JP2000242533A - 分散ファイルシステムでのキャッシュ優先度制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】分散ファイルシステムで、１つのキャッシュ領
域を複数ユーザが共有して使用する環境で、高いキャッ
シュヒット率を達成するキャッシュ優先度制御方法を提
供する。 【解決手段】クライアントマシン上に、ログインするユ
ーザとユーザが使用するキャッシュ合計量を記憶するロ
グインユーザテーブルと、キャッシュ領域内の各ブロッ
クを参照するユーザを記憶するキャッシュブロックテー
ブルを設け、ログイン／ログアウトするユーザを監視
し、ユーザがログアウトする時は前記テーブルを用い
て、ログアウトするユーザだけが参照するブロックを最
優先に解放する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は分散ファイルシステ
ムでクライアントマシンが保持するキャッシュ管理方法
に係わる。

【０００２】

【従来の技術】分散ファイルシステムはファイルを保管
するファイルサーバマシンとファイルを利用するクライ
アントマシンがLANやWAN等のネットワークで接続され
る。

【０００３】一般に、分散ファイルシステムではクライ
アントがサーバ上のファイルにアクセスした場合、クラ
イアント上のメモリまたはディスク領域にそのデータを
キャッシングする。通常、キャッシングはファイルデー
タを固定長ブロックに分割し、ブロック単位でキャッシ
ュする。キャッシングすることにより、次回同じファイ
ルにアクセスする場合はサーバにアクセスする必要がな
くなるため、以下に示す効果がある。

【０００４】・サーバマシンの負荷軽減 ・ネットワーク通信量の低減 ・ファイルアクセスの高速化 キャッシュ領域には制限があり、サーバへのファイルア
クセスを実行するに従い、一杯になっていく。使用でき
るキャッシュ領域が不足した場合は、キャッシュ領域中
の使用ブロックを解放する必要がある。

【０００５】従来、分散ファイルシステムのキャッシュ
優先度制御方法として、例えば、LRU(Least Recently U
sed)法及びLRU法を改良した特開平８−１１５２４１号
公報に記載のものが知られている。

【０００６】LRU法は最も長い間参照されていないブロ
ックを解放する方法である。

【０００７】また、特開平８−１１５２４１号公報に記
載の技術は、大きなファイルにアクセスしたことによ
り、キャッシュ領域全体を使用することを防ぐために、
単一のファイルが使用し得るキャッシュ割り当て量を管
理し、単一のファイルのキャッシングがキャッシュ割り
当て量に達した時に、LRU法の参照時間に従わずに、そ
のファイル自信が使用していたキャッシュ領域を優先的
に解放するようにしたものである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来のLRU法や特開平
８−１１５２４１号公報に記載の技術は、クライアント
マシンにある固定サイズのキャッシュ領域を、複数のロ
グインユーザが共有して使用する環境では最適な方法と
は言えない。理由として以下の事があげられる。

【０００９】・クライアントにログインする各ユーザが
使用するファイルは共有されるより共有されないことの
方が多いため、ログアウトしたユーザが参照していたフ
ァイルは参照された時間にかかわらず、最優先に解放し
たほうがより効率的であること。

【００１０】・巨大なサイズのファイルでなくても、１
人のユーザが、サーバに保管される複数のファイルをバ
ースト的にアクセスした場合、キャッシュ領域の全てを
使用してしまい、他のユーザが頻繁に使用するキャッシ
ュデータを不当に解放してしまうこと。

【００１１】本発明の目的は、ユーザのログイン/ログ
アウト状況と各キャッシュブロックを使用しているユー
ザを監視し、ユーザがログアウトした場合、ログアウト
したユーザが参照していたキャッシュデータの不要と思
われるデータを最優先に解放することで、ログインして
いるユーザのファイルアクセスに対して、より高いキャ
ッシュヒット率を達成することができるキャッシュ優先
度制御方法を提供することである。

