JP2001209578A - メモリ更新履歴管理方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】仮想記憶管理機能においてページサイズの切り
替えを行う場合、各ページの参照状態、更新状態を管理
するページアクセス情報部のページサイズ切り替えに伴
うオーバヘッドが大きいという問題があった。 【解決手段】本発明は、主記憶がページ単位で管理さ
れ、各ページごとにページの更新状態を示すページアク
セス情報を有するマルチプロセッサシステムにおいて、
動作中に主記憶のページサイズが動的に変更された状態
で、メモリアクセスが行われる場合に、変更されたペー
ジサイズにあわせて管理されるページ単位とページアク
セス情報の対応を１対１から１対ｎに変更することで、
主記憶に異なるページサイズが混在した状態でもページ
アクセス情報の管理を行うことが出来ることを特徴とし
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、仮想記憶管理方式
に関し、特にページサイズを動的に切り替えて運用を行
う仮想記憶管理におけるメモリ更新履歴管理方式に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、情報処理技術の仮想記憶管理機能
において、大量の観測データを使用しての科学技術計算
やマルチメディア画像の加工処理等のように大規模で長
大なデータに対する処理の必要性を背景にしてページサ
イズの拡大が要望され、従来の４Ｋバイト等の小さなペ
ージサイズから数メガバイト等の大きなページサイズを
扱うことも可能なようになってきた。

【０００３】一方、トランザクション処理等の既存の情
報処理ではそのような大きなページサイズを扱う必要性
は余りない。

【０００４】そのため、長大なデータに対する処理を行
うアプリケーションに適した大きなページサイズと既存
のトランザクション処理を行うアプリケーションに適し
た小さなページサイズとを１つのシステム内で両立させ
システムとして効率的な処理をするため、仮想記憶管理
機能は、複数のページサイズに対応するようになってき
ている。この時、同一のメモリ領域に対して同時に異な
るページサイズで管理することは出来ないため、システ
ム内のメモリ領域を分け、あるメモリ領域についてのペ
ージサイズは４Ｋバイトで、別のメモリ領域についての
ページサイズは４メガバイトでというような扱うページ
サイズにより、メモリ領域を空間的に分割した仮想記憶
管理方式がある。又、日中の運用は、４Ｋバイトで、夜
間の運用は、４メガバイトでというようなページサイズ
の適用を時間で分割した方式がとられる場合もある。

【０００５】仮想記憶管理機能を使用するシステムにお
いては、通常、主記憶メモリは、固定なサイズ（４Ｋバ
イト、８Ｋバイト、・・・）のページに分割され管理さ
れる。各ページの論理アドレスと物理アドレスの対応を
管理するページテーブルエントリ等のページアクセス情
報には、個々のページに対するソフトウェア等のプログ
ラムからの各ページ内容の変更による書き込みや読み出
しが実行されたかどうかを記憶する為、更新（Ｃｈａｎ
ｇｅ）ビット（Ｃビット）及び参照（Ｒｅｆｅｒｅｎｃ
ｅ）ビット（Ｒビット）が設けられている。これは磁気
ディスク装置等の二次記憶装置との間でのページ内容の
読み書きを行う入出力回数を削減する為に使用される。

【０００６】演算処理プロセッサ（以降、ＥＰＵと称す
る。）がメモリへ書き込みを行った場合、更新したペー
ジに対応するページアクセス情報のＣビットが”０”か
ら“１”となり、Ｒビットも”０”から“１”に変更さ
れる。また、ＥＰＵがメモリを読み出した場合、対応す
るページの更新情報は、Ｒビットが“１”に、Ｃビット
には更新を行わず状態保持となる。

【０００７】仮想記憶管理により、メモリを磁気ディス
ク装置等の二次記憶装置に掃き出す場合、Ｒビット／Ｃ
ビットの状態を見てともに“１”であった場合、該当ペ
ージが記憶装置に掃き出される。ページの内容が掃き出
されると対応ページのページエントリのＲビット／Ｃビ
ットはいずれも“０”となる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述した複数のページ
サイズを時間的に区分して適用する従来の方法では、ペ
ージ単位とページアクセス情報は１対１で管理されてい
る。

