JP2554761B2 - データ転送パス制御方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は２段キャッシュ方式を採用したスーパーコン
ピュータシステム等のファイルシステムにおけるデータ
転送パス制御方式に関するものである。

〔従来の技術〕

スーパーコンピュータシステム等におけるファイルシ
ステムでは、磁気ディスク装置とのデータ入出力に要す
る時間を短縮する目的で、磁気ディスク装置のユーザバ
ッファ（利用者のメモリ空間上に存在し、実際のデータ
が作成・更新・参照される領域）との間にバッファキャ
ッシュメモリと拡張記憶装置とを介在させた２段キャッ
シュ方式を採用しているものが存在する。

すなわち、このような２段キャッシュ方式では、磁気
ディスク装置からユーザバッファに所定のデータを転送
する必要が生じた場合、そのデータがバッファキャッシ
ュメモリもしくは拡張記憶装置に存在するか否かを調
べ、存在しない場合には磁気ディスク装置から実際にデ
ータを読み込み、そのデータをバッファキャッシュメモ
リに保存（キャッシング）してからユーザバッファに転
送する。また、希望するデータがバッファキャッシュメ
モリもしくは拡張記憶装置に存在した場合（キャッシュ
ヒットした場合）には、バッファキャッシュメモリもし
くは拡張記憶装置からユーザバッファに直接にデータ転
送を行う。なお、拡張記憶装置にキャッシュヒットした
場合はバッファキャッシュメモリに転送してからユーザ
バッファへ転送する。

一般に、利用者プログラムが参照するデータは局所に
限られるという性質（局所参照性）があるため、再度ユ
ーザバッファへのデータ転送要求が発生した場合、その
データが以前に転送されてバッファキャッシュメモリも
しくは拡張記憶装置に残っている確率が高く、残ってい
た場合にはキャッシュヒットして磁気ディスク装置から
の読み込みを行う必要がないので、極めて高速にデータ
転送を行うことができる。なお、バッファキャッシュメ
モリにキャッシュヒットした場合が最も高速にデータ転
送が行える。

一方、ユーザバッファから磁気ディスク装置へデータ
転送を行う際は、バッファキャッシュメモリにデータを
転送してから拡張記憶装置へデータを書き込み、拡張記
憶装置から磁気ディスク装置へ利用者プログラムの実行
とは非同期で書き込みを行う。これにより、利用者プロ
グラムは磁気ディスク装置への実際の書き込みの完了を
待つ必要がなく、書き込み処理の応答時間を短縮するこ
とができ、この点においても処理の高速化が図れる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述したように、従来の２段キャッシュ方式は一般的
に処理の高速化が図れ、非常に有用なものであるが、次
のような欠点を有していた。

バッファキャッシュメモリおよび拡張記憶装置は空き
領域がなくなると、所定の規則に従って最も不用なデー
タが追い出され、これによりできた空き領域に新たなデ
ータが格納されて行くが、状況によってはヒット率の高
いデータを追い出してしまうこともあり、そのような場
合はファイルシステム全体として見た処理速度がかえっ
て低下してしまう。

磁気ディスク装置へ書き込まれるデータは常にバッフ
ァキャッシュメモリおよび拡張記憶装置を経由するた
め、バッファキャッシュメモリもしくは拡張記憶装置に
障害が発生した場合にデータの破壊を生じ、高い信頼性
を要求される用途に適していない。

本発明は上記の点に鑑み提案されたものであり、その
目的とするところは、ファイルシステム全体の処理速度
をより一層向上させることができると共に、高い信頼性
を要求される場合にも対処できるデータ転送パス制御方
式を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は上記の目的を達成するため、磁気ディスク装
置とユーザバッファとの間のデータ転送にバッファキャ
ッシュメモリと拡張記憶装置とを介在可能とした２段キ
ャッシュ方式を採用する電子計算機システムにおいて、 磁気ディスク装置とユーザバッファとの間の最適なデ
ータ転送パスを選択する入出力パス選択手段を備えるよ
うにしている。

