DE10246367A1 - Data storage device access-regulating procedure for system comprising several discrete systems, involves blocking zones of storage device reserved by individual systems against access by other individual systems - Google Patents

Data storage device access-regulating procedure for system comprising several discrete systems, involves blocking zones of storage device reserved by individual systems against access by other individual systems Download PDF

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Abstract

A method for regulating the data access to data storage device for system consisting of several discrete systems (10-12), in which the individual systems (10-12) reserve free data- or address-zones of the data storage device (13) and the reserved zones are then blocked against access by the other individual systems (10-12), and speculatively enlarged zones are reserved opposite the directly required zones.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regulierung des Datenzugriffs bei einem aus mehreren Einzelsystemen bestehenden System auf wenigstens eine Datenspeichereinrichtung, wobei sich die Zugriffe zeitlich und datenbereichsmäßig überlappen und überschneiden. Insbesondere beim Datenzugriff in verteilten Systemen stellen die Zugriffs- bzw. Latenzzeit sowie die maximale Datenrate, die den Durchsatz begrenzt, ein großes Problem dar. Dieses Problem tritt in Gestalt der sogenannten Speicherlücke auch in alleinstehenden Systemen auf und ist als sogenanntes "Flaschenhals-Problem" lange bekannt.The invention relates to a method to regulate data access in one of several individual systems existing system to at least one data storage device, the accesses overlap and overlap in terms of time and data area. Especially when accessing data in distributed systems, the Access or latency as well as the maximum data rate that the throughput limited, a big one Problem. This problem also occurs in the form of the so-called memory gap in stand-alone systems and has long been known as a so-called "bottleneck problem".

Zur Lösung dieses Flaschenhals-Problems sind zwei erprobte, grundlegende Strategien bekannt: Man versucht die Lösung entweder durch Hardware-Aufrüstung oder zur Senkung der zur Lösung einer Aufgabe notwendigen Belastung. Während sich bei der Hardware klassischer Peripheriegeräte in der Vergangenheit ständige Fortschritte sowohl bei den Latenzzeiten als auch beim Durchsatz ereignet haben und voraussichtlich weiter ereignen werden, sind derartige Fortschritte bei räumlich weit verteilten Systemen nur beim Durchsatz, nicht hingegen bei der Latenzzeit möglich, da die Kommunikation von der Lichtgeschwindigkeit begrenzt wird. Daher ist unnötiger Datenverkehr bzw. unnötiges Warten auf die Ausführung von Operationen bei verteilten Systemen noch dringender zu vermeiden als in alleinstehenden Systemen.To solve this bottleneck problem are two tried and tested, basic strategies known: one tries the solution either by hardware upgrade or to lower the solution a task necessary burden. While looking at the hardware classic peripheral devices constant in the past Advances in both latency and throughput have occurred have and are expected to continue to occur are such Advances in widely distributed Systems only possible with throughput, not with latency, however communication is limited by the speed of light. Therefore is unnecessary Traffic or unnecessary Waiting for execution of operations in distributed systems to be avoided even more urgently than in standalone systems.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Regulierung des Datenzugriffs zu schaffen, das möglichst schnelle Operationen unter Minimierung unnötigen Datenverkehrs ermöglicht.The invention is based on the object Procedures to regulate data access to create that as possible enables fast operations while minimizing unnecessary data traffic.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass sich die Einzelsysteme freie Daten- oder Adressenbereiche der Datenquelle reservieren und die reservierten Bereiche für einen Zugriff durch andere Einzelsysteme dann gesperrt sind, wobei gegenüber den direkt benötigten Bereichen spekulativ vergrößerte Bereiche reserviert werden.This object is achieved according to the invention solved, that the individual systems are free data or address areas of the Reserve data source and the reserved areas for one Access by other individual systems are then blocked, whereby against the directly needed Areas speculatively enlarged areas be reserved.