【０００９】図４は、従来のページアクセス情報の管理
方法を示している。図４の（ａ）では、連続した物理メ
モリであるメモリＳＭＰＬ２０は４ＫバイトのページＡ
からＬに分割され、それぞれのページに対して各ページ
へのアクセス状態を示すページアクセス情報ＳＭＰＬ３
０が対応づけられている。 システム動作中に動的にペ
ージサイズの変更を行い、例えば図４の（ａ）で示す４
Ｋバイトのページサイズを図４の（ｂ）で示すように１
６Ｋバイトに変更したとするとメモリＳＭＰＬ２０のペ
ージＡからページＤはメモリＳＭＰＬ２０’のページ
Ａ’に統合される（以下同様にページＥからＬはページ
Ｂ’からＤ’として統合される。）。それに対応してペ
ージアクセス情報ＳＭＰＬ３０もページアクセス情報Ｓ
ＭＰＬ３０’のようにページＡ’からページＤ’までの
ページ数に対応して縮小される。この１６ＫＢのページ
サイズでの運用後さらに続いて４ＫＢのページサイズに
戻したとするとページアクセス情報ＳＭＰＬ３０’の状
態からページアクセス情報ＳＭＰＬ３０の状態に戻す必
要が発生するためページ切り換え時のページアクセス情
報を切り替える為のオーバヘッドが大きいという問題が
あった。

【００１０】尚、システム運用中に４ＫＢのページサイ
ズの運用状態から１６ＫＢのページサイズへの切り替え
を行う場合等のような小さなページサイズから大きなペ
ージサイズへの変更を行う場合は、拡大された１つのペ
ージ内の情報の連続性を保つために、小さなページサイ
ズのページで更新が行われているページをすべて記憶装
置に掃き出したうえで、全ページアクセス情報を一旦ク
リアし大きなページサイズのページとして再構成しなけ
ればならない。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本願の第１の発明のメモ
リ更新履歴管理方式は、複数の演算処理装置と、該複数
の演算処理装置に共有されるメモリ部と、論理ページ情
報を格納する記憶装置を有し該記憶装置を制御する入出
力制御装置とがバスに接続されたシステムにおいて、前
記各演算処理装置は、現在使用中のページサイズを記憶
するページサイズレジスタと、該ページサイズと前記演
算処理装置の実行する命令で指定する論理アドレスとか
ら参照や更新の行われたページを決定するページアクセ
ス情報制御部とを有し、前記メモリ部は、各ページの参
照や更新の状態を管理するページアクセス情報部と、前
記ページアクセス情報制御部の決定したページに対しそ
のページに対応した前記ページアクセス情報部の参照や
更新状態を操作するメモリアクセス制御部と、物理メモ
リからなるメモリとを備える。

【００１２】本願の第２の発明のメモリ更新履歴管理方
式は、第１の発明において、システムの運用環境情報の
設定時等で運用時に適用される最小のページサイズと最
大のページサイズが指定でき、システム運用時において
前記２つのページサイズとその間の任意の大きさのペー
ジサイズへの切り替えを可能とすることを備える。

【００１３】本願の第３の発明のメモリ更新履歴管理方
式は、第１の発明において、前記ページアクセス情報部
は、各論理ページの管理を行う複数のエントリから構成
され各エントリは対応する論理ページに参照系のアクセ
スが行われたことを表す参照ビットと、更新系のアクセ
スが行われたことを表す更新ビットとを含むことを備え
る。

【００１４】本願の第４の発明のメモリ更新履歴管理方
式は、第１の発明において、前記ページアクセス情報部
は、最小のページサイズを管理する為に必要な領域長が
確保され、ページサイズを切り替えてもその領域長を縮
小しないことを備える。

【００１５】本願の第５の発明のメモリ更新履歴管理方
式は、第１、２、３又は４の発明において、最小のペー
ジサイズより大きいページサイズでの運用時、大きいペ
ージサイズをもつページを複数の最小のページの集合と
見なし大きいページにアクセスが行われても大きいペー
ジの中のアクセスが行われた最小のページに対応するペ
ージアクセス情報部のエントリの参照ビット又は更新ビ
ットのみ更新を行うことを備える。

