JP2561394B2 - 入出力制御方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は入出力制御方式に関し、
特に計算機システムで磁気ディスク装置とバッファキャ
ッシュメモリとの間のデータ転送を行う入出力制御方式
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の計算機システムにおける磁気ディ
スク装置とユーザバッファとの間の入出力制御方式は、
ユーザバッファから磁気ディスク装置へのデータ転送を
行う際に、磁気ディスク装置に書き込むデータブロック
をバッファキャッシュメモリ上に保存し、バッファキャ
ッシュメモリ上の磁気ディスク装置へのデータ転送を、
利用者プログラムとは非同期に実行している。

【０００３】そして、再度、利用者プログラムによるユ
ーザバッファと磁気ディスク装置との間のデータ転送要
求が発生した場合に、そのデータが以前既に転送された
ものであり、バッファキャッシュメモリ上に残っている
と判断されると、ユーザバッファとのデータ転送は、バ
ッファキャッシュメモリからのデータ転送で済み、実際
の磁気ディスク装置からのデータ転送を必要としないた
めに、データ入出力に要する時間を削減でき、利用者に
対する入出力の応答時間の短縮を可能にしている。

【０００４】なお、バッファキャッシュメモリに書き込
まれたデータは、本来磁気ディスク装置に書き込まれる
べきデータであり、早期に磁気ディスク装置に書き込む
ことによってデータの信頼性を保証することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来のバッフ
ァキャッシュメモリと磁気ディスク装置との間の入出力
制御方式は、要求されたデータ領域を１ブロック単位に
分割して１ブロック単位の入出力要求を行っていたの
で、大容量のデータ転送を行う場合に、多数の入出力要
求が発行されてデータ転送に要する時間を短縮すること
ができないという欠点を有している。

【０００６】また、磁気ディスク装置の物理的な動作、
すなわち目的とするトラック位置にヘッドを位置付ける
シーク動作と、目的とするブロック位置にヘッドを位置
付けるサーチ動作とが伴うことによって、その回数が多
ければ多いほど入出力操作の応答時間がかかる。

【０００７】本発明の目的は、要求されたデータ領域を
複数ブロック単位に分割し、その複数ブロック単位ごと
に入出力要求を発行することによって、入出力要求の発
行回数を削減し、磁気ディスク装置への転送命令を転送
命令詳細情報管理テーブルで管理し、磁気ディスク装置
の物理的な動作が伴うシーク動作およびサーチ動作を少
なくすることによって、データ転送時間の短縮を可能に
する入出力制御方式を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の入出力制御方式
は、計算機システムで実行された利用者プログラムから
の要求により、前記計算機システムと磁気ディスク装置
との間のブロックデータ転送の管理制御を行うファイル
ブロック制御手段と、利用者のメモリ空間内に存在して
前記磁気ディスク装置へ書き出すブロック又は読み込む
ブロックを保持するユーザバッファと、前記磁気ディス
ク装置と前記ユーザバッファとの間でキャッシュメモリ
としてブロック転送の高速化を図る為に論理ブロック単
位の複数個の領域を持つバッファキャッシュメモリと、
前記バッファキャッシュメモリの管理情報を持つバッフ
ァヘッダと、前記利用者プログラムと前記磁気ディスク
装置との間でデータ転送を行う際に、一時的に前記バッ
ファキャッシュメモリに前記磁気ディスク装置および前
記ユーザバッファのデータを書き込むバッファキャッシ
ュ制御手段と、前記バッファキャッシュメモリを論理ブ
ロック単位から更に小さい複数ブロック単位に分割して
複数ブロック単位の前記バッファキャッシュメモリの入
出力情報を制御する複数ブロック制御手段と、前記バッ
ファキャッシュメモリの１ブロックごとの情報を複数ブ
ロック単位で管理するキャッシュメモリ入出力情報テー
ブルと、前記キャッシュメモリ情報テーブルを作成して
管理するとともに、前記バッファヘッダおよび前記キャ
ッシュメモリ入出力情報テーブルの内容を制御するキャ
ッシュメモリ入出力情報テーブル制御手段と、前記キャ
ッシュメモリ入出力情報テーブルから複数ブロック単位
の情報を取り出して、次の前記キャッシュメモリ入出力
情報テーブル内に存在する複数ブロックの情報を管理し
て、そのつながりを検索する複数ブロック連続性検索制
御手段と、前記複数ブロック連続性検索制御手段からの
情報を得て、その情報をもとに目的のトラックにヘッド
を位置付けるシーク動作および目的のブロックにヘッド
を位置付けるサーチ動作を含む前記磁気ディスク装置へ
の転送動作を記述する転送命令詳細情報管理テーブル
と、前記転送命令詳細情報管理テーブルを作成して管理
する転送命令詳細情報管理テーブル制御手段と、複数ブ
ロック単位でデータ転送を行う際に、前記バッファキャ
ッシュメモリから前記磁気ディスク装置への転送命令を
発行する転送命令制御手段と、前記磁気ディスク装置の
ブロックの書き込み又は読み出しを制御する磁気ディス
ク装置制御手段と、を有して構成されている。

