SISTEMA DE ALMACENAMIENTO DE DISCO DURO.

Un método de almacenar datos en un sistema (18) de unidad de disco duro,

cuyo método comprende las operaciones de: 1) seleccionar un primer elemento de almacenamiento de datos que comprende m unidades de disco duro (2) dispuestas en secuencia, en el que m es dos o más; 2) escribir en secuencia los datos simultáneamente en cada una de las m unidades de disco duro (2) del primer elemento de almacenamiento de datos hasta que el primer elemento de almacenamiento de datos es llenado hasta su capacidad; 3) seleccionar un elemento de almacenamiento de datos siguiente de m unidades de disco duro (2) dispuestas en secuencia; 4) escribir en secuencia los datos simultáneamente en cada una de las m unidades de disco duro (2) del siguiente elemento de almacenamiento de datos hasta que el siguiente elemento de almacenamiento de datos es llenado hasta su capacidad; 5) repetir las operaciones 3 y 4 hasta que un número predeterminado de elementos de almacenamiento de datos ha sido llenado hasta su capacidad; caracterizado porque el siguiente elemento de almacenamiento de datos se solapa al elemento de almacenamiento de datos anterior en menos de m unidades de disco duro (2) del elemento de almacenamiento de datos anterior.

El presente invento se refiere al campo de sistemas de almacenamiento de datos y en particular a un método y aparato perfeccionados para almacenamiento de datos en unidades de disco duro (HDD) que emplean técnicas de grabación de datos secuencial para aplicaciones de grabación secuencial.

Las unidades de disco duro modernas son generalmente muy fiables para aplicaciones de almacenamiento de datos típicas. En los últimos años recientes, las aplicaciones para el almacenamiento intensivo de datos tales como sistemas [DVR] de grabación de video digitales han aprovechado la velocidad y capacidad de las HDD para almacenamiento de video, audio y otros datos generados sobre una base estrictamente secuencial.

Por ejemplo, la solicitud de Patente Europea EP 1.178.390 describe el aumento de la fiabilidad para un funcionamiento continuo para un dispositivo de almacenamiento de información que tiene una función de grabación de información de entrada de modo continuo.

Estas aplicaciones intensivas de datos solicitan a las HDD hasta su límite de tal modo que la ocurrencia de eventos de fallo del disco han resultado más comunes, si no evitables, en tanto en cuanto de hecho, es generalmente aceptado por los expertos en la técnica que la HDD es el punto más débil en la fiabilidad de cualquier sistema mayor de almacenamiento de datos basado en el disco.

A fin de mitigar el problema de eventos de fallo del disco cuando el volumen de datos generado por los procesos de grabación es grande, y/o el período de almacenamiento requerido (antes de la sobre-escritura, si la hay) es prolongado, entonces se emplean típicamente grupos o disposiciones de HDD para almacenar los datos. Cuando se emplean cantidades de HDD, la probabilidad de que ocurra un fallo en la unidad es aumentada en proporción directa al número de unidades presentes.

Como los datos grabados pueden ser de importancia crítica, varios esquemas de grupos de disco redundantes o tolerantes a los fallos desarrollados para la industria de IT general (por ejemplo RAID1, RAID5, etc.) son explotados para requisitos de almacenamiento mayores con el fin de mejorar la fiabilidad completa del sistema total.

Aunque el diseño actual de sistemas de HDD puede ser muy sofisticado, el concepto básico es muy simple. Uno o más platos giratorios apilados de superficies de grabación (material magnético) son accedidos por un número igual de cabezas de lectura/escritura apiladas en un brazo móvil que puede girar a través del espacio o intervalo completo del área de grabación (muy parecido al brazo de reproducción de un tocadiscos pasado de moda). La posición del brazo móvil con relación a un plato giratorio asociado es controlada por un accionador de brazo (imán y bobina).

Debido a las densidades de datos y velocidades implicadas, la exactitud de posicionamiento requerida para las cabezas de grabación es extrema. Por ejemplo, con el fin de que un brazo móvil alcance rápidamente el punto de lectura/escritura, el accionador de brazo está diseñado para acelerar y decelerar rápidamente el brazo. Aunque el brazo y el conjunto de cabeza de lectura/escritura están diseñados para tener una masa tan baja como sea posible, las rápidas aceleraciones implicadas requieren una energía significativa, y esta energía es disipada generalmente en forma de calor dentro del conjunto accionador. Es por esta razón por la que una HDD que está continuamente leyendo/escribiendo (con el brazo saltando constantemente hacia atrás y hacia delante del directorio o directorios a las áreas de datos) funcionará mucho más caliente que una HDD que está funcionando sin ninguna actividad de lectura/escritura.

