JP3037241B2 - ロック制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、データ処理システ
ムにおけるロック制御装置に関し、特に、主記憶を共有
する複数のデータ処理装置を有するデータ処理システム
におけるロック制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、データ処理システムにおいて
は、複数のデータ処理装置が主記憶を共有するように構
成される場合がある。このような場合、ある特定のデー
タ処理装置においてある共有領域のデータが一定時間排
他的に使用される必要が生じることがある。

【０００３】例えば、あるデータ処理装置においてある
共有領域のデータに１を加える操作が行われる場合、そ
の共有領域のデータが読み出されて１が加えられた後、
再びその共有領域にデータが書き込まれるという一連の
処理が行われている間は、他のデータ処理装置からの当
該データヘのアクセスを禁止しなければならない。そう
でなければデータの更新結果が保証されないことにな
る。

【０００４】この排他的アクセスを保証するために、使
用されるのがロック変数である。

【０００５】共有領域にアクセスを行う場合は、このロ
ック変数をチェックして、ロック状態にないことを確認
する必要がある。そのロック変数がアンロック状態であ
れば、それをロック状態にしてから対応する共有領域に
アクセスを行う。排他的な処理が終了した後にロック変
数をアンロック状態に戻す。このような制御をロック制
御という。

【０００６】従来技術では、ロック変数の状態として、
ロックが取得されているかまたは取得されていないかの
２つの状態を使用している。

【０００７】従って、ある記憶制御装置において、ロッ
クを取得しようとするリクエスト（以下、ロックリクエ
ストと称する）や、ロックを解放しようとするリクエス
ト（以下、アンロックリクエストと称する）が受け取ら
れると、他の記憶制御装置におけるロック変数の状態の
チェックや更新が発生してしまう。

【０００８】例えば、あるデータ処理装置からロックリ
クエストが発行された場合、そのデータ処理装置に接続
される記憶装置内で保持されているロック変数がアンロ
ック状態を示していれば、他の記憶制御装置におけるロ
ック変数の状態を索引しなければならなくなる。そし
て、その索引の結果、ロック状態であれば、そのロック
リクエストは失敗となり、データ処理装置は再度ロック
リクエストを発行することになる。このような動作をス
ピンロックという。

【０００９】このようなスピンロック時の不要なバスア
クセスを削減する思想が特開平８−４４６１６号公報に
て開示されている。

【００１０】特開平８−４４６１６号公報に開示された
技術においては、ロック変数の状態として他の記憶制御
装置がロックを取得している状態であるＵＬＬという状
態を導入し、スピンロック時にはロックステータスがＵ
ＬＬに更新しロック失敗を返却することにより不要なバ
スアクセスが削減されている。

【００１１】そして、アンロック時にはアンロックリク
エストをバスにブロードキャストすることにより、ＵＬ
Ｌ状態をアンロック状態に解除する。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上述したような従来の
ものにおいては、データ処理装置がアンロックリクエス
トを発行した際、他の記憶制御装置内のロック変数をＵ
ＬＬからアンロック状態に更新しなければならないた
め、アンロック時に必ずバスアクセスを行わなければな
らないという問題点がある。

【００１３】本発明は、上述したような従来の技術が有
する問題点に鑑みてなされたものであって、不要なバス
アクセスを削減することができるロック制御装置を提供
することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、主記憶を共有する複数のデータ処理装置を
有するデータ処理システムにて前記複数のデータ処理装
置の少なくとも一つに関するロック変数の状態を制御す
るロック制御装置において、前記ロック変数のアドレス
を少なくとも一つ登録する登録手段と、該登録手段に登
録されたアドレスに対応するロック変数の状態を保持す
る状態保持手段と、前記登録手段及び前記状態保持手段
の状態を制御するとともに、前記ロック変数のロック状
態の解除をバス使用要求ビットの空きビットを利用して
他のロック制御装置に通知する制御手段とを有し、前記
状態保持手段は、前記ロック変数の状態として、自ロッ
ク制御装置がロックを取得している旨を示す第１の状態
と、自ロック制御装置はロックを取得しておらず他のロ
ック制御装置はロックを取得しているかもしれない旨を
示す第２の状態と、他のいずれかのロック制御装置がロ
ックを取得している旨を示す第３の状態とを具備し、前
記第３の状態にあるロック変数に対してロックリクエス
トが発行された場合に他のロック変数の状態を参照せず
にロック失敗を判断し、前記制御手段によりロック解除
を通知された場合に前記第３の状態をすべて前記第２の
状態に更新することを特徴とする。

【００１５】また、入力されたロック変数のアドレスと
前記登録手段に登録されたアドレスとの一致を検出する
一致検出手段を有することを特徴とする。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて図面を参照して説明する。

