太阳城集团

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优化的交错磁盘驱动器旋转启动的方法和系统.pdf

摘要
申请专利号:

太阳城集团CN201480015535.4

申请日:

2014.03.13

公开号:

CN105164655A

公开日:

2015.12.16

当前法律状态:

实审

有效性:

审中

法律详情: 实质审查的生效IPC(主分类):G06F 13/00申请日:20140313|||公开
IPC分类号: G06F13/00 主分类号: G06F13/00
申请人: 西部数据技术公司
发明人: T·J·麦凯布
地址: 美国加利福尼亚
优先权: 13/802,337 2013.03.13 US
专利代理机构: 永新专利商标代理有限公司72002 代理人: 刘瑜; 王英
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法律状态
申请(专利)号:

CN201480015535.4

授权太阳城集团号:

|||

法律状态太阳城集团日:

太阳城集团2016.04.06|||2015.12.16

法律状态类型:

太阳城集团实质审查的生效|||公开

摘要

阵列可以包括多个磁盘驱动器和耦合到该多个驱动器的控制器。所述控制器可以被配置为发起对所述阵列的一个或多个第一磁盘驱动器的旋转启动;确定已针对其发起旋转启动的所述阵列中的所述第一磁盘驱动器中的每个何时达到预定转速,所述预定转速小于磁盘驱动器准备好处理数据访问命令的目标转速;以及,当确定第一磁盘驱动器已经达到预定转速时,发起对所述阵列中的一个或多个第二磁盘驱动器的旋转启动。

权利要求书

权利要求书
1.  一种阵列,包括:
多个磁盘驱动器;以及
控制器,其耦合到所述多个驱动器,所述控制器被配置为:
发起对所述阵列中的至少一个第一磁盘驱动器的旋转启动;
确定已针对其发起旋转启动的所述阵列中的所述至少一个第一磁盘驱动器中的每个何时达到预定转速,所述预定转速小于所述磁盘驱动器准备好处理数据访问命令的目标转速;以及
当确定所述至少一个第一磁盘驱动器已经达到所述预定转速时,发起对所述阵列中的至少一个第二磁盘驱动器的旋转启动。

2.  根据权利要求1所述的阵列,其中,所述控制器还被配置为,当确定所述至少一个第一磁盘驱动器中的每个已经达到所述预定转速时,发起对所述至少一个第二磁盘驱动器的旋转启动。

3.  根据权利要求1所述的阵列,其中,所述预定转速是针对每一类型的磁盘驱动器来预先确定的。

4.  根据权利要求1所述的阵列,其中,所述预定转速是针对每个磁盘驱动器来预先确定的。

5.  根据权利要求1所述的阵列,其中,所述预定转速是所述目标转速的预定的百分比。

6.  根据权利要求1所述的阵列,其中,所述控制器被配置为,轮询所述第一磁盘驱动器和所述第二磁盘驱动器,以确定所述第一磁盘驱动器和所述第二磁盘驱动器何时已经达到所述预定转速。

7.  根据权利要求1所述的阵列,其中,所述第一磁盘驱动器和所述第 二磁盘驱动器中的至少一个被配置为当已经达到所述预定转速时设置至少一个模式页面的至少一个页面代码,并且其中,所述控制器还被配置为询问所述第一磁盘驱动器和所述第二磁盘驱动器中的所述至少一个的所述模式页面以确定所设置的页面代码。

8.  根据权利要求1所述的阵列,其中,所述控制器被配置为,通过向所述第一磁盘驱动器和所述第二磁盘驱动器中的至少一个发出查询命令,来确定所述第一磁盘驱动器和所述第二磁盘驱动器中的所述至少一个何时已经达到所述预定转速。

9.  根据权利要求1所述的阵列,其中,对于所述第一磁盘驱动器和所述第二磁盘驱动器中的至少一个,所述预定转速在所述磁盘驱动器指示准备好处理数据访问命令之前至少一秒达到。

10.  根据权利要求1所述的阵列,其中,对于所述第一磁盘驱动器和所述第二磁盘驱动器中的至少一个,对已经达到所述预定转速的所述确定是通过所述控制器监视在旋转启动期间由所述第一磁盘驱动器和所述第二磁盘驱动器中的所述至少一个所表现的反电动势(BEMF)来进行的。