〔作用〕

本発明のデータ転送パス制御方式にあっては、入出力
パス選択手段が、転送データに要求される信頼性および
採取した各統計情報等を考慮して、磁気ディスク装置と
ユーザバッファとの間の最適なデータ転送パスを選択す
る。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例につき図面を参照して説明す
る。

第１図は本発明のデータ転送パス制御方式を適用した
ファイルシステムの一実施例を示す構成図である。第１
図において、本実施例は、２段キャッシュ方式の基本的
な構成であるユーザバッファ1,バッファキャッシュメモ
リ2,拡張記憶装置3,磁気ディスク装置4,バッファキャッ
シュ制御機構6,拡張記憶装置制御機構8,磁気ディスク装
置制御機構10,キャッシュ制御機構12に対して、バッフ
ァキャッシュメモリ２のデータ入出力の統計情報をバッ
ファキャッシュ制御機構６を介して採取するバッファキ
ャッシュ統計情報採取手段５と、拡張記憶装置３のデー
タ入出力の統計情報を拡張記憶装置制御機構８を介して
採取する拡張記憶装置統計情報採取手段７と、磁気ディ
スク装置４の入出力の統計情報を磁気ディスク装置制御
機構10を介して採取する磁気ディスク装置統計情報採取
手段９と、バッファキャッシュ統計情報採取手段5,拡張
記憶装置統計情報採取手段7,磁気ディスク装置統計情報
採取手段９の採取した各統計情報および転送データに要
求される信頼性を考慮して最適なデータ転送パスを選択
する入出力パス選択手段11とを付加したものである。な
お、データ入出力の統計情報とは、バッファキャッシュ
メモリ2,拡張記憶装置３にあっては、現時点の空き領
域，キャッシュヒット率等の情報であり、磁気ディスク
装置４にあっては、現時点の入出力頻度等の情報であ
る。

以下、上記の実施例の動作を場合を分けて説明する。

（１）ユーザバッファ１から磁気ディスク装置４へのデ
ータの書き込み 利用者プログラム（図示せず）によってデータが書か
れたユーザバッファ１の内容を磁気ディスク装置４へ書
き込むという要求があった場合、４つのパスが考えられ
る。すなわち、第２図に示すようにユーザバッファ１か
らバッファキャッシュメモリ２および拡張記憶装置３を
順次経て磁気ディスク装置４に至るパスと、第３図に示
すようにユーザバッファ１からバッファキャッシュメモ
リ２のみを経て磁気ディスク装置４に至るパスと、第４
図に示すようにユーザバッファ１から拡張記憶装置３の
みを経て磁気ディスク装置４に至るパスと、第５図に示
すようにユーザバッファ１から直接に磁気ディスク装置
４に至るパスとである。なお、拡張記憶装置３から磁気
ディスク装置４への破線で示す部分は利用者プログラム
と非同期に書き込みが行われることを示している。

上記の要求があった場合、入出力パス選択手段11は磁
気ディスク装置４とユーザバッファ１との間の最適なパ
スを選択し、キャッシュ制御機構12に指示を与える。そ
して、キャッシュ制御機構12は選択されたパスに従って
データ転送が行われるようにバッファキャッシュ制御機
構6,拡張記憶装置制御機構8,磁気ディスク装置制御機構
10に指示を与える。なお、バッファキャッシュメモリ２
または拡張記憶装置３を経由しないパスにより磁気ディ
スク装置４に対してデータの書き込みを行った場合は、
その後、同アドレスのデータに対して更新前のデータを
バッファキャッシュメモリ２または拡張記憶装置３から
読み出してしまわないように、キャッシュ制御機構12は
バッファキャッシュメモリ２または拡張記憶装置３に対
応するデータがあればそれを無効化する処理を行う。

ここで、入出力パス選択手段11がデータ転送をパスを
選択する要因として、例えば次の３つが考えられる。

（ａ）入出力の高速性を重視する観点からの要因 （ｂ）データの信頼性を確保する観点からの要因 （ｃ）磁気ディスク装置の待ちによる応答時間の遅延を
防止する観点からの要因 なお、これらの要因のいずれを優先して適用するかは
システムに要求される条件によって変わってくる。