【００１２】本発明の別の目的は、各ユーザが使用でき
るキャッシュ量に制限をもうけ、各ユーザが使用してい
るキャッシュ量を監視し、キャッシュ領域に空き領域が
なく、制限を超えて使用しているユーザが存在する場
合、そのユーザの使用しているキャッシュ領域を最優先
に解放することで、あるユーザがバースト的にファイル
アクセスを行っても、他ユーザが頻繁にアクセスするデ
ータが不当に解放されることを防ぐことができるキャッ
シュ優先度制御方法を提供することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明では、上記目的を
達成するために、クライアントマシンのキャッシュ領域
中の各ブロックを参照しているユーザを記録するテーブ
ルをクライアントマシン上に設け、ログイン／ログアウ
トするユーザを監視し、ユーザがログアウトする時は前
記テーブルを用いて、ログアウトするユーザだけが参照
するブロックを最優先に解放する。

【００１４】又、前記テーブルの他に、各ログインユー
ザが使用しているキャッシュサイズと使用上限値を記録
するテーブルと、上限値を超えて使用しているユーザを
管理するリストを設け、アクセスしたサーバのファイル
のコピーをキャッシュ領域に保管するにあたり、十分な
空き領域を確保できなかった場合、上記テーブルとリス
ト用いて上限値を超えて使用しているユーザが存在した
場合は、そのユーザだけが参照しているブロックを最優
先に解放することを特徴とする。

【００１５】上記状態でない場合、解放ブロックの選択
はLRU法に従う。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面を用
いて詳細に説明する。

【００１７】図１はキャッシュ優先度制御方法に本発明
を適用した分散ファイルシステムの構成を示している。
ファイルサーバマシン１１０とクライアントマシン１２
０がネットワーク１００に接続されている。サーバマシ
ン１１０とクライアントマシン１２０はネットワーク制
御プログラム１１３，１２４を介して通信を行う。サー
バマシン１１０にはディスク装置１１１が接続され、デ
ィスク装置１１１の中にクライアントマシン１２０がア
クセスするファイル１１２が保管される。クライアント
マシン１２０にはキャッシュ領域１２９があり、その領
域にネットワーク制御プログラム１１３，１２４を用い
て取得したファイル１１２のコピー１２９を固定長ブロ
ックに分割して保管する。

【００１８】本事例では、キャッシュ領域１２９をディ
スク上に確保するが、キャッシュ領域をメモリ上に確保
しても構わない。各ユーザは端末１３０−１〜１３０−
ｎのいずれかを用いてクライアントマシンにログイン
し、サーバ上のファイルにアクセスする。その他に、ク
ライアントマシン１２０はログイン管理プログラム１２
１、ファイルアクセスプログラム１２２、キャッシュ制
御プログラム１２３、ユーザ上限値テーブル１２５、ロ
グインユーザテーブル１２６、キャッシュブロックテー
ブル１２７、上限超えユーザリスト１２８を持つ。上限
超えユーザリスト１２８は、線形リスト構造であり、制
限値を超えてキャッシュ領域を使用しているユーザを管
理する。

【００１９】図２はログインユーザテーブル１２６の構
造を示している。ログインユーザ構造体２１０は、ユー
ザ名欄２１１、使用サイズ欄２１２、上限値欄２１３、
ログインユーザ数欄２１４、ポインタ欄２１５からなる
構造体であり、ログインするユーザ毎に１つ作成され
る。ユーザ名欄２１１にはログインしたユーザのユーザ
名が入り、使用サイズ欄２１２にはユーザが使用してい
るキャッシュのサイズが入り、上限値欄２１３にはユー
ザが使用できるキャッシュ領域の上限値が入り、ログイ
ンユーザ数欄２１４にはクライアントマシンに同時にロ
グインしている同一ユーザの数が入る。

【００２０】ただし、キャッシュに空き領域がある場合
は、上限値欄に設定されているサイズ以上のキャッシュ
領域を使用することが出来る。本実施例では、各構造体
を線形リストで管理する。各構造体はハッシュテーブル
等を用いて管理することも可能である。

【００２１】図３はキャッシュブロックテーブル１２７
の構造を示している。キャッシュブロック構造体３１０
は、ファイル識別子欄３１１、タイムスタンプ欄３１
２、参照ユーザリスト欄３１３、アドレス欄３１４、ポ
インタ欄３１５、３１６からなる構造体であり、構造体
の数はキャッシュ領域のサイズとキャッシュブロックの
サイズで決まる。例えば、キャッシュ領域が５０メガバ
イトでキャッシュブロックが６４キロバイトの場合の構
造体の数は５０メガバイト／６４キロバイト＝８００
（個）となる。もちろん、キャッシュ領域のサイズとキ
ャッシュブロックのサイズは上記と異なっていても良
い。

