JPH01209549A - キャッシュ制御方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概　要〕 本発明はキャッシュ制御方式に関し、 ディスクキャッシュにおけるバッファメモリ（キャッシ
ュメモリ）の使用率および検索時間を改善することを目
的とし、 複数の登録領域を備えた登録テーブルと、アクセス対象
の複数の前記ブロックをグループ分けするグループ識別
情報を登録したグループテーブルと、バッファメモリに
転送される該ブロックを登録テーブルの所定の登録領域
に登録するとともに同一グループの該ブロックの登録領
域を連係処理する登録処理部と、アクセスされたブロッ
クアドレスに基づき前記グループテーブルを参照し、該
ブロックの属するグループを判別して前記連係された登
録領域を検索する検索部と、登録されたグループ別登録
数を所定時間ごとに計数しその計数値に基づき各グルー
プの登録数を均一にする所定の基準でグループ分けの変
更処理を行うとともに酸グループテーブルに登録するグ
ループ処理部とを設け、該ブロックをグループ別に連係
して登録し検索するとともに、所定時間ごとにグループ
別登録数を計数してグループ分けの変更処理を行うよう
に構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明はキャッシュ制御方式、特にディスク装置に対す
るアクセス速度を改善するディスクキャッシュ制御方式
の改良に関する。

近年、外部記憶装置、主としてディスクのアクセス速度
を改善するため、ディスクキャッシュシステムがよく使
用されている。

これは、ディスクに書込み読出しされるデータをブロッ
ク単位でバッファメモリに格納しておき、次にアクセス
されるデータがそのバッファメモリに存在していればそ
のバッファメモリをアクセスする方式で、アクセス頻度
の高いデータブロックがバッファメモリに存在していれ
ばアクセス速度は大幅に改善される。

このディスクキャッシュにおいて、バッファメモリにデ
ータ（以下転送単位をブロックとする）を登録する方法
として、従来では、アクセスされたブロックアドレスに
成る関数を施してアドレスを圧縮し、その圧縮されたア
ドレスに基づいて登録する方法が採用されている。

このように圧縮されたアドレスを使用すると他のブロッ
クアドレスのそれと重畳することがあるため、複数組（
例えば４組の場合は４ｗａｙと称する）の登録テーブル
（従ってバッファメモリ）を設けて、１ｗａｙ目が登録
済みであれば２ｗａｙ目に、のごとく順次登録するよう
に構成されている。

しかし、このような登録方法では、各ブロックが平均し
てアクセスされないと、関数の演算方法によっては登録
テーブルおよびバッファメモリの使用効率が悪くなると
いう問題点がある。

また、使用効率を改善するため、すべてのｗａｙで空き
領域がないときは他の関数を用いて登録領域を演算する
という方法が採用されるが、この演算処理をプログラム
で行う装置では検索速度が低下するという問題点もある
。

このため、検索速度を低下させずバッファメモリの使用
効率を改善するキャッシュ制御方式が求められている。

〔従来の技術〕

第６図はディスクシステムブロック図、第７図はディス
クキャッシュ説明図である。

第６図はディスク装置を備えたデータ処理装置を示した
もので、主制御部１がディスク装置４に対してリード／
ライトするとき、主制御部１に指示されたディスク制御
部３が主メモリ２とディスク装置４との間のデータ転送
を制御する。

ここで、主メモリ２とディスク制御部３との間はＤＭＡ
によるデータ転送が行われるが、ディスク制御部３とデ
ィスク装置４との間はディスク装置４のアクセス速度に
応じて行われるため、結果としてアクセス速度が遅くな
る。

このアクセス速度を改善するため、バッファメモリ５を
例えばディスク制御部３内に設け、ブロック単位でディ
スク装置４よりデータをバッファメモリ５に転送してお
き、リード対象のデータがバッファメモリ５内に存在し
ていれば、バッファメモリ５より２亥当データを読出す
ディスクキャッシュ制御が行われる。

