JPS63195755A - 主記憶装置上の情報の内容保証方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、トランザクション処理を行うデータ処理シス
テムにおける主記憶装置上の情報の内容保証方式に係り
、特に主記憶装置上の情報の内容保証オーバヘッド削減
とシステム障害からの回復時間の大幅な短縮を可能とし
た主記憶装置上の情報の内容保証方式に関する。

〔従来の技術〕

オンラインシステム等トランザクション処理を行うデー
タ処理システムでは、電源断等のシステム障害が発生し
た場合にもシステムの論理的一貫性を保つ必要がある。

このため、従来より、システム稼動中に周期的にチェッ
クポイントを設け、チェックポイント時に主記憶装置上
の情報を不・揮発性記憶媒体に記録することが広く行わ
れている（Ｊ、Ｎ、プレイ著二ノーツ　オン　データベ
ース　オヘレーテイング　システムズ、オペレーティン
グ　システム回復時間　アドバンストコース（スブリン
ガーフエルラーク社’Ｉ　１９７８　（Ｊ、Ｎ。

Ｇｒａｙ、Ｎｏｔｅｓ　ｏｎ　Ｄａｔａ　Ｂａ５ｅ　Ｏ
ｐｅｒａｔｉｎｇ　Ｓｙｓｔａｍｓ。

Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍｓ　：　Ａｎ　Ａｄ
ｖａｎｃｅｄ　Ｃｏｕｒｓｅ。

Ｓｐｒｉｎｌ（ｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ））　ｅこの方式に
よれば、システム障害が発生した場合、上記の不揮発性
記憶媒体に格納した内容と履歴情報によりシステムの論
理的一貫性を回復することが可能である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術は、以下に述べる（１）、（２）の問題点
があった。

（１）チェックポイント時に主記憶装置上の回復対象情
報の全内容を不揮発性記憶媒体に取得するため、その書
出し処理がボトルネックとなりシステムの性能を低下さ
せる恐れがある。

（２）システム障害時の回復処理は、チェックポイント
時に取得した主記憶装置上の回復対象情報の内容を不揮
発性記憶媒体から主記憶装置上に読込んだ後、チェック
ポイント以降の履歴情報を用いて内容の回復を行う、チ
ェックポイントの間隔は主記憶装置上の情報を不揮発性
記憶媒体に取得するのに要する時間より広くする必要が
あり、あまり短＜°できない。このため、システム障害
時に回復に必要な履歴情報の範囲が広がり、履歴情報の
読込みに時間がかかる、さらに１次のシステム障害に備
えるため１回復後の主記憶装置上の回復対象情報の全内
容を不揮発性記憶媒体に取得することも行う、これらの
処理のために回復時間が長びく恐れがある。

本発明の目的は、チェックポイント時に主記憶装置上の
回復対象情報の全内容を不揮発性記憶媒体に取得する処
理をなくすことによりシステム性能を大幅に向上させる
こと、および障害回復時の履歴情報の読込み量と主記憶
装置上の゛回復対象情報の内容の不揮発性記憶媒体への
取得量を減らすことによりシステム回復時間を大幅に短
縮することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点を解決するために１本発明では、常駐テーブ
ル等の障害時に回復すべき主記憶装置上の情報を論理的
な入出力単位であるページに分割する。そして、トラン
ザクションによって上記の主記憶装置上の回復対象情報
が更新される時は、更新部分を含むページの更新前の内
容を主記憶装置上に確保した領域に記憶する。ただし、
該トランザクションあるいは他の実行状態のトランザク
ションによって該ページの内容が更新済みの場合には、
該ページの更新前の内容は既に主記憶装置上の領域に記
憶されているので、新たに記憶する必要はない、トラン
ザクション終了時には、該トランザクションによって更
新された部分を含む各ページについて、主記憶装置上の
領域に記憶した該ページの更新前の内容に該トランザク
ションによる更新結果を反映させるとともに該トランザ
クションによる更新結果を反映後の該ページの内容をラ
ンダムアクセス可能な不揮発性記憶装置に書込む、不揮
発性記憶装置としては、バッテリ装置等により不揮発化
を実現した半導体記憶装置（例えば半導体ディスクや不
揮発性拡張記憶装置）のような高速ランダムアクセス可
能な記憶装置を用いる。なお、上記記憶装置の容量は主
記憶装置上の回復対象情報の合計サイズより少し大きい
程度でよい、また、システム障害時は上記不揮発性記憶
装置に書込んだ各ページの内容を読込み、主記憶装置上
の情報を回復する。

