JP2000267905A

JP2000267905A - ファイル管理方式

Info

Publication number: JP2000267905A
Application number: JP11072789A
Authority: JP
Inventors: Katsuyuki Kaneko; 克幸金子
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1999-03-17
Filing date: 1999-03-17
Publication date: 2000-09-29

Abstract

(57)【要約】【課題】複数のプロセス又はプロセッサから並行にア
クセス可能なフリーセルリストの管理方式を提供するこ
と。【解決手段】本発明のファイル管理方式は、複数のプ
ロセスを実行するプロセッサと、前記プロセッサがアク
セス可能な記憶装置６とを備えたプロセッサシステムに
おいて、記憶装置６の記憶領域を複数の記憶セル２０に
分割して、記憶セル２０を管理単位とするファイル管理
方式であって、未使用の記憶セル２０に対応するセル管
理要素２２を含む複数のフリーセルリスト２６と、複数
のフリーセルリスト２６に対応する複数のリスト管理テ
ーブル要素３０を含むリスト管理テーブル２８とを備え
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は計算機システムにお
けるファイル管理方式に関し、特にマルチプロセッサシ
ステムのファイルシステムにおけるフリーセルリストの
管理方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ビデオデータに代表される動画像
データの高効率圧縮再生技術や高速大容量の磁気ディス
ク装置等の実用化によって、従来はデータレートやデー
タの大きさの制限により計算機内においてファイルとし
て管理することが困難であったビデオデータを、ファイ
ルとして管理できるようになりつつある。しかしなが
ら、このような高いデータレートを有するデータを実時
間に複数処理するためには、主に文字データを処理対象
とした現在のファイル管理方式には効率的でない点があ
る。その１つが、磁気ディスクのような大容量記憶装置
における未使用記憶領域の管理方式である。

【０００３】磁気ディスクのような大容量の記憶装置
は、通常、その記憶領域は多くの小さな固定長のセグメ
ント（以下記憶セルと呼ぶ）に分割されて管理されてい
る。ファイルの実体はこれらの記憶セルを複数連結して
得られるデータ領域とこれらの記憶セルの連結情報であ
るセルリストによって実現される。

【０００４】全ての未使用のセルは連結されてフリーセ
ルリストと呼ばれる管理テーブルによって管理される。
プロセスが新しいファイルを生成したり、既存のファイ
ルにデータを付加する場合には、このフリーセルリスト
から未使用の記憶セルを獲得してそのファイルのセルリ
ストを生成し、あるいは既存のファイルのセルリストに
新しい記憶セルを付け加える。また、プロセスがファイ
ルの一部もしくは全部を消去する場合には、そのファイ
ルのセルリストを消去もしくは一部を削除して、不要と
なった記憶セルをフリーセルリストに加える。

【０００５】このような記憶セルの管理方式の例として
は、例えば、文献「岩波講座ソフトウエア科学６、オペ
レーティングシステム」（前川守著、１９８８年９月、
岩波書店）の２０６ページから２１０ページに示されて
いる。この従来の方式の構成と動作を、図面を参照して
簡単に説明する。

【０００６】図３は従来のファイル管理方式が動作する
プロセッサシステムの構成を示す。図３において、プロ
セッサシステム１５０は、ＣＰＵ１００と、メモリ１０
１と、ディスクコントローラ１０３とを備え、これらが
バス１０４によって接続されている。コントローラ１０
３には磁気ディスク１０５が接続されている。メモリ１
０１上には、ＣＰＵが実行する複数のプロセスがアクセ
スをして処理を行う複数の作業領域１０６およびフリー
セルリスト１０７等が置かれている。

【０００７】図４は、フリーセルリスト１０７と、フリ
ーセルリスト１０７に対応する磁気ディスク１０５上の
データ領域との関連を示す。図４に示すように、磁気デ
ィスク１０５上のデータ領域は、一定の記憶容量を持つ
多数の記憶セル１０８に分割されている。フリーセルリ
スト１０７は、フリーセルリストの先頭を示すヘッダ１
０９と、セル管理テーブル１１０とを含む。セル管理テ
ーブル１１０は、記憶セル１０８のうち使用されていな
いセル（フリーセル）の先頭アドレス（記憶位置１１
３）を含む複数のセル管理要素から構成されている。