しかして、上記（ａ）の入出力の高速性を重視する観
点からの要因は、バッファキャッシュメモリ２もしくは
拡張記憶装置３による高速化の効果をできるだけ発揮す
るようにすることであり、バッファキャッシュ統計情報
採取手段５がバッファキャッシュ制御機構６を介して採
取したバッファキャッシュメモリ２のデータ入出力の統
計情報と、拡張記憶装置統計情報採取手段７が拡張記憶
装置制御機構８を介して採取した拡張記憶装置３のデー
タ入出力の統計情報とを用いて、パスの選択が行われ
る。その手順は次のようになる。

先ず、入出力パス選択手段11はバッファキャッシュ統
計情報採取手段５から得たバッファキャッシュメモリ２
のデータ入出力の統計情報からバッファキャッシュメモ
リ２に空き領域があるか否かを判断し、空き領域がある
と判断した場合には、既にバッファキャッシュメモリ２
に格納されているデータを追い出すことなしに新たなデ
ータを格納することが可能であり、これにより今後その
データに対するキャッシュヒットを期待することができ
るため、バッファキャッシュメモリ２を経由する第２図
および第３図のパスを候補として選択する。

空き領域がないと判断した場合、入出力パス選択手段
11は更にバッファキャッシュメモリ２のデータ入出力の
統計情報からバッファキャッシュメモリ２の現時点にお
けるヒット率が所定値より低いか否かを判断し、ヒット
率が低いと判断した場合には、既にバッファキャッシュ
メモリ２に格納されているデータに対する再度の参照の
可能性が低く、追い出してもシステム全体の効率低下に
つながらず、これから転送するデータに対する再度のキ
ャッシュヒットを期待する方が有利と考えられるため、
上記と同様にバッファキャッシュメモリ２を経由する第
２図および第３図のパスを候補として選択する。ただ
し、この場合はバッファキャッシュメモリ２で最も不用
なデータを追い出して空き領域を作り、そこにデータを
書き込むことになる。なお、不用なデータを選択する規
則としては、LRU方式等の周知の規則を適用する。

バッファキャッシュメモリ２に空き領域がなく、かつ
ヒット率も低くない（高い）場合は、バッファキャッシ
ュメモリ２に既に格納されているデータを追い出してし
まうとシステム全体の効率が低下すると考えられるの
で、バッファキャッシュメモリ２を経由するパスは選択
しない。

同様に、入出力パス選択手段11は拡張記憶装置統計情
報採取手段７から得た拡張記憶装置３のデータ入出力の
統計情報から拡張記憶装置３に空き領域があるか否かを
判断し、空き領域があると判断した場合には、拡張記憶
装置３を経由する第２図および第４図のパスを候補とし
て選択する。

空き領域がないと判断した場合、入出力パス選択手段
11は更に拡張記憶装置３のデータ入出力の統計情報から
拡張記憶装置３の現時点におけるヒット率が所定値より
低いか否かを判断し、ヒット率が低いと判断した場合に
は、上記と同様に拡張記憶装置３を経由する第２図およ
び第４図のパスを候補として選択する。ただし、この場
合は拡張記憶装置３で最も不用なデータを追い出して空
き領域を作り、そこにデータを書き込むことになる。

