JP2012053572A - 情報処理装置およびキャッシュの制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】取り外されたキャッシュ装置を再度取り付けた場合に、キャッシュ装置内のキャッシュデータを有効に用いること。
【解決手段】情報処理装置は、メモリと、取り外し要求検出手段と、設定手段と、無効化手段とを具備する。メモリには、キャッシュ装置に格納されているキャッシュデータを管理するための情報が記述されているキャッシュ管理情報が格納される。取り外し要求検出手段は、キャッシュ装置の取り外し要求を検出する。設定手段は、取り外し要求が検出された場合に、キャッシュとしてのキャッシュ装置の使用を中断するキャッシュ無しモードに設定する。無効化手段は、キャッシュ無しモードにおいて記憶装置に第１データを書き込む場合、キャッシュ管理情報内の第１データに対応する第１キャッシュデータに係わる情報を無効化する。
【選択図】 図１

Description

本発明の実施形態は、取り外し可能な記憶装置をキャッシュとして用いる情報処理装置およびキャッシュの制御方法に関する。

今日、ＵＳＢ（Universal Serial Bus） ３．０に代表されるような比較的安価で高速で取り外し可能なインタフェースが普及しつつあり、低速なハードディスクへの読み出しや書き込みを行なう際のキャッシュデバイスとして利用可能となってきている。さらに、ＵＳＢメモリの低価格化・大容量化に伴い、そのすべてをキャッシュデバイスとして使用するのではなく、一部を通常のＵＳＢメモリと同じようにユーザ領域として使用する使い方が考えられる。

このような場合に、ユーザデータの受け渡しに、キャッシュデバイスとして用いられているＵＳＢメモリが使用されることが考えられるが、従来のディスクキャッシュシステムでは、たとえほんの少しの時間だけＵＳＢメモリを取り外した場合でも、取り外していた間のデータの更新された場合の整合がとれないため、キャッシュしていたデータすべてが無効として扱うことになる。このため、もう一度キャッシュデータが蓄積されるまで、キャッシュシステムのメリットが発揮できない。

特開２０１０−４４７２７号公報

取り外し可能なキャッシュ装置を取り外した後に、キャッシュデバイスを再度取り付けた場合でも、キャッシュ装置内のキャッシュデータを有効に用いることが望まれている。

本発明の目的は、取り外されたキャッシュデバイスを再度取り付けた場合に、キャッシュ装置内のキャッシュデータを有効に用いることが可能な情報処理装置およびキャッシュの制御方法を提供することにある。

実施形態によれば、情報処理装置は、メモリと、取り外し要求検出手段と、設定手段と、無効化手段とを具備する。メモリには、キャッシュ装置に格納されているキャッシュデータを管理するための情報が記述されているキャッシュ管理情報が格納される。取り外し要求検出手段は、キャッシュ装置の取り外し要求を検出する。設定手段は、取り外し要求が検出された場合に、キャッシュとしてのキャッシュ装置の使用を中断するキャッシュ無しモードに設定する。無効化手段は、キャッシュ無しモードにおいて記憶装置に第１データを書き込む場合、キャッシュ管理情報内の第１データに対応する第１キャッシュデータに係わる情報を無効化する。

実施形態の情報処理装置のシステム構成の一例を示すブロック図。 キャッシュ管理情報に格納されている情報の一例を説明するための図。 ＵＳＢメモリを取り外す場合の処理の手順の一例を示すフローチャート。 キャッシュ無しモードにおいてＨＤＤへのアクセスがあった場合の処理の手順の一例を示すフローチャート。 ＵＳＢメモリを取り付ける場合の処理の手順の一例を示すフローチャート。

以下、実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は、キャッシュデバイスとして取り外し可能なリムーバルストレージデバイス（例えば、ＵＳＢメモリ）の一部領域を使用し、ＨＤＤをキャッシュ対象とするディスクキャッシュシステムの例である。

ホストコンピュータ１には、キャッシュ対象であるハードディスクドライブ（ＨＤＤ）５０とキャッシュデバイスであるＵＳＢメモリ６０が接続されている。ＵＳＢメモリ６０は、取り外し可能なキャッシュデバイスである。