【００１７】図１は、本発明のロック制御装置が適用さ
れたデータ処理システムの実施の一形態を示すブロック
図である。

【００１８】本形態は図１に示すように、データ処理を
行う複数の処理装置２０１〜２０４と、処理装置２０
１，２０２と接続され、処理装置２０１，２０２のため
のキャッシュメモリとしての機能とロック変数を保持す
る機能とを有するキャッシュユニット２０５と、処理装
置２０３，２０４と接続され、処理装置２０３，２０４
のためのキャッシュメモリとしての機能を有するととも
に、ロック変数を保持する機能をも有するキャッシュユ
ニット２０６と、キャッシュユニット２０５，２０６と
システムバス２０８を介して接続された記憶装置２０７
とから構成されている。なお、システムバス２０８は、
アドレスバスとデータバスとを含み、これらアドレスバ
スとデータバスとは独立して動作することができる。ロ
ックの取得を要求するロックリクエストやロックの解放
を要求するアンロックリクエストはアドレスバスのみを
使用する。さらに、システムバス２０８は、キャッシュ
情報を伝えるためのバスを含み、このバスを使用してロ
ックリクエストに対するロック取得の可否が伝えられ
る。

【００１９】図２は、図１に示したキャッシュユニット
２０５，２０６の構成を示すブロック図である。

【００２０】本形態におけるキャッシュユニット２０
５，２０６は図２に示すように、接続された処理装置か
らのリクエストを保持するリクエストバッファ２１，２
２と、システムバス２０８に発行されたリクエストまた
はリクエストバッファ２１またはリクエストバッファ２
２を選択するセレクタ２３と、キャッシュメモリのアド
レスアレイ２４と、ロックリクエスト制御装置２５と、
セレクタ２３で選択されたリクエストまたはロックリク
エスト制御装置２５からのロック判定を選択するセレタ
タ２６，２７とから構成されている。

【００２１】なお、リクエストバッファ２１，２２は、
複数のリクエストを保持し、それぞれ先入れ先出しバッ
ファとして機能する。

【００２２】また、セレタタ２３は、あらかじめ定めら
れた規則に従って、３入力の内から１つを選択する。例
えば、各入力から順番に選択するラウンドロビン方式を
使用することができる。また、システムバスからのリク
エストを最優先として扱う方式を使用することもでき
る。

【００２３】また、アドレスアレイ２４は、通常のキャ
ッシュメモリと同様の構成を有し（不図示）、データメ
モリの各エントリに対応するタグアドレスを格納する。

【００２４】また、セレクタ２６，２７は、ロックリク
エストに対するリプティを返す場合にはロックリクエス
ト制御装置２５の出力を選択し、キャッシュメモリの一
致制御を行う場合にはセレクタ２３の出力を選択する。

【００２５】図３は、本発明のロック制御装置の実施の
一形態を示す図であり、図２に示したロックリクエスト
制御装置の構成を示している。

【００２６】本形態は図３に示すように、セレクタ２３
により選択されたリクエストについてのロック変数のア
ドレスが登録される登録手段であるロックアドレスレジ
スタ１，２と、ロックアドレスレジスタ１，２に登録さ
れたアドレスに対応するロック変数の状態を保持する状
態保持手段であるロックステータスレジスタ５，６と、
セレクタ２３からのロック変数のアドレスとロックアド
レスレジスタ１，２に保持されたアドレスを入力してそ
れらの一致を検出するロックアドレス一致検出部３，４
と、ロックアドレス一致検出回路３またはロックアドレ
ス一致検出回路４で一致が検出されたエントリに対する
ロックステータスレジスタ５，６の内容を選択するセレ
クタ７と、ロックアドレスレジスタ１，２やロックステ
ータスレジスタ５，６の状態を制御するとともに、ロッ
ク変数のロック状態の解除をバス使用要求ビットの空き
ビットを利用して他のロック制御装置に通知するロック
リクエスト制御部８とから構成されている。

【００２７】図４は、本発明のロック制御装置における
ロック変数の状態を説明するための図である。

【００２８】本形態におけるロック変数は図４に示すよ
うに、ＬＣＫ、ＵＬＳ及びＵＬＬの３つの状態のいずれ
かをとる。

【００２９】ＬＣＫとは、当核キャッシュユニットに接
続するデータ処理装置がロックを確保しており、他のデ
ータ処理装置がロックを確保していない状態を表す。

【００３０】また、ＵＬＳとは、当該キャッシュユニッ
トに接続するデータ処理装置はロックを確保しておら
ず、他のデータ処理装置がロックを確保しているかは不
明である状態を示す。

【００３１】また、ＵＬＬとは、当核キャッシュに接続
するデータ処理装置はロックを確保していないが、他の
データ処理装置のいづれかがロックを確保している状態
を表す。