Diese Reservierungen, auch Locks genannt, führen jedes Mal zu einer Wartezeit durch die Kommunikations-Latenzen. Wenn man jedes Mal nur den gerade benötigten Daten- bzw. Adressenbereich durch einen Lock belegen würde, der gerade benötigt wird, entstünde jedes Mal wieder eine Wartezeit, wenn ein neuer Lock benötigt wird. Durch die Reservierung eines speku-lativ vergrößerten Bereichs braucht man somit nicht jedes Mal zeitraubend einen neuen Zugriff vorzunehmen, sondern kann den bereits erhaltenen spekulativ vergrößerten Bereich ohne War tezeit verwenden, beispielsweise an weitere Einzelsysteme als Unterbesitz weitergeben, sobald entsprechende Anforderungen gestellt werden. Falls der spekulativ vergrößerte Bereich nicht benötigt wird, kann er jederzeit wieder an andere Einzelsysteme abgegeben weiden, die ihn benötigen. Insgesamt verringert sich dadurch die Datenzugriffszeit erheblich. Die erfindungsgemäße Vorgehensweise bewirkt eine spekulative Vorab-Verteilung der zur Verfügung stehenden Datenbereiche, die durch aktuelle Anforderungen nachträglich korrigiert werden kann. Die Rückgabe spekulativ angeforderter bzw. reservierter Bereiche kann dann durch verschiedene Strategien erfolgen.These reservations, including locks called, lead every time at a waiting time due to the communication latencies. If you just go through the data or address area you just need would lock that is currently needed would create a waiting time each time a new lock is needed. By reserving a speculatively enlarged area you need not time consuming to access again every time, but can use the already obtained speculatively enlarged area without Use waiting time, for example to other individual systems than Pass on sub-ownership as soon as appropriate requirements are made become. If the speculatively enlarged area is not needed, can be given to other individual systems at any time, who need it. Overall, this significantly reduces data access time. The procedure according to the invention brings about a speculative advance distribution of the available data areas, which can be subsequently corrected by current requirements. The return speculatively requested or reserved areas can then by different strategies take place.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Verfahrens möglich.By the measures listed in the subclaims are advantageous developments and improvements in the claim 1 specified procedure possible.

Die Rückgabe spekulativ reservierter Bereiche, also Erweiterungsbereiche, kann bei einer entsprechenden Reservierungsanfrage seitens eines anderen Einzelsystems oder einer Datenspeichereinrichtung wenigstens teilweise freigegeben werden. Eine vorteilhafte Möglichkeit besteht dabei darin, dass der Erweiterungsbereich bei einer Reservierungsanfrage nur dann freigegeben wird, wenn er vom anfordernden Einzelsystem als direkt benötigter Bereich angefordert wird. Als entgegengesetztes Extrem kann der Erweiterungsbereich bei einer Reservierungsanfrage durch ein anderes Einzelsystem auch dann freigegeben werden, insbesondere auch vollständig freigegeben werden, soweit er von diesem anderen Einzelsystem als Erwei terungsbereich angefordert wird. Zwischenstrategien sind ebenfalls möglich, das heißt, bei einer Reservierungsanfrage durch ein anderes Einzelsystem wird der Erweiterungsbereich nur zu einem bestimmten Teil freigegeben, wenn er bei diesem anderen Einzelsystem ebenfalls nur den Erweiterungsbereich betrifft. Hierbei kann zum Beispiel die Hälfte des angeforderten Bereichs freigegeben werden.The return speculatively reserved Areas, i.e. extension areas, can be used for a corresponding Reservation request from another individual system or one Data storage device are at least partially released. A advantageous possibility is that the extension area when making a reservation request is only released if it is from the requesting individual system as a directly required area is requested. As an opposite extreme, the expansion area in the case of a reservation request through another individual system then be released, in particular also completely released are, if requested by this other individual system as an extension area becomes. Intermediate strategies are also possible, that is, at A reservation request from another individual system is the Expansion area only released to a certain extent if he also only the expansion area with this other individual system concerns. Here, for example, half of the requested area be released.