ホストコンピュータ１は、メモリ３０およびＣＰＵを有する。ＣＰＵによってオペレーティングシステム１０が実行される。また、ホストコンピュータ１は、ストレージコントローラ４１、およびＵＳＢコントローラ４２等を有する。ストレージコントローラ４１は、ハードディスクドライブ５０との間でデータの転送制御処理を行う。ＵＳＢコントローラ４２は、ＵＳＢメモリ６０との間でデータの転送制御処理を行う。

ＣＰＵ内で実行されるオペレーティングシステム１０内では、デバイス抜挿検出モジュール１１、デバイス抜出要求受信モジュール１２、およびキャッシュドライバ２０が実行される。キャッシュドライバ２０は、キャッシュ管理モジュール２１を有する。

デバイス抜挿検出モジュール１１は、リムーバルストレージデバイスであるＵＳＢメモリ６０の取り外し、取り付けを検出する。

また、キャッシュ管理モジュール２１は、ＵＳＢメモリ６０内のキャッシュデータ６４の管理、およびＵＳＢメモリ６０内のキャッシュ管理情報６３およびメモリ３０内のキャッシュ管理情報３１の管理を行う。キャッシュ管理情報３１，６３には、キャッシュデータを管理するために必要なデータが格納されている。

ＨＤＤ５０内にはキャッシュの対象であるキャッシュ対象領域５１とキャッシュ管理情報退避領域５２が存在する。キャッシュ対象領域５１には、ユーザによって作成されたデータやシステムデータ等が格納される。図１では、キャッシュ管理情報退避領域５２はキャッシュ対象領域５１内にあるが、キャッシュ対象領域５１外にあってもよい。

ＵＳＢメモリ６０内には、ユーザによって作成されたデータが保存されるユーザ領域６１と、キャッシュに係わるデータが格納されるキャッシュ領域６２とが設定されている。キャッシュ領域６２の中には、キャッシュ管理情報６３およびキャッシュデータ６４が格納される。

次に、図２を参照して、ホストコンピュータ１内のメモリ３０のキャッシュ管理情報３１と，ＵＳＢメモリ６０のキャッシュ領域６２のキャッシュ管理情報６３の例を説明する。キャッシュ管理情報３１，６３内には、キャッシュ識別子７１、キャッシュ設定情報７２、およびキャッシュディレクトリ７３が記述されている。キャッシュ識別子７１には、ＵＳＢメモリ６０を識別するための識別子が記述されている。識別子としては、ベンダ名および製造番号を含む。キャッシュ設定情報７２には、キャッシュ管理情報３１，６３のサイズやキャッシュデータのＵＳＢメモリ上の位置および容量、正常にシャットダウンされたかどうかを示すフラグ等が記録されている。キャッシュディレクトリ７３には、キャッシュ対象のデータ位置とキャッシュデータ６４内の位置との対応付け情報やダーティ情報が記述されている。ここで、ダーティ情報は、キャッシュデータ６４内の対応するデータが、ＨＤＤ５０に書き込み済みか、未書き込みかを示す情報である。

このような構成において、動作を説明する。

ホストコンピュータ１が起動されている状態で、ＵＳＢメモリ６０が取り付けられた場合、デバイス抜挿検出モジュール１１は、キャッシュ管理モジュール２１に取り付けられたことを通知する。デバイス抜挿検出モジュール１１がＵＳＢメモリ６０の取り付けを検出した場合、キャッシュ管理モジュール２１は自身をキャッシュモードに設定する。

ユーザがＵＳＢメモリ６０を取り外すための操作を行なうと、デバイス抜出要求受信モジュール１２は、この操作を検出する。操作を検出した場合、デバイス抜出要求受信モジュール１２は、抜出要求があることをキャッシュ管理モジュール２１に通知する。キャッシュ管理モジュール２１がＵＳＢメモリ６０が取り外しが可能かどうかを判断する。取り外して良いと判断された場合、デバイス抜出要求受信モジュール１２は、取り外して良いことをユーザに通知する。このようにして、ユーザがＵＳＢメモリ６０を取り外した場合は、キャッシュ管理モジュール２１は自身を、Ｒｅａｄ要求またはＷｒｉｔｅ要求に対して、ＨＤＤから直接、読み出しや書き込みを行うキャッシュ無しモードに設定する。