【０００９】

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００１０】図１は本発明の入出力制御方式の一実施例
を示すブロック図である。

【００１１】本実施例の入出力制御方式は、図１に示す
ように、ユーザバッファ１と、バッファキャッシュメモ
リ２と、磁気ディスク装置３と、ファイルブロック制御
手段４と、バッファキャッシュ制御手段５と、磁気ディ
スク装置制御手段６と、複数ブロック制御手段７と、バ
ッファヘッダ８と、キャッシュメモリ入出力情報テーブ
ル制御手段９と、キャッシュメモリ入出力情報テーブル
１０と、複数ブロック連続性検索制御手段１１と、転送
命令詳細情報管理テーブル１２と、転送命令詳細情報管
理テーブル制御手段１３と、転送命令制御手段１４とか
ら構成されている。

【００１２】次に、本実施例の入出力制御方式の動作に
ついて説明する。

【００１３】利用者プログラムによってデータが書かれ
たユーザバッファ１の内容を磁気ディスク装置３へ書き
込むという要求があった場合に、ファイルブロック制御
手段４は、バッファキャッシュ制御手段５に、ユーザバ
ッファ１から磁気ディスク装置３へのデータ転送を要求
するが、バッファキャッシュ制御手段５により、データ
は、一時的にバッファキャッシュメモリ２上に保存され
る。

【００１４】また、バッファキャッシュメモリ２上に存
在するデータは、データを保証するために、バッファキ
ャッシュ制御手段５から利用者プログラムとは非同期に
出された入出力要求によって、磁気ディスク装置制御手
段６を経て磁気ディスク装置３に転送されるが、データ
は、バッファキャッシュメモリ２上にも保存されてい
る。

【００１５】そして、再び同一データに対する磁気ディ
スク装置３からユーザバッファ１への読み込みが発生し
た場合に、バッファキャッシュ制御手段５は、このデー
タがバッファキャッシュメモリ２上にあると判断してキ
ャッシュメモリ２上にあるデータをユーザバッファ１に
転送する。

【００１６】一方、バッファキャッシュ制御手段５は、
バッファキャッシュメモリ２を論理ブロック単位に分割
して、それをバッファヘッダ８で管理する。そして、複
数ブロック制御手段７は、バッファキャッシュメモリ２
を論理ブロックよりも小さい複数ブロック単位に分割
し、キャッシュメモリ入出力情報テーブル制御手段９に
キャッシュメモリ２上のデータが複数ブロック単位で連
続か、又は不連続かの情報を伝達する。

【００１７】そこで、キャッシュメモリ入出力情報テー
ブル制御手段９は、複数ブロック制御手段７から得た情
報をもとに、バッファキャッシュメモリ２を１ブロック
ごとに検索し、キャッシュメモリ入出力情報テーブル１
０を作成する。また、キャッシュメモリ入出力情報テー
ブル制御手段９は、バッファヘッダの内容にキャッシュ
メモリ入出力情報テーブル１０の内容をつなげ、論理ブ
ロック単位ごとに次々とキャッシュメモリ入出力情報テ
ーブル１０の内容を作成し、それらをつなげる。