【００２２】ファイル識別子欄３１１はサーバの位置情
報、ファイルID、ファイルのオフセット値から一意に決
まる番号であり、ファイル中のどの領域のデータを格納
しているかやファイルがどのサーバに保管されているの
かがわかる。もちろん、ファイルの位置がわかる情報で
あれば番号でなくても構わない。タイムスタンプ欄３１
２はキャッシュ内のブロックが最後に参照された時刻が
入る。参照ユーザリスト欄３１３はキャッシュ内のブロ
ックを参照したユーザ名が入る。

【００２３】アドレス欄３１４はデータがキャッシュ領
域のどの位置に格納されているかを示す番号が入る。ｈ
ｅａｄ３２２、ｔａｉｌ３２３はそれぞれ、キャッシュ
ブロックリスト３２０の先頭と最後にあるキャッシュブ
ロック構造体３１０のアドレスを指す。ｆｒｅｅ３２４
は、キャッシュブロックリスト３２０中に複数のフリー
ブロックがあれば、一番後ろにつながれたフリーブロッ
クのアドレスを指す。フリーブロックがなければＮＵＬ
Ｌを指す。フリーブロックとは、どのユーザも使用して
いないブロック構造体のことを言う。図３では、構造体
３２１−１と３２１−２がフリーブロックである。

【００２４】本実施例では、各構造体はタイムスタンプ
時刻が小さい順に双方向リストでつなげ管理している。
各構造体はハッシュテーブル等を用いて管理することも
可能である。

【００２５】図４はユーザ上限値テーブル１２５を示し
ている。ユーザ上限値テーブル１２５は、ユーザ名欄４
１１と使用上限サイズ欄４１２とから構成され、分散フ
ァイルシステムを利用するユーザ毎にシステム管理者が
適切な使用上限サイズを決定する。ユーザ上限値テーブ
ル１２５はユーザがログインする時に、ログイン管理プ
ログラムが使用し、使用上限サイズ欄４１２の値を上限
値欄２１３にコピーする。

【００２６】以下、図５のフローチャートを用いて、ユ
ーザがログアウトした時のキャッシュ制御の方法を詳細
に説明する。ユーザがログアウトした時（５０１）、ロ
グイン管理プログラム１２１がログインユーザリスト２
２０の先頭からログアウトするユーザの構造体が見つか
るまで検索する（５０２）。次にログアウトするユーザ
の構造体の中にあるログインユーザ数２１４が１かどう
かチェックする（５０３）。１の場合はログインユーザ
リスト２２０からログアウトするユーザの構造体を削除
後、キャッシュ制御プログラム１２３にキャッシュ制御
の要求を出す（５０４）。ログインユーザ数２１４が１
より大きい場合は、ログインユーザ数２１４の値を１減
ずる（５０５）。

【００２７】キャッシュ制御の要求を受けたキャッシュ
制御プログラム１２３は、キャッシュブロックリスト３
２０のフリーブロックを除いたブロック（ｆｒｅｅ３２
４が指す構造体の次の構造体）の先頭から、ログアウト
するユーザが参照している構造体を検索する（５０
６）。ログアウトするユーザが参照する構造体が見つか
った場合、構造体を複数ユーザが参照しているかどうか
を参照ユーザリスト３１３を用いてチェックする（５０
７）。複数のユーザが参照している場合は、参照ユーザ
リストからログアウトするユーザを削除する（５０
９）。

【００２８】ログアウトするユーザだけが参照してる場
合は、その構造体のタイムスタンプ欄３１２、参照ユー
ザリスト欄３１３をNULLに初期化後、キャッシュブロッ
クリスト３２０中にフリーブロックがある場合は、ｆｒ
ｅｅ３２４が指す構造体の次の位置に移動する。フリー
ブロックがない場合は、キャッシュブロックリスト３２
０の先頭に移動する（５０８）。

