(57)【要約】【課題】ディスク上の記憶容量の確保を優先して、記憶容量重視のストレージ環境の構築を実現できるディスク記憶装置及び記憶領域の管理方法を提供することにある。【解決手段】本実施形態のディスク記憶装置は、記憶領域を有するディスクと、管理用情報を記憶する記憶手段と、制御手段とを備えた構成である。前記記憶手段は、前記ディスク上の記憶領域を複数のエリアに区分けし、リード動作又はライト動作に係る品質指標に基づいて設定された当該エリア毎の使用優先度または順位を示す情報を含む管理用情報を記憶する。前記制御手段は前記管理用情報を参照して、使用優先度または順位が高く使用可能なエリアを選定し、当該選定したエリアに対してライト動作を実行する。【選択図】図１
2015011747.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
記憶領域を有するディスクと、
前記ディスク上の記憶領域を複数のエリアに区分けし、リード動作又はライト動作に係る品質指標に基づいて設定された当該エリア毎の使用優先度または順位を示す情報を含む管理用情報を記憶する記憶手段と、
前記管理用情報を参照して、使用優先度または順位が高く使用可能なエリアを選定し、当該選定したエリアに対してライト動作を実行する制御手段と
を具備するディスク記憶装置。
【請求項２】
前記制御手段は、
前記使用優先度または順位が高い順にエリアを選定し、
前記管理用情報に基づいて前記選定したエリア毎に記憶領域として通常使用が可能であるか否かを判定し、
前記通常使用が不可能である場合には、当該エリアの信頼性を高くするための付加処理を実行すると共に前記ライト動作を実行する請求項１に記載のディスク記憶装置。
【請求項３】
前記管理用情報は、前記ディスク記憶装置の製造工程において作成されて、前記記憶手段に格納される請求項１または請求項２に記載のディスク記憶装置。
【請求項４】
前記制御手段は、
空きのある記憶領域を有するエリアを前記使用可能なエリアとして選定する請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のディスク記憶装置。
【請求項５】
前記制御手段は、
前記付加処理として、ライト・ベリファイ処理、ライトデータにパリティデータを付加する処理及び当該エリアの記録密度を緩和する処理の何れかを含む請求項２に記載のディスク記憶装置。
【請求項６】
前記制御手段は、
前記付加処理として、前記ライト・ベリファイ処理、前記ライトデータにパリティデータを付加する処理及び前記当該エリアの記録密度を緩和する処理の全てを実行する請求項５に記載のディスク記憶装置。
【請求項７】
前記管理用情報は、
前記エリア毎に複数の品質指標の項目に対応する品質指標レベルのトータル値を含み、
前記トータル値の高い順に前記使用優先度または順位が高くなることを示す情報を含む請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のディスク記憶装置。
【請求項８】
前記制御手段は、
前記トータル値と基準値との比較結果に基づいてエリア毎に記憶領域として通常使用が可能であるか否かを判定し、
前記通常使用が可能である場合には使用優先度または順位が高い順にエリアを選定し、
前記通常使用が不可能である場合には、当該エリアの信頼性を高くするための付加処理を実行すると共に前記ライト動作を実行する請求項７に記載のディスク記憶装置。
【請求項９】
前記制御手段は、
前記管理用情報に基づいて、エリア毎に記憶領域として無条件に使用不可であるか否かを判定し、
前記無条件に使用不可である場合には当該エリアをアクセス対象から除去する請求項１または請求項２に記載のディスク記憶装置。
【請求項１０】
記憶領域を有するディスクと、前記ディスク上の記憶領域を複数のエリアに区分けし、リード動作又はライト動作に係る品質指標に基づいて設定された当該エリア毎の使用優先度または順位を示す情報を含む管理用情報を記憶するメモリを有するディスク記憶装置に適用する記憶領域の管理方法であって、
前記管理用情報を参照して、使用優先度または順位が高く使用可能なエリアを選定し、
前記選定したエリアに対してライト動作を実行する記憶領域の管理方法。
【請求項１１】
前記使用優先度または順位が高い順にエリアを選定し、
前記管理用情報に基づいて前記選定したエリア毎に記憶領域として通常使用が可能であるか否かを判定し、