〔作用〕

上記手段の作用を以下にまとめる。

（１）主記憶装置上の回復対象情報を論理的な入出力単
位であるページに分割し、トランザクション終了時に該
トランザクションが更新した部分を含むページを不揮発
性記憶装置に書込む。したがって、完了トランザクショ
ンによる主記憶装置上の回復対象情報の更新結果は上記
不揮発性記憶装置上に存在するため、チェックポイント
時に主記憶装置上の回復対象情報の全内容をディスク等
の不揮発性記憶媒体に取得する必要がなくなり、システ
ム性能を大幅に向上させることができる。

（２）主記憶装置上の情報に対する排他制御の単位はペ
ージと異なるため、同一ページを複数トランザクション
が更新する場合が起こりうる。本発明においては、トラ
ンザクションによる主記憶装置上の回復対象情報の更新
時には更新に先立ち更新部分を含むページの更新前の内
容を主記憶装置上に確保した領域に記憶し、トランザク
ション終了時には該トランザクションによる更新部分を
含む各ページについて主記憶装置上の領域に記憶した該
ページの更新前の内容に該トランザクションによる更新
結果を反映させた後の該ページの内容を不揮発性記憶装
置に書込む。したがって、上記不揮発性記憶装置上の内
容には基本的には完了トランザクションによる更新結果
のみが反映されており、システム障害に備えて履歴情報
として主記憶装置上の回復対象情報の更新情報を取得す
る必要がない。

（３）システム障害時、主記憶装置上の情報を回復する
ため、基本的には不揮発性記憶装置に書込んだ内容を読
込むだけでよい。上記（２）でも述べたように、システ
ム回復処理において主記憶装置上の情報の更新情報を必
要としないので読込むべき履歴情報は少なく（ただし、
主記憶装置上の情報を不揮発性記憶装置に書込んでいる
途中での障害発生に備えるため他の種類の履歴情報を必
要とするが、量は少ない）、システム回復に要する時間
は大幅に短縮可能になる。

〔発明の実施例〕

以下１本発明の一実施例を図面を引用しながら説明する
。

最初に本実施例の全体構成を第２図を用いて説明する。

第２図は本実施例におけるデータ処理システムの全体構
成を示す図であり、データベース等の情報群を格納した
磁気ディスク等の情報蓄積媒体１２、履歴情報ファイル
１３の媒体である磁気ディスク（磁気テープまたは半導
体記憶装置でもよい）、常駐テーブル等の主記憶装置上
の回復対象情報の内容を保証するための半導体記憶装置
等の高速ランダムアクセス可能な不揮発性記憶装置１４
が中央処理装置／主記憶装置１１に接続されている。

第３図は主記憶装置上の情報の内容を表わす図であり、
常駐テーブルＡ−Ｅ等よりなる常駐テーブル群２２、更
新データ管理テーブル２３．更新前情報バッファ２４が
主記憶装置２１上に存在する。常駐テーブル群２２を論
理的な入出力単位であるページに分割する際、主記憶装
置上の常駐テーブルの配置とページの関係は任意でよく
、１ページに複数の常駐テーブルが配置されてもよい。

本実施例では、常駐テーブルＡとＢは１ページ内に配置
され、常駐テーブルＣは１ページを占有し、常駐テーブ
ルＥは２ページに分割されて配置されている。更新デー
タ管理テーブル２３は実行状態のトランザクション毎に
存在し、各トランザクションについて該トランザクショ
ンによる常駐テーブル群２２の更新情報を管理している
。具体的には、各トランザクション毎にトランザクショ
ン識別子および該トランザクションが更新したデータを
識別する情報を保持している。更新前情報バッファ２４
は、トランザクションによる常駐テーブル群２２の更新
に先立ち更新部分を含むページの更新前の内容を記憶す
るための領域であり、システム稼動中に必要に応じて動
的に主記憶装置上に領域を確保／解放する。