【００１８】そして、論理ブロック内の複数ブロック単
位でのキャッシュメモリ入出力情報テーブル１０が作成
され、バッファヘッダ８にすべてのキャッシュメモリ入
出力情報テーブル１０の内容がつながると、キャッシュ
メモリ入出力情報テーブル１０が完成する。また、キャ
ッシュメモリ入出力情報テーブル制御手段９は、キャッ
シュメモリ入出力情報テーブル１０が完成した時点でバ
ッファヘッダ８の内容を複数ブロック連続性検索制御手
段１１に渡す。

【００１９】そこで、複数ブロック連続性検索制御手段
１１は、バッファヘッダ８につながるキャッシュメモリ
入出力情報テーブル１０の内容を１つずつ検索し、キャ
ッシュメモリ入出力情報テーブル１０に格納されている
複数ブロックの情報を参照する。そして、磁気ディスク
装置３のディスクブロック上で前の複数ブロックと次の
複数ブロックとが連続している場合に、複数ブロック連
続性検索制御手段１１は、転送命令詳細情報管理テーブ
ル制御手段１３に複数ブロックが連続しているので、シ
ーク動作もサーチ動作もせず、ブロック転送のみを行う
という情報を伝えて、転送命令詳細情報管理テーブル制
御手段１３は、その情報を転送命令詳細情報管理テーブ
ル制御手段１２に格納する。また、連続していない場合
には、サーチまたはシークとサーチとをするという情報
を格納する。

【００２０】この様にして、複数ブロック連続性検索制
御手段１１は、すべてのキャッシュメモリ入出力情報テ
ーブル１０の内容を参照し、転送命令詳細情報管理テー
ブル制御手段１３にその情報を伝えて、転送命令詳細情
報管理テーブル制御手段１３は、転送命令詳細情報管理
テーブル１２を完成する。

【００２１】その後に、転送命令詳細情報管理テーブル
１２の内容は、転送命令詳細情報管理テーブル制御手段
１３から、転送命令制御手段１４，磁気ディスク装置制
御手段６へと渡り、磁気ディスク装置制御手段６は、磁
気ディスク装置３に転送命令詳細情報管理テーブル１２
どおりのバッファキャッシュメモリ２へのデータ転送を
実行する。

【００２２】次に、データ領域の状態によるキャッシュ
メモリ入出力情報テーブル１０、および転送命令詳細情
報管理テーブル１２の内容の違いを説明する。

【００２３】図２は本実施例でデータ領域が連続である
場合のバッファキャッシュメモリ２の状態と磁気ディス
ク装置３の状態とキャッシュメモリ入出力情報テーブル
１０の内容と転送命令詳細情報管理テーブル１２の内容
との一例を示す図である。

【００２４】図２に示す斜線の部分は、データ転送を行
う領域を示している。そして、キャッシュメモリ入出力
情報テーブル１０内のｏｎは複数ブロック単位でのデー
タ転送を行う、ｏｆｆは複数ブロック単位でのデータ転
送を行なわいことを示す。また、転送命令詳細情報管理
テーブル１２には、キャッシュメモリ入出力情報テーブ
ル１０の内容から得た転送命令の情報を格納している。

【００２５】データ領域が連続領域の場合に、複数ブロ
ック制御手段７は、複数ブロック単位でデータ領域が連
続であることを認識し、キャッシュメモリ入出力情報テ
ーブル制御手段９に連続であるという情報を伝達する。