第７図に示すディスクキャッシュ説明図において、４組
の登録テーブル７はそれぞれ２５６の登録領域をそれぞ
れ備えたもので、以下の例のようなキャッシュ制御が行
われる。

（１）　　演算部６は、アクセスされたディスク装置４
に対するアドレスのうち、上位バイトで指定されるブロ
ックアドレスに所定の関数を施して１バイト（例えば上
位アドレスで除して余りの下位１バイト）に圧縮し、登
録テーブル７をそれぞれアドレスする。

（２）アドレスされた登録領域よりそれぞれ登録情報（
ブロックアドレスデータ）が読出され、アクセスされて
いるデータのブロックアドレスデータとそれぞれ比較部
８で比較される。

（３）　　比較の結果、４組のうちいずれか一致してい
ればヒフ）信号が出力され、１バイトの圧縮されたアド
レスと４組の比較部８よりそれぞれ出力されるヒツト／
ミスヒツト信号に基づき、バッファメモリ５がアドレス
されて該当データが読出される。

（４）登録時には、登録領域ごとに設けられている図示
省略した有効ビットが“Ｏ”　（登録無効）の登録テー
ブル７が選択されて圧縮されたアドレスで指示される登
録領域に登録され、すべての−ａｙの登録テーブル７が
登録済みであれば、関数を替えて演算するか、リプレー
ス処理がが行われる。

〔発明が解決しようとする課題〕

以上説明したように、ディスクキャッシュにおける登録
方法は、ブロックアドレスを成る関数で圧縮したアドレ
ス領域に登録されている。

このため、アクセスされるブロックアドレスが平均的に
分布していなければ、使用する関数によっては登録テー
ブルをすべて使用することはできず、従ってバッファメ
モリの使用率が低下するという課題がある。

さらに、複数種別の関数を使用し′て使用効率を改善し
ようとすると、演算処理のために検索に時間がかかると
いう課題もある。

本発明は上記課題に鑑み、検索時間を低下させずにバッ
ファメモリの使用効率を改善するキャッシュ制御方式を
提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明のキャッシュ制御方式
は、第１図本発明の原理図に示すように、複数の登録領
域（５０）を備えた登録テーブル（１４）と、 アクセス対象の複数の前記ブロックをグループ分けする
グループ識別情報を登録したグループテーブル（１５）
と、 転送される該ブロックを該登録テーブルの所定の該登録
領域（５０）に登録するとともに、同一グループの該ブ
ロックの登録領域（５０）を連係処理する登録処理部（
２０）と、 アクセスされたブロックアドレスに基づき前記グループ
テーブル（１５）を参照し、該ブロックの属するグルー
プを判別して前記連係された登録領域（５０）を検索す
る検索部（２１）と、登録されたグループ別登録数を所
定時間ごとに計数し、その計数値に基づき各グループの
登録Ｖを均一にする所定の基準でグループ分けの変更処
理を行うとともに、該グループテーブル（１５）に登録
するグループ処理部（２２）とを設ける。

〔作　用〕

転送単位であるブロックをそのブロックアドレスに基づ
いて複数のグループに分け、登録テーブル１４に空きが
あるときは例えば登録領域順に登録し、同一グループの
ブロックが登録された登録領域５０を連係する。

検索時にはアクセスされたブロックの属するグループを
識別し、そのグループの登録領域５０を連係処理によっ
て得られた連係情報に基づいて検索する。

一定時間おき、または一定登録回数ごとに登録テーブル
１４を検索してグループ別登録数を計数し、登録数が平
均化するようにグループ分けの基準を替えてグループの
再編成処理を行う。

グループは、例えばブロックアドレスの上位ビットで指
定することができ、この上位ビットを操作してグループ
分けの変更処理を行う。

以上のごとく、従来のごとくブロックアドレスに関連し
た登録領域に登録せず登録領域の空き領域に任意に登録
するため、バッファメモリ５を１００％使用することが
でき、またグループ単位で検索し且つ登録数が均一化す
るようにグループ分けを動的に行うため、検索速度を低
下させることがない。