第４図は不揮発性記憶袋Ｗ１１４に格納された情報の内
容を表わす図であり、チェックポイント情報３１、ペー
ジ・テーブル３２．ページ領域３３、およびブロック使
用ビットマツプ３４が不揮発性記憶装置１４上に存在す
る。

チェックポイント情報３１はシステム稼動中のチェック
ポイント時に記録される情報であり、該チェックポイン
ト時の履歴ファイル１３中の最終の履歴情報のアドレス
および該チェックポイントにおいて実行状態にあったト
ランザクションに関　　′する。■トランザクション識
別子、■該トランザクションの最初の履歴情報のアドレ
ス、の２項目からなるリストで構成される。ページ・テ
ーブル３２は、常駐テーブル群２２をページに分割した
際の各ページの不揮発性記憶装置１４上での格、語位置
を表わすブロック番号からなるテーブルである、ページ
領域３３は、常駐テーブル群２２の各ページを格納する
領域である。ページ領域３３はページと同一サイズのブ
ロックに分割されており、各ブロックには先頭から順に
番号が付与されている。ブロック使用ビットマツプ３４
は、ページ領域３３の各ブロックの使用状態を表わすビ
ットマツプであり、使用中のブロックに対しては１、そ
うでないは０が設定されている。

なお、ページ・テーブル３２およびブロック使用ビット
マツプ３４は一般に効率向上のために主記憶装置１Ｉ２
１上にコピーを設けることが多い０本実施例においても
主記憶装置２１上にこれらのコピーを設けるが、説明の
便宜上以下においてページ・テーブル３２およびブロッ
ク使用ビットマツプ３４とそれらのコピーを特に断らな
い限り区別することなく言及する。

第５図は履歴情報ファイル１３を説明する図である１Ｍ
履歴報ファイル１３には、ページ・テーブル更新ジャー
ナル４１およびトランザクション処理完了ジャーナル４
２の他に、端末メツセージ・ジャーナル４３やデータベ
ース更新ジャーナル４４が時系列的に取得される。ペー
ジ・テーブル更新ジャーナル４１は更新ページ番号、該
ページの更新前の内容を格納したブロックの番号、該ペ
ージの更新後の内容を格納下ブロックの番号１等の情報
を含んでいる。

次にシステム動作について説明する。最初にシステム動
作の概要を簡単な具体例を用いて説明する。第１図は、
システム開始からシステム障害発生時までの間のトラン
ザクション実行による常駐テーブル群２２．更新前情報
バッファ２４および不揮発性記憶装置１４上のページ領
域３３の状態遷移を示す図である。

第１図において、常駐テーブルＡとＢは同一ページに格
納され、常駐テーブルＣは１ページを占有している。シ
ステム開始時Ｔｏにおいて、常駐′テーブル群２２の各
ページの内容が不揮発性記憶袋ｆｉ１４上のページ領域
３３に書込まれる。トランザクション５１は時刻Ｔ１に
開始され１時刻Ｔ３に常駐テーブルＡのデータａｔｔａ
’　に変更し、時刻Ｔ６に終了している。トランザクシ
ョン５２は時刻Ｔ２に開始され１時刻Ｔ５に常駐テーブ
ルＢのデータｂをｂ′に変更し、時刻Ｔ８に終了してい
る。トランザクション５３は時刻Ｔ４に開始され１時刻
Ｔ７に常駐テーブルＥのデータｅをｅ′に変更し、時刻
Ｔ９においてシステム障害の発生により中断されている
。

