구하는 다수의 클라이언트로부터의 스토리지 요청은 일반적으로 도착 순서에 따라 순차적으로 실행된다.
도 10, 도 11 및 도 12에 각각 도시된 시스템(1600), 장치(2100) 및 방법(2200)과 관련하여 상술된 바와 같이, 전단의 분산된 RAID 시스템은 각각이 분산된 RAID 컨트롤러로서 동작할 수 있는 스토리지 컨트롤러(152)를 포함할 수 있는 자발적인 저장 장치(150)를 포함하며, 저장 장치(150)는 각각이 다수의 클라이언트(114)를 섬기는 다수의 중복되는 RAID 그룹에 구성될 수 있다. 가끔씩, 두 개의 클라이언트(114)가 동일한 데이터를 액세스하도록 추구할 수 있다. 하나의 스토리지 요청이 먼저 도착하고 실행된 경우, 일반적으로 데이터의 불일치(inconsistency)는 발생하지 않는다. 반면, 동일한 데이터에 대한 둘 또는 그 이상의 스토리지 요청이 동시 또는 거의 동시에 도달한 경우, 데이터는 오류가 발생할 수 있다.
예를 들어, 데이터가 RAID 그룹 내의 네 개의 저장 장치(150)에 저장되고, 저장 장치(150) 중 하나가 패리티-미러 저장 장치(1602)로 할당되고, 제 1 클라이언트(114)가 스토리지 요청을 RAID 컨트롤러로서 동작하는 제 1 스토리지 컨트롤러(150a)로 전송하고, 제 2 클라이언트(114)가 제 2 스토리지 요청을 제 2 RAID 컨트롤러로서 동작하는 제 2 저장 장치(150a)로 전송하고, 두 개의 스토리지 요청은 동일한 데이터를 액세스하는 경우, 제 1 저장 장치(150a)는 제 1 저장 장치(150a) 상의 스토리지 요청의 실행을 개시할 수 있고 그리고 나서 RAID 그룹의 다른 저장 장치(150b-n)에 대해 개시할 수 있다. 동시에, 제 2 저장 장치(150b) 상의 제 2 RAID 컨트롤러는 다른 저장 장치(예컨대 150b)에서 제 2 스토리지 요청의 실행을 개시할 수 있고, 그리고 나서 RAID 그룹의 남은 저장 장치(150a,c-n)에 대해 개시할 수 있다. 이러한 실행의 미스매치는 저장 장치(150) 간의 물리적 거리, 실행 시간의 불일치 등에 의해 야기될 수 있다. 결과는 오류가 발생된 데이터일 수 있다.
동일한 데이터의 액세스를 추구하는 동시의 스토리지 요청을 다루는 공유되고, 전단의, 분산된 RAID를 위한 시스템, 장치, 및 방법을 필요로 한다. 유리하게, 상기 시스템, 장치 및 방법은 데이터에 대한 액세스를 제어하고, 하나의 스토리지 요청은 제 2 스토리지 요청이 실행되기 전에 실행된다.
도 10은 프로그레시브(progressive) RAID 및 전단 분산된(front-end distributed) RAID에 추가하여, 본 발명에 따른 공유되고, 전단 분산된 RAID를 위한 시스템(1600)으로서 동작하는 일 실시예를 설명하는 개략적인 블록도이다. 프로그레시브 RAID 및 전단 분산된 RAID와 관련된 도 10에 도시된 컴포넌트를 위한 상기 기술은 또한 공유되고, 전단 분산된 RAID에도 적용 가능하다. 전단 분산된 RAID와 같이, 저장 장치 세트(1604)는 RAID 그룹을 형성하고 자발적이고, 네트워크(116)을 통해 클라이언트(114)로부터 스토리지 요청을 독립적으로 수신하고 서비스할 수 있는 저장 장치(150)를 포함한다.
공유되고, 전단 분산된 RAID에 관하여, 상기 시스템(1600)은 둘 또는 그 이상의 클라이언트(114)를 포함하여, 둘 또는 그 이상의 클라이언트(114) 각각이 동일한 데이터에 관련한 스토리지 요청을 전송한다. 스토리지 요청은 동시에 도달하여, 하나의 스토리지 요청은 다른 스토리지 요청의 도달 전에 완료되지 않는다. 저장 장치 세트(1604) 내의 저장 장치(150) 사이에서, 하나 또는 그 이상은 스트라이프를 위한 패리티-미러 저장 장치(1602)로서 지정된다. 일반적으로, 하나 또는 그 이상의 패리티-미러 저장장치(1602)는 실질적으로 다른 저장 장치(150)과 유사하게 기능한다.
지정된 패리티-미러 저장장치(1602)가 저장 장치 세트(1604)의 저장 장치(150) 사이에서 교대되는 일반적인 구성에서, 패리티-미러 저장장치(1602)는 필수적으로 다른 저장 장치(150)와 동일한 특성을 구비하며, 이는 이들이 또한 비-패리티-미러(non-parity-mirror) 저장 장치로서 동작해야하기 때문이다. 유사한 특성은 상술한 바와 같은 RAID 그룹 내의 동작 및 독립적인 클라이언트(114) 통신을 위한 자발적인 동작에 관한 것이다. 다양한 실시예에서, 저장 장치 세트(1604)의 저장 장치(150)는 기술된 RAID 환경 내의 기능과 관련되지 않은 다른 양상에서 상이할 수 있다.
저장 장치 세트(1604)의 저장 장치(150)는 하나 또는 그 이상의 서버(112) 내에 홀로 또는 그룹으로 구성될 수 있거나, 각각이 서버(112) 내에 구비될 수 있거나, 하나 또는 그 이상의 서버(112)를 통해 액세스될 수 있다. 하나 또는 그 이상의 클라이언트(114)는 하나 또는 그 이상의 저장 장치(150)를 포함하는 서버(112) 내에 구비될 수 있거나, 분리된 서버(112) 내에 구비될 수 있거나, 컴퓨터 네트워크(116) 등을 통해 저장 장치(150)에 액세스하는 컴퓨터, 워크스테이션, 랩탑 등에 구비될 수 있다.
일 실시예에서, 네트워크(116)는 시스템 버스 및 시스템 버스를 사용하여 통신하는 저장 장치 세트(1604)의 저장 장치(150,1602) 중 하나 또는 그 이상을 포함한다. 예를 들어, 시스템 버스는 PCI-e 버스, 직렬 ATA(Serial Advanced Technology Attachment) 버스, 병렬(parallel) ATA 등일 수 있다. 다른 실시예에서, 시스템 버스는 SCSI(Small Computer System Interface), 파이어와이어(FireWire), 파이버 채널, ISB, PCIe-AS, 인피니밴드 등과 같은 외부 버스이다. 당업자는 자발적이며, 하나 또는 그 이상의 네트워크(116)를 통해 클라이언트(114)로부터 스토리지 요청을 독립적으로 수신하고 서비스할 수 있는 저장 장치(150)를 구비한 다른 시스템(1600) 구성을 파악할 것이다.
도 13은 본 발명에 따른 공유되고, 전단 분산된 RAID를 위한 장치(2300)의 일 실시예를 설명하는 개략적인 블록도이다. 일 실시예에서, 상기 장치(2300)는 다수의 스토리지 요청 리시버 모듈(2302), 스트라이핑 모듈(2304), 패리티-미러 모듈(2306), 시퀀서(sequencer) 모듈(2308), 마스터 검증(validation) 모듈(2310), 마스터 결정 모듈(2312), 마스터 에러 모듈(2314), 패리티 생성 모듈(2316), 및 패리티 교대 모듈(2318)을 포함하며, 이는 이하 기술된다.
상기 장치(2300)는 적어도 두 개의 스토리지 요청을 적어도 두 개의 클라이언트(114)로부터 수신하여 데이터를 저장 장치 세트(1604)의 저장 장치(150)에 저장하는 다수의 스토리지 요청 리시버 모듈(2302)를 포함한다. 데이터는 파일 또는 객체의 데이터를 포함한다. 상기 장치에 중요한 스토리지 요청은 각각 데이터의 적어도 일부를 공통으로 구비하고, 또한 이는 도달에 의해 동시적인(concurrent) 스토리지 요청이며, 하나의 스토리지 요청은 다른 스토리지 요청의 도달 전에 완료되지 않는다. 이러한 동시적인 스토리지 요청은 전단 분산된 RAID 시스템(1600) 내의 공통 데이터에 대한 오류 발생의 위험을 가진다. 일 실시예에서, 동시적인 스토리지 요청은 하나의 클라이언트(114)로부터 올 수 있다. 다른 실시예에서, 동시적인 스토리지 요청은 둘 또는 그 이상의 클라이언트(114)로부터 올 수 있다.
다수의 스토리지 요청은 저장 장치 세트(1604)의 저장 장치(150)에 저장된 하나 또는 그 이상의 데이터 세그먼트를 업데이트할 수 있으며, 여기서 이전에 저장된 데이터는 스트라이핑 모듈(2304)에 의해 저장 장치 세트(1604)의 저장 장치(150)에 저장된 데이터 세그먼트로 스트라이프될 수 있다. 일 실시예에서, 스토리지 요청은 처음으로 데이터를 RAID 그룹으로 기록한다. 이 경우, 데이터는 일반적으로 임의의 장소에 존재되고 하나 또는 그 이상의 클라이언트(114)에 의해 액세스되고 그리고 나서, 하나의 스토리지 요청은 데이터를 RAID 그룹으로 카피하는 반면 다른 스토리지 요청은 동시적으로 데이터를 액세스한다.