【０００８】あるプロセスが磁気ディスク１０５上に記
憶セル１個分の記憶スペースを獲得する場合、そのプロ
セスはフリーセルリスト１０７を含む記憶領域をロック
し、他のプロセスが同時にアクセスできないようにす
る。プロセスはヘッダ１０９を読み出して、フリーセル
リスト１０７の先頭に位置するセル管理要素１１１を獲
得し、このセル管理要素１１１のポインタ１１２の値を
ヘッダ１０９に書き写す。これにより、このセル管理要
素１１１がフリーセルリスト１０７から外され、次にヘ
ッダ１０９をアクセスした場合に、フリーセルを指し示
すセル管理要素が得られる。その後、このプロセスはロ
ックした記憶領域のロックを解除する。

【０００９】プロセスがファイルの消去等によって記憶
スペースを解放する場合には、上記操作の逆の操作が行
なわれる。すなわち、プロセスはフリーセルリスト１０
７を含む記憶領域をロックして、ヘッダ１０９の値を獲
得する。プロセスは、解放する記憶セル１０８に対応し
たセル管理要素１１１のポインタ部１１２にヘッダ１０
９の値を書き込み、ヘッダ１０９に前記セル管理要素１
１１の先頭アドレスを書き込んで、ロックを解除する。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来のフリー
セルリストの管理方式は、フリーセルリストのロックを
伴うため、同時に１つのプロセスしかフリーセルリスト
にアクセスできない。そのため、特にマルチプロセッサ
システムにおけるように、多数のプロセスが同時に記憶
スペースの獲得や解放をしようとする場合に、これらを
並行して処理することができない。この場合、多くのプ
ロセス（またはプロセッサ）はフリーセルリストのロッ
クに失敗してアンロック状態まで待たされることにな
り、非常に処理効率が低下することがある。

【００１１】このような従来のフリーセルリストの管理
方式の問題点に鑑み、本発明は多くのプロセス、もしく
は多くのプロセッサが並行してフリーセルリストにアク
セス可能にすることを目的とする。

【００１２】すなわち、本発明は、大きな記憶領域を多
数の固定長記憶セルに分割して管理するファイル管理方
式において、未使用の記憶セルを管理するフリーセルリ
ストに対して複数のプロセス又はプロセッサがアクセス
する際の排他処理の負荷を低減し、複数のプロセス又は
プロセッサから並行にアクセス可能なフリーセルリスト
の管理方式を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明のファイル管理方
式は、複数のプロセスを実行するプロセッサと、前記プ
ロセッサがアクセス可能な記憶装置とを備えたプロセッ
サシステムにおいて、前記記憶装置の記憶領域を複数の
記憶セルに分割して、前記記憶セルを管理単位とするフ
ァイル管理方式であって、前記複数の記憶セルに対応す
る複数のセル管理要素であって、未使用の前記記憶セル
に対応する前記セル管理要素を含む複数のフリーセルリ
ストと、前記複数のフリーセルリストに対応する複数の
リスト管理テーブル要素を含むリスト管理テーブルとを
備えており、これにより上記目的が達成される。

【００１４】前記複数のプロセスのうちの１以上のプロ
セスは前記複数のフリーセルリストのうちの１つを獲得
して独占的に使用してもよい。

【００１５】前記１以上のプロセスは前記フリーセルリ
ストを獲得する際に前記リスト管理テーブルをロックす
ることにより他の前記プロセスによる前記フリーセルリ
ストの獲得を排除し、前記フリーセルリストの獲得後は
前記リスト管理テーブルのロックを解除することにより
他の前記プロセスによる前記フリーセルリストの獲得を
可能にしてもよい。

【００１６】前記プロセッサの数は複数であってもよ
い。

【００１７】

【発明の実施の形態】はじめに、本発明の原理を説明す
る。

【００１８】本発明は、複数のフリーセルリストと、こ
れらのフリーセルリストの管理テーブルとを用意して、
各フリーセルリストを記憶領域の操作を必要とするプロ
セス又はプロセッサに割り当てることにより、多くのプ
ロセス又はプロセッサが並行してフリーセルリストにア
クセスすることを可能にする。

【００１９】各々のプロセス（又はプロセッサ、以下同
様とする。）がフリーセルリストを獲得する際に、フリ
ーセルリストの管理テーブルをロックすることにより、
他のプロセスによる同一のフリーセルリストの獲得が排
除される。フリーセルリストの獲得後、プロセスはリス
ト管理テーブルのロックを解除して、他のプロセスが他
のフリーセルリストを獲得できるようにする。