トランザクション５１が時刻Ｔ３において常駐テーブル
Ａのデータａを更新する際、常駐テーブルＡとＢから構
成されるページの更新前の内容が更新前情報バッファ２
４に記憶され、常駐テーブル群２２中の常駐テーブルＡ
はデータａがａ′になった状態Ａ′に変わる。トランザ
クション５２が時刻Ｔ５において常駐テーブルＢのデー
タｂを更新する時は、常駐テーブルＡとＢから構成され
るページの更新前の内容は既に更新前情報バッファに記
憶されているので新たに該ページの更新前の内容が記憶
されることなく、ただ常駐テーブル群２２中の常駐テー
ブルＢがデータｂがｂ′になった状態Ｂ′に変わる。ト
ランザクション５１が時刻Ｔ６において終了すると、更
新前情報バッファ２４中の常駐テーブルＡにトランザク
ション５１による更新結果が反映されてＡ′に変わり、
Ａ′とＢから構成されるページが不揮発性記憶装置１４
上のページ領域３３に書込まれる６時刻Ｔ７における処
理は時刻Ｔ３での処理と同様に行われる。トランザクシ
ョン５２が時刻Ｔ８において終了すると１時刻Ｔ６にお
ける処理と同様の処理の後にトランザクション５２が更
新したページが更新前情報バッファ２４から削除される
。

システム障害発生時Ｔ９において、主記憶装置２１上の
情報は消失されるが、完了トランザクションによる更新
結果は不揮発性記憶装置１４に記憶されている。よって
、不揮発性記憶装置Ｉ！１４に記憶された内容をもとに
システム障害時にもシステムの論理的一貫性を保証する
ことが可能である。

次にシステム動作をシステム開始時動作、通常時動作、
チェックポイント時動作、システム障害時動作、トラン
ザクション障害時動作に分けて述べる。

（１）システム開始時動作 システム開始時、本発明においては常駐テーブル群２２
を不揮発性記憶袋ｅ１４に書込む。

すなわち、常駐テーブル群２２の各ページを不揮発性記
憶装置１４上のページ領域３３に書込むとともにページ
・テーブル３２に登録し、該ページの内容を格納したブ
ロックが使用状態であることをブロック使用ビットマツ
プ３４に登録する。

（２）通常時動作 トランザクションの実行開始から終了までの本発明に係
わる処理は以下の（ａ）〜（ｆ）の順序で行われる。

（ａ）常駐テーブルの更新 トランザクションによる常駐テーブル更新時の処理フロ
ーを第６図に示す、以下、第６図にしたがって説明する
。

■更新前情報の有無の判定（ステップ１０１）更新部分
を含むページについて、更新前に内容が該トランザクシ
ョンあるいは他の実行状態のトランザクションによって
主記憶装置Ｉ！２１上の更新前情報バッファ２４中に存
在するかどうか判定する。

■更新前情報の記憶（ステップ１０２）上記■において
該ページの更新前の内容が存在しない場合、主記憶装置
２１上の更新前情報バッファ２４中に領域を確保し、該
ページの更新前の内容を記憶する。

■更新データ管理テーブルへの登録（ステップ該トラン
ザクションが常駐テーブルの更新対象データを更新した
ことを更新データ管理テーブル２３に登録する。該トラ
ンザクションによる最初の常駐テーブルの更新の場合は
、最初に該トランザクションに対する更新データ管理テ
ーブル２３を作成する。

■データ更新（ステップ１０４） 常駐テーブル群２２中の該当するデータ更新する。

（ｂ）トランザクション終了時の更新ページ書込みトラ
ンザクションが正常に終了した時、該トランザクション
が更新した部分を含む各ページに対して第７図に示す処
理フローに従い該ページの該トランザクションによる更
新結果を反映した内容を不揮発性記憶装置１４上のペー
ジ領域３３に書込む。

■更新前情報バッファ更新（ステップ１１１）更新デー
タ管理テーブル２３および常駐テーブル群２２中の該ペ
ージの更新後の内容を参照して、更新前情報バッファ２
４中の該ページの内容に該トランザクションの更新結果
を反映する。

■空きブロックサーチ（ステップ１１２）主記憶装置２
１上に存在するブロック使用ビットマツプ３４のコピー
を参照して、更新ページを書込むための空きブロックを
見出す。そして、上記ブロック使用ビットマツプのコピ
ーにおいて該空きブロックに対応するビットを１（使用
状７１りに設定する。

■更新ページ書込み（ステップ１１３）上記ので作成し
た該ページの該トランザクションによる更新結果を反映
後の内容を上記■で見出した空きブロックに書込む。

（ｃ）ページ・テーブル更新ジャーナル取得該トランザ
クションによる更新ページに関するページ・テーブル更
新ジャーナル４１を履歴情報ファイル１３に取得する。

実際の媒体への出力は、他の端末メツセージ・ジャーナ
ル４３やデータページ更新ジャーナル４４等の各種履歴
情報と一緒に、次の（ｄ）のトランザクション処理完了
ジャーナル取得時あるいは主記憶袋［２１上の履歴情報
格納領域があふれた時に行われる。

