JP2002251322A - 記憶装置制御システム - Google Patents

記憶装置制御システム

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JP2002251322A
JP2002251322A JP2001046258A JP2001046258A JP2002251322A JP 2002251322 A JP2002251322 A JP 2002251322A JP 2001046258 A JP2001046258 A JP 2001046258A JP 2001046258 A JP2001046258 A JP 2001046258A JP 2002251322 A JP2002251322 A JP 2002251322A
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JP
Japan
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cache memory
access
segment size
cache
data
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JP2001046258A
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English (en)
Inventor
Osamu Kubota
収 久保田
Hisaoki Watanabe
久起 渡邉
Hiroyuki Hodo
裕之 保土
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Hitachi Ltd
Hitachi Asahi Electronics Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Hitachi Asahi Electronics Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 上位装置からのI/O処理における様々なア
クセス単位に対して、最適なセグメントサイズを決定で
きるようにすること。 【解決手段】 キャッシュメモリ制御システムは、異な
るセグメントサイズが割り当てられた複数個のキャッシ
ュメモリ及び、上位装置からのI/O処理におけるアク
セス単位を検出し、当該アクセス単位に最適なセグメン
トサイズを選択する制御部を備えている。さらに、制御
部は、複数個のキャッシュメモリ104のセグメントサ
イズを変更できる。

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
おける外部記憶装置におけるキャッシュメモリ制御に関
する。
【0002】
【従来の技術】従来、外部記憶装置には、キャッシュメ
モリが搭載されている。これにより、上位装置がアクセ
スしたいデータがキャッシュメモリにあれば、キャッシ
ュメモリから読み出しを実行し、I/O性能を向上させ
ている。このキャッシュメモリの制御方法としては、た
とえば、特開平10−301847号公報に示されてい
るように、上位装置からのアクセス種別に基づいて所定
のセグメントサイズを割り当てるものが知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような制
御システムでは上位装置、すなわちオペレーティングシ
ステムからのI/O処理におけるアクセス単位によって
は、必ずしも最適な性能を得られない場合がある。例え
ば、シーケンシャルリード及びシーケンシャルライト等
のアクセス種別においても、オペレーティングシステム
はアクセス単位を大きいサイズで設定する場合と小さい
サイズで設定する場合があり、これらに適したセグメン
トサイズを決定しないと、I/O性能が劣化する恐れが
ある。
【0004】本発明の目的は、オペレーティングシステ
ムが設定するアクセス単位に基づいて、最適なセグメン
トサイズを決定することができるキャッシュメモリ制御
システムを提供することにある。
【0005】さらに、本発明は、キャッシュメモリを複
数個搭載させることによって、極めて容易に異なる値の
セグメントサイズの選択が可能なキャッシュメモリ制御
システムを提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】キャッシュメモリとその
制御部を備えたキャッシュメモリ制御システムにおい
て、前記キャッシュメモリは異なるセグメントサイズを
割り当てた複数個のキャッシュメモリを搭載するととも
に、上位装置のオペレーティングシステムがI/O処理
において設定したアクセス単位およびアクセス種別を検
出してアクセスに対応する最適セグメントサイズを決定
する制御システムを設ける。
【0007】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面を用
いて説明する。図1は本実施例の概略を示すブロック図
である。図1に示すように、キャッシュメモリ制御シス
テム102は、上位装置101からのアクセスに対して
アクセス単位およびアクセス種別を検出し、さらに当該
アクセス単位に最適なセグメントサイズを選択できる制
御部103と、異なるセグメント単位が割り当てられて
いる複数個のキャッシュメモリ104を備える。
【0008】図2は、図1における制御部103の各機
能を示したものである。上位装置からのアクセスに応じ
て、アクセスすべきデータサイズをアクセス単位検出機
能201で判別する。このデータサイズと各々のキャッ
シュ毎のセグメントサイズが格納されているキャッシュ
メモリ別セグメントサイズ情報205の情報と合わせ
て、最適セグメントサイズ決定機能202によりアクセ
スに応じた最適なセグメントサイズを決定する。次い
で、上位装置からのアクセスの種別、すなわち書き込み