【００２０】プロセスによって獲得されたフリーセルリ
ストは、当該プロセスによって独占的に使用される。こ
れにより、複数のプロセスが、各プロセスが獲得したフ
リーセルリストを使用して、並行して連続的にフリーセ
ルの獲得又は解放を行うことが可能となる。

【００２１】以下、図面を参照して本発明の実施の形態
を説明する。

【００２２】図１は本発明によるファイル管理方式が動
作するマルチプロセッサシステムの構成を示す。図１に
おいて、マルチプロセッサシステム５０は、ＣＰＵ１
と、メモリ２と、入出力装置３と、ディスクコントロー
ラ４とを備えている。マルチプロセッサシステム５０の
これらの構成要素は、バス５によって互いに接続されて
いる。コントローラ４には磁気ディスク６が接続されて
いる。複数のＣＰＵ１は、メモリ２及び磁気ディスク６
を共有しており、これらを用いて処理を実行する。メモ
リ２上には、ＣＰＵにおいて実行される複数のプロセス
がアクセスを行なう複数の作業領域７と、複数のフリー
セルリスト８と、複数のフリーセルリストを管理するリ
スト管理テーブル９等が配置されている。

【００２３】図２は、フリーセルリストとこれに対応す
る磁気ディスク６上のデータ領域と関係を示す。図２に
示すように、磁気ディスク６上のデータ領域は、一定の
記憶容量を持つ多数の記憶セル２０に分割されている。
ここで、各々の記憶セル２０の先頭アドレスがＡ０、Ａ
１、Ａ２、…、Ａｚであるとする。これらの記憶セル２
０のうち、未使用の記憶セル２０は複数にグループ化さ
れて、複数のフリーセルリスト２６によって管理されて
いる。

【００２４】各フリーセルリスト２６は、フリーセルリ
ストの先頭を示すヘッダ２１とフリーセルリスト本体
（セル管理テーブル）２５とを含む。セル管理テーブル
２５は、連結された複数のセル管理要素２２を含む。セ
ル管理要素２２は、ポインタ２３と、記憶位置２４とを
含む。ポインタ２３は、フリーセルリスト２６上におけ
る次のセル管理要素２２の先頭アドレスを示す。記憶位
置２４は、セル管理要素２２に対応する記憶セル２０の
磁気ディスク６上におけるアドレスを示す。フリーセル
リスト２６の最後のセル管理要素２２のポインタ２３に
は、リストの最後の要素であることを示すＮＵＬＬ記号
が書き込まれている。

【００２５】複数のフリーセルリスト２６は、フリーセ
ルリストのリスト２９（以下、「リスト２９」とす
る。）によって管理されている。リスト２９は、リスト
２９の本体の先頭を示すヘッダ２７と、リストの本体
（リスト管理テーブル）２８を含む。リスト管理テーブ
ル２８は、連結された複数のリスト管理要素３０を含
む。リスト管理テーブル２８の各リスト管理要素３０
は、ポインタ３１とヘッダ位置３２とを含む。ポインタ
３１は、リスト管理テーブル２８上における次のリスト
管理要素３０の先頭アドレスを示す。ヘッダ位置３２
は、それぞれフリーセルリストのヘッダ２１に対応して
いる。リスト管理テーブル２８の最後のリスト管理要素
３０のポインタ３１には、リスト２９の最後の要素であ
ることを示すＮＵＬＬ記号が書き込まれている。

【００２６】次に、図２に示すフリーセルリスト２７及
びリスト２９を用いたセル管理の動作について説明す
る。

【００２７】あるプロセスが磁気ディスク６上に新たな
記憶スペースを獲得する場合、そのプロセスはリスト２
９を含む記憶領域をロックして他のプロセスが同時にア
クセスできないようにする。

【００２８】プロセスは記憶領域のロックに成功する
と、リスト２９のヘッダ２７を読み出して、リスト２９
の先頭に位置するリスト管理要素３０を獲得する。プロ
セスは、獲得したリスト管理要素３０のポインタ３１の
値を、リスト２９のヘッダ２７に書き写す。これによ
り、ヘッダ２７の値が次のリスト管理要素３０を指し示
すようになり、プロセスが獲得したリスト管理要素３０
がリスト２９から外される。そのため、次にリスト２９
のヘッダ２７がアクセスされた場合には、フリーである
（使用されていない）リスト管理要素３０が得られるこ
とになる。プロセスはリスト管理要素３０を獲得する
と、ロックした記憶領域の解除を行う。

