JPH0192855A - ディスク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〕 ディスク装置に対するアクセス制御を行うディスクキャ
ッシュ制御方式に関し、 キャッシュメモリ中に予めディスク管理情報を読み出し
て保持させると共にディスク装置から先読み込みを行い
、しかも必要に応じてキャッシュメモリを指定された態
様で動的にディスク装置あるいは仮想ディスク装置に割
り当てることによって、高速にアクセスすることを目的
とし、ディスク装置からデータを先読み込みしてキャッ
シュメモリに保持させるプリフェッチ処理部と、ディス
ク装置をアクセスするために必要なディスク管理情報を
予め当該ディスク装置から読み出してキャッシュメモリ
に保持させるディレクトリ管理部と、キャッシュメモリ
のメモリ容量を各ディスク装置および必要に応じて仮想
的に設けたディスク装置に動的に割り当てるキャッシュ
メモリ管理部とを備え、このキャッシュメモリ管理部に
よってキャッシュメモリのメモリ容量をディスク装置お
よび必要に応じて仮想ディスク装置に指定された態様で
動的に夫々割り当て、アクセス要求に対応して上記ディ
レクトリ管理部によってキャッシュメモリ中にディスク
管理情報が保持されている場合にはこれを参照し、上記
プリフェッチ処理部によって先読み込みされているとき
には、キャッシュメモリからデータを読み出してアクセ
ス要求元に転送し、一方、先読み込みされていないとき
には、ディスク装置から読み込んだデータをアクセス要
求元に転送すると共に、このデータを含むページを必要
に応じて先読み込みしてキャッシュメモリに保持するよ
うに構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、ディスク装置に対するアクセス制御を行うデ
ィスクキャッシュ制御方式に関するものである。

（従来の技術と発明が解決しようとする問題点〕従来、
計算機システムにおいて記憶媒体として使用されるディ
スク装置は、その物理的動作が影響してアクセスによる
入出力処理時間が多（必要となり、計算機システムとし
ての性能向上のためのボトル・ネックとなってきている
。このディスク装置の入出力処理の高速化のために、キ
ャッシュメモリの採用が行われている。このキャシュメ
モリを採用して、ヒント時に当該キャッシュメモリに保
持されているデータをアクセス要求元に転送することに
より、アクセス時間を短縮している。

しかし、ディスク装置に対するアクセスの単位や、その
管理方法は、計算機システム上で運用される用途によっ
て異なる。例えばデータベースを管理するシステムの場
合には、比較的小さいサイズでアクセスが行われ、しか
もランダムにアクセスすることが多い。一方、ファイル
等を管理するシステムの場合には、データベース管理に
比し、比較的に大きいサイズかつ連続する領域をアクセ
スすることが多い。このように、ディスク装置を使用す
る目的に応じて適切な管理方法が異なるにもかかわらず
、従来は一般にディスク装置に対して固定的にキャッシ
ュメモリを割り当てていたため、最適な態様で割り当て
ることができないという問題点があった。また、ディス
ク装置をアクセスするアクセス単位、アクセス方法など
を本体システム側で負担させてしまうと、本体システム
のＣＰＵに負担がかかってしまい、システム全体の性能
の低下を招いてしまうという問題点があった。

本発明は、キャッシュメモリ中に予めディスク管理情報
を読み出して保持させると共にディスク装置から先読み
込みを行い、しかも必要に応じてキャッシュメモリを指
定されたｆＩ３ｉ　ｔｅｌで動的にディスク装置あるい
は仮想ディスク装置に割り当てることによって、高速に
アクセスすることを目的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

第１図を参照して問題点を解決するための手段を説明す
る。

第１図において、プリフェッチ処理部２−１は、ディス
ク装置４−１．４−２などから所定のデータを先読み込
みしてキャッシュメモリ３に格納するものである。

ディレクトリ管理部２−２は、ディスク装置４−１．４
−２などをアクセスするために必要な各種情報を起動時
などに読み出してキャッシュメモリ３中の図示ディスク
管理情報３−１として予め保持させるものである。

キャッシュメモリ管理部２−３は、ディスク装置４−１
．４−２、および仮想ディスク装置に対してキャッシュ
メモリ３のメモリ容量を指定された態様で動的に割り当
てるものである。

キャッシュメモリ３は、ディスク装置４−１゜４−２、
および仮想ディスク装置に格納されているデータを保持
するものであって、高速にランダムアクセス可能なメモ
リである。