前記通常使用が不可能である場合には、当該エリアの信頼性を高くするための付加処理を実行すると共に前記ライト動作を実行する請求項１０に記載の記憶領域の管理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、ディスク記憶装置及び記憶領域の管理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、コンピュータネットワークの拡大に伴って、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）を代表とするディスク記憶装置に対する記憶容量の増大化の要求が高まっている。特に、インターネットの分野では、例えばコールドストレージ（Cold Storage）と呼ばれるストレージ環境が注目されている。コールドストレージ環境は、ＨＤＤに格納されたデータがアクセスされずに、そのまま放置される確率が高い環境である。
【０００３】
このようなストレージ環境では、アクセス性能よりも記憶容量重視のＨＤＤを使用して、大容量のデータを保存できる環境構築が求められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２１６４２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
記憶容量重視のストレージ環境の構築には、アクセス性能に優先してディスク上の全体的な記憶容量の増大を図る必要がある。従来のＨＤＤでは、ディスク上においてアクセス性能に関連する品質が劣化している記憶領域を使用不可にして、高い品質が得られる記憶領域を使用することが行われている。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、ディスク上の記憶容量の確保を優先して、記憶容量重視のストレージ環境の構築を実現できるディスク記憶装置及び記憶領域の管理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本実施形態のディスク記憶装置は、記憶領域を有するディスクと、管理用情報を記憶する記憶手段と、制御手段とを備えた構成である。前記記憶手段は、前記ディスク上の記憶領域を複数のエリアに区分けし、リード動作又はライト動作に係る品質指標に基づいて設定された当該エリア毎の使用優先度または順位を示す情報を含む管理用情報を記憶する。前記制御手段は前記管理用情報を参照して、使用優先度または順位が高く使用可能なエリアを選定し、当該選定したエリアに対してライト動作を実行する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態に関するディスクドライブの構成を説明するためのブロック図。
【図２】実施形態に関するディスクの品質管理工程を説明するためのフローチャート。
【図３】実施形態に関するエリア毎の品質指標の一例を示す図。
【図４】実施形態に関する品質指標テーブルの一例を示す図。
【図５】実施形態に関する品質指標テーブルの使用方法を説明するための図。
【図６】実施形態に関するディスクドライブのライト動作を説明するためのフローチャート。
【図７】実施形態に関する品質指標テーブルの使用方法を説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下図面を参照して、実施形態を説明する。
【００１０】
［ディスクドライブの構成］
図１は、本実施形態に関するディスク記憶装置として、ハードディスクドライブ（以下、単にディスクドライブ）の構成を示すブロック図である。図１に示すように、ディスクドライブは、磁気ディスク（以下単にディスクと表記する）１、スピンドルモータ（ＳＰＭ）２、及びアクチュエータ３を有する。
【００１１】
ディスク１は、スピンドルモータ（ＳＰＭ）２に固定されて、回転運動するように取り付けられている。ヘッド１０は、アクチュエータ３に搭載されており、ディスク１上の半径方向に移動するように構成されている。アクチュエータ３は、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）４により回転駆動する。ヘッド１０はライトヘッド１０Ｗ及びリードヘッド１０Ｒを有する。
【００１２】
さらに、ディスクドライブは、ヘッドアンプ集積回路（以下、ヘッドアンプＩＣと表記する）１１と、リード／ライトチャネル（Ｒ／Ｗチャネル）１２と、ハードディスクコントローラ（ＨＤＣ）１３と、マイクロプロセッサ（ＭＰＵ）１４と、ドライバＩＣ１６と、メモリ１７とを有する。Ｒ／Ｗチャネル１２、ＨＤＣ１３及びＭＰＵ１４は、１チップの集積回路からなるコントローラ１５に組み込まれている。
【００１３】