（ｄ）トランザクション処理完了ジャーナル取得前項（
ｃ）が終了すると、トランザクションの処理が完了した
ことを示すトランザクション処理完了ジャーナル４２を
履歴情報ファイル１３に取得する。該トランザクション
は本ジャーナルの取得により有効となり、該トランザク
ションが行った各処理の結果が保証される。

（ａ）更新前情報の削除 該トランザクションが更新各ページについて、該ページ
を更新した実行状態のトランザクションが存在しない場
合は更新前情報バッファ２４中の該ページの更新前の内
容を格納した領域を解放する。

（ｆ）ページ・テーブル等の更新 不揮発性記憶装置！！１４上のページ・テーブル３２お
よびブロック使用ビットマツプ３４、ならびにそれらの
主記憶装置２１上のコピーを更新する。

■ページ・テーブルの更新 ページ・テーブル３２およびその主記憶装置２１上のコ
ピーに対して、該トランザクションが更新した各ページ
に対応するエントリに更新後の内容を書込んだページ領
域３３のブロックの番号先設定する。

■ブロック使用ビットマツプの更新 ブロック使用ビットマツプ３４およびその主記憶装置２
１上のコピーに対して、該トランザクションが更新した
各ページの更新前の内容を格納したブロックを空き状態
に、更新後の内容を格納したブロックを使用状態に設定
する。

（３）チェックポイント時動作 チェックポイントは、システム障害時の回復処理に要す
る弛緩の短縮等の理由により、下記のようなタイミング
で設定される。

・システム開始／再開始処理終了時 ・システム終了時 ・前回のチェックポイントから一定件数の履歴情報を取
得した時 ・その他（履歴情報ファイルの媒体障害時等）チェック
ポイント時動作のうち、本発明にかかわる処理は不揮発
性記憶装置１４上にチェックポイント情報３１を書込む
処理である。すなわち、該チェックポイント時の履歴情
報ファイル１３中の最終の履歴情報のアドレスおよび該
チェックポイントにおいて実行状態（不揮発性記憶装置
１４上のページ・テーブル３２とブロック使用ビットマ
ツプ３４の更新が未完了のものを含む）のトランザクシ
ョンに関する、■トランザクション識別子、■該トラン
ザクションの最初の履歴情報のアドレス、の２項目から
なるリスト、を不揮発性記憶装置１４上に書込む。

（４）システム障害時動作 電源断等の障害が発生した時の本発明にかかわる処理を
以下に述べる。処理フローを第８図に示す、下記（ａ）
〜（ｄ）の処理終了後システムは通常処理を開始する。

（８）チェックポイント情報の読込み（ステップ不揮発
性記憶袋ｗ１１４上のチェックポイント情報３１を読込
む、チェックポイント情報によりシステム回復処理にお
いて必要となる履歴情報の範囲を決定することができる
。

（ｂ）ページ・テーブル読込み（ステップ１２２）不揮
発性記憶装置１４上のページ・テーブル３２を読込む。

（ｃ）ページ・テーブル回復（ステップ１２３）履歴情
報ファイル１３を読み（上記（ａ）によりシステム回復
に必要な履歴情報の範囲がわかっている）、ページ・テ
ーブル更新ジャーナルによりページ・テーブル３３の内
容を回復する。すなわち、トランザクション処理完了ジ
ャーナルが取得されているトランザクションに対して、
該トランザクションにともなうページ・テーブル３３の
更新が未完了の場合はページ・テーブル更新ジャーナル
を用いてページ・テーブル３３に必要な更新を行う。

（ｄ）常駐テーブルの回復（ステップ１２４）上記（Ｑ
）により回復したページ・テーブル３３を用いて常駐テ
ーブル群２２の各ページの内容を不揮発性記憶袋［１４
上のページ領域３３から読込み、常駐テーブル群２２を
回復する。