11.  根据权利要求1所述的阵列,其中,所述第一磁盘驱动器和所述第二磁盘驱动器中的至少一个包括被配置为向所述控制器报告何时已经达到所述预定转速的固件。

12.  根据权利要求1所述的阵列,其中,所述阵列被配置为独立磁盘冗余阵列(RAID)。

13.  一种方法,包括:
发起对磁盘驱动器的阵列中的至少一个第一磁盘驱动器的旋转启动;
确定已针对其发起旋转启动的所述阵列中的所述至少一个第一磁盘驱动器中的每个何时达到预定转速,所述预定转速小于所述磁盘驱动器准备 好处理数据访问命令的目标转速;以及
当确定所述至少一个第一磁盘驱动器已经达到所述预定转速时,发起对所述阵列中的至少一个第二磁盘驱动器的旋转启动。

14.  根据权利要求13所述的方法,其中,发起对所述至少一个第二磁盘驱动器的旋转启动包括,当确定所述至少一个第一磁盘驱动器中的每个已经达到所述预定转速时,发起对所述至少一个第二磁盘驱动器的旋转启动。

15.  根据权利要求13所述的方法,其中,所述预定转速是针对每一类型的磁盘驱动器来预先确定的。

16.  根据权利要求13所述的方法,其中,所述预定转速是针对每个磁盘驱动器来预先确定的。

17.  根据权利要求13所述的方法,其中,所述预定转速是所述目标转速的预定的百分比。

18.  根据权利要求13所述的方法,还包括,轮询所述第一磁盘驱动器和所述第二磁盘驱动器,以确定所述第一磁盘驱动器和所述第二磁盘驱动器何时已经达到所述预定转速。

19.  根据权利要求13所述的方法,还包括,所述第一磁盘驱动器和所述第二磁盘驱动器中的至少一个在已经达到所述预定转速时设置至少一个模式页面的至少一个页面代码,以及询问所述第一磁盘驱动器和所述第二磁盘驱动器中的所述至少一个的所述模式页面以确定所设置的页面代码。

20.  根据权利要求13所述的方法,其中,确定包括向所述第一磁盘驱动器和所述第二磁盘驱动器中的至少一个发出查询命令。

21.  根据权利要求13所述的方法,其中,对于所述第一磁盘驱动器和所述第二磁盘驱动器中的至少一个,所述预定转速在所述磁盘驱动器指示准备好处理数据访问命令之前至少一秒达到。

22.  根据权利要求13所述的方法,其中,确定包括监视在旋转启动期间由所述第一磁盘驱动器和所述第二磁盘驱动器中的所述至少一个所表现的反电动势(BEMF)。

23.  根据权利要求13所述的方法,还包括由所述第一磁盘驱动器和所述第二磁盘驱动器中的至少一个报告何时已经达到所述预定转速。

24.  根据权利要求13所述的方法,还包括将所述第一磁盘驱动器和所述第二磁盘驱动器中的至少一些配置为独立磁盘冗余阵列(RAID)。

25.  一种被配置为耦合到多个磁盘驱动器的数据存储设备控制器,所述数据存储设备控制器被配置为:
发起对所述多个磁盘驱动器中的至少一个第一磁盘驱动器的旋转启动;
确定已针对其发起旋转启动的所述阵列中的所述至少一个第一磁盘驱动器中的每个何时达到预定转速,所述预定转速小于所述磁盘驱动器准备好处理数据访问命令的目标转速;以及
当确定所述至少一个第一磁盘驱动器已经达到所述预定转速时,发起对所述阵列中的至少一个第二磁盘驱动器的旋转启动。