要求か読み出し要求か、をアクセス種別検出機能203
で判別する。上記データサイズおよびアクセスの種別に
対応して、使用キャッシュメモリ選択機能204によっ
て、当該アクセスに最適なキャッシュメモリを選択す
る。この際、当然のことながら、キャッシュメモリデー
タ管理情報206が保持している各キャッシュメモリ内
のデータに関する情報および上述したキャッシュメモリ
別セグメントサイズ情報205が保持しているキャッシ
ュ毎のセグメントサイズに関する情報とが参照される。
さらに、後述するように、本発明によって、キャッシュ
のセグメントサイズが変更されたときは、この情報が、
205、206に反映される。
【0009】図3は、上位装置からのアクセスに対応し
た処理の流れを示すフローチャートである。
【0010】まず、上位装置から記憶媒体へのアクセス
要求が来たとき(ステップ301)、アクセス単位を検
出し(ステップ302)、最適セグメントサイズを決定
する(ステップ303)。この最適セグメントサイズの
決定の処理フローは図5で説明する。次いで、その後、
上位装置から記憶媒体へのアクセス要求が書き込み要求
であるか読み出し要求であるかを検出する(ステップ3
04)。ここでは書き込み要求であるか、という形で表
現しているので、書き込み要求であればYES、読み出
し要求であればNOとなる。読み出し要求であってNO
となったときの処理はAに移行するが、これは図4を参
照して説明する。書き込み要求であってYESとなると
最適セグメントサイズのキャッシュメモリに空きがある
か否かの判定をする(ステップ305)。空きがあれば
書き込み処理を行い(ステップ306)、どのキャッシ
ュメモリに書き込み処理を行ったかをキャッシュメモリ
データ管理情報206に報告して(ステップ306)当
該アクセスの処理を完了する。
【0011】ステップ305で空きが無くNOであれ
ば、当該アクセスで要求されているアクセス単位に対応
するのに必要なキャッシュの空きがあるか否かを判定す
る(ステップ308)。このときの判定はキャッシュの
セグメントサイズに関係なくキャッシュのセグメントに
記憶された情報が無く、連続したメモリ領域として使用
可能な空きのあるキャッシュの有無を判定するものであ
る。ステップ308でYESと判定されたときは、この
キャッシュのセグメントサイズを最適セグメントサイズ
に変更し(ステップ309)、書き込み処理を行う(ス
テップ310)。そして、どのキャッシュメモリのセグ
メントサイズを変更して書き込み処理を行ったかをキャ
ッシュメモリデータ管理情報206に報告して(ステッ
プ311)当該アクセスの処理を完了する。一方、ステ
ップ308でNOと判定されたときは、最適セグメント
サイズのキャッシュに対して、たとえば、Least Recent
ly Used(LRU)システムとして知られているキャッシ
ュの内容管理システムに従った書き込み処理を行う(ス
テップ312)。そして、どのキャッシュメモリがLR
Uシステムによって更新されたかをキャッシュメモリデ
ータ管理情報206に報告して(ステップ313)当該
アクセスの処理を完了する。ここで、ステップ308に
よる判定をキャッシュのセグメントサイズに関係なくキ
ャッシュのセグメントに記憶された情報が無く、連続し
たメモリ領域として使用可能な空きのあるキャッシュ、
すなわち、空きキャッシュの有無を判定するものとした
のは、すでに、一部のセグメントが使用されていると、
そのキャッシュに関する情報がキャッシュメモリデータ
管理情報206に報告されているから、途中で変更する
と混乱が起こるからである。
【0012】図4は、読み出し要求に対応した処理を説
明する図である。読み出し要求に対応して最適セグメン
トサイズのキャッシュをチェックする(ステップ40
1)。これは、先の書き込みの説明から分かるように、
アクセスサイズに対応する最適セグメントサイズのキャ
ッシュにデータが書き込まれているはずであるから、こ
のサイズのキャッシュをチェックするのである。次い
で、アクセス対応のデータがあるか否かの判定を行い
(ステップ402)、YESであれば読み出し処理を行
い(ステップ403)、NOであれば、ディスクにアク
セス(ステップ404)して処理を終了する。
【0013】図5は、上述した、最適セグメントサイズ
の決定処理(ステップ303)の一例を示す処理フロー
である。ここでは、セグメントサイズの異なるキャッシ
ュメモリを3個搭載している場合について説明する。
【0014】メモリA、B、Cは、ブロック501に示
すように、それぞれ、各セグメントサイズXi,Xj,X
kが初期値として設定されているものとする。ここで、
i,Xj,XkはXi<Xj<Xkであるものとする。この
情報は、図2で説明したキャッシュメモリ別サイズ情報
205に保持されているものである。このときのアクセ
ス単位をNとすると、まず、アクセス単位のサイズNが
最小のセグメントサイズXi以下であるか否かが判定さ
れる(ステップ502)。YESであれば、キャッシュ
メモリAが選択される(ステップ503)。NOであれ
ば、アクセス単位のサイズNが次に大きいセグメントサ
イズXj以下であるか否かが判定される(ステップ50
4)。YESであれば、キャッシュメモリBが選択され
る(ステップ505)。NがXiより大きく以下である
とき、キャッシュメモリBが選択される。NOであれ
ば、すなわち、アクセス単位のサイズNがXjより大き
いとき、キャッシュメモリCが選択される(ステップ5
06)。
【0015】上位装置からの書き込みアクセスのデータ
サイズとキャッシュメモリのセグメントサイズとの関係
の一例を図6を用いて説明する。図6に示すようにキャ
ッシュメモリ610と611の2個があり、それぞれの
セグメントサイズが64KBと16KBであるとする。
この場合、上位装置から次々と転送されてくるデータサ
イズが16KB以下、すなわち、参照符号602および
605で示すデータは、セグメントサイズが16KBの