【００２９】ファイル識別子欄をＮＵＬＬに初期化しな
いのは、キャッシュの空き領域がなくなり他のファイル
データを格納するために利用される迄は、ログイン中の
他ユーザがこのブロックのデータを利用可能にする為で
ある。必要に応じて、ｈｅａｄ３２２、ｔａｉｌ３２
３、ｆｒｅｅ３２４の値を変更する。キャッシュブロッ
クリスト内の全ての構造体について上記処理を繰り返し
チェックする（５１０）。

【００３０】図６に図２、図３に示した状態でｕｓｅｒ
ａがログアウトした時のキャッシュ制御実行後のログイ
ンユーザリスト、キャッシュブロックリストの状態を示
す。図６を見ての通り、ログアウトしたユーザだけが参
照していたブロックがキャッシュブロックリストのフリ
ーブロック直後に組み込まれる。解放処理はキャッシュ
ブロックリストの先頭ブロックから行われるので、キャ
ッシュブロックリストの使用ブロックの中で最も長い間
参照されていない構造体３２１−３（図３参照）より、
ログアウトしたユーザだけが参照していた構造体３２１
−４〜３２１−１７１（図３参照）の方が優先的に解放
される事になる。

【００３１】次に図７のフローチャートを用いて、サー
バに保管されているファイルにアクセスした場合のキャ
ッシュ制御方法を詳細に説明する。本事例の前提条件と
して、１つのキャッシュブロックの大きさ、１度にサー
バから転送するファイルデータサイズは共に同じとす
る。

【００３２】ユーザがファイルを参照する時（７０
１）、ファイルアクセスプログラム１２２がキャッシュ
領域１３０に参照するファイルデータのコピーがあるか
をチェックする（７０２）。キャッシュ領域１３０にな
い場合、キャッシュ制御プログラム１２３にキャッシュ
制御要求を出す。キャッシュ領域１３０にある場合はそ
のファイルデータを用いる（７０４）。

【００３３】キャッシュ制御要求を受けたキャッシュ制
御プログラム１２３は、参照するファイルデータをコピ
ーする空き領域があるかをチェックするために、ｆｒｅ
ｅ３２４を参照する（７０３）。空き領域がない場合、
上限値を超えてキャッシュ領域を使用しているユーザが
存在するかをチェックするために、上限超えユーザリス
ト１２８を参照する（７０５）。上限値を超えて使用し
ているユーザが存在した場合、キャッシュブロックテー
ブル１２７のキャッシュブロックリスト３２０の先頭か
ら、上限値を超えて使用しているユーザだけが参照して
いる構造体を検索する（７０６）。

【００３４】該当する構造体が存在した場合、ファイル
識別子欄３１１、タイムスタンプ欄３１２、参照ユーザ
リスト欄３１３、アドレス欄３１４、ポインタ欄３１
５，３１６をＮＵＬＬに初期化後、構造体をキャッシュ
ブロックリスト３３０の先頭に移動し、この構造体をサ
ーバのファイルデータ格納用に使用する（７０７）。移
動後、ログインユーザリスト２２０中の使用ブロックを
移動（解放）されたユーザのユーザ構造体の使用サイズ
欄２１２の数値を移動したブロックサイズ分マイナスす
る（７０９）。移動したことにより、キャッシュ使用サ
イズが上限値以下になった場合は上限超えユーザリスト
１２８から該当ユーザを削除する（７１０）。

【００３５】上限を超えているユーザが存在しなかった
場合、または上限を超えて使用しているユーザだけが参
照しているブロックがなかった場合は、キャッシュブロ
ックリスト３２０の先頭にある構造体をサーバのファイ
ルデータ格納用に使用する（７０８）。上記処理で空き
領域を確保した後、キャッシュ制御プログラム１２３は
ネットワーク制御プログラム１２４を用いて、ファイル
サーバマシン１１０からファイルデータを転送し（７１
１）、確保したキャッシュ領域にデータをコピーする
（７１２）。コピー後、ログインユーザリスト２２０中
のデータを書き込んだユーザのユーザ構造体の使用サイ
ズ欄２１２の数値を書き込んだブロックサイズ分プラス
する（７１３）。

【００３６】データを書き込んだことにより、キャッシ
ュ使用サイズが上限値を超えた場合は上限越えユーザテ
ーブルに該当ユーザを登録する（７１４）。その後、使
用したキャッシュブロック構造体の各欄を適切な値に書
きかえ（７１５）、キャッシュブロックリスト３２０の
最後尾に移動する（７１６）。必要に応じて、ｈｅａｄ
３２２、ｔａｉｌ３２３、ｆｒｅｅ３２４の値を変更す
る。ファイルデータ全てをキャッシュ領域にコピーする
迄上記処理を繰り返す（７１７）。