【００２６】キャッシュメモリ入出力情報テーブル制御
手段９は、この情報をもとにして、論理ブロックａのキ
ャッシュメモリ入出力情報テーブル１０の内容は、複数
ブロック単位の全てのデータ転送を行う（キャッシュメ
モリ入出力情報テーブル１０におけるｏｎ）という情報
をキャッシュメモリ入出力情報テーブル１０の中に格納
する。論理ブロックｂのキャッシュメモリ入出力情報テ
ーブル１０の内容にも、同様に複数ブロック単位の全て
のデータ転送を行うという情報が格納される。論理ブロ
ックｃのキャッシュメモリ入出力情報テーブル１０の内
容には、複数ブロック単位の全てのデータ転送を行なわ
ない（キャッシュメモリ入出力情報テーブル１０におけ
るｏｆｆ）という情報が格納される。

【００２７】そこで、このキャッシュメモリ入出力情報
テーブル１０につながるバッファヘッダ８の内容がキャ
ッシュメモリ入出力情報テーブル制御手段９から複数ブ
ロック連続性検索制御手段１１に渡ってくると、複数ブ
ロック連続性検索制御手段１１は、バッファヘッダ８の
内容からキャッシュメモリ入出力情報テーブル１０の内
容を一つずつ検索し、次のキャッシュメモリ入出力情報
テーブル１０の内容とのつながりを見る。

【００２８】今、磁気ディスク装置３の論理ブロック
ａ，ｂ，ｃは、物理トラックに対応するものとすると、
バッファキャッシュメモリ２から、磁気ディスク装置３
にデータ転送する際には、論理ブロックａのトラックの
１ブロックに位置付けるので、その情報を転送命令詳細
情報管理テーブル制御手段１３に伝えて、転送命令詳細
情報管理テーブル制御手段１３が、転送命令詳細情報管
理テーブル１２にその情報を格納する。

【００２９】すなわち、論理ブロックａのトラック位置
にシークを行い、論理ブロックａのトラックの１ブロッ
ク目にサーチを行うという情報を格納する。次に、実際
の転送の内容であるどのアドレスに何ブロックを転送す
るかを格納する。この場合に、バッファキャッシュメモ
リ２の論理ブロックａへ４ブロックＤ１，〜Ｄ４のデー
タ転送を行うので、その旨を格納する。

【００３０】そして、次のキャッシュメモリ入出力情報
テーブル１０の内容を検索し、データ転送を行う磁気デ
ィスク装置３のブロックＤ５，〜Ｄ８が前のデータ転送
位置と連続していると判断するとシークおよびサーチ動
作を入れずに、データ転送情報のみを転送命令詳細情報
管理テーブル１２に格納する。また、キャッシュメモリ
入出力情報テーブル１０の論理ブロックｃは、データ転
送がないのでここで転送命令詳細情報管理テーブル１２
が完成する。

【００３１】図３は本実施例でデータ領域が不連続であ
る場合のバッファキャッシュメモリ２の状態と磁気ディ
スク装置３の状態とキャッシュメモリ入出力情報テーブ
ル１０の内容と転送命令詳細情報管理テーブル１２の内
容との一例を示す図である。

【００３２】図３に示す斜線の部分は、データ転送を行
う領域を示している。そして、キャッシュメモリ入出力
情報テーブル１０内のｏｎは１ブロック単位でデータ転
送を行う、ｏｆｆは１ブロック単位でのデータ転送を行
わないことを示す。また、転送命令詳細情報管理テーブ
ル１２には、キャッシュメモリ入出力情報テーブル１０
の内容から得られた転送命令の情報を格納している。

【００３３】バッファキャッシュメモリ２上に不連続に
データが残っていた場合に、バッファキャッシュメモリ
２からユーザバッファ１へのデータ転送を論理ブロック
ａ，ｂ，ｃの単位に行うために、データを論理ブロック
ａ，ｂ，ｃの単位に整備する。図３でバッファキャッシ
ュメモリ２上に書き込まれていないデータは、磁気ディ
スク装置３から読み込むが、このときに複数ブロック単
位でデータを転送するために、バッファキャッシュメモ
リ入出力情報テーブル制御手段９は、どのデータを読み
込むべきかをバッファキャッシュメモリ２上を１ブロッ
ク単位で検索する。