拡張記憶装置３に空き領域がなく、かつ、ヒット率も
低くない場合は、拡張記憶装置３を経由するパスは選択
しない。

入出力パス選択手段11は、上記の判断を総合すること
により、次のように最終的にパスを選択する。

・バッファキャッシュメモリ２に空き領域があるか空き
領域がなくてもヒット率が低く、かつ拡張記憶装置３に
も空き領域があるか空き領域がなくてもヒット率が低い
場合→第２図のパス ・バッファキャッシュメモリ２に空き領域があるか空き
領域がなくてもヒット率が低く、かつ拡張記憶装置３に
空き領域がなくヒット率も高い場合→第３図のパス ・バッファキャッシュメモリ２に空き領域がなくヒット
率も高く、かつ拡張記憶装置３には空き領域があるか空
き領域がなくてもヒット率が低い場合→第４図のパス ・バッファキャッシュメモリ２に空き領域がなくヒット
率も高く、かつ拡張記憶装置３にも空き領域がなくヒッ
ト率も高い場合→第５図のパス 次に、前述した（ｂ）のデータの信頼性を確保する観
点からの要因は、バッファキャッシュメモリ２もしくは
拡張記憶装置３の障害による磁気ディスク装置４への書
き込み前のデータの破壊を防止することを重視したもの
である。この場合の手順は次のようになる。

入出力パス選択手段11はプロセスの制御情報等から転
送要求の発生したデータに高い信頼性が要求されている
か否かを判断し、高い信頼性が要求されていると判断し
た場合には、バッファキャッシュメモリ２および拡張記
憶装置３を経由しない、ユーザバッファ１から磁気デー
タ装置４への直接をパス、すなわち第５図に示すパスを
選択する。

次に、（ｃ）の磁気ディスク装置の待ちによる応答時
間の遅延を防止する観点からの要因は、現時点で磁気デ
ィスク装置４に入出力要求が非常に多く発生し、入出力
のための待ち行列が長く形成されている場合に、磁気デ
ィスク装置４に直接書き込みを行うことによる書き込み
完了までの待ち時間を短縮することを重視したものであ
る。この場合の手順は次のようになる。

入出力パス選択手段11は磁気ディスク装置統計情報採
取手段９が磁気ディスク装置制御機構10を介して得た磁
気ディスク装置４のデータ入出力の統計情報から磁気デ
ィスク装置４に対する入出力要求の混雑さが所定値より
も高いか否かを判断し、高いと判断した場合には、磁気
ディスク装置４にその時点では書き込みを行わず、後に
拡張記憶装置３から利用者プログラムとは非同期に書き
込みを行うパス、すなわち第２図もしくは第４図のパス
を選択する。このうちいずれかのパスに決定するかは、
前述したバッファキャッシュメモリ２の有効な使用が可
能か否かによる。

（２）磁気ディスク装置４からユーザバッファ１へのデ
ータの読み込み 磁気ディスク装置４に格納されているデータをユーザ
バッファ１に読み込むという要求が利用者プログラムか
ら発生した場合、データはバッファキャッシュメモリ2,
拡張記憶装置3,磁気ディスク装置４の何れかには必ず存
在するため、データ転送には５つのパスが考えられる。
すなわち、第６図に示すようにバッファキャッシュメモ
リ２から直接にユーザバッファ１に至るパスと、第７図
に示すように拡張記憶装置３からバッファキャッシュメ
モリ２を経由してユーザバッファ１に至るパスと、第８
図に示すように拡張記憶装置３から直接にユーザバッフ
ァ１に至るパスと、第９図に示すように磁気ディスク装
置４からバッファキャッシュメモリ２を経由してユーザ
バッファに１に至るパスと、第10図に示すように磁気デ
ィスク装置４からユーザバッファ１に直接に至るパスと
である。なお、磁気ディスク装置４から拡張記憶装置３
およびバッファキャッシュメモリ２の両者を経由してユ
ーザバッファ１に至るパスは無意味であるため含まれて
いない。

しかして、入出力パス選択手段11はユーザバッファ１
へのデータ転送要求が発生した場合、上記の５つのパス
から最適なものを選択する。その手順は次のようにな
る。なお、読み込みの場合は、書き込みと違ってデータ
の信頼性を考慮する必要はなく、処理の高速性だけを考
慮すればよい。

先ず、入出力パス選択手段11は要求されたデータがバ
ッファキャッシュメモリ２に存在するか否かを判断し、
存在すると判断した場合は、バッファキャッシュメモリ
２からユーザバッファ１にデータを転送するパス、すな
わち第６図のパスを選択する。この場合が最も高速に処
理が行える。