Die das System bildenden Einzelsysteme sind beispielsweise Datenbanken und/oder Betriebssysteme.The individual systems forming the system are for example databases and / or operating systems.

Die Einzelsysteme und die wenigstens eine Datenspeichereinrichtung werden zweckmäßigerweise mittels Buffer-Cache-Einheiten voneinander entkoppelt. Derartige Buffer-Bausteine sorgen für die Entkopplung von Aktivitäten zwischen Eingängen und Ausgängen und eignen sich zur Adaption des zeitlichen Zugriffsverhaltens zwischen langsamen und schnellen Baustein-Instanzen.The individual systems and at least a data storage device is expediently decoupled from one another by means of buffer cache units. Such buffer modules ensure the decoupling of activities between Entrances and outputs and are suitable for adapting the temporal access behavior between slow and fast block instances.

Die Freigabe des direkt benötigten Bereichs bei einer Reservierungsanfrage seitens eines anderen Einzelsystems hängt zweckmäßigerweise von der Dringlichkeit der jeweiligen Reservierung ab. Im einfachsten Fall ist eine solche Freigabe grundsätzlich ausgeschlossen, jedoch können Dringlichkeits-Prioritäten eingeführt werden, sodass beispielsweise ein Zugriff durch ein Einzelsystem mit sehr hoher Priorität die Freigabe eines von einem anderen Einzelsystem reservierten Bereichs mit sehr geringer Dringlichkeit erzwingen kann.The release of the directly required area at a reservation request from another individual system expediently depends depending on the urgency of the reservation. In the simplest Such a release is fundamentally excluded, however can Urgency priorities are introduced, so that, for example, access by a single system with very high priority the release of an area reserved by another individual system can enforce with very little urgency.

Die Reservierungen können Lesezugriffe, Schreibzugriffe oder beides betreffen.The reservations can be read, write or both.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird im Folgenden beispielhaft anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:The inventive method is in The following explains the example using the drawings. Show it:

1 eine schematische Darstellung eines aus drei Einzelsystemen und einer Datenspeichereinrichtung bestehenden Systems und 1 is a schematic representation of a system consisting of three individual systems and a data storage device and

2 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Reservierung von Adressenbereichen. 2 a schematic representation to explain the reservation of address areas.

Das in 1 dargestellte verteilte System besteht aus drei Einzelsystemen 10 – 12, bei denen es sich um Datenbanken und/oder Betriebssysteme handeln kann, sowie einer Datenspeichereinrichtung 13, die eine beliebige Datenquelle sein kann. Die Einzelsysteme 10 – 12 und die Datenspeichereinrichtung 13 sind miteinander über Buffer-Bausteine 14 – 17 verbunden, bei denen es sich um Buffer-Cache-Einheiten handeln kann. Derartige Buffer-Bausteine dienen zur Entkopplung und zur Adaption des zeitlichen Zugriffsverhaltens zwischen langsamen und schnellen Bausteinen. Die Einzelsysteme 10 – 12 und die Datenspeichereinrichtung 13 können auch über andere Koppelglieder oder Verbindungsarten miteinander verbunden sein.This in 1 The distributed system shown consists of three individual systems 10 - 12 , which can be databases and / or operating systems, and a data storage device 13 which can be any data source. The individual systems 10 - 12 and the data storage device 13 are connected to each other via buffer modules 14 - 17 connected, which can be buffer cache units. Buffer blocks of this type are used for decoupling and for adapting the time access behavior between slow and fast blocks. The individual systems 10 - 12 and the data storage device 13 can also be connected to one another via other coupling links or types of connection.