キャッシュドライバ２０内のキャッシュ管理モジュール２１は、Ｒｅａｄ要求またはＷｒｉｔｅ要求があった場合に、自信のモードが、キャッシュモードか、キャッシュ無しモードかにより、ＨＤＤ５０またはＵＳＢメモリ６０にアクセスし、データの読み出しまたは書き込みを行う。

以下、キャッシュモード、およびキャッシュ無しモードにおける具体的動作を、説明する。

まず、ＵＳＢメモリ６０が取り付けられているキャッシュモードにおけるＨＤＤ５０へのデータのアクセス動作について説明する。ホストコンピュータ１が稼働中、オペレーティングシステム１０が発行するＨＤＤ５０へのＲｅａｄ／Ｗｒｉｔｅ要求をキャッシュ管理モジュール２１がストレージコントローラ４１よりも先に受け取り、Ｒｅａｄ／Ｗｒｉｔｅ要求をＵＳＢメモリ６０とＨＤＤ５０とに適切に割り振る。

例えば、Ｒｅａｄ要求の場合、要求されたデータに対応するキャッシュデータがＵＳＢ６０内のキャッシュデータ６４内に記憶されているかを確認する。そして、ＵＳＢ６０内のキャッシュデータ６４内にあれば、キャッシュ管理モジュール２１は、要求されたデータに対応するキャッシュデータを読み込むためのコマンドを、ＵＳＢメモリ６０に発行する。そして、ＵＳＢメモリ６０から読み込んだキャッシュデータをＲｅａｄ要求に対して出力する。

また、ＵＳＢ６０内のキャッシュデータ６４内に、当該Ｒｅａｄ要求に対応するキャッシュデータが無ければ、キャッシュ管理モジュール２１は、ＨＤＤ５０に要求されたデータを読み込むためのコマンドをストレージコントローラ４１に対して発行する。そして、キャッシュ管理モジュール２１は、当該Ｒｅａｄ要求に対応するデータをキャッシュデータとして書き込む領域を確保できるかを確認する。キャッシュデータ６４内にＨＤＤ５０から読み出されたデータを書き込む領域を確保できた場合は、ストレージコントローラ４１がＨＤＤ５０から読み出したデータを、ＵＳＢ６０に確保したエリアに書き込み、更に当該Ｒｅａｄ要求として出力する。キャッシュデータ６４内にキャッシュデータとして書き込む領域を確保できない場合は、キャッシュデータとしては保存せすに、当該Ｒｅａｄ要求の出力だけを行う。

またＷｒｉｔｅ要求の場合、Ｗｒｉｔｅ要求に対応するデータを書き込むためのエリアがＵＳＢ６０内のキャッシュデータ６４内に確保済みの場合や新たに確保可能な場合は、キャッシュ管理モジュール２１は、Ｗｒｉｔｅ要求されたデータをＵＳＢメモリ６０のキャッシュデータ６４に書き込むためのコマンドをＵＳＢメモリ６０に発行する。そして、Ｗｒｉｔｅ要求を受けたデータをキャッシュデータ６４内にキャッシュデータとして書き込む。その後、キャッシュデータ６４から読み出し、ＨＤＤへ書き込みを行う。

Ｗｒｉｔｅ要求に対応するデータを書き込むためのエリアをＵＳＢ６０内のキャッシュデータ６４内に確保できない場合、キャッシュ管理モジュール２１は、要求されたデータを直接、書き込むためのコマンドをＨＤＤ５０に発行する。ＵＳＢメモリ６０のみに書き込まれたデータは、ダーティデータとしてキャッシュ領域６２のキャッシュデータ６４のキャッシュディレクトリ７３に記録される。