【００１６】本願の第６の発明のメモリ更新履歴管理方
式は、第１、２、３、４又は５の発明において、最小の
ページサイズより大きいページサイズでの運用時、物理
メモリ上にあるページの前記記憶装置への掃き出しにお
いて該ページに関係する前記ページアクセス情報部の全
てのエントリの参照ビットと更新ビットをＯＲしその結
果いずれのビットともＯＮの時、該ページを掃き出しの
対象とすることを備える。

【００１７】本願の第７の発明のメモリ更新履歴管理方
式は、第１の発明において、システム運用開始直後に使
用するページサイズを指定することができることを備え
る。

【００１８】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の装
置構成例を示すブロック図である。

【００１９】図１において、本発明は、演算処理プロセ
ッサ１ａ〜１ｄと、メモリ部６と、仮想記憶空間情報を
保持する記憶装置７と、メモリ３の内容を記憶装置７に
対し入出力する入出力制御装置（ＩＯＰ）８と、それら
を接続するバス９とを含む。

【００２０】演算処理装置１ａ〜１ｄ（以降、ＥＰＵと
称す。）は、ページサイズレジスタ１０の内容を参照し
メモリ３上のアクセスされる論理アドレスに従って該当
するページアクセス情報部４のエントリを決定しそのエ
ントリのＣビット、Ｒビットの操作をメモリアクセス制
御部５に対して指示するページアクセス情報制御部２
と、現在動作中のページサイズ等を記憶するページサイ
ズレジスタ１０とを有する。

【００２１】メモリ部６（以降、ＭＭＵと称す。）は、
メモリ３と、各ページについてのアクセス状態を表すペ
ージアクセス情報部４と、ページアクセス情報部４の内
容の更新をページアクセス情報制御部２の指示に従い実
行するメモリアクセス制御部５と、を有する。

【００２２】各ＥＰＵ１ａ〜１ｄの持つページサイズレ
ジスタ１０は、当該ＥＰＵ１ａ〜１ｄが異なるページサ
イズの混在を許可しているかどうかを示す情報と、当該
動作システムにおけるページの最小管理サイズ、最大管
理サイズを示す情報と、当該ＥＰＵ１ａ〜１ｄが現在ど
のページサイズモードでメモリアクセスを行っているか
を示す情報等を有している。

【００２３】図４は、従来のページ更新管理方法を示す
図である。

【００２４】従来の管理方法は、１つのページとそのペ
ージに関係するページアクセス情報部４のエントリと
は、１対１で対応している。

【００２５】図２は、本発明のページ更新管理方法を示
す図である。

【００２６】本発明では、１つのページとそのページに
関係するページアクセス情報部４とは、１対１〜ｎに可
変である。つまり１つのページに対し１乃至複数のペー
ジアクセス情報のエントリが対応する形での管理が行わ
れる。

【００２７】図３は、ページ切り替えを行うときの動作
フローを示したものである。

【００２８】図２，４のメモリＳＭＰＬ２０は連続した
物理メモリで、４ＫＢのページ単位Ａ〜Ｌに分割され管
理されている状態を示す。ページアクセス情報ＳＭＰＬ
３０には、各ページ毎に更新ビット（Ｃビット）、参照
ビット（Ｒビット）があり、対応するメモリ上のページ
が更新されるとページアクセス情報のＣビット、Ｒビッ
トが更新される。

【００２９】メモリ３へＥＰＵ１ａ〜１ｄが書き込みを
行った場合、更新したページに対応するページアクセス
情報部４のＣビットが“１”となり、Ｒビットが“１”
に更新される。また、ＥＰＵ１ａ〜１ｄがメモリ３を読
み出した場合、対応するページのページアクセス情報部
４は、Ｒビットが“１”に、Ｃビットは変更されず状態
保持となる。

【００３０】メモリ３を記憶装置７に掃き出す場合に、
Ｃビット／Ｒビットの状態を見て、ともに“１”であっ
た場合、該当ページが記憶装置７に掃き出される。ペー
ジの内容が掃き出されると対応ページのページアクセス
情報部４のＣビット／Ｒビットは“０”となる。