【００３７】上記事例で示す通り、キャッシュ使用上限
値を超えているユーザの参照ブロックを最優先に解放
（ファイルデータを格納するために使用）するので、あ
るユーザがバースト的にファイルアクセスを実行して
も、全てのキャッシュ領域を使用させることはない。そ
のため、他ユーザが頻繁に使用するキャッシュブロック
を不当に解放することを防ぐことができる。また、本事
例ではキャッシュの空き領域がない場合、１度に１つの
ブロックしか領域確保しないが、複数個確保することも
可能である。

【００３８】

【発明の効果】本発明によれば、分散ファイルシステム
のキャッシングにおいて、ログアウトしたユーザが参照
していたキャッシュブロックを最優先に解放させること
により、ログインユーザに対して、従来以上の高いキャ
ッシュヒット率を達成することができる。

【００３９】また、各ユーザに対してキャッシュ使用上
限値を設けることで、バースト的にファイルアクセスす
るユーザがいた場合でも、全てのキャッシュ領域を使用
させることを防ぎ、頻繁に参照されるファイルのキャッ
シュヒット率を従来より向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示す分散ファイルシステ
ム構成図。

【図２】ログインユーザテーブルの構成を示す説明図。

【図３】キャッシュブロックテーブルの構成を示す説明
図。

【図４】ユーザ上限値テーブルの構成を示す説明図。

【図５】ユーザログアウト時のキャッシュ制御方法を示
すフローチャート。

【図６】ユーザログアウト後のログインユーザテーブ
ル、キャッシュブロックテーブルの状態を示す説明図。

【図７】ファイル参照時のキャッシュ制御方法を示すフ
ローチャート。

【符号の説明】

１００…ネットワーク、１１０…ファイルサーバマシ
ン、１１１…ディスク装置、１１２…ファイル、１２０
…クライアントマシン、１２１…ログイン管理プログラ
ム、１２２…ファイルアクセスプログラム、１２３…キ
ャッシュ制御プログラム、１２４…ネットワーク制御プ
ログラム、１２５…ユーザ上限値テーブル、１２６…ロ
グインユーザテーブル、１２７…キャッシュブロックテ
ーブル、１２８…上限超えユーザリスト、１２９…ファ
イルのコピー、１３０…キャッシュ領域。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 牧田 敏浩 神奈川県横浜市中区尾上町６丁目81番地 日立ソフトウェアエンジニアリング株式会 社内 (72)発明者 松本 忍 神奈川県横浜市戸塚区戸塚町5030番地 株 式会社日立製作所ソフトウェア事業部内 Ｆターム(参考） 5B082 CA09 CA16 FA12 HA02

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ファイルを保管するファイルサーバマシン
   と、サーバに保管されたファイルにアクセスするクライ
   アントマシンがネットワークに接続された分散ファイル
   システム環境で、アクセスしたファイルのコピーをクラ
   イアントの領域に保管するキャッシュ制御装置のキャッ
   シュ優先度制御方法であり、前記クライアントマシン
   に、ログインするユーザとユーザが使用するキャッシュ
   合計量を記憶するログインユーザテーブルと、キャッシ
   ュ領域内の各キャッシュブロック位置、各ブロックを参
   照するユーザを記憶するキャッシュブロックテーブルを
   設け、ユーザのログイン／ログアウトを監視し、ユーザ
   がログアウトした場合、前記テーブルを用いてログアウ
   トしたユーザの不要と思われるデータを最優先に解放す
   ることを特徴とする分散ファイルシステムでのキャッシ
   ュ優先度制御方法。
2. 【請求項２】ログインユーザが使用できるキャッシュの
   上限値を設け、キャッシュに空き領域がない場合は前記
   テーブルと、上限値を超えて使用しているユーザを管理
   するリストを用いて、上限値を超えて使用しているユー
   ザが存在した場合は、そのユーザの不要と思われるデー
   タを最優先に解放することを特徴とする分散ファイルシ
   ステムでのキャッシュ優先度制御方法。