なお、キャッシュモードにおいてホストコンピュータ１がシャットダウンする際にメモリ３０内のキャッシュ管理情報３１は消えてしまう。よって、ＵＳＢメモリ６０が取り付けられている状態でホストコンピュータ１をシャットダウンする際に、キャッシュ管理モジュール２１は、ＵＳＢメモリ６０内のキャッシュ管理情報６３およびＨＤＤ５０内のキャッシュ管理情報退避領域５２にメモリ３０内のキャッシュ管理情報３１をコピーして保存する。

また、ホストコンピュータ１０の起動時にＵＳＢメモリ６０が取り付けられている場合、キャッシュ管理モジュール２１は、ＵＳＢメモリ６０内のキャッシュ管理情報６３をホストコンピュータ１内のメモリ３０にキャッシュ管理情報３１としてロードする。また、ホストコンピュータ１０の起動時にＵＳＢメモリ６０が取り外されている場合、キャッシュ管理モジュール２１は、ＨＤＤ５０内のキャッシュ管理情報退避領域５２に保存されているキャッシュ管理情報をホストコンピュータ１内のメモリ３０にキャッシュ管理情報３１としてロードする。稼働中はホストコンピュータ１内のキャッシュ管理情報３１のみが更新される。

次に、キャッシュモード時にキャッシュデバイスであるＵＳＢメモリ６０を取り外す場合の処理について図３を参照して説明する。この動作は、キャッシュモードからキャッシュなしモードに移行する動作である。

図３は、ＵＳＢメモリ６０（デバイス）を取り外す際のフローの例である。ユーザがデバイス取り外しのための操作を行なうと、オペレーティングシステム１０内のデバイス抜出要求受信モジュール１２が、ユーザからキャッシュデバイスの取り外し要求を受け取る（ステップ７１）。デバイス抜出要求受信モジュール１２は、抜出要求を、キャッシュ管理モジュール２１に送信する（ステップ７２）。キャッシュ管理モジュール２１は、ＵＳＢメモリ６０のみに格納されているダーティデータのフラッシュ処理を行う（ステップ７３）。ダーティデータのフラッシュ処理とは、ＵＳＢメモリ６０のみに、キャッシャデータとして格納されているデータをＨＤＤ５０に書き込む処理である。なお、ダーティデータのフラッシュ処理は、オペレーティングシステム１０のシャットダウン時等の特定の条件において行われる。その後、キャッシュ管理モジュール２１は、自身をキャッシュなしモードに設定する（ステップ７４）。キャッシュ管理モジュール２１は、キャッシュなしモードへの移行が完了すると、キャッシュ管理モジュール２１は、デバイス抜出要求受信モジュール１２に取り外し可能通知を返す（ステップ７５）。デバイス抜出要求受信モジュール１２は、取り外し可能通知を受けた後に、ユーザに取り外しが可能であることを、画面表示等により通知する（ステップ７６）。

キャッシュ管理モジュール２１がキャッシュなしモードに設定されると、キャッシュ管理モジュール２１は、オペレーティングシステムが発行するキャッシュ対象へのＲｅａｄ／Ｗｒｉｔｅ要求をすべてキャッシュ対象であるＨＤＤ５０に発行する。但しＷｒｉｔｅ要求の場合、キャッシュ管理モジュール２１は、メモリ３０内のキャッシュ管理情報３１を参照し、取り外されたキャッシュデバイスにＷｒｉｔｅ要求に対応するデータが存在する場合には、キャッシュデバイス内のデータを無効にするようにキャッシュ管理情報３１を更新する。

次に、ＵＳＢメモリ６０が取り付けられているキャッシュなしモードにおけるＲｅａｄ／Ｗｒｉｔｅ要求発生時のキャッシュ管理モジュール２１による処理の手順を図４を参照して説明する。

ＨＤＤ５０へのアクセスが行なわれた場合、キャッシュ管理モジュール２１は、アクセスがＷｒｉｔｅ要求であるかを判定する（ステップ８１）。Ｗｒｉｔｅ要求ではない、則ちＲｅａｄ要求の場合（ステップ８１のＮｏ）、キャッシュ管理モジュール２１は、要求があったデータをＨＤＤ５０から読み出す処理を行う（ステップ８６）。