ヘッドアンプＩＣ１１は、Ｒ／Ｗチャネル１２から供給されるライトデータに応じた記録信号（ライト電流）をライトヘッド１０Ｗに供給するドライバを含む。また、ヘッドアンプＩＣ１１は、リードヘッド１０Ｒから出力されたリード信号を増幅して、Ｒ／Ｗチャネル１２に伝送するリードアンプを含む。Ｒ／Ｗチャネル１２は、リード／ライトデータの信号処理回路である。ＨＤＣ１３は、ディスクドライブとホスト１８とのインターフェースを構成し、リード／ライトデータの転送制御を実行する。ＭＰＵ１４は、リード／ライト動作の制御および磁気ヘッド１０の位置決めに必要なサーボ制御を実行する。メモリ１７は通常ではフラッシュメモリである。メモリ１７は、後述するように、品質指標テーブルを格納する。
【００１４】
［ディスクドライブの製造工程］
以下、図２のフローチャートを参照して、組み立て工程後のディスクドライブにおいて、本実施形態に関するディスクの品質管理工程を説明する。
【００１５】
先ず、本実施形態では、図１に示すように、ディスク１上の記憶領域は、外周側から内周側に向けて複数のエリア（便宜的に４エリア）０〜３に分割されて管理される。エリアは、例えば多数のトラック群を単位とするゾーン（またはサブゾーン）に相当する記憶範囲である。
【００１６】
図２に示すように、ディスクドライブのコントローラ１５は、品質管理工程で使用されるホスト１８に接続し、ホスト１８からメモリ１７にセットされる計測用ソフトウェア及びデータに基づいてエリア０〜３毎の品質指標値の計測処理を実行する（ブロック２００）。コントローラ１５では、Ｒ／Ｗチャネル１２、ＨＤＣ１３及びＭＰＵ１４が連携して品質指標値の計測処理を実行する。
【００１７】
ここで、エリア０〜３毎の品質指標の計測対象項目としては、図３に示すように、例えば、各エリア内でのセクタ間の出力σ差を示す品質指標３０、各エリア内でのエラーレート（例えば平均値）に基づく品質指標３１、各エリア内での浮上差（例えば平均値）に基づく品質指標３２、各エリア内での媒体欠陥(ディフェクト数) に基づく品質指標３３及び各エリア内での転送速度差（例えば平均値）に基づく品質指標３４である。これらの計測対象項目は、記憶媒体であるディスク１の物理的な特性（磁気特性など）のばらつきを要因として変化する品質指標を示すものである。（★それぞれの指標は、各エリア間の差だとスコアリングの根拠が乏しいと思います。各エリア内での指標という事にしておくのが良い気がします。）⇒各エリア内の〜に基づく品質指標、と修正（本文を修正）
具体的には、品質指標３０は、エリア０〜３内の各トラックにおけるセクタ間のリードヘッド１０Ｒの出力レベルの標準偏差値（σ）の差を示す。品質指標３１は、リード動作におけるリードエラーレートの差を示す。品質指標３２は、ディスク１上で浮上するヘッド１０の浮上高の差を示す。ヘッド１０の浮上高は、リードヘッド１０Ｒ及びライトヘッド１０Ｗの出力レベル変動を招く。品質指標３３は、ディスク１上において使用不可の欠陥領域（例えばトラック単位）であるディフェクト数の差を示す。品質指標３４は、リード／ライト動作でのデータの転送速度の差を示す。
【００１８】
図２に戻り、さらに、コントローラ１５は、計測処理により計測されたエリア０〜３毎の品質指標値に基づいてエリア０〜３の優先度（エリア・プライオリティ）を決定するための品質指標レベルを算出（換算）する（ブロック２０１）。品質指標レベルは、例えば品質指標の計測対象項目毎に重み係数を変えて、相対的な品質指標値の差を顕著に表す値である。具体的には、例えば浮上高の差を示す品質指標３２の場合には、計測された品質指標値をリード動作に対するマージンの程度を示す品質指標レベルに換算する。この場合、マージンの程度を示す品質指標レベルが高い程、優先度が高いことを意味する。
【００１９】
コントローラ１５は、図４に示すように、エリア０〜３毎に、品質指標３０〜３４別の品質指標レベルを示し、かつ品質指標レベルの総和（トータル値）で示す優先度（エリア・プライオリティ）３５を含む品質指標テーブルを作成する（ブロック２０２）。優先度（エリア・プライオリティ）３５は、後述するように、ディスクドライブがアクセス（特にライト動作）する際に、ディスク１上の記憶領域として使用するエリア０〜３の使用優先度を示すものである。即ち、トータル値が高いエリア（ここではエリア０）は、優先度（エリア・プライオリティ）３５が高く、記憶領域として使用する使用優先度が高いことを示す。
【００２０】
次に、コントローラ１５は、作成した品質指標テーブルをメモリ（フラッシュメモリ）１７に格納する（ブロック２０３）。なお、コントローラ１５は、メモリ１７ではなく、ディスク１上の例えば最外周側にあるシステムエリアに記録してもよい。また、コントローラ１５は、品質指標テーブルをメモリ１７に格納した後に、ホスト１８からセットされる計測用ソフトウェア及びデータをメモリ１７から削除してもよい。