Die Zahl der Einzelsysteme 10 – 12 ist praktisch beliebig, wobei auch mehrere Datenspeichereinrichtungen vorgesehen sein können. Nicht nur die Einzelsysteme 10 – 12 können auf die Datenspeichereinrichtung 13 zugreifen, sondern es können auch – im Falle mehrerer Datenspeichereinrichtungen 13 – solche Datenspeichereinrichtungen ebenfalls aufeinander zugreifen. Derartige Datenspeichereinrichtungen 13 können auch Bestandteile von Einzelsystemen 10 – 12 sein oder solche bilden. Bei den Datenzugriffen kann es sich grundsätzlich um Schreibzugriffe und/oder Lesezugriffe handeln.The number of individual systems 10 - 12 is practically arbitrary, and several data storage devices can also be provided. Not just the individual systems 10 - 12 can on the data storage device 13 access, but it can also - in the case of multiple data storage devices 13 - Such data storage devices also access one another. Such data storage devices 13 can also be components of individual systems 10 - 12 be or form such. The data accesses can in principle be write accesses and / or read accesses.

Die Reservierungen von Daten- oder Adressenbereichen, sogenannte Locks, auf der Datenspeichereinrichtung 13 oder weiteren Datenspeichereinrichtungen durch Einzelsysteme 10 – 12 werden im Folgenden anhand von 2 erläutert.The reservations of data or address areas, so-called locks, on the data storage device 13 or other data storage devices through individual systems 10 - 12 are described below using 2 explained.

Will ein Einzelsystem 10 – 12 auf Daten der Datenspeichereinrichtung 13 zugreifen, so reserviert es für die von ihm durchzuführende Aktion nicht nur den direkt benötigten Adressenbereich 18, sondern einen um Erweiterungsbereiche 19 spekulativ vergrößerten Bereich 20. Die Anforderung eines solchen Locks kann gewöhnlich erst dann wirksam werden, wenn die entsprechenden Bereiche frei sind. Nach der Reservierung, also dem Setzen des Locks, können andere Einzelsysteme nicht mehr ohne weiteres auf den reservierten Bereich, also den spekulativ vergrößerten Bereich 20, zugreifen. Der spekulativ vergrößerte Bereich 20 steht unmittelbar ohne Wartezeit für folgende Aktionen zur Verfügung, das heißt, falls beispielsweise Adressen im Erweiterungsbereich 19 benötigt werden, so kann dies zeitsparend ohne weitere Lock-Anforderungen erfolgen.Want a single system 10 - 12 on data of the data storage device 13 access, it reserves not only the directly required address range for the action to be carried out by it 18 but one for expansion areas 19 speculatively enlarged area 20 , The request for such a lock can usually only take effect when the corresponding areas are free. After the reservation, i.e. the setting of the lock, other individual systems can no longer simply move to the reserved area, ie the speculatively enlarged area 20 , access. The speculatively enlarged area 20 is immediately available without waiting for the following actions, that is, if, for example, addresses in the extension area 19 are required, this can be done in a time-saving manner without further lock requirements.

In 2 ist nun dargestellt, dass ein anderes Einzelsystem so auf Adressen der Datenspeichereinrichtung 13 zugreifen will, dass sich Überschneidungen ergeben würden. Im Ausführungsbeispiel ist eine Lock-Anforderung eines anderen Systems mit einem direkt benötigten Bereich 21 und Erweiterungsbereichen 22 dargestellt, das heißt, das andere Einzelsystem fordert einen spekulativ vergrößerten Bereich 23 an, der sich mit dem bereits reservierten spekulativ vergrößerten Bereich 20 des ersten Einzelsystems überschneidet. Es sind nun folgende Lösungsalternativen einstellbar:

  • 1. Das erste Einzelsystem gibt den gesamten Erweiterungsbereich 19 frei.
  • 2. Das erste Einzelsystem gibt den Erweiterungsbereich 19 nur insoweit frei, als er vom spekulativ vergrößerten Bereich 20 des zweiten Einzelsystems überlappt wird.
  • 3. Das erste Einzelsystem gibt den Erweiterungsbereich 19 nur insoweit frei, als er vom direkt benötigten Adressenbereich 21 des zweiten Einzelsystems überlappt wird.
  • 4. Das erste Einzelsystem gibt den Erweiterungsbereich 19 insoweit frei, als er vom direkt benötigten Adressenbereich 21 des zweiten Einzelsystems überlappt wird, und zusätzlich wird ein Teil des vom Erweiterungsbereich 22 des zweiten Systems überlappten Bereichs freigegeben.
In 2 is now shown that another individual system so on addresses of the data storage device 13 want to access that there would be overlaps. In the exemplary embodiment there is a lock request from another system with a directly required area 21 and expansion areas 22 shown, that is, the other individual system requires a speculatively enlarged area 23 that deals with the already reserved speculatively enlarged area 20 of the first individual system overlaps. The following alternative solutions can now be set:
  • 1. The first individual system gives the entire expansion area 19 free.
  • 2. The first individual system gives the expansion area 19 only free to the extent that it is from the speculatively enlarged area 20 of the second individual system is overlapped.
  • 3. The first individual system gives the expansion area 19 only free insofar as it is from the directly required address range 21 of the second individual system is overlapped.
  • 4. The first individual system gives the expansion area 19 insofar as it is free of the directly required address range 21 of the second individual system is overlapped, and in addition a part of the extension area 22 of the second system overlapped area released.

Bei der vierten Alternative kann beispielsweise der von beiden Erweiterungsbereichen 19 und 22 beanspruchte Bereich hälftig aufgeteilt werden oder gemäß einem Dringlichkeitsschlüssel aufgeteilt werden, wenn die Locks unterschiedlichen Dringlichkeitsstufen zugeordnet sind. Diese Dringlichkeitsstufen können auch dafür maßgeblich sein, nach welchen Alternativen vorgegangen wird.In the fourth alternative, for example, that of both expansion areas 19 and 22 area divided into halves or divided according to an urgency key if the locks are assigned to different urgency levels. These urgency levels can also determine which alternatives are used.

Für den Fall, dass der direkt benötigte Adressenbereich 18 des ersten Einzelsystems vom Erweiterungsbereich 22 des zweiten Einzelsystems überlappt wird, erfolgt keine Freigabe bzw. Rückgabe des direkt benötigten Adressenbereichs 18 des ersten Einzelsystems, auch nicht teilweise. Für den Fall, dass sich direkt benötigte Adressenbereiche 18 bzw. 21 überlappen, erfolgt im Allgemeinen keine Freigabe bzw. Rückgabe des zuerst reservierten Bereichs, wobei allerdings auch hier andere Rückgabekriterien in Abhängigkeit von Dringlichkeitsstufen der Locks eingeführt werden können.In the event that the directly required address range 18 of the first individual system from the expansion area 22 of the second individual system is overlapped, there is no release or return of the directly required address range 18 of the first individual system, not even partially. In the event that directly required address ranges 18 respectively. 21 overlap, there is generally no release or return of the area reserved first, although other return criteria can also be introduced here depending on the urgency levels of the locks.

Mehrere unterschiedliche Adressenbereiche können auch gleichzeitig von einem Einzelsystem oder einer Datenspeichereinrichtung in einer atomaren Operation reserviert werden, wobei für die einzelnen Reservierungen die vorstehend erläuterten Kriterien gelten, sofern die angeforderten Bereiche nicht frei sind.Several different address ranges can also simultaneously from a single system or a data storage device be reserved in an atomic operation, being for the individual Reservations the criteria set out above apply, provided the requested areas are not free.