【００３４】その検索結果をキャッシュメモリ入出力情
報テーブル１０に格納する。今、論理ブロック単位を４
ブロックとすると、論理ブロックａのキャッシュメモリ
入出力情報テーブル１０には、１ブロック目はデータ転
送を行わず（キャッシュメモリ入出力情報テーブル１０
におけるｏｆｆ）、次の２から４ブロック目はデータ転
送を行う（キャッシュメモリ入出力情報テーブル１０に
おけるｏｎ）という情報が格納される。論理ブロックｂ
のキャッシュメモリ入出力情報テーブル１０には、１，
２，４ブロック目はデータ転送を行い、３ブロック目は
データ転送を行わないという情報が格納される。同様に
して、論理ブロックｃのキャッシュメモリ入出力情報テ
ーブル１０にも各ブロックの情報が格納される。

【００３５】このキャッシュメモリ入出力情報テーブル
１０の内容がつながれているバッファヘッダ８の内容が
キャッシュメモリ入出力情報テーブル制御手段９から複
数ブロック連続性検索制御手段１１に渡ってくると、複
数ブロック連続性検索制御手段１１は、バッファヘッダ
８の内容からキャッシュメモリ入出力情報テーブル１０
の内容を一つずつ検索し、次のキャッシュメモリ入出力
情報テーブル１０の内容とのつながりを見る。

【００３６】今、磁気ディスク装置３の論理ブロック
ａ，ｂ，ｃは、物理トラックに対応するものとすると、
バッファキャッシュメモリ２へ、磁気ディスク装置３の
ブロックからデータ転送する際には、論理ブロックａの
トラックの２ブロック目に位置付けるので、その情報を
転送命令詳細情報管理テーブル１２に格納する。すなわ
ち、論理ブロックａのトラック位置にシークを行い、論
理ブロックａのトラックの２ブロック目にサーチを行う
という情報を格納する。

【００３７】次に、実際の転送の内容であるどのアドレ
スに何ブロックを転送するかを格納する。この場合に、
バッファキャッシュメモリ２のブロックＤ２から３ブロ
ック分のデータ転送を行うので、その旨を格納する。次
のキャッシュメモリ入出力情報テーブル１０の内容を検
索し、データ転送を行う磁気ディスク装置３のブロック
が前のデータ転送位置と連続していると判断するとシー
クまたはサーチ動作を入れずに、データ転送情報のみを
転送命令詳細情報管理テーブル１２に格納する。

【００３８】この場合に、バッファキャッシュメモリ２
のブロックＤ５から２ブロック分のデータ転送をするの
で、その情報を転送命令詳細情報管理テーブル１２に格
納する。次に、論理ブロックｂのトラックの４ブロック
目にサーチを行い、バッファキャッシュメモリ２のブロ
ックＤ８の１ブロックのデータ転送を行う旨を転送命令
詳細情報管理テーブル１２に格納する。

【００３９】次に、キャッシュメモリ入出力情報テーブ
ル１０で、転送する磁気ディスク装置３のブロックＤ９
は連続しているので、シークやサーチを行わずに次のデ
ータ転送命令を記述する。最後に、論理ブロックｃのト
ラックの３ブロック目にサーチを行い、バッファキャッ
シュメモリ２のブロックＤ１１の１ブロックのデータ転
送を行う記述を格納して転送命令詳細情報管理テーブル
１２を完成する。

【００４０】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明の入出力制御
方式は、バッファキャッシュメモリを使用することによ
って、磁気ディスク装置とのデータ転送なしにバッファ
キャッシュメモリとの転送のみを行うことでデータ入出
力時間の短縮を図り、利用者プログラムの入出力待ち時
間を低減できるとともに、入出力要求の発行回数を削減
し、磁気ディスク装置への転送命令を転送命令詳細情報
管理テーブルで管理し、磁気ディスク装置の物理的な動
作が伴うシーク動作やサーチ動作を少なくすることで磁
気ディスク装置へのデータ転送時間を短縮することが可
能であり、バッファキャッシュメモリ上にあるユーザデ
ータを常に高い信頼性で保証することができるという効
果を有している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の入出力制御方式の一実施例を示すブロ
ック図である。