다수의 스토리지 요청은 저장 장치 세트(1604)의 저장 장치(150)에 저장된 하나 또는 그 이상의 데이터 세그먼트를 업데이트하는 하나의 요청 및 데이터의 적어도 일부를 공통으로 타겟팅(targeting)하는 하나 또는 그 이상의 독출 요청을 포함할 수 있다. 업데이트 요청이 완료되지 않은 경우, 그리고 나서 저장 장치 세트(1604)의 저장 장치(150)로부터의 독출 요청 응답은 데이터에 오류를 발생시키는 기-존재(pre-existing)하고 업데이트된 데이터의 조합을 포함할 수 있다.
상기 장치(2300)는 각각의 동시적인 스토리지 요청에 대해, 데이터를 위한 스트라이프 패턴을 계산하고 스트라이프의 N 개의 데이터 세그먼트를 저장 장치 세트(1604) 내의 N 개의 저장 장치(150a-n)로 기록하는 스트라이핑 모듈(2304)을 포함한다. 스트라이프 패턴은 하나 또는 그 이상의 스트라이프를 포함하고 각각의 스트라이프는 N 개의 데이터 세그먼트의 세트를 포함한다. N 개의 데이터 세그먼트 각각은 저장 장치 세트(1604) 내의 분리된 저장 장치(150)로 기록되고 스트라이프에 할당된다. 상기 장치(2300)는 각각의 동시적인 스토리지 요청에 대해, 스트라이프의 N 개의 데이터 세그먼트의 세트를 패리티-미러 저장장치(1602)로 지정된 저장 장치 세트(1604) 내의 저장 장치(150)로 기록하는 패리티-미러 모듈(2306)을 포함한다. 패리티-미러 저장장치(1602)는 N 개의 저장 장치(150a-n)에 추가된다.
스트라이핑 모듈(2304)은 또한 하나 또는 그 이상의 저장 장치(150a-n)의 아이덴티티(identity)를 파일 또는 객체의 일부인 하나 또는 그 이상의 데이터 세그먼트로부터 계산한다.
상기 장치(2300)는 제 2 클라이언트(114)로부터의 제 2 스토리지 요청의 실행 전에, 제 1 클라이언트(114)로부터의 제 1 스토리지 요청의 완료를 보증하는 시퀀서(sequencer) 모듈(2308)을 포함하며, 여기서 적어도 두 개의 동시적인 스토리지 요청은 제 1 및 제 2 스토리지 요청을 포함한다. 다른 실시예에서, 시퀀서 모듈(2308)은 둘 또는 그 이상의 다른 동시적인 스토리지 요청을 실행하기 전에, 제 1 스토리지 요청의 완료를 보증한다. 유리하게, 시퀀서 모듈(2308)은 동시적인 스토리지 요청의 순차적인 실행을 구현하여 데이터의 오류 발생을 방지한다. 일 실시예에서, 시퀀서 모듈(2308)은 모든 스토리지 요청이 데이터를 위해 액세스해야하는 마스터 컨트롤러를 사용함으로써, 락킹 시스템(locking system), 이단계 커밋(two-phase commit), 또는 알려진 다른 수단을 사용함으로써, 동시적인 스토리지 요청의 실행을 조정한다. 시퀀서 모듈(2308)에 의해 사용되는 다른 방법은 이하 기술된다.
일 실시예에서, 시퀀서 모듈(2308)은 제 2 스토리지 요청의 실행 전에 제 1 스토리지 요청과 함께 스토리지 요청을 수신하는 저장 장치 세트(1602)의 저장 장치(150)의 각각으로부터 확인응답(acknowledgement)을 수신함으로써, 동시적인 스토리지 요청의 실행 전에 제 1 스토리지 요청의 완료를 보증한다. 일반적으로, 확인응답은 스토리지 요청의 완료를 확인한다. 일 실시예에서, 스토리지 요청에 의해 영향받는 저장 장치(150) 각각은 시퀀서 모듈(2308)이 제 2 스토리지 요청의 실행을 개시하기 전에, 저장 장치(150) 각각으로부터 수신된 확인응답이 기록된다.
일 실시예에서, 스토리지 요청의 완료는 단일 저장 장치(예컨대 150a) 상에서 진행중인 제 2 스토리지 요청의 일부의 실행 전, 동일한 저장 장치(150a)로 지시된 제 1 스토리지 요청의 일부의 완료를 포함할 수 있다. 시퀀서 모듈(2308)은 저장 장치(150) 상의 스토리지 요청의 일부의 완료를 독립적으로 검증할 수 있다. 이 실시예에서, 제 1 스토리지 요청과 관련된 데이터 세그먼트의 기록은 제 1 스토리지 요청의 모든 데이터 세그먼트가 완료될 때까지 보류될 필요는 없다. 시퀀서 모듈(2308)은 저장 장치 세트(1602)의 저장 장치(150)에서 일어나는 다양한 실행을 조정하여, 데이터에 오류가 발생하지 않도록 보증할 수 있다.
일 실시예에서, 스토리지 요청의 완료의 확인응답은 스트라이핑 모듈(2304) 및 패리티-미러 모듈(2306) 각각이 스토리지 요청과 관련된 데이터 세그먼트를 저장 장치 세트(1602)의 저장 장치(150)에 기록한 후에 수신된다. 다른 실시예에서, 스토리지 요청의 완료의 확인응답은 스트라이핑 모듈(2304) 및 패리티-미러 모듈(2306) 각각이 스토리지 요청과 관련된 데이터 세그먼트를 저장 장치 세트(1602)의 저장 장치(150)에 기록하고 각각의 저장 장치(150,1602)가 데이터 세그먼트가 기록되었음을 확인한 후에, 수신된다.
일 실시예에서, 시퀀서 모듈(2308)은 먼저 도달한 동시적인 요청 중에서 스토리지 요청을 선택함으로써, 실행을 위한 제 1 스토리지 요청을 선택한다. 다른 실시예에서, 시퀀서 모듈(2308)은 가장 빠른 타임스탬프를 가진 스토리지 요청을 선택함으로써 실행을 위한 제 1 스토리지 요청을 선택한다. 다른 실시예에서, 시퀀서 모듈(2308)은 임의의 선택 기준(criteria)을 사용하여 스토리지 요청을 선택함으로써, 실행을 위한 제 1 스토리지 요청을 선택한다. 예를 들어, 시퀀서 모듈(2308)은 높은 우선순위로 클라이언트(114)를 요청하는 방법으로 마크된 스토리지 요청을 선택할 수 있거나, 호의적인(favored) 클라이언트(114)로부터의 스토리지 요청 등을 선택할 수 있다. 당업자는 시퀀서 모듈(2308)이 임의의 선택 기준을 사용하여 제 1 스토리지 요청을 선택할 수 있는 다른 방법을 파악할 것이다.
일 실시예에서, 스토리지 요청 리시버 모듈(2302), 스트라이핑 모듈(2304), 패리티-미러 모듈(2306), 및 시퀀서 모듈(2308)은 동시적인 스토리지 요청을 제어하고 서비스하는 마스터 컨트롤러(미도시)의 일부이다. 마스터 컨트롤러의 전부 또는 일부는 클라이언트(114), 제 3 RAID 관리 장치, 저장 장치 세트(1602)의 저장 장치(150), 또는 저장 장치(150) 내의 스토리지 컨트롤러(152) 내에 구비되어 동작할 수 있다. 마스터 컨트롤러를 사용하여 데이터를 위한 서비스 요청을 실행함으로써, 시퀀서 모듈(2302)은 데이터로 지시되는 스토리지 요청을 파악할 수 있고, 그리고 나서 동시적인 스토리지 요청을 파악할 수 있고, 그리고 나서 저장 장치 세트의 저장 장치(150)에 저장된 데이터에 오류가 발생하지 않도록 하는 방식으로 동시적인 스토리지 요청을 정리할 수 있다. 당업자는 데이터에 지시된 스토리지 요청의 서비스를 제어하는 마스터 컨트롤러의 다른 실시예를 파악할 것이다.
다른 실시예에서, 마스터 컨트롤러는 하나 또는 그 이상의 클라이언트(114)로부터 동시적인 스토리지 요청을 서비스할 수 있는 둘 또는 그 이상의 마스터 컨트롤러의 그룹의 일부이며, 여기서 스토리지 요청은 저장 장치 세트(1602)의 저장 장치(150)에 저장된 데이터로 지시된다. 예를 들어, 마스터 컨트롤러는 제 1 클라이언트(114)를 위한 스토리지 요청을 서비스할 수 있고, 제 2 마스터 컨트롤러는 제 2 클라이언트(114)를 위한 스토리지 요청을 서비스할 수 있다. 제 1 및 제 2 클라이언트(114)는 둘 다 저장 장치 세트(1602)의 저장 장치(150)에 저장된 데이터로의 액세스를 구비할 수 있으며, 그 결과 동시적인 스토리지 요청을 가능하게 한다. 하나의 마스터 컨트롤러는 하나의 저장 장치(150a)의 일부일 수 있는 반면, 다른 마스터 컨트롤러는 제 2 저장 장치(150b)의 일부일 수 있다. 다른 실시예에서, 제 1 마스터 컨트롤러는 제 1 저장 장치 세트(1604a)의 일부일 수 있고, 제 2 마스터 컨트롤러는 제 2 저장 장치 세트(1604b)의 일부일 수 있다.
마스터 컨트롤러가 저장 장치 세트(1604)의 저장 장치(150)를 액세스하는 마스터 컨트롤러의 그룹의 일부인 경우, 상기 장치(2300)는 수신된 스토리지 요청을 서비스하는 마스터 컨트롤러가 수신된 스토리지 요청의 실행 전에, 하나 또는 그 이상의 동시적인 스토리지 요청의 실행에 앞서 스토리지 요청의 실행을 제어하고 있음을 확인하는 마스터 검증 모듈(2310)을 포함할 수 있다. 이 실시예에서, 동시적인 스토리지 요청은 다른 마스터 컨트롤러에 의해 수신되고, 서비스 요청은 다른 마스터 컨트롤러에 의해 수신된 동시적인 스토리지 요청과 데이터의 적어도 일부에서 공통된다.