ディスク装置４−１．４−２は、データを格納するもの
である。

〔作用〕

本発明は、第１図に示すように、キャッシュメモリ管理
部２−３がキャッシュメモリ３のメモリ容量をディスク
装置４−１．４−２および必要に応じて仮想ディスク装
置に指定された態様で動的に夫々割り当て、アクセス要
求に対応してディレクトリ管理部２−２によってキャッ
シュメモリ３中に格納されたディスク管理情報３−１を
参照し、プリフェッチ処理部２−１によって先読み込み
されているときには、キャッシュメモリ３から８亥当デ
ータを読み出してアクセス要求元に転送する。

一方、先読み込みされていないときには、ディスク装置
！！４−１などから読み込んだデータをアクセス要求元
に転送すると共に、このデータを含むページを必要に応
じて先読み込みしてキャッシュメモリ３に保持するよう
にしている。

従って、指定された態様でキャッシュメモリを動的にデ
ィスク装置４−１などおよび仮想ディスク装置に割り当
てると共に、キャッシュメモリ３中に起動時などに格納
されたディスク管理情報３−１を参照してディスク装置
４−１などをアクセスすると共にデータを先読みしてキ
ャッシュメモリに格納してお（ことにより、計算機シス
テムの運用形態に合致させたＬｉ様でディスク装置への
平均応答時間を短縮することが可能となる。

〔実施例〕

次に、第１図ないし第７図を用いて本発明の１実施例の
構成および動作を順次詳細に説明する。

第１図において、ディスクキャッシュ制御部１は、２．
２−１ないし２−３．３．３−１６−１．６−２などか
ら構成され、アクセス要求元（計算機システム）５とデ
ィスク装置４−１などとの間に設けられ、内蔵したキャ
シュメモリ３を用いてディスク装ｒＩｔ、４−１などへ
のアクセスを迅速に行うように制御するものである。

制御部２は、２−１ないし２−３から構成されている。

プリフェッチ処理部２−１は、ディスク装置４−１．４
−２などからデータを例えばページ単位に先読みしてキ
ャッシュメモリ３に格納するものである。

ディレクトリ管理部２−２は、起動時などにディスク装
置４−１などから当該ディスク装！４−１などをアクセ
スするために必要な各種情報を読み出してキャッシュメ
モリ３中に図示ディスク管理情報として格納するもので
ある。

キャッシュメモリ管理部２−３は、ディスク装Ｍ４−１
など、および仮想ディスク装置に対してキャッシュメモ
リ３のメモリ容量（メモリサイズ）を割り当てるもので
ある。仮想ディスク装置に対する割り当てについては、
第６図を用いて後述する。

キャッシュメモリ３は、ディスク装置４−１などから読
み出したデータなどを保持するものである。

ディスク管理情報３−１は、ディスク装置４−１などを
アクセスするために必要な各種情報であって、ディレク
トリ管理部２−２によって起動時にディスク装置４−１
などから読みだされて格納されたものである。

ディスク装置４−１．４−２は、データを格納して保存
などするものである。

アクセス要求元５は、ディスク装置４−１などに対して
アクセス要求を発行するものである。

尚、ＣＰＵ５−１は各種制御を行うもの、メモリ５−２
はデータなどを格納するもの、ＤＭＡ６−１．６−２は
データ転送を行うものである。

次に、第２図を用いてページ内の先読み込み制御、およ
び第３図を用いて次ページの先読み込み制御について説
明する。これは、第１図プリフェッチ処理部２−１が制
御するものである。

第２図において、アクセス要求元５から図示Ｒｅａｄ要
求が通知されると、プリフェッチ処理部２−１はこのＲ
ｅａｄ要求のあったデータを含むページのデータ全てを
読み出し、このうちから該当するデータをアクセス要求
元５内のメモリ５−２に対してデータ転送すると共に、
並行して読み出したページの全てのデータをキャッシュ
メモリ３に格納する。これにより、Ｒｅａｄ要求のあっ
たデータが存在するページの全データがキャッシュメモ
リ３に先読み込みされることとなる。