说明书

说明书优化的交错磁盘驱动器旋转启动的方法和系统
背景技术
常规地,限制独立磁盘冗余阵列(RAID)控制器中电源的大小以降低成本。这迫使控制器限制能够同时旋转启动的驱动器的数量。旋转启动磁盘驱动器可以包括使其磁盘组从构成盘片不旋转的初始状态达到构成盘片以目标或额定每分钟转数或rpm旋转的状态,所述盘片支持承载数据的磁性材料。对于现今的磁盘驱动器,这样的目标速率可以是诸如5400、7200、10000或15000rpm。在常规阵列中同时旋转启动的磁盘驱动器的数量受到限制以将电源的总电流消耗限制在电源的特定容量内来提供这样的电流。实际上,如果电流消耗变得太大,那么电源可能故障,引起整个阵列的非计划中的重置。
延迟的“至第一数据的太阳城集团”,或从发起旋转启动到磁盘驱动器报告准备好处理数据访问命令的太阳城集团所经过的太阳城集团段是该限制的结果。该“至第一数据的太阳城集团”显著地大于旋转启动磁盘驱动器的磁盘组所必需的太阳城集团,这是因为磁盘驱动器在已经达到它们的目标转速后,必须激励头盘组合件(HDA)的音圈电机(VCM)以使(多个)致动器在盘片表面上旋转,实现与已编码的伺服扇区同步并报告驱动器准备就绪。该延迟是一种累积效应,其中阵列中驱动器的数量越大,阵列需要越长的太阳城集团进入就绪状态,在所述就绪状态中全部构成驱动器已经报告它们准备好处理数据访问命令。
附图说明
图1是示出了随着太阳城集团从发起旋转启动到磁盘驱动器报告其准备好处理数据访问命令的时刻磁盘驱动器消耗的电流的曲线图。
图2是常规磁盘驱动器阵列以及从发起旋转启动到最后一组旋转启动的磁盘驱动器报告它们准备好处理数据访问命令的时刻所经过的太阳城集团的图形表示。
图3是示出了根据一个实施例的随着太阳城集团从发起旋转启动到磁盘驱动器报告它准备好处理数据访问命令的时刻被配置为并入到阵列中的磁盘驱动器消耗的电流的曲线图。
图4是根据一个实施例的磁盘驱动器阵列的图形表示。
图5是根据一个实施例的被配置为耦合到多个数据存储设备的数据存储设备控制器的框图。
图6是根据一个实施例的方法的流程图。
具体实施方式
图1是示出了随着太阳城集团从发起旋转启动到磁盘驱动器报告其准备好处理数据访问命令的时刻磁盘驱动器消耗的电流的曲线图。如其中所示,在太阳城集团t0,命令磁盘驱动器旋转启动,在该太阳城集团点处磁盘驱动器从电源(未示出)消耗大约1.44安培(A)。由于磁盘驱动器的主轴电机必须克服静止磁盘组的惯性,该惯性本身显示为大的反电动势或BEMF,如在主轴电机电源端子上见到的,因此该电流消耗大。在图1中开发的示例中,该电流消耗以大约该水平持续,直到t1,t1在发起旋转启动后的大约1.2秒。由于磁盘驱动器接近它的目标转速(例如,5400、7200、10000或15000rpm),电流消耗降低,BEMF同样降低,这是因为主轴电机需要施加较小的转矩来增加磁盘组的角速度。在大约太阳城集团t2,磁盘驱动器的磁盘组已经达到它的目标转速(例如,上面提到的(例如,5400、7200、10000或15000rpm)),于是磁盘驱动器以使磁盘驱动器处于服务数据访问命令的条件下为目的执行多个操作。对于具有图1中所示的简档的示例性磁盘驱动器,该条件在图1中示为“驱动器就绪”,在太阳城集团t3,t3在磁盘驱动器被命令旋转启动后的大约3.9秒。