예를 들어, 마스터 컨트롤러는 스토리지 요청을 수신할 수 있고, 그리고 나서 마스터 검증 모듈(2310)은 스토리지 요청의 실행 전에 다른 마스터 컨트롤러를 폴링(poll)하여 마스터 컨트롤러가 여전히 스토리지 요청의 데이터를 위한 마스터 컨트롤러인지 여부를 검증할 수 있다. 검증의 일부는 마스터 컨트롤러가 서로 간에 통신할 수 있어, 지정된 마스터 컨트롤러가 스토리지 요청의 실행 전에 검증되었음에 대한 검증을 포함할 수 있다. 이는 하나의 전단 RAID 컨트롤러가 마스터로 지정되고 다른 전단 RAID 컨트롤러가 백업으로 지정된 경우 유용할 수 있다. 다른 예에서, 마스터 컨트롤러는 파일 또는 객체로부터 데이터 세그먼트를 독출하는 스토리지 요청을 수신할 수 있고, 그리고 나서 마스터 검증 모듈(2310)은 다른 마스터 컨트롤러를 폴링하여 파일 또는 객체에 대한 어떠한 업데이트도 진행 중이지 않음을 검증할 수 있다. 다른 예에서, 마스터 컨트롤러는 스토리지 요청을 위한 데이터의 제어를 획득하기 위해 마스터 검증 모듈을 사용할 수 있다.
마스터 컨트롤러가 여전히 스토리지 요청의 실행에 대한 마스터임을 검증하는 한 방법은 컨트롤러가 진행될 스토리지 요청에 대한 마스터임을 투표하도록 두 개의 장치/컨트롤러가 사용 가능해야 하는 3 웨이 폴링 방법(three-way polling scheme)을 사용한다. 상기 방법은 마스터가 되도록 경쟁하는 컨트롤러에 대한 제 3 장치(third-party device)를 사용하고, 어떠한 컨트롤러가 마스터가 되도록 할당되었는지의 기록을 보유한다. 이러한 마스터 검증 장치는 다른 컨트롤러일 수 있고, 서버 내의 클라이언트(114) 등일 수 있고, 마스터 컨트롤러로서 동작할 수 있는 그룹 내의 컨트롤러와 통신할 수 있다. 그리고 나서 마스터 검증 모듈(2310)의 일부는 마스터 검증 모듈(2310)의 일부가 각각의 컨트롤러 내에 구비되어 마스터 검증 장치에 구비될 수 있다.
일 예에서, 상기 시스템(1600)은 제 1 전단 분산된 RAID 컨트롤러(제 1 컨트롤러), 제 2 전단 분산된 RAID 컨트롤러(제 2 컨트롤러), 및 분리된 마스터 검증 장치를 포함할 수 있으며, 제 1 및 제 2 컨트롤러 각각은 마스터일 수 있다. 제 1 및 제 2 컨트롤러 및 마스터 검증 장치는 서로 간에 모두 통신한다. 마스터 검증 모듈(2310)은 제 1 컨트롤러를 마스터 컨트롤러로 지정할 수 있고, 제 2 컨트롤러를 저장 장치 세트(1604)의 저장 장치(150)에 저장된 데이터를 위한 백업으로 지정할 수 있고, 마스터 검증 모듈(2310)은 컨트롤러 및 마스터 검증 장치에 대한 마스터 정보를 저장할 수 있다. 통신이 제 1 컨트롤러, 제 2 컨트롤러 및 마스터 검증 장치 간에 유지되는 한, 마스터 검증 모듈(2310)은 제 1 컨트롤러가 마스터임을 확인할 수 있다.
제 1의, 마스터 컨트롤러가 스토리지 요청를 수신하고 제 2의, 백업 컨트롤러가 사용 불가능하게 되거나 제 1 컨트롤러 및 마스터 검증 장치와의 통신을 잃어버린 경우, 마스터 검증 모듈(2310)은 마스터 검증 장치와 제 1의, 마스터 컨트롤러 간의 통신을 통해 제 1 컨트롤러가 여전히 마스터임을 검증할 수 있고, 제 1 컨트롤러가 실제로 마스터 컨트롤러임을 제 1 컨트롤러와 마스터 검증 장치 둘 모두가 확인하므로, 마스터 검증 모듈(2310)은 스토리지 요청이 진행되도록 허용할 수 있다. 마스터 검증 모듈(2310)을 통해 제 2 컨트롤러가 마스터가 아님을 파악하므로, 제 2 백업 컨트롤러에 의해 수신된 스토리지 요청은 진행되지 않을 것이다.
반면, 제 1의, 마스터 컨트롤러가 사용 불가능하거나 제 2의, 백업 컨트롤러 및 마스터 검증 장치와 통신할 수 없고, 제 2의, 백업 컨트롤러가 스토리지 요청을 수신한 경우, 마스터 검증 모듈(2310)은 제 2 컨트롤러 및 마스터 검증 모듈 둘 모두가 제 1 컨트롤러와 통신할 수 없음을 파악할 수 있고, 마스터 검증 모듈(2310)은 제 2의, 백업 컨트롤러를 마스터로 지정할 수 있고 스토리지 요청은 진행될 수 있다. 그리고 나서, 마스터 지정의 변경은 제 2 컨트롤러에 기록될 수 있다.
제 1 컨트롤러가 동작할 수 있고, 단순히 제 2 컨트롤러 및 마스터 검증 장치와의 통신을 잃은 경우, 제 1 컨트롤러에 의해 수신된 데이터를 위한 임의의 스토리지 요청은 실행되지 않을 것이다. 통신이 복구된 경우, 제 1 컨트롤러는 여전히 스토리지 요청을 실행하지 않을 것이며, 이는 제 2 컨트롤러 및 마스터 검증 장치 둘 모두가 제 2 컨트롤러를 마스터로서 인식하기 때문이다. 물론 이러한 마스터 지정은 리셋될 수 있다. 당업자는 마스터 지정을 마스터 컨트롤러들 중 하나로 할당하고 재할당하는 다양한 정적 및 동적 수단을 파악할 것이다.
마스터 검증 장치(master verification device)가 사용 불가능하고 제 1 스토리지 컨트롤러가 스토리지 요청을 수신한 경우, 제 1 및 제 2 컨트롤러에서 동작하는 마스터 검증 모듈(2310)의 일부는 제 1 컨트롤러가 마스터이고 스토리지 요청이 진행될 수 있음을 검증할 수 있다. 제 2 컨트롤러가 스토리지 요청을 수신한 경우, 제 1 및 제 2 컨트롤러에서 동작하는 마스터 검증 모듈(2310)의 일부는 제 1 컨트롤러가 마스터이고 스토리지 요청은 진행되지 않을 것임을 확인할 수 있다. 다른 실시예에서, 둘 이상의 컨트롤러는 폴링 구조(polling scheme)의 일부이다. 당업자는 스토리지 요청의 실행 전에 컨트롤러가 마스터임을 마스터 검증 모듈(2310)이 확인할 수 있는 다른 방법을 파악할 것이다.
다른 실시예에서, 상기 장치(2300)는 마스터 결정 모듈(2312)을 포함한다. 스토리지 요청을 전송하기 전에, 마스터 결정 모듈(2312)은 마스터 결정 요청을 마스터 컨트롤러의 그룹으로 전송한다. 그리고 나서 마스터 컨트롤러의 그룹은 어떠한 컨트롤러가 스토리지 요청을 위한 마스터로서 지정되었는지 식별하고, 마스터 컨트롤러를 식별하는 응답을 마스터 결정 모듈(2312)로 다시 전송한다. 마스터 결정 모듈(2312)은 스토리지 요청을 위한 마스터 컨트롤러의 식별을 수신하고, 요청 장치가 스토리지 요청을 지정된 마스터 컨트롤러로 전송하도록 지시한다. 일 실시예에서, 마스터 결정 모듈(2312)은 클라이언트(114) 내에 구비되어 동작한다. 다른 실시예에서, 마스터 결정 모듈(2312)은 제 3 RAID 관리 장치 내에 구비되어 실행된다. 다른 실시예에서, 마스터 검증 모듈(2312)은 저장 장치(150)에 구비된다. 다른 실시예에서, 마스터 검증 모듈은 둘 또는 그 이상의 저장 장치(150) 사이에 분산된다.
더한 실시예에서, 상기 장치(2300)는 에러 지시(error indication)를 반환하는 마스터 에러 모듈(2314)을 포함한다. 일 실시예에서, 마스터 컨트롤러에 의해 제어되는 다수의 스토리지 요청 리시버 모듈(2302)이 마스터 컨트롤러에 의해 제어되지 않는 스토리지 요청을 수신하는 경우, 마스터 에러 모듈(2314)은 에러 지시를 반환한다.
다른 실시예에서, 마스터 컨트롤러가 스토리지 요청의 실행의 완료 시기에 더 이상 결정된 마스터가 아님을 마스터 결정 모듈(2312) 또는 마스터 검증 모듈(2310)이 마스터 컨트롤러가 결정한 경우, 마스터 에러 모듈(2314)은 에러 지시를 반환한다. 이 실시예는 일반적으로 마스터 컨트롤러가 스토리지 요청을 실행하기 시작하고 그룹의 다른 마스터 컨트롤러와의 통신을 잃거나, 또는 폴링 구조에서, 다른 마스터 컨트롤러 및 마스터 검증 장치와의 통신을 잃은 경우 발생한다. 다른 실시예에서, 마스터 컨트롤러에 의해 제어되는 다수의 스토리지 요청 리시버 모듈(2302)이 마스터 컨트롤러에 의해 제어되지 않는 스토리지 요청을 수신한 경우, 마스터 에러 모듈(2312)은 에러 지시를 반환한다.