キャッシュメモリ611に格納し、16KBより大き
い、参照符号601、603、604および606で示
すデータは、セグメントサイズが64KBセグメントの
キャッシュメモリ611に格納する。この例では、アク
セスされた全てのデータが二つのキャッシュメモリに格
納できたから、セグメントサイズの変更は必要ではなか
った。
【0016】これに対して、上位装置からの書き込みア
クセスに応じてセグメントサイズを変更することが必要
となる例を図7を用いて説明する。図7に示す2個のキ
ャッシュメモリ710、711は、もともと、図6で説
明したキャッシュメモリ610と611と同じであった
ものが、本発明により、キャッシュメモリ611のセグ
メントサイズが16KBから64KB相当のものに変更
された例を示すものである。上位装置から次々と転送さ
れてくるデータ701から706のデータサイズが16
KBより大きいデータが続き、セグメントサイズが64
KBのキャッシュメモリ710にデータ701から70
5までのデータが格納される。その結果、セグメントサ
イズが64KBのキャッシュメモリ710全領域使用さ
れてしまう。次に、データ706の書き込みアクセスが
あったところで、図3のステップ305はNOの判定を
することになる。次いで、残っているセグメントサイズ
が16KBのキャッシュメモリ711が空きであること
を確認し(ステップ308)、このキャッシュメモリ7
11のセグメントサイズを64KBに変更して(ステッ
プ309)、データを格納する(ステップ310)。
【0017】図8は、図6で説明した状況で、データ6
02に続くデータが、16KBより大きいデータであっ
た場合の対応を説明する図である。図8では、データ8
02がデータサイズが8KBであるほかは、他のデータ
が全て、16KBより大きいデータである。図6で説明
したと同様、データ801から806まではそれぞれの
データが対応するセグメントサイズのキャッシュメモリ
810,811に格納されるが、図7と異なり、データ
807のデータサイズが16KBより大きく、しかも、キ
ャッシュメモリ811にはデータ802が格納されてい
るので、このセグメントサイズを変更することは不適当
である。この場合には、前述したLRUシステムとして
知られているキャッシュの内容管理システムに従って、
たとえば、データ807の書き込みアクセスがあるまで
に、最もアクセスが少なかったデータ806の内容がデ
ィスクに移されてこの後にデータ807が格納されるも
のとする例である。
【0018】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のキャッシ
ュ制御システムは、上位装置からのI/O処理における
アクセス単位にかかわらず、効率よくキャッシュメモリ
を活用でき、データの書き込み/読み出し回数を減少で
きる。従って、効率的かつ高性能な外部記憶装置を提供
できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の概略を示すブロック図。
【図2】図1における制御部103の各機能を示すブロ
ック図。
【図3】上位装置からのアクセスがあったときの処理の
流れを示すフローチャート。
【図4】読み出し要求に対応した処理を説明する図。
【図5】図3における最適セグメントサイズの決定処理
の一例を示す処理フロー。
【図6】上位装置からの書き込みアクセスのデータサイ
ズとキャッシュメモリのセグメントサイズとの関係の一
例を示す図。
【図7】上位装置からの書き込みアクセスに応じてセグ
メントサイズを変更することが必要となる例を示す図。
【図8】図6で説明した状況に対して、大きいデータが
継続する場合の対応を説明する図である。
【符号の説明】
101:上位装置、102:キャッシュメモリ制御シス
テム、103:制御部、104:キャッシュメモリ、1
05:記憶媒体、201:アクセス単位検出機能、20
2:最適セグメントサイズ決定機能、203:アクセス
種別検出機能、204:使用キャッシュメモリ選択機
能、205:キャッシュメモリ別セグメントサイズ情
報、206:キャッシュメモリデータ管理情報。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡邉 久起 愛知県尾張旭市晴丘町池上1番地 株式会 社日立旭エレクトロニクス内 (72)発明者 保土 裕之 神奈川県海老名市下今泉810番地 株式会 社日立製作所インターネットプラットホー ム事業部内 Fターム(参考) 5B005 JJ13 MM12 NN12 UU44

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】キャッシュメモリとその制御部を備えたキ
    ャッシュメモリ制御システムにおいて、前記キャッシュ
    メモリは異なるセグメントサイズを割り当てた複数個の
    キャッシュメモリを搭載するとともに、上位装置のオペ
    レーティングシステムがI/O処理において設定したア
    クセス単位およびアクセス種別を検出してアクセスに対
    応する最適セグメントサイズを決定する制御システムを
    設けたことを特徴とするキャッシュメモリ制御システ
    ム。
  2. 【請求項2】アクセスされたデータに対応する最適なセ
    グメントサイズのキャッシュメモリに空きが無いとき、
    全てのセグメントが空きであるキャッシュメモリのセグ
    メントサイズを、前記アクセスされたデータに対応する
    セグメントサイズに変更する請求項1記載のキャッシュ
    メモリ制御システム。
JP2001046258A 2001-02-22 2001-02-22 記憶装置制御システム Pending JP2002251322A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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