【００３１】次に、本発明の実施の形態の動作について
図面を参照して説明する。

【００３２】図１において、複数のＥＰＵ１ａ〜１ｄと
ＭＭＵ６とＩＯＰ８がバス９に接続されており、ＥＰＵ
１ａ〜１ｄにはページサイズレジスタ１０の制御を行う
ページアクセス情報制御部２と動作中のページサイズを
有するページサイズレジスタ１０を持ち、ＭＭＵ６はメ
モリ３と、ページアクセス情報制御部２から通知された
アクセスされるアドレスを含むページ情報を元にそのペ
ージに対応するページアクセス情報部４を操作するメモ
リアクセス制御部５と、各ページに対するＣビット、Ｒ
ビットを有するページアクセス情報部４と、複数の物理
ページからなるメモリ３と、から構成される。

【００３３】また、ＩＯＰ８には磁気ディスクや電子デ
ィスク等からなり動作するアプリケーションプログラム
等の論理ページを持った記憶装置７が接続されている。
記憶装置７とメモリ３との間でのページの書き込み読み
出しの制御はページアクセス情報制御部で行われる。

【００３４】システムの動作環境の設定時に当該システ
ムで使用する最小のページサイズと最大のページサイズ
が指定される。ここで指定された最小と最大のページサ
イズ間で任意の大きさのページへの切り替えを行うこと
ができる。又、システム立ち上げ直後に適用するページ
サイズも指定される。システム動作中においては、ここ
で指定された最小のページサイズより小さいページサイ
ズに切り替えることはできないし、また最大のページサ
イズより大きいサイズを持ったページに切り替えること
もできない。最小のページサイズとして、例えば４Ｋ
Ｂ、８ＫＢ、１６ＫＢ等々が指定できる。最大のページ
サイズとして、例えば２５６ＫＢ、１メガＢ、４メガＢ
等が指定できる。

【００３５】ページアクセス情報部４の大きさは、シス
テムで運用される最小のページサイズの管理に必要なエ
ントリ数分の領域が予め確保される。具体的にはページ
アクセス情報部４のエントリ数は、システムの有する全
論理メモリ容量を指定された最小のページサイズで割っ
た数となる。

【００３６】小さいページサイズから大きいページサイ
ズに変更が行われた場合にも大きいページを複数の最小
のページサイズのページの集合と見なし、ページアクセ
ス情報部４の各エントリの管理する対象メモリ領域の大
きさは最小のページサイズの領域長のままである。大き
いページサイズでアクセスが発生した場合には、メモリ
アクセス制御部５は、大きいページの中でアクセスが行
われたメモリ領域に対応するページアクセス情報部４の
該当するエントリのＣビットやＲビットのみを更新す
る。

【００３７】本発明におけるページサイズの具体的な切
り替え操作例として最小のページサイズを８ＫＢ、最大
のページサイズを５１２ＫＢ、システム立ち上げ時にお
けるページサイズが１６ＫＢと指定されているとして例
えば、１６ＫＢ（立ち上げ直後）−−＞４８ＫＢ−−＞
５１２ＫＢ−−＞８ＫＢ等の運用中での切り替え操作が
可能である。この場合、最小のページサイズが８ＫＢで
あるため、８ＫＢより小さいページサイズに切り替える
ことはできない。また最大のページサイズが５１２ＫＢ
であることからそれより大きいページサイズに切り替え
ることもできない。

【００３８】ソフトウェアからの指示により、ページを
記憶装置７に掃き出す必要が発生した場合には、大きい
ページに対応するページアクセス情報部４のすべてのエ
ントリのＣビット、ＲビットをＯＲした結果を見て、”
１”となったページを掃き出すページとする。

【００３９】図２と、図３のフローチャートを元にし
て、最小のページサイズとシステム立ち上げ直後のペー
ジサイズを何れも４ＫＢとし、４ＫＢページモードと１
６ＫＢページモードの２種類のページサイズを切り替え
てメモリを管理する場合について説明する。

【００４０】システムの立ち上げ時、ページアクセス情
報部４が作成され初期設定される。この時のエントリ数
はシステム全体の物理メモリ量を４ＫＢで割った値とな
る。全てのＲビット、Ｃビットが”０”とされる（ステ
ップＳ１）。