다른 실시예에서, 마스터 컨트롤러는 하나 또는 그 이상의 2차(secondary) 마스터 컨트롤러로의 스토리지 요청을 제어한다. 2차 마스터 컨트롤러 각각은 저장 장치 세트(1604)의 저장 장치(150,1602)에 저장된 데이터를 위한 스토리지 요청을 제어한다. 다른 실시예에서, 2차 마스터 컨트롤러를 제어하는 마스터 컨트롤러는 또한 저장 장치 세트(1604)의 저장 장치(150,1602)에 저장된 데이터로 지시되는 스토리지 요청을 위한 2차 마스터 컨트롤러이다.
다른 실시예에서, 마스터 컨트롤러는 하나 또는 그 이상의 2차 마스터 컨트롤러로의 스토리지 요청을 제어하고, 각각의 2차 마스터 컨트롤러는 2차 마스터 컨트롤러에 고유한 저장 장치 세트의 저장 장치(150)에 저장된 데이터를 위한 스토리지 요청을 제어한다. 상기 장치(2300)는 유연하여 임의의 마스터 컨트롤러는 2차 마스터 컨트롤러로 동작하는 다른 컨트롤러에 대한 마스터가 될 수 있다. 일부 2차 마스터 컨트롤러는 저장 장치 세트(1604)를 공유할 수 있고 다른 2차 마스터 컨트롤러는 다른 저장 장치 세트를 제어할 수 있다. 다른 실시예에서, 마스터 컨트롤러는 패리티-미러 저장 장치(1602) 또는 N 개의 저장 장치(150a-n) 중 하나일 수 있다.
다른 실시예에서, 마스터 컨트롤러가 오프라인에 있거나 또는 지정된 마스터로 결정될 수 없는 경우, 2차 마스터 컨트롤러는 마스터 컨트롤러가 될 수 있다. 당업자는 하나 또는 그 이상의 2차 마스터 컨트롤러 사이에서 마스터 지정을 할당하고 재할당하는 다양한 정적 및 동적 수단을 파악할 것이다.
바람직한 실시예에서, 상기 장치(2300)는 스트라이프를 위한 패리티 데이터 세그먼트를 계산하고 패리티 데이터 세그먼트를 패리티-미러 저장 장치(1602)에 저장하는 패리티 생성 모듈(2316)을 포함한다. 패리티 스트라이프는 패리티-미러 저장 장치(1602) 상의 N 개의 데이터 세그먼트의 세트로부터 계산된다. 이 실시예는 RAID 5, RAID 6 또는 일부 다른 RAID 레벨에서 일반적이지만, 일반적으로 RAID 0, RAID 1, RAID 10 등에는 포함되지 않는다.
다른 바람직한 실시예에서, 상기 장치(2300)는 각각의 스트라이프에 대해, 저장 장치 세트(1604) 내의 어떤 저장 장치(150)가 스트라이프를 위한 하나 또는 그 이상의 패리티-미러 저장 장치(1602)로 할당되는지 교대하는(alternate) 패리티 교대 모듈(2318)을 포함한다. 스트라이프 당 패리티 데이터 세그먼트를 순환하는 것은 성능을 향상시킨다. 패리티 교대 모듈(2318)은 스트라이핑 모듈(2304)와 함께 사용되어 파일 또는 객체의 일부인 하나 또는 그 이상의 데이터 세그먼트를 독출하거나, 기록하거나, 또는 업데이트하도록 하나 또는 그 이상의 저장 장치(150a-n)의 아이덴티티를 계산한다.
다양한 모듈(2302-2318)의 기능은 단일의 마스터 컨트롤러 내에 함께 구비될 수 있거나, 또는 하나 또는 그 이상의 클라이언트(114), 제 3 RAID 관리 장치, 및 하나 또는 그 이상의 저장 장치(150,1602) 사이에 분산될 수 있다. 당업자는 여기에 기술된 기능이 분산되는 다양한 실시예를 파악할 것이다.
도 14는 본 발명에 따른 공유되고, 전단 분산된 RAID를 위한 방법(2400)의 실시예를 설명하는 개략적인 흐름도이다. 상기 방법(2400)은 개시하여(2402), 다수의 스토리지 요청 리시버 모듈(2302)이 적어도 두 개의 클라이언트(114)로부터 적어도 두 개의 스토리지 요청을 수신하여(2404), 저장 장치 세트(1604)의 저장 장치(150)에 데이터를 독출하거나 기록한다. 데이터는 파일 또는 객체로부터 오고, 스토리지 요청 각각은 데이터의 적어도 일부가 공통되고, 도달함에 있어 동시적이며(concurrent), 그 결과 하나의 스토리지 요청은 적어도 두 개의 스토리지 요청의 다른 하나가 도달하기 전까지 완료되지 않는다. 스트라이핑 모듈(2304)은 데이터를 위한 스트라이프 패턴을 계산하며(2406), 여기서 스트라이프 패턴은 하나 또는 그 이상의 스트라이프를 포함하고, 각각의 스트라이프는 N 개의 데이터 세그먼트의 세트를 포함한다. 스트라이핑 모듈(2304)은 또한 스트라이프의 N 개의 데이터 세그먼트를 저장 장치 세트(1604) 내의 N 개의 저장 장치(150a-n)에 독출하거나 기록하며(2408), 여기서 N 개의 데이터 세그먼트 각각은 분리된 저장 장치(150)에 기록되거나 그로부터 독출된다.
스토리지 요청이 기록 동작인 경우, 패리티-미러 모듈(2306)은 스트라이프의 N 개의 데이터 세그먼트의 세트를 저장 장치 세트(1604) 내의 하나 또는 그 이상의 패리티-미러 저장 장치(1602)로 기록하며(2410), 여기서 패리티-미러 저장 장치(1602)는 N 개의 저장 장치(150a-n)에 추가된다. 패리티-미러 모듈(2306)은 또한 패리티-미러 장치(1602)에 저장된 데이터 세그먼트 또는 패리티 데이터 세그먼트를 독출할 수 있다(2410). 시퀀서 모듈(2308)은 제 2 클라이언트(114)로부터의 제 2 스토리지 요청의 실행 전에, 제 1 클라이언트(114)로부터의 제 1 스토리지 요청의 완료를 보증하고(2412), 상기 방법(2400)은 종료한다(2416). 제 1 및 제 2 스토리지 요청은 동시적인 스토리지 요청이다.
본 발명은 그 본질 또는 필수적인 특성으로부터 분리되지 않으면서 다른 특정 형태로 구현될 수 있다. 기술된 실시예는 오직 설명적이고 비제한적으로 간주될 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 전술한 발명의 상세한 설명보다는 첨부된 청구범위에 의해 결정된다. 청구범위의 균등성의 의미 및 범위에 포함되는 모든 변경은 본 발명의 범위 내에 포함될 것이다.
고-용량, 비-휘발성 스토리지를 위한 캐시로서의 솔리드-스테이트 스토리지(Solid-State Storage as Cache for High-Capacity, Non-Volatile Storage)
일반적으로, 자주 액세스되거나 애플리케이션 또는 운영체제의 일부로서 로딩되는 데이터가 캐시에 저장됨으로써, 데이터가 고-용량, 비-휘발성(HCNV, High-Capacity Non-Volatile) 저장 장치, 예컨대 HDD(Hard Disk Drive), 광학 드라이브, 테잎 스토리지 등을 통해 액세스되는 경우보다 후속 액세스가 훨씬 빠르게 수행되기 때문에 캐시(cache)는 유익하다. 캐시는 일반적으로 컴퓨터 내에 포함된다.
일부 저장 장치 및 시스템은 HCNV 저장 장치 내에 캐시를 포함한다. 일부 HCNV 저장 장치는 비-휘발성 솔리드 스테이트 캐시를 포함하며; 이는 액세스 시간을 감소시키는 장점을 제공하지만, 통상 HCNV 저장 장치 인터페이스의 제한된 용량에 따라서만 성능을 제공할 수 있다. 일부 비-휘발성 솔리드-스테이트 캐시 저장 장치는 일반적으로 마더보드에 위치되며; 이러한 장치는 캐시 코히어런스(cache coherence)가 제공되지 않기 때문에 멀티-클라이언트 환경에서는 사용될 수 없다. HCNV 장치의 일부 컨트롤러는 또한 캐시를 포함한다. 리던던트(redundant) HCNV 캐시 컨트롤러가 다수의 클라이언트 간에 공유되는 경우, 복잡한 캐시 코히어런스 알고리즘은 데이터에 오류가 발생하지 않음을 보증하기 위해 요구된다.
일반적으로, 캐시는 DRAM에 구현되며, 이는 캐시 용량을 우수하게 만들고, 상대적으로 성능 당 높은 파워를 요구한다. 휘발성 캐시를 지원하는 파워가 손실되면, 캐시에 저장된 데이터는 손실된다. 일반적으로, 일부 배터리 백업이 파워 실패(power failure)의 경우 데이터 손실을 방지하도록 사용되며, 이는 배터리 백업의 실패가 발생하기 전에 캐시를 비-휘발성 메모리로 플러시(flush)하기에 충분한 용량을 구비한다. 또한, 배터리 백업 시스템은 파워를 소비하며, 리던던시(redundancy)를 요구하며, 신뢰성에 부정적으로 영향을 미치고 공간을 차지한다. 배터리는 또한 표준 기준에 서비스되어야하고, 배터리 백업은 상대적으로 고가이다.