【００２９】リスト管理要素３０を獲得したプロセス
は、獲得したリスト管理要素３０のヘッダ位置３２に対
応するフリーセルリスト２７のヘッダ２１を読み出す。
このヘッダ２１の情報を用いて、フリーセルリスト２６
の先頭に位置するセル管理要素２２を獲得し、このセル
管理要素２２のポインタ２３の値をヘッダ２１に書き写
す。これにより、このセル管理要素２２がフリーセルリ
スト２６から外され、次にヘッダ２１をアクセスした場
合に、フリーセルを指し示すセル管理要素２２が得られ
る。

【００３０】フリーセルリスト２７から外されたセル管
理要素２２のポインタ２３には、該当するファイルの途
中に挿入される場合には対応するファイルのセルリスト
（図示しない）上のポインタが書き込まれ、該当するフ
ァイルの最後に付け加えられる場合には、ＮＵＬＬ記号
が書き込まれる。

【００３１】プロセスが獲得したリスト管理要素３０
は、プロセスが記憶セルを新規に使用（または廃棄）す
る可能性がある間は、このプロセスによって保持され、
他のプロセスによって使われることはない。従って、こ
のプロセスは、このリスト管理要素３０によって指示さ
れるフリーセルリスト２７をロックせずに使用すること
ができる。また、プロセスが獲得したフリーセルリスト
２７内のセル管理要素２２を全て使い切った場合には、
最初にフリーセルリスト２７を獲得する場合と同様の手
順により、新たに別のフリーセルリスト２７を獲得して
これを使用する。

【００３２】一方、プロセスがファイルの消去等によっ
て記憶領域を解放する場合には、上記した操作の逆の操
作が行なわれる。すなわち、プロセスはフリーセルリス
ト２６のヘッダ２１の値を獲得し、解放する記憶セル２
０に対応したセル管理要素２２のポインタ２３にこのヘ
ッダ２１の値を書き込み、このセル管理要素２２の先頭
アドレスをフリーセルリスト２６のヘッダ２１の値に書
き戻す。その際、フリーセルリスト２６はプロセスによ
って独占的に使用されているため、この処理は該当する
フリーセルリスト２６をロックすることなしに行うこと
ができる。

【００３３】さらに、プロセスが磁気ディスク６上に新
たな記憶領域を獲得する、あるいはプロセスが既に獲得
した記憶領域を解放する可能性がなくなった場合には、
このプロセスが独占的に使用していたフリーセルリスト
２６をリスト２９に返却する。この場合には、プロセス
がリスト２９からフリーセルリスト２６を獲得する処理
とは逆の処理を行なう。すなわち、リスト２９をロック
した後、プロセスはリスト２９のヘッダ２７の値を獲得
し、解放するフリーセルリスト２６に対応したリスト管
理要素３０のポインタ３１にこのヘッダ２７の値を書き
込み、このリスト管理要素３０の先頭アドレスをヘッダ
２７の値に書き戻す。

【００３４】解放する記憶領域が大量である場合には、
解放されるセル管理要素２２を使用中のフリーセルリス
ト２６に連結させず、直接、独立したフリーセルリスト
２６を作ることも可能である。この場合、作成されたフ
リーセルリスト２６のヘッダ２１は、フリーセルリスト
２６を解放する場合の処理と同様の処理によってリスト
２９に連結される。

【００３５】以上のように、本実施形態においては、複
数のフリーセルリストを設けて、これらのフリーセルリ
ストを別のリストによって管理することによって、各プ
ロセス又はプロセッサが複数のフリーセルリストのうち
の１つを独占的に使用することができ、フリーセルリス
トの獲得、解放に伴う記憶領域のロックを行う必要がな
くなる。記憶領域のロックのような排他制御は、処理コ
ストが非常に大きいことが知られており、本発明によっ
て記憶領域を頻繁に増減させるようなプログラムの実行
が効率良く行われることにより、プログラムの実行速度
を大幅に高速化することができる。

【００３６】本発明を適用した場合、フリーセルリスト
の獲得、解放時にフリーセルリストを管理するリストの
排他制御が新たに必要となるが、この回数は従来のフリ
ーセルリスト本体のロックを行う方法による記憶領域の
排他制御の回数に比べれば格段に少ない。