【００４１】ページサイズレジスタ１０には、複数のペ
ージサイズを切り替えて運用する内容を表示するページ
サイズの混在許可の情報と、最小のページ管理単位が４
ＫＢであること、現在のページサイズとしてシステム立
ち上げ時でのページサイズの４ＫＢの値が設定される
（ステップＳ２）。ページサイズレジスタ１０は、ＥＰ
Ｕ１ａ〜１ｄ毎に設定することが出来るが内容は同じで
ある。

【００４２】ＥＰＵ１ａ〜１ｄが、１ページ４ＫＢのペ
ージサイズでメモリアクセスを行っている時に（ステッ
プＳ３）、ページサイズを１６ＫＢでアクセスするペー
ジサイズ変更の指示が操作者等から行われたとする（ス
テップＳ４）。４ＫＢで管理されているページアクセス
情報部４の中でＣビット、Ｒビットがいずれも”１”の
ものをサーチし、そのページアクセス情報に該当する４
ＫＢのページを記憶装置７に全て掃き出しを行う。そし
てページアクセス情報部４のＣビット、Ｒビットを”
０”で初期化する。又、ページの存在する場所を識別す
るためのページ不在情報をメモリ３ではなく記憶装置７
として設定する（ステップＳ５）。

【００４３】ページサイズレジスタ１０の現在のページ
サイズは１６ＫＢとされ、ページサイズは１６ＫＢと切
り替わる（ステップＳ６）。以降、１６ＫＢのアクセス
が行われるが、全てのページが記憶装置７にあるため切
り替え直後は、記憶装置７へのリードアクセスが頻発す
ることになる。

【００４４】図３にあるように本発明では１６ＫＢのペ
ージサイズへの切り替えが行われてもページアクセス情
報部４は４ＫＢのまま管理されるので、ページアクセス
情報ＳＭＰＬ３０’の形態は変化せずＣビット、Ｒビッ
トに対応するエントリ数は変わらない。メモリＳＭＰＬ
２０’上の１６ＫＢの大きさのページＡ’には、ページ
アクセス情報ＳＭＰＬ３０’の先頭から４つのエントリ
が対応してページアクセス状態の管理を行う。つまり、
ページアクセス情報ＳＭＰＬ３０’の最初のエントリ
は、ページＡ’の最初の４ＫＢのメモリに対するアクセ
ス状態を管理し、ページアクセス情報ＳＭＰＬ３０’の
２番目のエントリは、ページＡ’の先頭から４ＫＢ番地
〜８ＫＢ番地の範囲の４ＫＢのメモリに対するアクセス
状態を管理するということになる。

【００４５】このように、１６ＫＢページを、４ＫＢ×
４のメモリ領域の集合と見做す。プログラムの実行時に
は、１６ＫＢページを構成する４つの４ＫＢメモリ領域
の集合の中のアクセスが行われた４ＫＢメモリに対応す
るページアクセス情報ＳＭＰＬ３０’の何れかのエント
リのみのＣビット、Ｒビットのみ操作の対象となる。

【００４６】１６ＫＢのページサイズでの運用中に、あ
るページを記憶装置７に掃き出す必要が発生した場合に
は、当該ページに対応する４つのエントリからなるペー
ジアクセス情報部４の更新情報（Ｒビット、Ｃビット）
をＯＲした結果を見て、記憶装置７に掃き出す必要のあ
るページか否かを決定する。ＯＲした結果が”１”であ
れば掃き出しの対象となるわけである（ステップＳ
７）。

【００４７】再び、ページサイズを４ＫＢ単位に切り替
えた場合には、ページサイズレジスタの現在のページサ
イズは４ＫＢとなり、ページアクセス情報部４の更新単
位を４ＫＢ×１ページとする。この場合は先の４ＫＢサ
イズでの状態から１６ＫＢのページサイズに切り替えた
時のような処理は不必要である（ステップＳ８）。図３
でのページアクセス情報ＳＭＰＬ３０’の形態からペー
ジアクセス情報ＳＭＰＬ３０の形態に変わる。ページア
クセス情報部４に対してページ掃き出し時のＯＲをとる
作業は行われない。