전술한 바와 같이, 솔리드-스테이트 스토리지를 사용하여 데이터를 관리하는 장치, 시스템, 및 방법에 대한 요구가 존재하는 것은 분명하다. 유리하게, 그러한 장치, 시스템 및 방법은 적은 파워를 소비하는 비-휘발성 캐시를 제공하고, 두드러지게 큰 용량을 제공하고 캐시에 저장된 데이터를 유지하기 위해 배터리 백업을 요구하지 않는다.
도 15는 본 발명에 따른 고-용량, 비-휘발성 저장 장치를 위한 캐시로서 솔리드-스테이트 스토리지(110)를 구비한 시스템(3400)의 일 실시예를 설명하는 개략적인 블록도이다. 상기 시스템(3400)은 솔리드-스테이트 스토리지 컨트롤러(104) 및 HCNV 컨트롤러(3402)를 포함한 스토리지 컨트롤러(152)를 구비한 솔리드-스테이트 스토리지 장치(102), 솔리드-스테이트 스토리지(110), 및 네트워크 인터페이스(156)를 포함한다. 상기 시스템(3400)은 컴퓨터 네트워크(116)을 통해 솔리드-스테이트 스토리지 장치(102)에 연결된 요청 장치(155), 및 하나 또는 그 이상의 HCNV 저장 장치(3404a-n)을 포함한다. 당업자는 도 15에 도시된 상기 시스템(3400)이 단지 일 실시예에 불과하고 솔리드-스테이트 스토리지(110)이 저장 장치를 위한 캐시로 구성되도록 허용하는 많은 다른 구성이 가능함을 파악할 것이다.
상기 시스템(3400)은 네트워크 인터페이스(156) 및 스토리지 컨트롤러(152)를 구비한 솔리드-스테이트 스토리지 장치(102)를 포함한다. 다른 실시예에서, 네트워크 인터페이스(156)은 솔리드-스테이트 스토리지 장치(102)의 외부에 구비된다. 예를 들어, 네트워크 인터페이스(156)은 솔리드-스테이트 스토리지 장치(102)를 포함할 수 있거나 포함하지 않을 수 있는 서버(112) 내에 구비될 수 있다.
도시된 실시예에서, 솔리드-스테이트 스토리지 장치(102)는 솔리드-스테이트 스토리지 컨트롤러(104) 및 HCNV(High-Capacity, Non-Volatile) 스토리지 컨트롤러(3402)를 포함한 스토리지 컨트롤러(152)를 포함한다. 다른 실시예에서, 솔리드-스테이트 스토리지 장치(102)는 스토리지 컨트롤러(152)에 구비되지 않은 솔리드-스테이트 스토리지 컨트롤러(104) 및 HCNV 스토리지 컨트롤러(3402)를 포함한다. 다른 실시예에서, 솔리드-스테이트 스토리지 장치(102)는 HCNV 스토리지 컨트롤러(3402)를 포함하는 솔리드-스테이트 스토리지 컨트롤러(104)를 포함하거나 또는 그 역을 포함할 수 있다.
도시된 실시예에서, 상기 시스템(3400)은 통합된 솔리드-스테이트 스토리지(110)를 구비하고, 외부 HCNV 저장 장치(3404a-n)을 구비한 솔리드-스테이트 스토리지 장치(102)를 포함한다. 다른 실시예에서, 스토리지 컨트롤러(152,104,3402) 및 솔리드-스테이트 스토리지(110)는 HCNV 저장 장치(3404)에 포함된다. HCNV 저장 장치(3404)는 또한 네트워크 인터페이스(156)을 포함할 수 있다. 당업자는 많은 다른 구성이 가능함을 파악할 것이다. 솔리드-스테이트 스토리지 장치(102), 솔리드-스테이트 스토리지 컨트롤러(104), 솔리드-스테이트 스토리지(110), 스토리지 I/O 버스(210), 네트워크 인터페이스(156), 컴퓨터 네트워크(116), 및 요청 장치(155)는 실질적으로 상술된 장치 및 버스의 다른 실시예와 유사하다.
일 실시예에서, 요청 장치(155)는 시스템 버스를 통해 솔리드-스테이트 스토리지 장치(102), 스토리지 컨트롤러(152), 솔리드-스테이트 스토리지 컨트롤러(104) 등과 연결된다. 요청 장치(155)와 솔리드-스테이트 스토리지(110) 간의 데이터 전송은 시스템 버스를 통해 발생할 수 있다.
HCNV 저장 장치(3404)는 일반적으로 비-휘발성 스토리지를 제공하는 고-용량 저장 장치이며, 일반적으로 솔리드-스테이트 스토리지(110)보다 데이터 기록 및 독출에서 더 느리다. HCNV 저장 장치(3404)는 또한 솔리드-스테이트 스토리지(110)보다 단위 저장 용량 당 가격이 더 저렴할 수 있다. HCNV 저장 장치(3404)는 HDD(HArd Disk Drive), 광학 드라이브, 테잎 스토리지 등일 수 있다. HCNV 저장 장치(3404)를 위한 캐시로서 솔리드-스테이트 스토리지(110)를 제공하는 것은 일반적으로 데이터 액세스 및 저장이 속도를 증가시킨다. 당업자는 HCNV 저장 장치(3404)를 위한 캐시로서의 솔리드-스테이트 스토리지(110)의 다른 장점을 파악할 것이다.
일 실시예에서, HCNV 저장 장치(3404)는 SAN(Storage Area Network)를통해 스토리지 컨트롤러(152)에 연결된다. 일 실시예에서, 분리된 SAN 컨트롤러는 HCNV 저장 장치(3404)를 스토리지 컨트롤러(152)로 연결한다. 다른 실시예에서, HCNV 저장 장치(3404) 또는 스토리지 컨트롤러(152)는 SAN 컨트롤러로서 동작한다. 당업자는 HCNV 저장 장치(3404)가 SAN에 연결될 수 있는 다른 방법을 파악할 것이다.
도 16은 본 발명에 따른 고-용량, 비-휘발성 저장 장치를 위한 캐시로서 솔리드-스테이트 스토리지를 구비한 장치(3500)의 일 실시예를 설명하는 개략적인 블록도이다. 상기 장치(3500)는 캐시 전단 모듈(3502), 캐시 후단 모듈(3504), 객체 스토리지 컨트롤러(3506), HCNV 모듈(3508), 및 표준 장치 에뮬레이션 모듈(3510)을 포함하며, 이는 이하 기술된다. 상기 장치(3500)의 모듈(3502-3510)은 솔리드-스테이트 스토리지 컨트롤러(104) 및 HCNV 스토리지 컨트롤러(3402)를 구비하는 스토리지 컨트롤러(152) 내에 도시되지만, 각각의 모듈(3502-3510)의 일부 또는 전부는 솔리드-스테이트 스토리지 컨트롤러(104), HCNV 스토리지 컨트롤러(3402), 서버(112), HCNV 저장 장치(3404), 또는 다른 장소에 포함될 수 있다.
상기 장치(3500)는 스토리지 요청과 결합된 데이터 전송을 관리하는 캐시 전단 모듈(3502)를 포함하며, 여기서 데이터 전송은 요청 장치(155) 및 하나 또는 그 이상의 HCNV 저장 장치(3404a-n)를 위한 캐시로서 기능하는 솔리드-스테이트 스토리지(110) 간에 수행된다. 상기 장치(3500)는 또한 솔리드-스테이트 스토리지(110) 및 HCNV 저장 장치(3404a-n) 간의 데이터 전송을 관리하는 캐시 후단 모듈(3504)을 포함한다. 데이터 전송은 데이터, 메타데이터, 및/또는 메타데이터 인덱스를 포함할 수 있다. 상술한 바와 같이, 솔리드-스테이트 스토리지(110)는 비-휘발성, 솔리드-스테이트 데이터 스토리지 엘리먼트(216,218,220)의 어레이이며, 이는 일반적으로 뱅크(214)로 배열된다. 다양한 실시예에서, 솔리드-스테이트 스토리지(110)는 플래시 메모리, 나노 RAM(NRAM), MRAM(Magneto-resistive RAM), DRAM(Dynamic RAM), PRAM(Phase change RAM) 등일 수 있다.
일반적으로, 캐시 전단 모듈(3502), 캐시 후단 모듈(3504), 및 솔리드-스테이트 스토리지 컨트롤러(104)는 요청 장치(155)로부터 자발적으로 동작한다. 예를 들어, 요청 장치(155)는 결합된 스토리지(110,3404a-n)와 함께, 솔리드-스테이트 스토리지 컨트롤러(104) 및 HCNV 스토리지 컨트롤러(3402)를 구비한 스토리지 컨트롤러(152)를 단일 저장 장치로서 바라볼 수 있다. 다른 예에서, 요청 장치(155)는 HCNV 저장 장치(3404a-n)를 바라볼 수 있고, 솔리드-스테이트 스토리지(110)는 투명할 수 있다(transparent).
일 실시예에서, 솔리드-스테이트 스토리지 컨트롤러(104)는 하나 또는 그 이상의 요청 장치(155)로부터 객체 요청을 서비스하는 객체 스토리지 컨트롤러 모듈(3506)을 포함하고, 솔리드-스테이트 스토리지(110) 내의 객체 요청의 객체를 관리한다. 실시예에서, 솔리드-스테이트 컨트롤러(104)는 객체 스토리지 컨트롤러 모듈(3506)과 함께 상술한 바와 같이 객체 요청을 관리하고, 구체적으로 도 2a에 도시된 장치(200)에 관련하여 기술된 바와 같이 관리한다.