图2是常规磁盘驱动器阵列以及从发起旋转启动到最后一组旋转启动的磁盘驱动器报告它们准备好处理数据访问命令的时刻所经过的太阳城集团的图形表示。图2示出了25个磁盘驱动器的阵列200,标示为D1-D25。这样的阵列200可以形成RAID。在这样的阵列中,RAID控制器仅具有磁盘驱动器在旋转启动期间和在正常操作期间可以从其中消耗的预定的安培数,其可以限制同时旋转启动的磁盘驱动器的数量,以便于将磁盘驱动器的总电 流消耗限制在RAID电源的特定限制范围内。在图2的示例中,RAID控制器(未示出),5个磁盘驱动器被示出为同时旋转启动,从磁盘驱动器D1至D5开始。一旦这些驱动器报告“驱动器就绪”,5个磁盘驱动器构成的下一组(即,磁盘驱动器D6-D10)可以被旋转启动。依次地,当这些磁盘驱动器报告“驱动器就绪”,下一组D11-D15可以被旋转启动,随后是D16-D20以及以磁盘驱动器中的最后一组(即,磁盘驱动器D21-D25)结束。如图2中所示,被命令旋转启动的磁盘驱动器中的起始组与报告“驱动器就绪”的驱动器中的最后一组之间经过的太阳城集团间隔在图2中被示为tconv。尽管在发出“驱动器就绪”信号的时刻驱动器上可能有一些小的变化(假设阵列200中的全部驱动器是相同的类型),这里,可以安全地忽略这样的小的变化。
图3是示出了根据一个实施例的随着太阳城集团从发起旋转启动到磁盘驱动器报告它准备好处理数据访问命令的时刻被配置为并入到阵列中的磁盘驱动器的电流消耗的曲线图300。应当注意的是,实施例可等价地应用于混合磁盘驱动器;也就是,应用于包括旋转介质和固态存储器二者的数据存储设备。根据一个实施例,可以使用阵列的构成磁盘驱动器的电流简档,以在使下一顺序的(多个)磁盘驱动器能够比图1和图2中所示的更快地旋转启动上有良好优势。根据一个实施例,可以建立预定的转速302。该预定的转速可以为如图3中所建议的小于磁盘驱动器的目标转速。此外,根据一个实施例,达到该预定的转速302,早于磁盘驱动器将另外达到磁盘驱动器的目标转速(上面提到的5400、7200、10000或15000rpm)并且早于磁盘驱动器指示它准备好处理数据访问命令。根据一个实施例,当磁盘驱动器达到预定的转速时磁盘驱动器消耗的电流是足够低的,以使得下一磁盘驱动器或多个磁盘驱动器能够旋转启动,而不使电源过载。此外,如304处所示,t0和tPredrpm之间经过的太阳城集团小于从t0至t3的太阳城集团,t0意指磁盘驱动器被命令旋转启动的太阳城集团点,tPredrpm是已经达到预定的转速的太阳城集团,t3是磁盘驱动器已经指示它准备好处理数据访问命令的太阳城集团点。此外,t0到tPredrpm的太阳城集团间隔小于t0到磁盘驱动器已经达到它的目标转速的太阳城集团段的太阳城集团间隔。根据对图3中的实施例的观察,能够看出,与另外的情况使得控制器等待直到磁盘驱动器在t3通知驱动器就绪才旋转启动下一顺序的(多个) 磁盘驱动器相比,可以早大约tSaved=t3-tPredrpm或大约2.1秒旋转启动阵列中的下一顺序的磁盘驱动器,或者与情况在旋转启动一个或多个下一顺序的磁盘驱动器之前使控制器等待直到磁盘驱动器达到它的目标转速相比,可以早大约750ms旋转启动阵列中的下一顺序的磁盘驱动器。
根据一个实施例,可以针对磁盘驱动器的每个种类、类型或型号来预先确定预定转速。实际上,这样的预定转速可以由每个磁盘驱动器种类、类型或型号的制造商来确定。可替代地,可以针对每个单独的磁盘驱动器预先确定预定转速。例如,这样的预定转速可以由制造商在例如初始烧机(InitialBurnIn)或IBI时设置。根据一个实施例,预定转速可以为目标转速的预定的百分比。例如,可以在磁盘驱动器的目标转速的大约20%和大约90%之间选择预定转速。根据一个实施例,可以在磁盘驱动器的目标转速的大约50%和大约80%之间选择预定百分比。例如,预定百分比可以被选择为磁盘驱动器的目标转速的大约75%。因此,对于7200rpm的磁盘驱动器和75%的预定百分比,阵列控制器可以当磁盘驱动器被确定为已经达到大约5400rpm的转速时,命令下一顺序的磁盘驱动器或多个磁盘驱动器旋转启动。