（５）トランザクション障害時動作 トランザクション障害はトランザクションを実行するプ
ログラムの異常やトランザクション間のデッドロック等
によって起こる。トランザクション障害の場合、常駐テ
ーブル群２２の該トランザクションが更新した部分の内
容を更新前の内容に回復する必要がある。該トランザク
ションが更新したページの更新前の内容は主記憶装置２
１上の更新前情報バッファ２４中に存在する。よって、
主記憶装置２１上の更新データ管理テーブル２３を参照
して該トランザクションが更新した部分を更新前の内容
に容易に回復することができる。

以上述べたように１本実施例によ九ば前述の従来の主記
憶装置上の情報の内容保証方式における問題点を解決す
ることができる。また、本実施例特有の効果として、第
一に主記憶装置上の情報の同一ページに対して複数トラ
ンザクションが同時にアクセスできるため排他制御の単
位を小さく、できること５第二にトランザクション障害
の回復が容易であることを挙げることができる。

なお、トランザクション終了時の不揮発性記憶装置１４
上のページ・テーブル３２およびブロック使用ビットマ
ツプ３４の更新オーバヘッドが問題になる場合は、これ
らの更新処理をチェックポイント時に行ってもよい。

〔発明の効果〕

本発明によれば、常駐テーブル等の主記憶装置上の各種
情報を用いてトランザクション処理を行うデータ処理シ
ステムにおいて、チェックポイント時に主記憶装置上の
情報の全内容をディスク等の不揮発性記憶媒体に取得す
る必要がないため、主記憶装置上の回復対象情報の合計
サイズが大きくなってもチェックポイント時にシステム
性能が低下することはない。したがって、チェックポイ
ント時のシステム性能低下を考慮する必要のない柔軟な
システム設計が可能になるという利点もある。システム
障害回復処理においても従来の主記憶装置上の情報の更
新履歴情報が不要になるので読込むべき履歴情報の量が
減り（実施例中のページ・テーブル更新ジャーナルの量
は比較的少ない）、回復処理に要する時間が短縮される
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の具体例でのシステムの状態
遷移を表わす図、第２図は本実施例におけるシステムの
全体構成図、第３図は主記憶装置上の情報の内容を表わ
す図、第４図は不揮発性記憶装置に格納された情報の内
容を表わす図、第５図は履歴情報ファイルを説明する図
、第６図はトランザクションによる常駐テーブル更新時
の処理フロー、第７図はトランザクション正常終了時の
常駐テーブル中の更新ページ書込み処理のフロー。 第８図はシステム障害時の回復処理のフローを示す図で
ある。 １１・・・中央処理装置／主記憶装置、１２・・・情報
記憶媒体、１３・・・履歴情報ファイル、１４・・・不
揮発性記憶装置、２１・・・主記憶装置、２２・・・常
駐テーブル群、２３・・・更新データ管理テーブル、２
４・・・更新前情報バッファ、３１・・・チェックポイ
ント情・報、３２・・・ページ・テーブル、３３・・・
ページ領域−３４・・・ブロック使用ビットマツプ、５
１・・・トランザクション、５２・・・トランザクショ
ン、５３・・・トランザクション。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、主記憶装置上に常駐化させた情報を用いてトランザ
   クション処理を行うデータ処理システムにおいて、障害
   時に回復すべき上記主記憶装置上に常駐化させた情報を
   論理的な入出力単位であるページに分割すること、トラ
   ンザクションによる上記情報の更新時には更新部分を含
   むページを更新した実行状態のトランザクションが存在
   しない場合は更新に先立ち該ページの更新前の内容を主
   記憶装置上に確保した領域に記憶すること、トランザク
   ション終了時には該トランザクションによる更新部分を
   含む各ページについて主記憶装置上の領域に記憶した該
   ページの更新前の内容に該トランザクションによる更新
   結果を反映させるとともに該トランザクションによる更
   新結果を反映後の該ページの内容をランダムアクセス可
   能な不揮発性記憶装置に書込むこと、システム障害発生
   時には上記不揮発性記憶装置に書込んだ各ページの内容
   を用いて主記憶装置上の常駐化情報を回復すること、を
   特徴とする主記憶装置上の情報の内容保証方式。