일 실시예에서, 상기 장치(3500)는 RAID 레벨에 일관된 독립 드라이브(RAID)의 리던던트 어레이(redundant array) 내의 둘 또는 그 이상의 HCNV 저장 장치(3404a-n) 내의 솔리드-스테이트 스토리지(110) 내에 캐시된(cached) 데이터를 저장하는 HCNV RAID 모듈(3508)을 포함한다. 실시예에서, 데이터는 전체로서 요청 장치(155)에 나타나며, 그 결과 RAID화(RAIDing)는 요청 장치(155)로부터 숨겨진다. 예를 들어, 캐시 전단 모듈(3502)은 솔리드-스테이트 스토리지(110) 내의 요청 장치(155)로부터 데이터를 캐시(cache)할 수 있고, 캐시 후단 모듈(3504)은 데이터를 스트라이프하도록 HCNV RAID 모듈(3508)을 사용하여 조정하고 데이터 세그먼트 및 패리티 데이터 세그먼트를 RAID 레벨에 일관된 HCNV 저장 장치(3404ㅁ-n)에 저장할 수 있다. 당업자는 요청 장치(155)로부터의 데이터가 HCNV 저장 장치(3404ㅁ-n) 내에서 RAID화될 수 있는 다른 방법을 파악할 것이다.
다른 실시예에서, 솔리드-스테이트 스토리지(110) 및 HCNV 저장 장치는 RAID 그룹으로 구성된 하이브리드 저장 장치 세트 내의 하이브리드 저장 장치를 포함한다. 예를 들어, 하이브리드 저장 장치 세트는 전단의 분산된 RAID 저장 장치 세트(1604)일 수 있고, 하이브리드 저장 장치는 도 10, 도 11 및 도 12에 각각 도시된 시스템(1600), 장치(2100), 및 방법(2200)과 관련되어 상술된 바와 같은 저장 장치 세트 내의 저장 장치(150,1602)일 수 있다. 실시예에서, 솔리드-스테이트 스토리지(110)에 캐시되고 추후 HCNV 저장 장치(3404)에 저장되는 데이터 세그먼트는 스트라이프의 N 개의 데이터 세그먼트 또는 스트라이프의 패리티 데이터 세그먼트 중 하나이다. 전단 RAID에서와 같이, 하이브리드 저장 장치는 RAID 스트라이프의 데이터 세그먼트에 독립적인 하나 또는 그 이상의 클라이언트(114)로부터 스토리지 요청을 수신한다.
더한 실시예에서, 도 10, 도 13 및 도 14에 각각 도시된 시스템(1600), 장치(2300), 및 방법(2400)과 관련하여 기술된 공유된 전단 RAID와 관련하여 상술한 바와 같이, 하이브리드 저장 장치는 둘 또는 그 이상의 클라이언트(114)로부터 둘 또는 그 이상의 동시적인 스토리지 요청을 수신하는 공유되고, 전단 분산된 RAID 그룹의 저장 장치(150,1602)이다. 유리하게, 이 실시예는 공유된, 리던던트 캐시가 추가적이고, 복잡한 코히어런스 알고리즘 및 프로토콜을 사용하지 않고도 코히어런스를 유지할 수 있도록 보증한다.
다른 실시예에서, 솔리드-스테이트 스토리지(110) 및 HCNV 저장 장치(3404a-n)는 하이브리드 저장 장치를 포함하고, 상기 장치(3500)는 요청 장치(155)를 로딩하기 전에, 하이브리드 저장 장치의 동작에 특화된 코드를 사용하여 하나 또는 그 이상의 요청 장치(155)에 부착된 표준 장치를 에뮬레이팅함으로써, 하이브리드 저장 장치로의 액세스를 제공하는 표준 장치 에물레이션 모듈(3510)을 포함한다. 실시예에서, 표준 장치는 산업 표준 BIOS에 의해 지원된다. 이러한 부트스트랩(bootstrap) 동작은 솔리드-스테이트 스토리지 컨트롤러(104), HCNV 스토리지 컨트롤러(3404), 및 상기 장치(3500)의 가능한 다른 모듈(3502-3510)에 특화된 드라이버가 요청 장치(155)에 로딩될 수 있을 때까지, 제한된 기능성으로 요청 장치(155)에 의해 인식되고 액세스되도록 한다.
일 실시예에서, 솔리드-스테이트 스토리지 장치(110)는 둘 또는 그 이상의 영역으로 분할될 수 있으며, 여기서 파티션의 하나 또는 그 이상은 HCNV 저장 장치(3404)를 위한 캐시로서 기능하는 솔리드-스테이트 스토리지에 독립적인 솔리드-스테이트 스토리지로서 사용된다. 예를 들어, 솔리드-스테이트 스토리지(110)의 일부 파티션은 일반적인 데이터 저장을 위해 클라이언트(114)에 의해 액세스될 수 있는 반면, 하나 또는 그 이상의 파티션은 HCNV 저장 장치(3404)를 위한 캐시로서 사용된다.
일 실시예에서, 하나 이상의 클라이언트(114)(또는 요청 장치(155))는 캐시 제어 메시지를 캐시 전단 모듈(3502) 및 캐시 후단 모듈(3504)로 전송하여, 솔리드-스테이트 스토리지 장치(110) 및 하나 또는 그 이상의 HCNV 저장 장치(3404) 내에 저장된 하나 또는 그 이상의 파일 또는 객체의 상태를 관리할 수 있다. 유리하게, 파일 당(per file), 객체 당(per object), 또는 데이터 세그먼트 기초 당(per data segment basis)의 캐시 관리를 위한 클라이언트(114)/요청 장치(155)를 위한 기능은 솔리드-스테이트 스토리지 장치(110)의 공유를 위한 많은 유연성을 제공한다.
많은 캐시 제어 메시지가 허용되고 가능하다. 예를 들어, 캐시 제어 메시지는 캐시 후단 모듈(3504)가 솔리드-스테이트 스토리지(110) 내의 객체 또는 파일의 일부를 피닝(pin)하도록 야기하는 제어 메시지를 포함할 수 있다. 다른 캐시 제어 메시지는 캐시 후단 모듈(3504)이 솔리드-스테이트 스토리지(110) 내의 객체 또는 파일의 일부를 언피닝(unpin)하도록 야기하는 제어 메시지를 포함할 수 있다. 다른 캐시 제어 메시지는 캐시 후단 모듈(3404)이 솔리드-스테이트 스토리지(110) 내의 객체 또는 파일의 일부를 하나 또는 그 이상의 HCNV 저장 장치(3404)로 플러시(flush)하도록 야기하는 제어 메시지를 포함할 수 있다. 다른 캐시 제어 메시지는 캐시 후단 모듈(3404)이 하나 또는 그 이상의 HCNV 저장 장치(3404)로부터 객체 또는 파일의 일부를 솔리드-스테이트 스토리지(110)으로 프리로드(preload)하도록 야기하는 제어 메시지를 포함할 수 있다. 다른 캐시 제어 메시지는 캐시 후단 모듈(3404)이 하나 또는 그 이상의 객체 또는 파일의 하나 또는 그 이상의 일부를 솔리드-스테이트 스토리지로부터 HCNV 저장 장치(3404)로 오프로드(offload)하여, 솔리드-스테이트 스토리지(110) 내의 결정된 양의 저장 공간을 자유롭게 하도록 야기하는 제어 메시지를 포함할 수 있다. 당업자는 다른 가능한 캐시 제어 메시지를 파악할 것이다.
일 실시예에서, 캐시 제어 메시지는 객체 또는 파일을 위한 메타데이터("캐시 컨트롤 메타데이터")를 통해 통신된다. 일 실시예에서, 캐시 제어 메타데이터는 영속적이다. 다른 실시예에서, 캐시 제어 메타데이터는 파일 또는 객체의 생성 시 속성 세트(attributes set)를 통해 구축된다. 실시예에서, 속성은 특정 객체 클래스, 특정 파일 타입의 기본 특성(defaults characteristic) 등으로의 관계를 통해 인계받을 수 있다. 다른 실시예에서, 캐시 제어 메타데이터는 파일 또는 객체 관리 시스템으로부터 획득된다. 당업자는 캐시 제어 메시지가 메타데이터를 통해 통신될 수 있는 다른 방법을 파악할 것이다.
일 실시예에서, 상기 시스템(3400)은 휘발성 캐시 스토리지 엘리먼트를 포함한다. 예를 들어, 솔리드-스테이트 스토리지(110)에 추가하여, 상기 시스템(3400)은 또한 휘발성인 일부 타입의 RAM(Random Access Memory)를 포함할 수 있다. 이 실시예에서, 캐시 전단 모듈(3502) 및 캐시 후단 모듈(3504)은 휘발성 캐시 스토리지 엘리먼트 내의 일부 데이터를 저장하고, 솔리드-스테이트 스토리지(110) 및 휘발성 캐시 스토리지 엘리먼트에 저장된 데이터를 관리하고, 후단 스토리지 모듈(3504)은 또한 휘발성 캐시 스토리지 엘리먼트, 솔리드-스테이트 스토리지, 및 HCNV 저장 장치 간의 데이터 전송을 관리한다. 예를 들어, 중요하지 않거나 다른 소스로부터 용이하게 복구할 수 있는 데이터는 휘발성 캐시에 저장될 수 있는 반면, 다른 데이터는 캐시로서 기능하는 솔리드-스테이트 스토리지(110)에 저장될 수 있다.