【００３２】ロックリクエストによるロック確保に失敗
した場合、当該キャシュユニットのロック変数はＵＬＳ
からＵＬＬに遷移する。これにより、当該キャッシュユ
ニットは、さらなるロックリクエストを他のキャッシュ
ユニットに対して発行しないように制御する。

【００３３】図５は、図１に示した処理装置２０１〜２
０４からロックリクエストが発行された場合の動作につ
いて説明するための図であり、最左欄はロックリクエス
トを発行したデータ処理装置に接続するキャッシュユニ
ットにおけるロック変数の状態を表し、中欄はそれ以外
のキャッシュユニットにおけるロック変数の状態を表
す。また、最右欄はそれぞれの場合における動作を表
す。なお、以下では、リクエストを発行したデータ処理
装置に接続するキャッシュユニットのことをローカルキ
ャッシュユニットという。

【００３４】例えば、ローカルキャッシュユニットのロ
ック変数の状態がＬＣＫまたはＵＬＬであれば、すでに
ロックが確保されていることになるので、ロック装置
は、“ロック失敗”結果を返す。

【００３５】また、ローカルキャッシュユニットのロッ
ク変数がＵＬＳの場合は、ローカルキャシュユニット以
外のキャッシュユニットのロック変数の状態を参照しな
ければならなくなる。

【００３６】すなわち、ローカルキャシュユニット以外
のキャシュユニットのロック変数の状態がＬＣＫであれ
ば、ロック装置は“ロック失敗”の結果を返す。また、
その状態がＵＬＳであれば、ロック制御装置は“ロック
成功”の結果を返すとともに、ローカルキャッシュユニ
ットのロック変数の状態をＬＣＫに、それ以外のキャッ
シュユニットのロック変数の状態をＵＬＬにする。

【００３７】ローカルキャッシュ以外のキャッシュユニ
ットに当該ロック変数が登録されていなければ、ロック
制御装置は“ロック成功”の結果を返すとともに、ロー
カルキャッシュユニットの状態をＬＣＫにする。

【００３８】また、ローカルキャッシュユニットに核当
するアドレスが登録されていない場合には、ローカルキ
ャッシュユニットのロック変数がＵＬＳの場合とほぼ同
様の処理を行う。但し、この場合には当該ロックリクエ
ストにかかるロック変数のアドレスをロックアドレスレ
ジスタに登録する。また、この時、ロックを確保できれ
ばそのロック変数の状態をＬＣＫに、確保できなければ
そのロック変数の状態をＵＬＬにする。

【００３９】図６は、データ処理装置からアンロックリ
クエストが発行された場合の動作を説明するため図であ
り、左欄はアンロックリクエストを発行したデータ処理
装置に接続するキャッシュユニットにおけるロック変数
の状態を表し、右欄はそれぞれの場合における動作を表
す。

【００４０】すなわち、ローカルキャッシュユニットの
ロック変数の状態がＬＣＫであれば、ロックリクエスト
制御装置はその変数の状態をＵＬＳにする。

【００４１】また、ロックが取得されていない場合にア
ンロックリクエストは通常発生し得ないため、ローカル
キャシュユニットのロック変数の状態がＵＬＬやＵＬＳ
であることはあり得ない。また、該当するロック変数が
登録されていない場合にもアンロックリクエストは通常
発生し得ない。

【００４２】図７は、本発明のロック制御装置の動作の
一例を説明するための図である。

【００４３】まず、キャッシュユニット２０５とキャッ
シュユニット２０６のロック変数の状態がＵＬＳであっ
た場合、キャッシュユニット２０５でロックリクエスト
が発行されると、キャッシュユニット２０５のロック変
数の状態がＵＬＳからＬＣＫに更新される。

【００４４】また、キャッシュユニット２０６のロック
変数の状態はＵＬＬに更新される。

【００４５】この状態で、キャッシュユニット２０５で
アンロックリクエストが発行されると、キャシュユニッ
ト２０５のロック変数はＬＣＫからＵＬＳに更新され、
キャッシュユニット２０６のロック変数はＵＬＬからＵ
ＬＳに更新される。

【００４６】図８は、図１に示したシステムバス２０８
のアドレスバスの動作を説明するための図である。

【００４７】アドレスバスは３つのステージに分割され
ており、ステージ１で各キャッシュユニットはアドレス
バス及びデータバスの使用要求を発行する。

【００４８】バスの使用要求は、各キャッシュユニット
により、アドレスバスのどのビットを使用するかあらか
じめ決められており、ステージ２でそれら要求の調停を
行う。この調停でアドレスバスの使用権を獲得したキャ
ッシュユニットがステージ３でリクエストアドレスとリ
クエストコマンドを発行する。