Por las razones antes esbozadas la electrónica de interfaz de sistemas de HDD conocida en la técnica está diseñada típicamente para ser muy robusta y por tanto en la práctica rara vez fallan. Sin embargo, las HDD a menudo fallan cuando la superficie física de los discos resulta dañada o contaminada. Esto puede dar como resultado una cabeza que toca la superficie del plato debido a un choque o vibración, o cuando la exactitud de posicionamiento del brazo de lectura/escritura se degrada debido a un choque, vibración o desgaste general. Es sabido que temperaturas elevadas también acortan la vida de una HDD y que el movimiento continuo del brazo también actúa para desgastar el accionador. Por lo tanto, la exactitud de posicionamiento del brazo disminuye eventualmente en una magnitud en la que la HDD resulta más propensa a los errores. Esto se ha encontrado lo más frecuente durante el ciclo de escritura.

La vibración, el sobrecalentamiento y el desgaste y desgarro son las causas principales de fallos eventuales en la HDD. Así, cuanto más elevados son los niveles de vibración (en funcionamiento) y más elevadas las temperaturas de funcionamiento, más corto es el tiempo medio entre fallos [MTBF] para cualquier HDD dada. Estos factores son reconocidos por la mayoría de los fabricantes de HDD quienes proporcionan por tanto gráficos que muestran el MTBF esperado cuando varía con la temperatura de funcionamiento. Típicamente esto muestra un aumento exponencial en las tasas de fallo de unidad con un aumento de la temperatura de funcionamiento, especialmente para HDD de coste inferior.

También es apreciado por los expertos en la técnica que la mayoría de los fallos de HDD (es decir, pérdidas irrecuperables de datos) ocurren durante los procesos de escritura, ya que los datos de escritura implican cambiar activamente el estado magnético de la superficie de grabación, tanto en la propia escritura de datos como en la actualización del directorio de archivo de la HDD. El directorio de archivo es dónde es conservado un índice a las posiciones de todas las partes de todos los archivos en el disco. Como este directorio es el que es escrito más a menudo, este es el área de la HDD más susceptible de fallar. Desgraciadamente un error serio en el directorio de archivos puede causar una pérdida catastrófica de datos ya que este es el índice a las posiciones físicas de los archivos de datos en toda la HDD. Típicamente, todos los archivos en el área de datos de la HDD están fragmentados, y por tanto la recuperación estos archivos puede ser imposible, o muy difícil, al menos sin el uso de servicios especializados de recuperación de datos de HDD. Tales servicios son tanto caros como muy inconvenientes, especialmente cuando los datos pueden ser legalmente, comercialmente, oficialmente o sensibles de otro modo, o cuando el acceso a los datos es requerido tan rápidamente como sea posible.

Por comparación, es apreciado por los expertos en la técnica que simplemente leer datos desde una HDD es un procedimiento relativamente pasivo ya que la superficie de grabación es dejada en un estado inalterado (aunque un choque de cabeza, es decir, la cabeza que toca el plato debido al choque externo o vibración, puede aun causar una pérdida de datos).

Las soluciones convencionales para proporcionar una elevada integridad de datos con sistemas de HDD implica el uso de agrupaciones de HDD (tales como una Agrupación Redundante de Discos Baratos [RAID]) con alguna forma de redundancia, por ejemplo, obtener una copia especular, esquemas de paridad, etc. Por ejemplo, los sistemas de almacenamiento DVR a nivel de empresa emplean típicamente sistemas RAID 5 en los que una agrupación de n HDD proporciona una agrupación efectiva de n-1 HDD, ya que los datos de paridad de cada HDD se extienden a través de todas las demás unidades en un diseño definido. En el caso de un fallo, el controlador RAID 5 regenera los datos en la HDD que ha fallado sobre una HDD nueva a partir de los datos de paridad en todas las demás HDD supervivientes.