더한 실시예에서, HCNV 저장 장치(3404)에 저장된 객체 및 파일을 위한 메타데이터 및/또는 인덱스 메타데이터는 솔리드-스테이트 스토리지 장치(110) 및 휘발성 캐시 스토리지 엘리먼트 내에서 관리된다. 도 2a에 도시된 장치(200)에 관련하여 상술한 바와 같이, 특정 메타데이터는 휘발성 캐시 스토리지 엘리먼트에 저장될 수 있고, 휘발성 캐시 스토리지 엘리먼트 내의 데이터가 손실된 경우 인덱스를 재건하도록 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 메타데이터 및 인덱스 메타데이터는 휘발성 캐시 스토리지 엘리먼트가 포함되지 않은 솔리드-스테이트 스토리지(110)에 저장된다. 당업자는 캐시로서 기능하는 솔리드-스테이트 스토리지(110)과 함께 휘발성 캐시 스토리지 엘리먼트를 사용하는 다른 장점 및 방법을 파악할 것이다.
도 17은 본 발명에 따른 고-용량, 비-휘발성 저장 장치를 위한 캐시로서 솔리드-스테이트 스토리지를 사용하는 방법(3600)의 일 실시예를 설명하는 개략적인 흐름도이다. 상기 방법(3600)은 개시하여(3602) 캐시 전단 모듈(3502)이 스토리지 요청과 결합된 데이터 전송을 관리하며(3604), 여기서 데이터 전송은 요청 장치(155) 및 하나 또는 그 이상의 HCNV 저장 장치(3404a-n)를 위한 캐시로서 기능하는 솔리드-스테이트 스토리지(110) 간에 수행된다. 캐시 후단 모듈(3504)은 솔리드-스테이트 스토리지(110) 및 하나 또는 그 이상의 HCNV 저장 장치(110) 간의 데이터 전송을 관리하고(3606), 상기 방법(3600)은 종료한다(3608). 상기 방법(3600)은 실질적으로 도 10의 장치(3500)와 관련되어 상술된 바와 유사하게 동작한다.
본 발명은 그 사상 또는 필수 특성으로부터 분리되지 않으면서 다른 특정 형태로 구현될 수 있다. 기술된 실시예는 오직 설명적이고 제한적이지 않은 관점으로 간주된다. 따라서, 본 발명의 범위는 전술한 명세서보다 첨부된 청구범위에 의해 지시된다. 청구범위의 균등의 의미 및 범위 내에 들어오는 모든 변화는 그 범위 내에 포함될 것이다.

Claims (30)

  1. 하나 이상의 HCNV(High-Capacity, Non-Volatile) 저장 장치의 데이터 저장을 관리하는 장치로서,
    스토리지 요청(storage request)과 관련된 데이터의 전송을 관리하며, 상기 데이터의 전송은 요청 장치와 하나 이상의 HCNV 저장 장치를 위한 캐시(cache)로서 기능하는 솔리드-스테이트 스토리지 간에 수행되며, 데이터 전송은 데이터, 메타데이터 및 메타데이터 인덱스 중 하나 이상을 포함하며, 상기 솔리드-스테이트 스토리지는 비-휘발성, 솔리드-스테이트 데이터 스토리지 엘리먼트의 어레이를 포함하는, 캐시 전단 모듈(cache front-end module);
    상기 솔리드-스테이트 스토리지 및 상기 하나 이상의 HCNV 저장 장치 간의 데이터 전송을 관리하는, 캐시 후단 모듈(cache back-end module);
    솔리드-스테이트 스토리지 컨트롤러를 포함하고,
    상기 솔리드-스테이트 스토리지 컨트롤러는, 상기 솔리드-스테이트 스토리지 장치의 스토리지 디비전 내에 캐시로 전송된 데이터를 일시적으로 정렬하는 순차적 스토리지 모듈을 포함하고, 상기 순차적 스토리지 모듈은, 프로세싱 순서에 의해 순차적으로 데이터를 정렬하고, 상기 순차적 스토리지 모듈은 스토리지 디비전에 대한 순차적 순서로 스토리지 디비전의 임시 순서를 관리하는,
    데이터 저장 관리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 데이터 전송과 관련된 데이터의 적어도 일부와 ECC 블록에서 에러를 정정할 수 있는 에러 정정 코드(ECC)를 포함하는 ECC 블록을 생성하는 ECC 생성기를 더 포함하고, 제 1 솔리드 스테이트 스토리지 엘리먼트에 ECC 블록의 제 1 부분을 저장하고 제 2 솔리드 스테이트 스토리지 엘리먼트에 ECC 블록의 제 2 부분을 저장하는, 데이터 저장 관리 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    ECC 블록의 제 1 부분을 저장하고, ECC 블록의 제 2 부분을 저장하는 것은, ECC 블록의 제 1 부분을 제 1 솔리드 스테이트 스토리지 엘리먼트의 페이지와, ECC 블록의 제 2 부분을 제 2 솔리드 스테이트 스토리지 엘리먼트의 페이지에 저장하는 것을 포함하는, 데이터 저장 관리 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    ECC의 길이가 기설정되어 ECC 블록에서 특정 수의 비트 에러를 정정하고, 에러를 정정하는 코드의 길이는 요청 장치로부터 수신한 데이터 블록 사이즈에 대해 독립적으로 기설정되는, 데이터 저장 관리 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    ECC 의 길이는 기설정되어 ECC 블록에서 특정 수의 비트 에러를 정정하고, 에러를 정정하는 코드의 길이는 솔리드 스테이트 스토리지 엘리먼트의 물리적인 페이지 사이즈에 대해 독립적으로 기설정되는, 데이터 저장 관리 장치.
  6. 제 2 항에 있어서,
    데이터를 하나 이상의 패킷으로 패킷화하는 패킷타이저를 더 포함하고, ECC 블록은 패킷들 중 적어도 하나의 적어도 일부분을 포함하고, ECC 블록은 패킷 사이즈와 ECC 블록 사이즈간의 고정된 관계를 가지지 않는, 데이터 저장 관리 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 데이터 저장 관리 장치는,
    스토리지 디비전이 기설정된 기준치보다 많은 무효 데이터를 포함함을 식별하여 복구를 위한 솔리드 스테이트 스토리지 장치의 스토리지 디비전을 선택하고, 유효 데이터 패킷을 스토리지 디비전 내에서 솔리드 스테이트 스토리지 장치로 순차적으로 기입될 타 데이터 패킷과 함께 대기시키는, 데이터 저장 관리 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    하나 이상의 요청 장치로부터 객체 요청을 서비스하고, 상기 솔리드-스테이트 스토리지 장치 내에서 상기 객체 요청의 객체를 관리하는 객체 스토리지 컨트롤러 모듈을 포함하는, 데이터 저장 관리 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    RAID 레벨에 일관된(consistent), 독립 드라이브의 리던던트 어레이(redundant array of independent drives; RAID) 내의 둘 이상의 HCNV 저장 장치 에서 상기 솔리드-스테이트 스토리지 장치 내에 캐시된(cached) 데이터를 저장하는 HCNV RAID 모듈을 더 포함하는, 데이터 저장 관리 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    솔리드 스테이트 스토리지 장치 및 하나 이상의 HCNV 저장 장치는, RAID 그룹으로 구성된 하이브리드 저장 장치 세트 내에 하이브리드 저장 장치를 포함하며,
    상기 솔리드-스테이트 스토리지 장치에 캐시되고 추후 HCNV 장치에 저장되는 데이터 세그먼트는, 스트라이프의 N 개의 데이터 세그먼트 중 하나 또는 상기 스트라이프의 패리티 데이터 세그먼트를 포함하며,
    상기 하이브리드 저장 장치는 RAID 스트라이프의 데이터 세그먼트에 독립적인 하나 이상의 클라이언트로부터 스토리지 요청을 수신하는, 데이터 저장 관리 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    데이터 기록 파이프라인이, 버스를 통해 병렬로 비휘발성 솔리드 스테이트 스토리지 엘리먼트의 어레이에서 솔리드 스테이트 스토리지 엘리먼트에 접근하는, 데이터 저장 관리 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 솔리드-스테이트 스토리지 장치 및 상기 하나 이상의 HCNV 저장 장치는 하이브리드 저장 장치를 포함하고,
    상기 데이터 저장 관리 장치는, 상기 하이브리드 저장 장치의 동작에 특화된 코드를 가지고 상기 하나 이상의 요청 장치의 로딩 전에 하나 이상의 요청 장치에 부착된 표준 장치(standard device)를 에뮬레이트(emulate)함으로써, 상기 하이브리드 저장 장치로의 액세스를 제공하는 표준 장치 에뮬레이션 모듈을 더 포함하며,
    상기 표준 장치는 산업 표준 BIOS에 의해 지원되는, 데이터 저장 관리 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    솔리드 스테이트 스토리지 장치는 둘 이상의 파티션으로 구획될 수 있으며,
    하나 이상의 파티션은, 상기 HCNV 저장 장치를 위한 캐시로서 기능하는 상기 솔리드-스테이트 스토리지 장치에 독립적인 솔리드-스테이트 스토리지로서 사용될 수 있는, 데이터 저장 관리 장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    하나 또는 그 이상의 클라이언트는, 상기 캐시 전단 모듈 및 상기 캐시 후단 모듈로 캐시 제어 메시지를 전송하여,
    상기 캐시 제어 메시지는:
    상기 캐시 후단 모듈이 상기 솔리드-스테이트 스토리지 장치 내의 객체 또는 파일의 일부를 피닝(pin)하도록 야기하는 제어 메시지;
    상기 캐시 후단 모듈이 상기 솔리드-스테이트 스토리지 장치 내의 객체 또는 파일의 일부를 언피닝(unpin)하도록 야기하는 제어 메시지;
    상기 캐시 후단 모듈이 상기 솔리드-스테이트 스토리지 장치로부터 상기 하나 이상의 HCNV 저장 장치로 객체 또는 파일의 일부를 플러시(flush)하도록 야기하는 제어 메시지;
    상기 캐시 후단 모듈이 상기 하나 이상의 HCNV 저장 장치로부터 상기 솔리드-스테이트 스토리지 장치로 객체 또는 파일의 일부를 프리로드(preload)하도록 야기하는 제어 메시지; 및
    상기 캐시 후단 모듈이 상기 솔리드-스테이트 스토리지 장치로부터 상기 하나 이상의 HCNV 저장 장치로, 하나 이상의 객체 또는 파일의 하나 이상의 부분을 오프로드(offload)하도록 야기하여, 상기 솔리드-스테이트 스토리지 장치 내의 기결정된 저장 공간의 양을 자유롭게 하는 제어 메시지;
    중 하나 이상을 포함하는, 데이터 저장 관리 장치.