【図２】本実施例でデータ領域が連続である場合のバッ
ファキャッシュメモリ２の状態と磁気ディスク装置３の
状態とキャッシュメモリ入出力情報テーブル１０の内容
と転送命令詳細情報管理テーブル１２の内容との一例を
示す図である。

【図３】本実施例でデータ領域が不連続である場合のバ
ッファキャッシュメモリ２の状態と磁気ディスク装置３
の状態とキャッシュメモリ入出力情報テーブル１０の内
容と転送命令詳細情報管理テーブル１２の内容との一例
を示す図である。

【符号の説明】

１ ユーザバッファ ２ バッファキャッシュメモリ ３ 磁気ディスク装置 ４ ファイルブロック制御手段 ５ バッファキャッシュ制御手段 ６ 磁気ディスク装置制御手段 ７ バッファヘッダ ８ 複数ブロック制御手段 ９ キャッシュメモリ入出力情報テーブル制御手段 １０ キャッシュメモリ入出力情報テーブル １１ 複数ブロック連続性検索制御手段 １２ 転送命令詳細情報管理テーブル １３ 転送命令詳細情報管理テーブル制御手段 １４ 転送命令制御手段

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 計算機システムで実行された利用者プロ
   グラムからの要求により、前記計算機システムと磁気デ
   ィスク装置との間のブロックデータ転送の管理制御を行
   うファイルブロック制御手段と、利用者のメモリ空間内
   に存在して前記磁気ディスク装置へ書き出すブロック又
   は読み込むブロックを保持するユーザバッファと、前記
   磁気ディスク装置と前記ユーザバッファとの間でキャッ
   シュメモリとしてブロック転送の高速化を図る為に論理
   ブロック単位の複数個の領域を持つバッファキャッシュ
   メモリと、前記バッファキャッシュメモリの管理情報を
   持つバッファヘッダと、前記利用者プログラムと前記磁
   気ディスク装置との間でデータ転送を行う際に、一時的
   に前記バッファキャッシュメモリに前記磁気ディスク装
   置および前記ユーザバッファのデータを書き込むバッフ
   ァキャッシュ制御手段と、前記バッファキャッシュメモ
   リを論理ブロック単位から更に小さい複数ブロック単位
   に分割して複数ブロック単位の前記バッファキャッシュ
   メモリの入出力情報を制御する複数ブロック制御手段
   と、前記バッファキャッシュメモリの１ブロックごとの
   情報を複数ブロック単位で管理するキャッシュメモリ入
   出力情報テーブルと、前記キャッシュメモリ情報テーブ
   ルを作成して管理するとともに、前記バッファヘッダお
   よび前記キャッシュメモリ入出力情報テーブルの内容を
   制御するキャッシュメモリ入出力情報テーブル制御手段
   と、前記キャッシュメモリ入出力情報テーブルから複数
   ブロック単位の情報を取り出して、次の前記キャッシュ
   メモリ入出力情報テーブル内に存在する複数ブロックの
   情報を管理して、そのつながりを検索する複数ブロック
   連続性検索制御手段と、前記複数ブロック連続性検索制
   御手段からの情報を得て、その情報をもとに目的のトラ
   ックにヘッドを位置付けるシーク動作および目的のブロ
   ックにヘッドを位置付けるサーチ動作を含む前記磁気デ
   ィスク装置への転送動作を記述する転送命令詳細情報管
   理テーブルと、前記転送命令詳細情報管理テーブルを作
   成して管理する転送命令詳細情報管理テーブル制御手段
   と、複数ブロック単位でデータ転送を行う際に、前記バ
   ッファキャッシュメモリから前記磁気ディスク装置への
   転送命令を発行する転送命令制御手段と、前記磁気ディ
   スク装置のブロックの書き込み又は読み出しを制御する
   磁気ディスク装置制御手段と、を有することを特徴とす
   る入出力制御方式。