【００２１】
［出荷後のディスクドライブの動作］
以上のような品質管理工程を含む製造工程が全て終了した後に、ディスクドライブは製品として出荷されることになる。以下、図５から図７を参照して、本実施形態のディスクドライブが製品としてライト動作を実行する場合を説明する。
【００２２】
先ず、前述した品質管理工程により、ディスクドライブのメモリ（フラッシュメモリ）１７には品質指標テーブルが格納されている。ここで、図５に示すように、本実施形態の品質指標テーブルでは、便宜的に、品質指標レベルのトータル値で示す使用優先度（エリア・プライオリティ）３５に基づいて、ディスク１上に設定されたエリア０〜３にはエリア使用順位３６が設定される。ここで、図５は、品質指標テーブルに含まれる情報として、便宜的に優先順位テーブルと表記する。
【００２３】
コントローラ１５は、ホスト１８から送信されるライトコマンドを受信すると、ディスク１上にデータを書き込むライト動作を実行する。このライト動作を実行する前に、ＭＰＵ１４は、メモリ１４に格納されている品質指標テーブル及び優先順位テーブル（図４，５を参照）を参照する（ブロック６００）。ＭＰＵ１４は、参照した品質指標テーブル及び優先順位テーブルに基づいて、使用優先度３５の高い順に使用可能なエリアを選定する（ブロック６０１）。即ち、ＭＰＵ１４は、図５に示すように、エリア使用順位３６の高い順からエリアを選択する。ここで、相対的にエリア使用順位３６の高いエリア（例えばエリア０）の空き容量が無い場合には、このエリア０を除く使用可能なエリア１〜３から選定する。ＭＰＵ１４は、空き容量が無いエリアを識別できるフラグをメモリ１７に設定してもよい。
【００２４】
次に、ＭＰＵ１４は、選定したエリアの使用優先度（エリア・プライオリティ）３５の値が基準値を満たすか否かを判定する（ブロック６０２）。この基準値は、図７に示すように、品質指標レベルのトータル値の閾値（例えば２０）に相当し、予め設定されている。即ち、当該トータル値が基準値（ここでは２０）を満たす場合には、対応するエリア０、１、３は通常使用が可能であることを示す。一方、当該トータル値が基準値未満であるエリア２は、品質指標レベルが低く、通常使用が不可であることを示す。ここで、通常使用とは、後述するように、信頼性を高めるための付加処理を実行することなく、アクセス対象（書き込み対象）として使用できることを意味する。
【００２５】
具体的には、図３に示すように、エリア２に対する品質指標は、例えば浮上高の差を示す品質指標３２の品質指標レベルが大幅に低く、リード動作に対するマージンに余裕が無いことを示す。この品質指標３２は、リードエラーレートの差を示す品質指標３１にも関連している。即ち、エリア２に書き込まれたデータを読み出すリード動作では、エラーレートが高く、リードエラーの発生確率が高いことを示唆している。
【００２６】
ＭＰＵ１４は、選定したエリアの使用優先度３５の値が基準値を満たす場合には、当該エリア（例えばエリア１）をアクセス対象（書き込み対象）として決定する（ブロック６０２のＹＥＳ）。コントローラ１５は、書き込み対象として決定されたエリア１に対してデータを書き込むライト動作を実行するように制御する（ブロック６０３）。
【００２７】
一方、例えば使用順位３６の高いエリア０、１、３が選定され、空き容量が無いため、ＭＰＵ１４は、エリア２を選定する場合に、当該エリア２の使用優先度３５の値が基準値未満であることを確認する（ブロック６０２のＮＯ）。この場合、ＭＰＵ１４は通常使用が不可であるが、当該エリア２を書き込み対象として決定すると共に、通常のライト動作を実行する前に付加処理を実行するように制御する（ブロック６０４）。
【００２８】
付加処理とは、例えば、ライト・ベリファイ処理、パリティデータの付加処理、または当該エリア２のフォーマット変更処理である。即ち、ライト・ベリファイ処理とは、当該エリア２の指定トラックに対してデータを書き込み、さらに当該データを読み出してリードエラーの発生をチェックする。この場合、リードエラーを解消できないときには、指定トラックに対する代替トラックを設定するディフェクト処理を行なう。パリティデータの付加処理とは、ライトデータに通常のＥＣＣデータ以外のパリティデータを付加する。さらに、フォーマット変更処理とは、当該エリア２のフォーマットを変更して、線記録密度（BPI: bit per inch）またはトラック密度（TPI: tracks per inch)を緩和する処理である。本実施形態では、ＭＰＵ１４は、これらの付加処理をセットで実行する。なお、これらの付加処理は個別に実行してもよいし、またはいくつかを組み合わせて実行してもよい。