El problema con este esquema particular es que la reconstrucción de los datos perdidos en la nueva HDD es procesador y HDD intensiva, así como ser algo complejo. En aplicaciones de grabación en tiempo real, es además complicado por la necesidad de soportar la escritura de nuevos datos (a través de TODAS las HDD, incluyendo la nueva) al tiempo que se reconstruyen simultáneamente los datos perdidos.

Para HDD grandes, (es decir, aquellas del orden de unos cientos de GB) el proceso de reconstrucción puede requerir muchas horas. Durante todo este período la agrupación de unidades está bajo una solicitación de lectura/escritura incrementada considerablemente, especialmente si las corrientes de datos entrantes (para grabación) son de un ancho de banda elevado. El problema fundamental aquí es que si sucede que falla otra HDD durante este proceso (o en realidad antes de... [Seguir leyendo]

1. Un método de almacenar datos en un sistema (18) de unidad de disco duro, cuyo método comprende las operaciones de:

1) seleccionar un primer elemento de almacenamiento de datos que comprende m unidades de disco duro (2) dispuestas en secuencia, en el que m es dos o más;

2) escribir en secuencia los datos simultáneamente en cada una de las m unidades de disco duro (2) del primer elemento de almacenamiento de datos hasta que el primer elemento de almacenamiento de datos es llenado hasta su capacidad;

3) seleccionar un elemento de almacenamiento de datos siguiente de m unidades de disco duro (2) dispuestas en secuencia;

4) escribir en secuencia los datos simultáneamente en cada una de las m unidades de disco duro (2) del siguiente elemento de almacenamiento de datos hasta que el siguiente elemento de almacenamiento de datos es llenado hasta su capacidad;

5) repetir las operaciones 3 y 4 hasta que un número predeterminado de elementos de almacenamiento de datos ha sido llenado hasta su capacidad;

caracterizado porque el siguiente elemento de almacenamiento de datos se solapa al elemento de almacenamiento de datos anterior en menos de m unidades de disco duro (2) del elemento de almacenamiento de datos anterior.

2. Un método según la reivindicación 1, cuyo el método comprende además repetir las operaciones 1 a 5 una vez que el número predeterminado de elementos de almacenamiento de datos ha sido llenado hasta su capacidad.

3. Un método según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que los elementos de almacenamiento de datos consisten de dos unidades de disco duro (2) dispuestas en secuencia.

4. Un método según la reivindicación 3, en el que el siguiente elemento de almacenamiento de datos se solapa al elemento de almacenamiento de datos anterior por una de las unidades de disco duro (2) del elemento de almacenamiento de datos anterior.

5. Un método según la reivindicación 4, cuyo método comprende además seleccionar un siguiente elemento de almacenamiento de datos en respuesta al fallo de una unidad de disco duro (2) del elemento de almacenamiento de datos anterior, dicho siguiente elemento de almacenamiento de datos desplazado del elemento de almacenamiento de datos anterior por m unidades de disco duro.

6. Un método según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la operación de grabar los datos dentro de los elementos de almacenamiento de datos comprende además la operación de cifrar los datos.

7. Un método según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la operación de escribir datos en secuencia en una unidad de disco duro (2) comprende las operaciones de:

A) seleccionar un primer bloque de asignación (19) de una agrupación de bloques de asignación dispuestos en secuencia situados dentro de la unidad de disco duro (2);

B) grabar datos dentro del primer bloque de asignación (19) hasta que el primer bloque de asignación es llenado hasta su capacidad;

C) seleccionar un bloque de asignación (19) siguiente de la agrupación de bloques de asignación dispuestos en secuencia;

D) grabar datos dentro del siguiente bloque de asignación (19) hasta que el siguiente bloque de asignación en secuencia es llenado hasta su capacidad; y

E) repetir las operaciones C y D hasta que un número predeterminado de los bloques de asignación (19) dispuestos en secuencia de la agrupación ha sido llenado hasta su capacidad.

8. Un método según la reivindicación 7, en el que el método comprende además repetir las operaciones A a E una vez que el número predeterminado de los bloques de asignación dispuestos en secuencia de la agrupación ha sido llenado hasta su capacidad.

9. Un método según la reivindicación 7 o la reivindicación 8, en el que la operación de grabar datos dentro de un bloque de asignación (19) comprende además la operación de grabar tiempos de inicio y final de los datos almacenados dentro del bloque de asignación.