Claims (10)

Verfahren zur Regulierung des Datenzugriffs bei einem aus mehreren Einzelsystemen (10-12) bestehenden System auf wenigstens eine Datenspeichereinrichtung (13), bei dem die Einzelsysteme (10-12) sich freie Daten- oder Adressenbereiche der Datenspeichereinrichtung (13) reservieren und die reservierten Bereiche für einen Zugriff durch andere Einzelsysteme (10-12) dann gesperrt sind, wobei gegenüber den direkt benötigten Bereichen (18, 21) spekulativ vergrößerte Bereiche (20, 23) reserviert werden.Procedure for regulating data access in one of several individual systems ( 10 - 12 ) existing system on at least one data storage device ( 13 ) where the individual systems ( 10 - 12 ) free data or address areas of the Data storage device ( 13 ) reserve and the reserved areas for access by other individual systems ( 10 - 12 ) are then blocked, whereby compared to the directly required areas ( 18 . 21 ) speculatively enlarged areas ( 20 . 23 ) can be reserved. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das aus mehreren Einzelsystemen (10-12) bestehenden System ein verteiltes System ist.A method according to claim 1, characterized in that the from several individual systems ( 10 - 12 ) existing system is a distributed system. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweils über den direkt benötigten Bereich (18) hinausgehende reservierte Erweiterungsbereich (19) bei einer entsprechenden Reservierungsanfrage seitens eines anderen Einzelsystems (10-12) oder einer Datenspeichereinrichtung (13) wenigstens teilweise freigegeben wird.A method according to claim 1 or 2, characterized in that the respectively over the directly required area ( 18 ) additional reserved expansion area ( 19 ) with a corresponding reservation request from another individual system ( 10 - 12 ) or a data storage device ( 13 ) is at least partially released. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Erweiterungsbereich (19) bei einer durch ein anderes Einzelsystem (10-12) erfolgten Reservierungsanfrage freigegeben wird, wenn er von diesem anderen Einzelsystem als direkt benötigter Bereich (21) angefordert wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the extension area ( 19 ) in the case of another individual system ( 10 - 12 ) the reservation request is released if it is used as a directly required area by this other individual system ( 21 ) is requested. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Erweiterungsbereich (19) bei einer durch ein anderes Einzelsystem (10-12) erfolgten Reservierungsanfrage auch dann freigegeben wird, wenn er von diesem anderen Einzelsystem als Erweiterungsbereich (22) angefordert wird.A method according to claim 4, characterized in that the extension area ( 19 ) in the case of another individual system ( 10 - 12 ) the reservation request is released even if it is used as an extension area by this other individual system ( 22 ) is requested. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Erweiterungsbereich bei einer durch ein anderes Einzelsystem (10-12) erfolgten Reservierungsanfrage nur zu einem bestimmten Teil freigegeben wird, wenn er bei diesem anderen Einzelsystem ebenfalls nur den Erweiterungsbereich (22) betrifft.A method according to claim 4, characterized in that the extension area in a by another individual system ( 10 - 12 ) the reservation request is only released to a certain extent if it also only extends the extension area for this other individual system ( 22 ) concerns. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelsysteme (10-12) Datenbanken und/oder Betriebssysteme sind.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the individual systems ( 10 - 12 ) Databases and / or operating systems. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelsysteme (10-12) und die wenigstens eine Datenspeichereinrichtung (13) mittels Buffer-Cache-Einheiten (14-17) voneinander entkoppelt werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the individual systems ( 10 - 12 ) and the at least one data storage device ( 13 ) using buffer cache units ( 14 - 17 ) are decoupled from each other. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Freigabe des direkt benötigten Bereichs (18) bei einer seitens eines anderen Einzelsystems (10-12) erfolgten Reservierungsanfrage von der Dringlichkeit der jeweiligen Reservierung abhängt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the release of the directly required area ( 18 ) on the part of another individual system ( 10 - 12 ) reservation request made depends on the urgency of the reservation. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Reservierungen den Lese- und/oder Schreibzugriff betreffen.Method according to one of the preceding claims, characterized marked that reservations have read and / or write access affect.
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