【００４８】

【発明の効果】本発明の効果は、複数種類の異なるペー
ジサイズで同一のメモリをアクセスする場合、ページサ
イズが混在したままでも、メモリのページアクセス情報
が管理できることと、動作中に動的にページサイズの変
更を行った場合に、各ページとページアクセス情報の対
応を変更することにより、ページアクセス情報の管理を
継続することを可能とすることを特徴としている。ま
た、装置停止中に切り替える場合にも、各ページとペー
ジアクセス情報の対応を構成し直す必要がないので、ペ
ージサイズの切り替え時間の短縮が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成を示したブロック図である。

【図２】本発明の仮想記憶管理方式におけるページアク
セス情報の管理方式図である。

【図３】本発明の動作の１例を表したフローチャートで
ある。

【図４】従来の仮想記憶管理機能のページアクセス情報
の管理方式図である。

【符号の説明】

１ａ〜１ｄ 演算処理装置 ２ ページアクセス情報制御部 ３ メモリ ４ ページアクセス情報部 ５ メモリアクセス制御部 ６ メモリ部 ７ 記憶装置 ８ 入出力制御装置（ＩＯＰ） ９ バス １０ ページサイズレジスタ

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の演算処理装置と、該複数の演算処
   理装置に共有されるメモリ部と、論理ページ情報を格納
   する記憶装置を有し該記憶装置を制御する入出力制御装
   置とがバスに接続されたシステムにおいて、前記各演算
   処理装置は、現在使用中のページサイズを記憶するペー
   ジサイズレジスタと、該ページサイズと前記演算処理装
   置の実行する命令で指定する論理アドレスとから参照や
   更新の行われたページを決定するページアクセス情報制
   御部とを有し、前記メモリ部は、各ページの参照や更新
   の状態を管理するページアクセス情報部と、前記ページ
   アクセス情報制御部の決定したページに対しそのページ
   に対応した前記ページアクセス情報部の参照や更新状態
   を操作するメモリアクセス制御部と、物理メモリからな
   るメモリとを有することを特徴とするメモリ更新履歴管
   理方式。
2. 【請求項２】 システムの運用環境情報の設定時等で運
   用時に適用される最小のページサイズと最大のページサ
   イズが指定でき、システム運用時において前記２つのペ
   ージサイズとその間の任意の大きさのページサイズへの
   切り替えを可能とすることを特徴とする請求項１記載の
   メモリ更新履歴管理方式。
3. 【請求項３】 前記ページアクセス情報部は、各論理ペ
   ージの管理を行う複数のエントリから構成され各エント
   リは対応する論理ページに参照系のアクセスが行われた
   ことを表す参照ビットと、更新系のアクセスが行われた
   ことを表す更新ビットとを含むことを特徴とする請求項
   １記載のメモリ更新履歴管理方式。
4. 【請求項４】 前記ページアクセス情報部は、最小のペ
   ージサイズを管理する為に必要な領域長が確保され、ペ
   ージサイズを切り替えてもその領域長を縮小しないこと
   を特徴とする請求項１記載のメモリ領域更新履歴管理方
   式。
5. 【請求項５】 最小のページサイズより大きいページサ
   イズでの運用時、大きいページサイズをもつページを複
   数の最小のページの集合と見なし大きいページにアクセ
   スが行われても大きいページの中のアクセスが行われた
   最小のページに対応するページアクセス情報部のエント
   リの参照ビット又は更新ビットのみ更新を行うことを特
   徴とする請求項１、２、３又は４記載のメモリ更新履歴
   管理方式。
6. 【請求項６】 最小のページサイズより大きいページサ
   イズでの運用時、物理メモリ上にあるページの前記記憶
   装置への掃き出しにおいて該ページに関係する前記ペー
   ジアクセス情報部の全てのエントリの参照ビットと更新
   ビットをＯＲしその結果いずれのビットともＯＮの時、
   該ページを掃き出しの対象とすることを特徴とする請求
   項１、２、３、４又は５記載のメモリ更新履歴管理方
   式。
7. 【請求項７】 システム運用開始直後に使用するページ
   サイズを指定することができる請求項１記載のメモリ更
   新履歴管理方式。