Ｗｒｉｔｅ要求の場合（ステップ８１のＹｅｓ）、キャッシュ管理モジュール２１は、メモリ３０内のキャッシュ管理情報３１を参照する（ステップ８２）。そして、キャッシュ管理モジュール２１は、Ｗｒｉｔｅ要求されたデータに対応するキャッシュデータに係わる情報がメモリ３０内のキャッシュ管理情報３１内にあるかを判定する（ステップ８３）。

対応する情報がある場合（ステップ８３のＹｅｓ）、キャッシュ管理モジュール２１は、キャッシュ管理情報３１からＷｒｉｔｅ要求されたデータに対応するキャッシュデータに係わる情報を無効化する（ステップ８４）。対応する情報がない場合（ステップ８３のＮｏ）、またはステップ８４の処理後、キャッシュ管理モジュール２１は、要求があったデータをＨＤＤ５０に書き込む処理を行う（ステップ８５）。

ＨＤＤ５０にデータのＷｒｉｔｅ要求があった場合、メモリ３０内のキャッシュ管理情報３１から要求されたデータに対応するキャッシュデータに係わる情報を無効化することによって、再度ＵＳＢメモリ６０が取り付けられた場合に、キャッシュ無しモード中に変更があったデータに対応するキャッシュデータに係わる情報は削除されているので、変更があったデータにアクセスする場合に、ＵＳＢメモリ６０内のキャッシュデータにアクセスすることが無くなる。その結果、再度ＵＳＢメモリ６０を取り付けても、ＵＳＢメモリ６０内のキャッシュデータを有効に利用することが可能になる。

なお、キャッシュなしモードにおいてキャッシュデバイスであるＵＳＢメモリ６０が取り外されたままホストコンピュータ１０がシャットダウンされる場合には、キャッシュ管理モジュール２１は、メモリ３０内のキャッシュ管理情報３１を、ＨＤＤ５０内のキャッシュ管理情報退避領域５２に保存する。

このため、キャッシュモードなしモードでホストコンピュータ１０をシャットダウンした後に、ＵＳＢメモリ６０が取り付けられてホストコンピュータ１０の起動が行なわれる場合、キャッシュ管理情報退避領域５２内にキャッシュ管理情報が存在するため、キャッシュデバイスであるＵＳＢメモリ６０内のキャッシュ管理情報は使用せずに、ＨＤＤ５０のキャッシュ管理情報退避領域５２内に保存された管理情報を使用する。キャッシュ管理情報退避領域５２内にＨＤＤ５０のキャッシュ管理情報がロードされたら、ＨＤＤ５０内のキャッシュ管理情報退避領域５２内のキャッシュ管理情報は削除する。これにより、誤ってこちらの情報が使用されしまうことを防ぐことができる。

次に、キャッシュなしモードにおいてキャッシュデバイスであるＵＳＢメモリ６０が取り付けられた場合の処理の手順を図５のフローチャートを参照して説明する。この動作は、キャッシュなしモードからキャッシュモードに移行する動作である。

ホストコンピュータ１０が起動されている状態で、ユーザによってキャッシュデバイスであるＵＳＢメモリ６０が取り付けられると（ステップ９１）、デバイス抜挿検出モジュール１１がＵＳＢメモリ６０を検出する。デバイス抜挿検出モジュール１１は、ＵＳＢメモリ６０が取り付けされたことをキャッシュ管理モジュール２１に通知する（ステップ９２）。キャッシュ管理モジュール２１は、メモリ３０のキャッシュ管理情報３１を読み込み、キャッシュ識別子７１やキャッシュ設定情報７２を照合し、正しいキャッシュデバイスであることが確認（ステップ９３）する。ここで、正しいキャッシュデバイスであることが確認できた場合は、キャッシュ管理モジュール２１自身をキャッシュモードに移行する（ステップ９４）。キャッシュ管理モジュール２１は、ホストコンピュータ１内の更新されたキャッシュ管理情報３１をもとに、キャッシュ動作を行う。

上記において、キャッシュモードにおいて、キャッシュ管理モジュール２１がキャッシュデバイスの抜出要求を受け取った際に、ＵＳＢメモリ６０内のキャッシュデータにＥＣＣ（error-correcting code）等の改ざん検出手段を記録し、セキュリティを向上させるようにしても良い。