〔実施例〕

本発明の実施例を図を用いて説明する。

第２図は実施例のディスク制御装置ブロック図、第３図
はテーブルチエイン説明図、第４図はグループ処理フロ
ーチャート図、第５図は検索処理フローチャート図であ
る。

第２図に示すディスク制御装置１０において、１１は登
録処理、検索処理、グループ処理を行うマイクロプロセ
ッサＭＰＵであって、第１図の登録処理部２０．検索部
２１．グループ処理部２２に対応する。

１２はＤＭＡ制御部であって、主制御部ＣＰＵ　１．主
メモリ２が接続されるＣバス、ディスク制御装置ｌＯの
内部バス間におけるＤＭＡ制御を行うもの、５はバッフ
ァメモリで、ディスク装置４より転送されるデータブロ
ック（ブロック）が格納されるもの、 １４はバッファメモリ５に転送されるブロックのブロッ
クアドレスデータが格納される登録テーブルで、各登録
領域５０のポインタによりバッファメモリ５のアドレス
が得られるように構成されたもの、 １５はグループを識別するアドレスデータが登録される
グループテーブル、 １６は各グループごとに設けられるポインタテーブルで
、チエインされた登録領域５０のヘッド（先頭）ポイン
タおよびテイル（最後尾）ポインタが格納されるもの、 １６はＣバスと内部バスとの間の開閉制御を行うＣバス
制御部、 １７はディスク装置４との間のデータ転送を制御するデ
ィスク制御部である。

第３図はブロックを１６＆Ｉｌ　（０−Ｆ　）にグルー
プ分けした場合のテーブルチエインの方法を示したもの
で、それぞれのグループに対応して設けられたポインタ
テーブル１６に、そのグループの登録領域５０のうち先
頭領域のヘッドポインタと、最後尾領域のテイルポイン
クとが登録され、登録テーブル１４の各登録領域５０に
は次にチエインされるポインタが記入されて連係される
。

グループは、ブロックの大きさが例えば４８ビツトある
場合、初期時には上位４ビツト（１６組）、即ち各紐間
−のブロック数でグループ分けされ、変更処理時には、
例えば上位５ビツトが使用さて不均一のグループ幅に区
分される。

以上構成のディスク制御装置において、以下の処理が行
われる。

（検索処理） ＋１）　　ＣＰ［Ｉ　１よりリードアクセスされたとき
、ＭＰＵ１は、出力されたアドレスのうち、所定の上位
ビットで示されるブロックアドレスデータに基づきグル
ープテーブル１５を参照し、グループを識別する。

（２）識別したグループのポインタテーブル１６を参照
し、ヘッドポインタの指定する登録領域５０よりブロッ
クアドレスデータを読出し、アクセスされたブロックア
ドレスと比較する。

（３）　　一致していれば、その登録領域５０のポイン
タに基づいてバッファメモリ５のアドレスを求め、その
アドレスをＤＭＡ制御部１２にセントしてデータ転送を
開始する。

（４）　　不一致ならば順次チエインされた指定のポイ
ンタに基づき検索し、テイルボインクに達しても不一致
のときはミスヒントであるから、登録処理を行う。

なお、図示省略したが、登録テーブル１４には有効／無
効ビットが設けられて同時に参照される。

（登録処理） （１）　　登録テーブル１４に空きがあるときはその空
き領域に登録し、その領域のポインタに対応するバッフ
ァメモリ５の領域にデータを転送する。

（２）登録テーブル１４に空きがないとき、グループ別
登録数を計数し、登録数が多いグループの内、例えば古
く登録されたブロック（ヘッドポインタで示される登録
領域）を入れ替え対象の領域に設定して入れ替える。