【００２９】
コントローラ１５は、付加処理の後に、書き込み対象として決定されたエリア２に対してデータを書き込むライト動作を実行するように制御する（ブロック６０５）。即ち、コントローラ１５は、品質指標レベルのトータル値が低いエリア２に対して、事前に付加処理の実行により信頼性を高めてライト動作を実行する。
【００３０】
なお、ＭＰＵ１４は、選定したエリア２の使用優先度の値（品質指標レベルのトータル値）が基準値を満たすか否かを判定する場合に、基準値として第１と第２の基準値を使用してもよい。即ち、第１の基準値は、前述の付加処理を前提として使用可能な閾値を意味する判断基準である。また、第２の基準値は、無条件で使用不可の判断基準である。具体的には例えば、第１の基準値が２０の場合で、第２の基準値は１０の場合である。ＭＰＵ１４は、選定したエリア２のトータル値が第２の基準値（１０）未満の場合には、当該エリア２を使用不可として処理してもよい。
【００３１】
以上のようにして本実施形態によれば、ディスクドライブの製造工程に含まれる品質管理工程により、品質指標の計測処理及び品質指標テーブルの作成処理を実行する。具体的には、ディスク１上の記憶領域を分割したエリア毎に計測した品質指標を示す品質指標テーブルを作成して、ディスクドライブ内のメモリ（フラッシュメモリ）１７に格納する。ディスクドライブは、製品として動作する場合に品質指標テーブルを参照することで、使用優先度の高い順にエリアを選定してライト動作を実行できる。
【００３２】
ここで、従来のディスクドライブでは、基本的にディスクの外周側から内周側にシーケンシャルにデータが書き込まれている。これに対して、本実施形態では、常に使用優先度の高いエリアからデータが書き込まれる。従って、相対的に使用優先度の低いエリアには、データが書き込まれる確率が低くなるため、データ保存に対して高信頼を確保できる。
【００３３】
さらに、本実施形態によれば、使用優先度の低いエリアの中で、品質指標（品質指標レベルのトータル値）が基準値を満たさないエリアの場合でも、付加処理の実行を条件として記憶領域として使用する。従来のディスクドライブでは、品質指標が基準値を満たさないような信頼性の低いエリア（ゾーン）については、記憶領域として使用不可（ディフェクト登録）となる。これに対して、本実施形態では、付加処理の実行を条件等による最小限の信頼性が確保できれば、当該エリアを記憶領域として使用する。従って、ディスク１上の記憶領域を最大限使用できるため、結果として記憶容量の増大化を図り、大記憶容量を確保できる。
【００３４】
本実施形態のディスクドライブであれば、特にアクセス性能よりも、大記憶容量の確保を優先するストレージ環境の構築を実現できる。具体的には、例えばコールドストレージ（Cold Storage）環境なども実現できるために、記憶容量の増大化を重視するデータセンター等のサーバ用ストレージに適用すれば有用である。
【００３５】
なお、本実施形態では、ディスクドライブは、作成された品質指標テーブルを参照することにより、使用優先度の高い順にエリアを選定する構成について説明したが、これに限ることなくテーブル形式でない管理情報に基づいてエリアを選定する構成でもよい。例えば、エリア毎に使用順位だけが設定されて、かつ付加処理を要するエリアまたは使用不可のエリアを示すフラグを有する管理情報でもよい。
【００３６】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３７】
１…磁気ディスク、２…スピンドルモータ（ＳＰＭ）、３…アクチュエータ、
４…ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）、１０…磁気ヘッド、１０Ｗ…ライトヘッド、
１０Ｒ…リードヘッド、１１…ヘッドアンプ集積回路（ヘッドアンプＩＣ）、
１２…リード／ライトチャネル（Ｒ／Ｗチャネル）、
１３…ハードディスクコントローラ（ＨＤＣ）、１４…マイクロプロセッサ（ＭＰＵ）、
１５…コントローラ、１６…ドライバＩＣ、１７…メモリ、１８…ホスト。
【図１】
2015011747.tif 000003
【図２】
2015011747.tif 000004
【図３】
2015011747.tif 000005
【図４】
2015011747.tif 000006
【図５】
2015011747.tif 000007
【図６】
2015011747.tif 000008
【図７】
2015011747.tif 000009