  15. 제 7 항에 있어서,
    상기 캐시 제어 메시지는 데이터 전송을 위한 메타데이터(캐시 제어 메타데이터)를 통해 통신되는, 데이터 저장 관리 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    캐시 제어 메타데이터는 지속적인(persistent), 데이터 저장 관리 장치.
  17. 제 1 항에 있어서,
    휘발성 캐시 스토리지 엘리먼트를 더 포함하고,
    상기 캐시 전단 모듈 및 상기 캐시 후단 모듈은, 상기 휘발성 캐시 스토리지 엘리먼트에 데이터를 저장하고, 상기 솔리드-스테이트 스토리지 장치 및 휘발성 캐시 스토리지 엘리먼트에 저장된 데이터를 관리하고,
    후단 스토리지 모듈이 상기 휘발성 캐시 스토리지 엘리먼트, 상기 솔리드-스테이트 스토리지 및 상기 HCNV 저장 장치 간의 데이터 전송을 관리하는, 데이터 저장 관리 장치.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 HCNV 저장 장치에 저장된 객체 및 파일을 위한 메타데이터 및 인덱스 메타데이터 중 하나 이상은, 상기 솔리드-스테이트 스토리지 장치내에서 유지되는, 데이터 저장 관리 장치.
  19. 하나 이상의 HCNV(High-Capacity, Non-Volatile) 저장 장치의 데이터 저장을 관리하는 시스템으로서,
    비-휘발성, 솔리드-스테이트 데이터 스토리지 엘리먼트의 어레이를 포함하는 솔리드-스테이트 스토리지 장치;
    하나 또는 그 이상의 HCNV 저장 장치; 및
    스토리지 컨트롤러를 포함하며,
    상기 스토리지 컨트롤러는:
    솔리드-스테이트 스토리지 컨트롤러;
    HCNV 저장 장치 컨트롤러;
    스토리지 요청(storage request)과 관련된 데이터의 전송을 관리하며, 상기 데이터의 전송은 요청 장치와 하나 이상의 HCNV 저장 장치를 위한 캐시(cache)로서 기능하는 솔리드-스테이트 스토리지 간에 수행되는, 캐시 전단 모듈;
    상기 솔리드-스테이트 스토리지 장치 및 상기 하나 이상의 HCNV 저장 장치 간의 데이터 전송을 관리하는 캐시 후단 모듈; 및
    상기 솔리드-스테이트 스토리지 장치의 스토리지 디비전 내에 캐시로 전송된 데이터를 일시적으로 정렬하는 순차적 스토리지 모듈을 포함하고, 상기 순차적 스토리지 모듈은, 프로세싱 순서에 의해 순차적으로 데이터를 정렬하고, 상기 순차적 스토리지 모듈은 스토리지 디비전에 대한 순차적 순서로 스토리지 디비전의 임시 순서를 관리하는, 데이터 저장 관리 시스템.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 스토리지 컨트롤러와 연결된 네트워크 인터페이스를 더 포함하며,
    상기 네트워크 인터페이스는 컴퓨터 네트워크를 통해 상기 요청 장치 및 상기 솔리드-스테이트 스토리지 컨트롤러 간의 데이터 전송을 구현하는, 데이터 저장 관리 시스템.
  21. 제 19 항에 있어서,
    서버를 더 포함하고,
    서버는 솔리드-스테이트 스토리지, 하나 이상의 HCNV 저장 장치 및 스토리지 컨트롤러를 포함하는, 데이터 저장 관리 시스템.
  22. 제 19 항에 있어서,
    하나 이상의 HCNV 저장 장치는 SAN(Storage Area Network)를 통해 상기 스토리지 컨트롤러에 연결되는, 데이터 저장 관리 시스템.
  23. 하나 이상의 HCNV(High-Capacity, Non-Volatile) 저장 장치의 데이터 저장을 관리하는 동작 수행을 실행할 수 있는 컴퓨터 사용가능 프로그램 코드를 구비하는, 컴퓨터 판독가능한 매체로서,
    상기 컴퓨터 사용가능 프로그램 코드의 동작은,
    스토리지 요청(storage request)과 관련된 데이터의 전송을 관리하는 단계로서, 상기 데이터의 전송은 요청 장치와 하나 이상의 HCNV 저장 장치를 위한 캐시(cache)로서 기능하는 솔리드-스테이트 스토리지 장치 간에 수행되며, 상기 솔리드-스테이트 스토리지 장치는 비-휘발성, 솔리드-스테이트 스토리지 엘리먼트의 어레이를 포함하는, 단계;
    상기 솔리드-스테이트 스토리지 장치와 상기 하나 이상의 HCNV 저장 장치 간의 데이터 전송을 관리하는 단계; 및
    상기 솔리드-스테이트 스토리지 장치의 스토리지 디비전 내에 캐시로 전송된 데이터를 일시적으로 정렬하고, 일시적 정렬은 프로세싱 순서에 의해 순차적인, 단계;
    스토리지 디비전에 대한 순차적 순서로 스토리지 디비전의 임시 순서를 관리하는 단계를 포함하는, 컴퓨터 판독가능한 매체.
  24. 하나 이상의 HCNV(High-Capacity, Non-Volatile) 저장 장치의 데이터 저장을 관리하는 방법으로서,
    스토리지 요청(storage request)과 관련된 데이터의 전송을 관리하는 단계로서, 상기 데이터의 전송은 요청 장치와 하나 이상의 HCNV 저장 장치를 위한 캐시(cache)로서 기능하는 솔리드-스테이트 스토리지 장치 간에 수행되며, 상기 솔리드-스테이트 스토리지 장치는 비-휘발성, 솔리드-스테이트 스토리지 엘리먼트의 어레이를 포함하는, 단계
    상기 솔리드-스테이트 스토리지 장치와 상기 하나 이상의 HCNV 저장 장치 간의 데이터 전송을 관리하는 단계; 및
    상기 솔리드-스테이트 스토리지 장치의 스토리지 디비전 내에 캐시로 전송된 데이터를 일시적으로 정렬하고, 일시적 정렬은 프로세싱 순서에 의해 순차적인, 단계;
    스토리지 디비전에 대한 순차적 순서로 스토리지 디비전의 임시 순서를 관리하는 단계를 포함하는, 데이터 저장 관리 방법.
  25. 제 24 항에 있어서,
    데이터 전송과 관련된 데이터의 적어도 일부를 포함하는 ECC 블록을 생성하고, ECC는 ECC 블록에서 에러를 정정할 수 있는 단계; 및
    제 1 솔리드 스테이트 스토리지 엘리먼트에 ECC 블록의 제 1 부분을 저장하고, 제 2 솔리드 스테이트 스토리지 엘리먼트에 ECC 블록의 제 2 부분을 저장하는 단계를 더 포함하는, 데이터 저장 관리 방법.
  26. 제 25 항에 있어서,
    ECC 블록의 제 1 부분을 저장하고, ECC 블록의 제 2 부분을 저장하는 단계는, 제 1 솔리드 스테이트 스토리지 엘리먼트의 페이지에 ECC 블록의 제 1 부분을 저장하고, 제 2 솔리드 스테이트 스토리지 엘리먼트의 페이지에 ECC 블록의 제 2 부분을 저장하는 단계를 포함하는, 데이터 저장 관리 방법.
  27. 제 26 항에 있어서,
    ECC의 길이는 기결정되어 ECC 블록에서 특정 수의 비트 에러를 정정하고, 에러를 정정하는 코드의 길이는 요청 장치로부터 수신된 데이터의 블록 사이즈에 대해 독립적으로 기결정되는, 데이터 저장 관리 방법.
  28. 제 26 항에 있어서,
    ECC의 길이는 기결정되어 ECC 블록에서 특정 수의 비트 에러를 정정하고, 에러를 정정하는 코드의 길이는 솔리드 스테이트 스토리지 엘리먼트의 물리적인 페이지 사이즈에 대해 독립적으로 기결정되는, 데이터 저장 관리 방법.
  29. 제 25 항에 있어서,
    데이터를 하나 이상의 패킷으로 패킷화하는 단계를 더 포함하고,
    ECC블록은 적어도 하나의 패킷의 적어도 일부를 포함하고, ECC 블록은 패킷 사이즈와 ECC 블록 사이즈 간의 관계가 고정되지 않은, 데이터 저장 관리 방법.
  30. 제 29 항에 있어서,
    스토리지 디비전이 기설정된 기준치보다 많은 무효 데이터를 포함함을 식별하여 복구를 위한 솔리드 스테이트 스토리지 장치의 스토리지 디비전을 선택하고, 유효 데이터 패킷을 스토리지 디비전 내에서 솔리드 스테이트 스토리지 장치로 순차적으로 기입될 타 데이터 패킷과 함께 대기시키는, 데이터 저장 관리 방법.
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