第３図において、アクセス要求元５から図示Ｒｅａｄ要
求が通知されると、プリフェッチ処理部２−１が当該Ｒ
ｅａｄ要求がページ内の最終アドレスの近傍を含むアク
セスであることを検出した場合、第１に、第２図を用い
て説明したと同様にして、このＲｅａｄ要求のあったデ
ータを含むページのデータ全てを読み出し、このうちか
ら該当するデータをアクセス要求元５内のメモリ５−２
に対してデータ転送すると共に、並行して読み出したペ
ージの全てのデータをキャッシュメモリ３に格納する。

第２に、次のページのデータをディスク装置４−１など
から読み出してキャッシュメモリ３に格納する。これに
より、Ｒｅａｄ要求のあった次のページのデータがキャ
ッシュメモリ３に先読み込みされることとなる。

以上のようにしてディスク装置４−１などから先読み込
みしてキャッシュメモリ３−に格納したページ中のデー
タについて、Ｒｅａｄ要求があった場合（ヒツトした場
合）には、このキャッシュメモリ３から該当するデータ
を迅速にアクセス要求元５にデータ転送することが可能
となる。

第４図は、第２図および第３図を用いて説明した先読み
込みするデータをキャッシュメモリ３に格納するページ
管理の説明図を示す。

第４図において、ページサイズはディスク装置４−１な
どから一度に連続して読み出されるデータの大きさ例え
ば１シリンダに格納されているデータの大きさを示す。

論理ブロックサイズはページサイズを所定個数に分割し
たものであって、論理的に定めた１ブロツクの大きさで
ある。データ管理プログラムのり一ド／ライト単位は、
データ管理プロラムがリード／ライトする最小単位であ
って、論理ブロックサイズの整数倍（ｌ、２．３・・・
倍）の大きさである。

次に、第５図を用いてディレクトリ管理の動作を説明す
る。これは、第１図ディレクトリ管理部２−２が制御す
るものである。

第５図において、ディレクトリ管理部２−２は、起動時
にディスク装置４−ｉ（ｉ＝１ないしｎ）か、ら読み出
したディスク管理情報３−１をキャッシュメモリ３中に
図示のように格納する。そして、アクセス要求元５から
ディレクトリ管理情報３−１のＲｅａｄ要求が通知され
ると、図示Ｒｅａｄ動作のように、キャッシュメモリ３
から当該ディレクトリ管理情報３−１を読み出してアク
セス要求元５中のメモリ５−２に対してデータ転送する
。尚、Ｗｒｉｔｅ要求に対しては、図示−ｒｉ、ｔｅ動
作に示すように、キャッシュメモリ３およびディスク装
置４−１に対して所定のデータを書き込みを行うように
し、データの信鎖性を確保する。

以上のように、必要度の高いディスク管理情報３−１な
どを起動時などに予めキャッシュメモリ３中に格納して
おき、アクセス要求元５からのＲｅａｄ要求に対応して
即時にキャッシュメモリ３中から読み出してデータ転送
することにより、極めて高速に応答、例えばディスク装
置に対する平均応答時間に比して約７％という極めて高
速に応答することが可能となる。

第６図を用いてキャッシュメモリ３のメモリ容量をディ
スク装置４−ｉに対して指定された態様で動的に割り当
てる制御を説明する。この第６図に示す制御は、第１図
キャッシュメモリ管理部２−３が制御している。

第６図において、キャッシュメモリ３のうちキャッシュ
メモリ３−２の部分がディスク装置１ｆ４−１に割り当
てられ、キャッシュメモリ３−３が仮想的に設けたディ
スク装置４−（＋＋１）に割り当てられている。この割
り当ては、アクセスに先たち予めサイズを指定すること
によって、任意のディスク装置４−１、および仮想的に
設けたディスク装置４−（＋＋１）に対して夫々割り当
てるようにする。そして、例えば仮想的に設けたディス
ク装置４−（＋＋１）に対してキャッシュメモリ３−３
を割り当て、かつアクセス要求元５からのアクセス要求
に対応して当該キャッシュメモリ３〜３に対してのみラ
イト／リードするように制御することにより、アクセス
要求元５からディスク装置４−（＋＋１）をアクセスす
ると同様の制御によって（特にキャッシュメモリ３−３
に対してのみアクセスすることを意識する制御を行うこ
とな（）、極めて高速にリード／ライトを行うことが可
能となる。このため、例えば仮想記憶をサポートしてい
るシステムにおいて、各種データ及び本体プログラムの
プログラム・オブジェクト・モジュールのページイン、
ページアウト用の中間バッファとして再度読み出す可能
性の高いモジュールを一時的に格納することに適したも
のとなる。