【００３７】そのため、これらの排他制御によって他の
プロセスが被るアクセス許可待ちに起因するデッドロッ
クの機会が大幅に低減され、スムーズなプログラムの実
行が行われることになる。この効果は共有メモリ型のマ
ルチプロセッサシステムにおいて、プロセッサ数が多い
ほど、またメモリのアクセス速度が遅いほど顕著にな
る。

【００３８】本発明によれば、フリーセルリストを獲得
したプロセスがそのフリーセルリストを独占的に使用す
ることができるため、ファイルの生成や消去に伴う記憶
セルの獲得や解放を連続的に行ったり、定期的に行うよ
うなアプリケーションで用いられるファイルシステムに
適している。このようなアプリケーションとしては、例
えば、ビデオデータや音声データの蓄積、編集、再生を
行なうようなシステムやビデオデータを用いたデータベ
ースシステム、連続的に複数の測定値を記録するデータ
ロガー等がある。

【００３９】以上の説明においては、図１に示したよう
な共有メモリ型のマルチプロセッサシステムにおける実
施の形態を示したが、本発明は複数のプロセスが並行し
て走るような環境を備えたシングルプロセッサシステム
においても適用可能である。また、分散メモリ型のマル
チプロセッサシステムにおいても、各プロセッサがキャ
ッシュを備え、その内容の一部または全部の一貫性が保
たれるような制御がなされていれば本発明を適用可能で
あり、同様な効果が期待できる。

【００４０】

【発明の効果】本発明によれば、複数のフリーセルリス
トを設けて、これらのフリーセルリストを記憶領域の確
保、解放を必要とする複数のプロセスに割り当てること
により、フリーセルリストの獲得、解放に伴う記憶領域
のロックを行う必要をなくし、記憶領域を頻繁に増減さ
せるようなプログラムの実行を効率良く高速に行うこと
が可能となる。

【００４１】さらに、本発明によれば、フリーセルリス
トとは別のリストを設けて複数のフリーセルリストを管
理し、前記リストの排他制御を行うことにより、各フリ
ーセルリストの排他制御を行う必要をなくし、プロセス
間の相互排除処理による処理能力の低下を防いで、各プ
ロセスにスムーズなプログラムの実行を行わせることが
可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるファイル管理方式が動作するマル
チプロセッサシステムの構成を示す図である。

【図２】本発明におけるフリーセルリストとこれに対応
する磁気ディスク上のデータ領域との関係を示す図であ
る。

【図３】従来のファイル管理方式が動作するプロセッサ
システムの構成を示す図である。

【図４】従来技術におけるフリーセルリストとこれに対
応する磁気ディスク上のデータ領域との関係を示す図で
ある。

【符号の説明】

１ＣＰＵ２メモリ４コントローラ５バス６磁気ディスク７作業領域８，２６フリーセルリスト９リスト管理テーブル２０記憶セル２１フリーセルリストのヘッダ２２セル管理要素２３ポインタ２４記憶位置２５セル管理テーブル２７リスト管理テーブルのヘッダ２８リスト管理テーブル２９リスト５０マルチプロセッサシステム

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のプロセスを実行するプロセッサ
と、前記プロセッサがアクセス可能な記憶装置とを備え
たプロセッサシステムにおいて、前記記憶装置の記憶領
域を複数の記憶セルに分割して、前記記憶セルを管理単
位とするファイル管理方式であって、前記複数の記憶セルに対応する複数のセル管理要素であ
って、未使用の前記記憶セルに対応する前記セル管理要
素を含む複数のフリーセルリストと、前記複数のフリーセルリストに対応する複数のリスト管
理テーブル要素を含むリスト管理テーブルとを備えたフ
ァイル管理方式。
【請求項２】前記複数のプロセスのうちの１以上のプ
ロセスは、前記複数のフリーセルリストのうちの１つを
獲得して独占的に使用する、請求項１に記載のファイル
管理方式。
【請求項３】前記１以上のプロセスは、前記フリーセ
ルリストを獲得する際に前記リスト管理テーブルをロッ
クすることにより他の前記プロセスによる前記フリーセ
ルリストの獲得を排除し、前記フリーセルリストの獲得
後は前記リスト管理テーブルのロックを解除することに
より他の前記プロセスによる前記フリーセルリストの獲
得を可能にする、請求項２に記載のファイル管理方式。
【請求項４】前記プロセッサの数は複数である、請求
項１に記載のファイル管理方式。