また、キャッシュなしモードにおいて、キャッシュ管理モジュール２１が有効なキャッシュデータの量を計測し、有効なキャッシュデータの量が一定量未満になった場合、キャッシュ管理を停止し、Ｒｅａｄ／Ｗｒｉｔｅ処理のオーバーヘッドを減らすようにしても良い。

キャッシュなしモードにおいて、キャッシュ管理モジュール２１が、有効なキャッシュデータの量を計測し、キャッシュデバイス取り付け時に一定量以上の有効なデータが無い場合は、キャッシュデータをすべて無効にするようにしても良い。

なお、上述した例では、取り外し可能なキャッシュ装置の一例としてＵＳＢメモリを用いた。しかし、ＵＳＢメモリにも、ＳＤメモリカード等のメモリカード等をキャッシュ装置として用いることが可能である。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…ホストコンピュータ（情報処理装置）、１０…オペレーティングシステム、１１…デバイス抜挿検出モジュール、１２…デバイス抜出要求受信モジュール（取り外し要求検出手段）、２０…キャッシュドライバ、２１…キャッシュ管理モジュール（設定手段、キャッシュ管理情報手段、書き込み手段、格納手段）、３０…メモリ、３１，６３…キャッシュ管理情報、５０…ハードディスクドライブ（記憶装置）、６０…ＵＳＢメモリ（キャッシュ装置）。

Claims (6)

1. 取り外し可能なキャッシュ装置を記憶装置のキャッシュとして使用する情報処理装置であって、
   前記キャッシュ装置に格納されているキャッシュデータを管理するための情報が記述されているキャッシュ管理情報が格納されるメモリと、
   前記キャッシュ装置の取り外し要求を検出する取り外し要求検出手段と、
   前記取り外し要求検出手段によって前記取り外し要求が検出された場合に、前記キャッシュとしての前記キャッシュ装置の使用を中断するキャッシュ無しモードに設定する設定手段と、
   前記キャッシュ無しモードにおいて前記記憶装置に第１データを書き込む場合、前記キャッシュ管理情報内の前記第１データに対応する第１キャッシュデータに係わる情報を無効化するキャッシュ管理情報手段と
   を具備する情報処理装置。
2. 前記キャッシュ管理情報には、前記キャッシュ装置に格納され、前記記憶装置に格納されていない第２キャッシュデータを示す情報が記述され、
   前記取り外し要求検出手段によって前記取り外し要求が検出された場合に、前記キャッシュ管理情報に基づいて、前記第２キャッシュデータを前記記憶装置に書き込む書き込み手段を更に具備する請求項１記載の情報処理装置。
3. 前記設定手段は、前記書き込み手段によって前記第２キャッシュデータが前記記憶装置に書き込まれた後に前記キャッシュ無しモードに設定する
   請求項２記載の情報処理装置。
4. 前記キャッシュ装置が取り外された状態で前記情報処理装置をシャットダウンする場合、前記キャッシュ管理情報を前記記憶装置に格納する格納手段を更に具備する請求項１記載の情報処理装置。
5. 前記キャッシュ装置の取り付けを検出する取り付け検出手段を更に具備し、
   前記取り付け検出手段が前記キャッシュ装置の取り付けを検出した場合に、前記設定手段は、前記キャッシュとしての前記キャッシュ装置の使用を再開するキャッシュモードに設定する
   請求項１記載の情報処理装置。
6. 取り外し可能なキャッシュ装置を記憶装置のキャッシュデータの格納先として使用するキャッシュ制御方法であって、
   前記キャッシュ装置に格納されているキャッシュデータを管理するための情報が記述されているキャッシュ管理情報を管理し、
   前記キャッシュ装置を取り外すための取り外し要求が検出された場合に、前記キャッシュとしての前記キャッシュ装置の使用を中断するキャッシュ無しモードに設定し、
   前記キャッシュ無しモードにおいて前記記憶装置に第１データを書き込む場合、前記キャッシュ管理情報内の前記第１データに対応する第１キャッシュデータに係わる情報を無効化する
   キャッシュ制御方法。

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