图4是根据一个实施例的磁盘驱动器阵列的图形表示。如其中所示,替代在(多个)磁盘驱动器报告准备好处理数据访问命令之后旋转启动下一顺序的磁盘驱动器或(多个)磁盘驱动器,根据一个实施例,控制器可以被配置为一旦(或不久之后)(多个)磁盘驱动器达到或超过预定转速则命令下一顺序的磁盘驱动器或多个磁盘驱动器旋转启动。如图4中所示,磁盘驱动器D1-D25内示出的电流简档内的箭头指示阵列中的下一顺序的驱动器或多个驱动器可以被旋转启动的太阳城集团点。如图4中所示,当最后的磁盘驱动器已经指示它准备好处理数据访问命令时,如图4中的“驱动器就绪”图例所注释的,则整个阵列400可以被认为准备好对它的构成磁盘驱动器中的全部的不限制的读和写。根据一个实施例,t0到tEmb之间所经过的太阳城集团间隔可以小于图2中示出的t0到tConv的对应的太阳城集团间隔,t0是控制器命令第一磁盘驱动器或第一组磁盘驱动器旋转启动的时刻,tEmb是最后的磁盘驱动器或最后一组磁盘驱动器指示其已经准备好处理数据访问命令的时刻。应当理解的是,tEmb可以对应于最后的磁盘驱动器报告它准备好处理数 据访问命令的太阳城集团点。然而,由于阵列400中的磁盘驱动器可以基本上相同(即,相同的制作和型号),所以最后旋转启动的组中示出的磁盘驱动器(即,磁盘驱动器D21至D25)可以基本上同时地报告准备好支持数据访问命令,其中不同的驱动器具有最小变化。尽管确认有这样的变化,但为了示例和说明的目的,它们在此处可以被安全地忽略。
图5是根据一个实施例的被配置为耦合到多个数据存储设备的数据存储设备控制器502的框图。如所示的,控制器502可以被配置为耦合到多个磁盘驱动器504。这样的多个磁盘驱动器504可以被组织为磁盘驱动器阵列。例如,附图标记504可以表示RAID。根据一个实施例,数据存储设备(例如,磁盘驱动器)控制器502可以被配置为实施图6的方法。如其中所示的,块B61调用控制器502以发起对阵列中的至少一个第一磁盘驱动器的旋转启动。例如,并且参考图4和图5,控制器502可以命令第一行(磁盘驱动器D1-D5)的一个或多个磁盘驱动器旋转启动。这样的第一磁盘驱动器因此可以在图4和图5中示出的磁盘驱动器的第一行中找到。应当理解的是,在图4和5中示出每行5个磁盘驱动器仅出于说明和示例性的目的。在实际的实现方式中,阵列504可以是例如包括五十个或更多磁盘驱动器的RAID,其可以以不同于图4和图5中所示出的方式被空间地和/或逻辑地安排。如块B62所调用的,控制器502可以确定针对其发起旋转启动的阵列中的一个或多个第一磁盘驱动器中的每个何时达到预定转速,所述预定转速小于磁盘驱动器准备好处理数据访问命令的目标转速。当这样的一个或多个第一磁盘驱动器的盘片达到预定转速时,则在块B63处,控制器可以发起对一个或多个第二磁盘驱动器的旋转启动。这样的一个或多个第二磁盘驱动器可以包括阵列504的单个磁盘驱动器,或者可以包括例如磁盘驱动器的整个行(或其他相关分组)。例如,参考图4和图5,控制器502已经确定磁盘驱动器D1-D5每个均已达到预定的转速,其可以命令下一顺序的第二磁盘驱动器D6-D10作为一个组而旋转启动。可替代地,当每个磁盘驱动器D1-D5达到预定转速时,可以进而将第二磁盘驱动器D6-D10中的各个驱动器旋转启动。如果第二磁盘驱动器不是以预定大小的组旋转启动,则控制器502可以确保在任意给定太阳城集团旋转启动不超过最大数量的磁盘驱动器,以将总电流消耗保持在电源的特定容量内来提供这样 的总电流。