【００４９】したがって、キャッシュユニット２０５が
ロックリクエストをバスに発行する際には、まず、バス
ステージ１でアドレスバス要求を出し、調停でアドレス
バスを獲得できたならばステージ３でロック変数とロッ
クコマンドを出力する。

【００５０】キャッシュユニット２０６では、バスから
このロック変数とロックコマンドを受け取ると、このロ
ック変数の状態を索引しロック取得の可否をキャッシュ
ユニット２０５に伝える。

【００５１】一方、アンロックリクエスト時には、バス
ステージ１でアンロック要求ビットを立てるが、アンロ
ックリクエスト要求は、ステージ３でアドレスバスを使
用しないため、ステージ１でアドレスバス要求を出して
いた他のリクエストがアドレスバスを使用できる。

【００５２】キャッシュユニット２０５がアンロックリ
クエストを発行する場合には、バスステージ１でアンロ
ック要求を発行する。

【００５３】キャッシュユニット２０６は、バスステー
ジ１でアンロック要求を監視し、アンロック要求が発行
されたならば、キャッシュユニット２０６内のＵＬＬス
テータスをＵＬＳに更新する。この更新は、すべてのロ
ック変数に対して行ってもよいし、キャッシュステータ
スとともにＬＣＫを取得しているキャッシュユニットの
ＩＤを登録しておけば、アンロック要求を出したキャッ
シュユニットがロックしているロック変数に対してのみ
行うこともできる。

【００５４】以上のように、アンロックリクエスト時、
従来のようにシステムバス２０８にロック変数及びアン
ロックロックコマンドを発行しないで、他のキャッシュ
ユニットのロックステータスをアンロックできるため、
バストラフィックを削減することができる。

【００５５】

【発明の効果】以上説明したように本発明においては、
ロックアドレスレジスタに対応して各種ロック変数の状
態を設けるとともに、アンロックを発行したキャッシュ
ユニット以外のキャッシュユニットのロックステータス
を解除するのにロック変数とアンロックコマンドをバス
に発行せずに、バス使用要求ビットの空きビットを利用
してアンロック要求を出すことにより、不要なバストラ
フィックを削減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のロック制御装置が適用されたデータ処
理システムの実施の一形態を示すブロック図である。

【図２】図１に示したキャッシュユニットの構成を示す
ブロック図である。

【図３】本発明のロック制御装置の実施の一形態を示す
図である。

【図４】本発明のロック制御装置におけるロック変数の
状態を説明するための図である。

【図５】図１に示した処理装置からロックリクエストが
発行された場合の動作について説明するための図であ
る。

【図６】データ処理装置からアンロックリクエストが発
行された場合の動作を説明するため図である。

【図７】本発明のロック制御装置の動作の一例を説明す
るための図である。

【図８】図１に示したシステムバスのアドレスバスの動
作を説明するための図である。

【符号の説明】

１，２ ロックアドレスレジスタ ３，４ ロックアドレス一致検出回路 ５，６ ロックステータスレジスタ ７，２３，２６，２７ セレクタ ８ ロックリクエスト制御装置 ２１，２２ リクエストバッファ ２４ アドレスアレイ ２５ ロックリクエスト制御装置 ２１０〜２０４ 処理装置 ２０５，２０６ キャッシュユニット ２０７ 記憶装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G06F 15/177 682 G06F 12/00 572 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主記憶を共有する複数のデータ処理装置
   を有するデータ処理システムにて前記複数のデータ処理
   装置の少なくとも一つに関するロック変数の状態を制御
   するロック制御装置において、 前記ロック変数のアドレスを少なくとも一つ登録する登
   録手段と、 該登録手段に登録されたアドレスに対応するロック変数
   の状態を保持する状態保持手段と、 前記登録手段及び前記状態保持手段の状態を制御すると
   ともに、前記ロック変数のロック状態の解除をバス使用
   要求ビットの空きビットを利用して他のロック制御装置
   に通知する制御手段とを有し、 前記状態保持手段は、 前記ロック変数の状態として、自ロック制御装置がロッ
   クを取得している旨を示す第１の状態と、 自ロック制御装置はロックを取得しておらず他のロック
   制御装置はロックを取得しているかもしれない旨を示す
   第２の状態と、 他のいずれかのロック制御装置がロックを取得している
   旨を示す第３の状態とを具備し、 前記第３の状態にあるロック変数に対してロックリクエ
   ストが発行された場合に他のロック変数の状態を参照せ
   ずにロック失敗を判断し、前記制御手段によりロック解
   除を通知された場合に前記第３の状態をすべて前記第２
   の状態に更新することを特徴とするロック制御装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のロック制御装置におい
   て、 入力されたロック変数のアドレスと前記登録手段に登録
   されたアドレスとの一致を検出する一致検出手段を有す
   ることを特徴とするロック制御装置。