第７図は本発明に係わるキャッシュ制御の実現相対性能
例を示す、これは、第４図ページ管理説明図を用いて説
明したように、ページサイズ〉管理プログラムのＲ／Ｗ
単位〉論理ブロックサイズとなるように設定し、先読み
込み制御を行った場合に得られる１例である。横軸は、
キャッシュメモリ３をリードした時にヒントしたヒント
率（％）を表す、縦軸は、実際にディスク装置４−ｉを
アクセスした時の平均応答時間を１．００として計算し
た相対応答時間を表す。この第７図図示ヒツト率を示す
曲線は、更に既述したディスク管理情報３−１などのリ
ード要求の高い情報を予めキャッシュメモリ３中に起動
時などに格納してお（ことにより、左側にシフトさせる
ことが可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、指定された態様
でキャッシュメモリを動的にディスク装置４−ｉおよび
仮想ディスク装置に割り当てると共に、キャッシュメモ
リ３中に起動時に格納されたディスク管理情報３−１を
参照してディスク装置４−ｉをアクセスすると共にデー
タを先読みしてキャッシュメモリに格納する構成を採用
しているため、計算機システムの運用形態に合致させた
態様でディスク装置への平均応答時間を短縮することが
できる。特に、低ヒツト率の場合であっても、ディスク
装置毎に先読み込みを行うと共にリード要求の高いディ
スク管理情報などを予めキャッシュメモリ中に格納する
か否かを指定して格納することにより、平均応答時間を
短縮することができる。更に、仮想ディスク装置にキャ
ッシュメモリを割り当て、当該仮想ディスク装置に対し
てアクセスすることにより、極めて高速にアクセスする
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例構成図、第２図はページ内先
読み制御説明図、第３図は次ページ先読み制御説明図、
第４図はページ管理説明図、第５図はディレクトリ管理
の動作説明図、第６図はキャッシュメモリ管理の動作説
明図、第７図は本発明に係わるキャッシュ制御の実現相
対性能例を示す。 図中、２−１はプリフェッチ処理部、２−２はディレク
トリ管理部、２−３はキャッシュメモリ管理部、３はキ
ャッシュメモリ、３−１はディスク管理情報、４−Ｌ　
４−２はディスク装置、５はアクセス要求元、５−２は
メモリを表す。 講ｒに１ へ°−ジ菅裡翫明図 第４凹 ３：キャップュメｔす 置クトリ眉１里の重力ｆ乍ｔａＩｌ圏 消　５　図 キャッシュメｔり盲理の動作盈明図 光６図 リード中のと、リド季（ン 木登８月に１糸ろキャラ人智１１耳の実民矛目對・１注
能斧１も　　　７　　　ｍ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ディスク装置に対するアクセス制御を行うディスクキャ
   ッシュ制御方式において、 ディスク装置（４−ｉ）からデータを先読み込みしてキ
   ャッシュメモリ（３）に保持させるプリフェッチ処理部
   （２−１）と、 ディスク装置（４−ｉ）をアクセスするために必要なデ
   ィスク管理情報（３−１）を予め当該ディスク装置（４
   −ｉ）から読み出してキャッシュメモリ（３）に保持さ
   せるディレクトリ管理部（２−２）と、キャッシュメモ
   リ（３）のメモリ容量を各ディスク装置（４−ｉ）およ
   び必要に応じて仮想的に設けたディスク装置に動的に割
   り当てるキャッシュメモリ管理部（２−３）とを備え、 このキャッシュメモリ管理部（２−３）によってキャッ
   シュメモリ（３）のメモリ容量をディスク装置（４−ｉ
   ）および必要に応じて仮想ディスク装置に指定された態
   様で動的に夫々割り当て、アクセス要求に対応して上記
   ディレクトリ管理部（２−２）によってキャッシュメモ
   リ（３）中にディスク管理情報（３−１）が保持されて
   いる場合にはこれを参照し、上記プリフェッチ処理部（
   ２−１）によって先読み込みされているときには、キャ
   ッシュメモリ（３）からデータを読み出してアクセス要
   求元に転送し、一方、先読み込みされていないときには
   、ディスク装置（４−ｉ）から読み込んだデータをアク
   セス要求元に転送すると共に、このデータを含むページ
   を必要に応じて先読み込みしてキャッシュメモリ（３）
   に保持するように構成したことを特徴とするディスクキ
   ャッシュ制御方式。