根据一个实施例,控制器502可以被配置为轮询磁盘驱动器以确定他们何时已经达到预定转速。根据一个实施例,控制磁盘驱动器主轴电机的代码可以被配置为当已经达到或超过预定转速时更新状态位。然后,这样的状态位可以被控制器502询问或轮询以能够确定何时已经达到预定转速。可替代地,阵列504的磁盘驱动器可以被配置为当已经达到预定转速时设置一个或多个模式页面的一个或多个页面代码(例如,对于小型计算机系统接口(SCSI)驱动器)。在该实施例中,控制器502可以被配置为询问(多个)模式页面以确定所设置的页面代码,并且解释所获得的页面代码以确定何时已经达到预定转速。仍可替代地,并根据一个实施例,在阵列504包括串行高级技术附件(SATA)磁盘驱动器的情况中,控制器502可以被配置为通过发出查询(Inquiry)命令来确定何时磁盘驱动器已经达到预定转速。
根据一个实施例,控制器502和磁盘驱动器阵列504可以被配置,以使得控制器502可以确定,在磁盘驱动器指示准备好处理数据访问命令之前至少大约250ms已经达到预定转速。根据一个实施例,控制器502可以确定,在磁盘驱动器指示准备好处理数据访问命令之前至少大约500ms到至少大约2秒,已经达到预定转速。例如,控制器502可以确定,在磁盘驱动器指示准备好处理数据访问命令之前至少大约1秒,已经达到预定转速。其他太阳城集团是可能的。仍可替代地并根据一个实施例,可以通过控制器502监视旋转启动期间磁盘驱动器所表现的BEMF来进行对已经达到预定转速的确定。也就是说,当(多个)磁盘驱动器表现出BEMF已经下降到或低于对应于已经旋转启动的磁盘驱动器达到预定转速的阈值点时,可以命令下一顺序的磁盘驱动器或多个驱动器旋转启动。根据一个实施例,阵列504的磁盘驱动器的固件可以被配置为当已经达到预定转速时向控制器502报告。这样的报告可以采用例如设置一个或多个位的形式,所述一个或多个位当被轮询控制器502估计时指示磁盘驱动器已经达到它的预定转速。
有利地,实施例可以利用磁盘驱动器旋转启动、磁盘驱动器的电流简档或BEMF简档的现有知识的良好的优点,以使能够旋转启动比常规可能更大数量的磁盘驱动器。可替代地,可以使用比另外的常规可能更小的电 源。除了本文所描述的之外的参数可以被用于确定何时磁盘驱动器已经达到预定转速。例如,对驱动器的振动或音频签名的分析可以指示磁盘驱动器当前转速。此外,根据一个实施例,预定转速可以被动态地调整以适应于环境条件,所述环境条件可以影响磁盘驱动器的转速或磁盘驱动器盘片被加速以达到它们的目标转速的速度。根据一个实施例,在RAID或其他装置中可以显著提高“至第一数据的太阳城集团”。
尽管已经描述了本公开的特定实施例,但这些实施例已经仅以示例的方式给出,并且不想要限制本公开的范围。实际上,本文所描述的新颖的方法、设备和系统可以以各种其他形式来实施。此外,可以对本文所描述的方法和系统的形式进行各种省略、替换和改变,而不脱离本公开的精神。所附权利要求和它们的等价物旨在涵盖这样的形式或变型,这将落入本公开的范围和精神之内。例如,本领域技术人员将会意识到,在各种实施例中,实际的物理和逻辑结构可以不同于图中所示出的那些。取决于实施例,上述示例中描述的某些步骤可以被移除,可以添加其他步骤。此外,上面所公开的具体实施例的特征和属性可以以不同的方式被组合以形成另外的实施例,所有这些均落入本公开的范围内。尽管本公开提供了某些优选实施例和应用,其他实施例对那些本领域普通技术人员来说是显而易见的,包括不提供本文阐述的全部特征和优点的实施例,也落入本公开的范围内。因此,本公开的范围旨在仅参照所附权利要求来定义。

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优化 交错 磁盘驱动器 旋转 启动 方法 系统
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