このとき、チエインの更新処理も同時に行われる。

（グループ処理） （１）　　一定の登録回数に達したとき、登録テーブル
１４を参照してグループ別登録数を計数する。

（２）登録数が平均化するようにグループを再編成する
。

登録数に応じ、例えばグループアドレスデータの上位５
ビツトを使用してグループ幅を変更する。

即ち、登録数の多いグループのアドレス幅を狭くし、登
録数の少ないグループのアドレス幅を広くする。

なお、必要ならばグループ数を増加させてもよく、その
ときはポインタテーブル１６を生成する。

（３）　　登録領域５０のチエイン、グループテーブル
１５の更新処理を行う。

以上のごとく、登録テーブル１４に空き領域があればこ
の領域に登録するため、バッファメモリ５は１００％使
用でき、またグループの登録数を動的に平均化するため
、あるグループに登録が集中しても検索速度が低下する
ことがない。

なお、実施例ではバッファメモリ５をディスク制御装置
ｌＯ内に設けたが、ディスク装置４とディスク制御装置
１０との間に設けられて直接ディスク装置をアクセスす
る制御アダプタ内にバッファメモリ５を設けてもよい。

〔発明の効果〕

本発明は、外部記憶装置に対するキャッシュ制御におい
て、データの登録をグループに別けて登録テーブルに登
録し検索するとともに、登録テーブルの占有率によりグ
ループを再編成して検索時間を改善したキャッシュ制御
方式を提供するもので、ディスクキャッシュにおける効
果は極めて多大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理図、 第２図は実施例のディスク制御装置ブロック図、第３図
はテーブルチエイン説明図、 第４図はグループ処理フローチャート図、第５図は検索
処理フローチャート図、 第６図はディスクシステムブロック図、第７図はディス
クキャッシュ説明図、 である。図中、 １は主制御部、　ｃｐｕ、　　２は主メモリ、４はディ
スク装置、　　５はバッファメモリ、ｌＯはディスク制
御装置、 １１はマイクロプロセッサＭＰＵ　。 １２は叶＾制御部、　　　１４は登録テーブル、１５は
グループテーブル、１６はポインタテーブル、１７はデ
ィスク制御部、　１８はＣバス制御部、２０は登録処理
部、　　　２１は検索部、２２はグループ処理部、　５
０は登録領域、第１図 実施例のディスク制御装置ブロック図 第２図 テーブルチエイン説明図 第３図 グル−プ処理フローチャート図 検索処理フローチャート図 第５図 ディスクシステムブロック図 第６図 ディスクキャッシュ説明図 第７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　主メモリと外部記憶装置との間にバッファメモリ（５
   ）を設け、該外部記憶装置に格納されているデータをブ
   ロック単位で該バッファメモリに転送し、該外部記憶装
   置に対しアクセスしたデータが前記バッファメモリに存
   在していれば該バッファメモリをアクセスするデータ処
   理装置におけるキャッシュ制御方式であって、 複数の登録領域（５０）を備えた登録テーブル（１４）
   と、 アクセス対象の複数の前記ブロックをグループ分けする
   グループ識別情報を登録したグループテーブル（１５）
   と、 転送される該ブロックを該登録テーブルの所定の該登録
   領域（５０）に登録するとともに、同一グループの該ブ
   ロックの登録領域（５０）を連係処理する登録処理部（
   ２０）と、 アクセスされたブロックアドレスに基づき前記グループ
   テーブル（１５）を参照し、該ブロックの属するグルー
   プを判別して前記連係された登録領域（５０）を検索す
   る検索部（２１）と、 登録されたグループ別登録数を所定時間ごとに計数し、
   その計数値に基づき各グループの登録数を均一にする所
   定の基準でグループ分けの変更処理を行うとともに、該
   グループテーブル（１５）を更新するグループ処理部（
   ２２）とを設け、該ブロックをグループ別に連係して該
   登録テーブル（１４）に登録し検索するとともに、所定
   時間ごとにグループ別登録数を計数してグループ分けの
   変更処理を行うことを特徴とするキャッシュ制御方式。