要求されたデータがバッファキャッシュメモリ２に存
在しない場合は、入出力パス選択手段11は更に要求され
たデータが拡張記憶装置３に存在するか否かを判断し、
存在すると判断した場合は、拡張記憶装置３を始点とす
るパスである第７図および第８図のパスを候補として選
択する。この場合、入出力パス選択手段11はバッファキ
ャッシュ統計情報採取手段５から得たバッファキャッシ
ュメモリ２のデータ入出力の統計情報からバッファキャ
ッシュメモリ２に空き領域があるか否かを判断し、空き
領域がない場合には更に現時点のバッファキャッシュメ
モリ２のヒット率が所定値より低いか否かを判定し、空
き領域があるかもしくは空き領域がなくてもヒット率が
低い場合にはバッファキャッシュメモリ２を経由する第
７図のパスを選択する。ただし、空き領域がない場合
は、バッファキャッシュメモリ２で最も不用なデータを
追い出して空き領域を作り、そこにデータを書き込むこ
とになる。

一方、要求されたデータがバッファキャッシュメモリ
２にも拡張記憶装置３にも存在しない場合は、磁気ディ
スク装置４を始点とするパスである第９図および第10図
のパスを候補として選択する。この場合も、入出力パス
選択手段11はバッファキャッシュ統計情報採取手段５か
ら得たバッファキャッシュメモリ２のデータ入出力の統
計情報からバッファキャッシュメモリ２に空き領域があ
るか否かを判断し、空き領域がない場合には更に現時点
のバッファキャッシュメモリ２のヒット率が所定値より
低いか否かを判定し、空き領域があるかもしくは空き領
域がなくてもヒット率が低い場合にはバッファキャッシ
ュメモリ２を経由する第９図のパスを選択する。

〔発明の効果〕 以上説明したように、本発明のデータ転送パス制御方
式にあっては、種々の要因を考慮して最適なデータ転送
パスが選択されるため、最適なファイルシステムを構築
できる効果がある。特に、 処理の高速性が要求されるシステムでは、バッファキ
ャッシュメモリもしくは拡張記憶装置からヒット率の高
いデータが追い出されてしまうことによるファイルシス
テム全体として見た処理速度の低下を防止できる。

データに高い信頼性が要求されるシステムでは、バッ
ファキャッシュメモリもしくは拡張記憶装置の障害によ
るデータの破壊を防止できる。

等の効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のデータ転送パス制御方式を適用したフ
ァイルシステムの一実施例を示す構成図および、 第２図ないし第10図はデータ転送パスの説明図である。 図において、 １……ユーザバッファ ２……バッファキャッシュメモリ ３……拡張記憶装置 ４……磁気ディスク装置 ５……バッファキャッシュ統計情報採取手段 ６……バッファキャッシュ制御機構 ７……拡張記憶装置統計情報採取手段 ８……拡張記憶装置制御機構 ９……磁気ディスク装置統計情報採取手段 10……磁気ディスク装置制御機構 11……入出力パス選択手段 12……キャッシュ制御機構

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】磁気ディスク装置とユーザバッファとの間
   のデータ転送にバッファキャッシュメモリと拡張記憶装
   置とを介在可能とした２段キャッシュ方式を採用する電
   子計算機システムにおいて、 磁気ディスク装置とユーザバッファとの間の最適なデー
   タ転送パスを選択する入出力パス選択手段を備えたこと
   を特徴とするデータ転送パス制御方式。
2. 【請求項２】磁気ディスク装置のデータ入出力の統計情
   報を採取する磁気ディスク装置統計情報採取手段と、 拡張記憶装置のデータ入出力の統計情報を採取する拡張
   記憶装置統計情報採取手段と、 バッファキャッシュメモリのデータ入出力の統計情報を
   採取するバッファキャッシュ統計情報採取手段とを設
   け、 入出力パス選択手段は、採取した各統計情報および転送
   データに要求される信頼性を考慮してデータ転送パスを
   選択するようにした請求項１記載のデータ転送パス制御
   方式。