JPH03164840A - ディスクベースコンピュータシステムにおけるデータキャッシングを最適化する方法及びシステム - Google Patents

ディスクベースコンピュータシステムにおけるデータキャッシングを最適化する方法及びシステム

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JPH03164840A
JPH03164840A JP2227907A JP22790790A JPH03164840A JP H03164840 A JPH03164840 A JP H03164840A JP 2227907 A JP2227907 A JP 2227907A JP 22790790 A JP22790790 A JP 22790790A JP H03164840 A JPH03164840 A JP H03164840A
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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】 〔発明の分野〕 本発明はベースドコンピュータシステムの分野に関し、
特定的には不揮発性メモリからランダムアクセスメモリ
へのデータ転送を最適化する方法及び手段に関する。
〔発明の背景〕 コンピュータシステムは典型的に、プログラム並びにデ
ータを長期に亘って記憶するために、フロッピディスク
またはハードディスクのようなある型の不揮発性データ
記憶装置を使用する。これらの装置はコンピュータシス
テムには不可欠成分であるが、それぞれの記憶装置とコ
ンピュータシステムとの間のデータ転送は比較的遅い。
従って、コンピュータシステムは実行しながら、ディス
クに記憶されているデータの選択された部分を、システ
ムがより速くアクセスできるランダムメモリ内へ読み込
む。しかし、殆んどのコンピュータシステムのランダム
アクセスメモリはディスク装置に包含されている全ての
データを記憶する程充分に大きくなく、従ってデータは
特定のプログラムによって要求されると片としてディス
クから検索される。
ディスクに記憶されているデータへのアクセスを早める
ために使用される一技術は、プログラムがデータを要求
する前にランダムアクセスメモリ内に使用可能なデータ
が存在しているように、データを先行読取りし、キャッ
シュすることである。
これは“先取り読込み”と呼ばれることもある。
従来、データキャッシングは２つの方法の一方で遂行さ
れた。第１の技術によれば、固定量のデータが先取り読
込みされ、ディスクにアクセスする度にキャッシュされ
る。例えばもし応用が特定量のデータを要求すれば、要
求されたデータ及び固定の付加的な量のデータ（例えば
５１２バイト）がメモリ内に読込まれる。従って、次に
応用がディスクからのデータを要求した時、データは既
にメモリ内に存在しディスクアクセスに消費される時間
を回避することができる。この技術はコンピュータシス
テムの速さを改善するが、多くの場合非効率的である。
例えば、多くの場合応用はディスクから少量のデータ（
例えば６４バイト）しか要求しないであろう。もしコン
ピュータシステムが常に５１２バイトを先取り読込みし
ていれば、システムはシステムが必要としないデータを
捜査し読取るために要する付加的な時間によって性能が
劣化する。別の場合において、もし応用が大量のデータ
（例えば１０２４バイト）を要求し、システムが５１２
バイトだけを先取り読込みを行っていれば、データがラ
ンダムアクセスメモリ内で使用可能ではないから、シス
テムは付加的なディスクアクセスを遂行す必要がある。
データの先取り読込みに使用される別の技術は、コンピ
ュータシステムの挙動を監視してディスクアクセスの特
徴を決定することである。例えば、応用が一貫して比較
的大量のデータまたは少量のデータを要求しているもの
と決定する。この決定がなされると、キャッシュの大き
さを相応して調整することができる。この技術も多くの
場合に非効率である。例えば、コンピュータゲームが最
初にターンオンする時には過去の挙動記録は存在しない
ので、過去の挙動記録を確立できるまでにある遅れを生
ずる。更に遅れが大きい程過去の挙動ログが正確になる
。従ってこの技術は利用者に、データのキャッシュに対
する逸機と挙動記録の正確さとの取引きを要求する。こ
の技術に伴う更に別の問題は、システムが使用挙動の迅
速な変化に対して調整不可能なことである。これもメモ
リシステムの非効率的使用を招来する。
本発明は、あるファイルが開かれる時までに過去のアク
セス挙動を決定し、それにより過去の挙動ログを作成す
るために典型的に必要な遅れを排除する方法及び手段を
提供することによって上述の諸問題を解消する。次で、
データキャッシュの大きさが確立されるとヒユーリステ
ィックスを瞬時に適用することができる。
〔発明の概要及び目的〕
要約すれば、本発明はディスクベースコンピュータシス
テムにおいてデータキャッシングする改良された方法及
び手段を提供する。動作中にあるファイルが開かれると
、アクセスログが作成される。本発明は、そのファイル
のためのファイルアクセス挙動を監視し、そのファイル
アクセスログ内にアクセス挙動を記録し、一方フアイル
アクセス挙動が順次であったかまたは順次で高速であっ
たかを決定する。ファイルアクセス挙動が決定されると
、本発明はもしそのアクセス挙動が順次で高速であった
ならば比較的大量のデータをキャッシュし、またもしそ
のアクセス挙動が順次であったならば比較的少量のデー
タをキャッシュする。
アクセス挙動はそのファイルが閉じられる時、そのファ
イルに対応付けられた領域内に記録される。
アクセスログが作成されると、そのアクセスログはファ
イルが開かれる時に読出され、ファイルが開かれる時に
読出されたアクセス挙動に基いてキャッシングが遂行さ
れる。
従って本発明の目的は、あるファイルが開かれると即座
にそのファイルの過去の挙動を決定する方法及び手段を
提供することである。
本発明の別の目的は、コンピュータシステムの速度及び
性能を改善するために、データキャッシングにヒユーリ
スティックスを適用する方法及び手段を提供することで
ある。
本発明の更に別の目的は、ファイルの挙動に基いてデー
タキャッシュの大きさを自動的に調整する方法及び手段
を提供することである。
〔実施例〕
本発明はディスク使用を監視し、現行使用に基いてキャ
ッシュの大きさを自動的に変更するようになっている。
更に、ファイルが閉じられると、本発明は使用レベル即
ちアクセス挙動を表わす値またはフラグをそのボリュー
ム内に記憶する。そのファイルが再開されると使用値ま
たはフラグが読取られ、使用記録に基ついてキャッシュ
の大きさが確立される。従ってキャッシュの大きさはフ
ァイルが開かれると直ちに確立され、従ってキャッシュ
に対する逸機は最適に排除される。
第１Ａ図は典型的なキャッシング動作の図である。プロ
セス１００は、オペレーティングシステム核からの読取
り要求をメモリ制御システムまたはファイルシステムド
ライバが受けると呼び出される。判定段階１０２は要求
されたデータがＲＡＭキャッシュ内に記憶されるか否か
を判定する。もし否であれば、段階１０４はディスク装
置からの要求されたデータをＲＡＭ内にコピーする。デ
ィスクベース読取り動作はディスクヘッドの移動のよう
な機械的段階を必要とするから段階１０４によって表わ
される動作は、キャッシュバッファから直接データを読
取るのに比して極めて時間を消費する。
このプロセスは第１Ｂ図によって更に理解できる。シス
テム１５０においては、コンピュータシステム１５２は
ディスクドライブ１５６上に存在するデータのセクタを
読取るための要求を生成する。システム１５０は先ずそ
のデータがキャッシュ１５４内に存在するか否かを決定
する。例えばもしセクタ２がキャッシュ内に存在すれば
、それは直ちにコンピュータシステム１５２に戻される
。
対照的に、もし要求されたセクタがキャッシュ内に存在
しなければ、データに対する要求はメモリ制御装置（図
示せず）を通るように経路指定され、要求されたデータ
はディスク１５６からセクタ３によって表わされている
ように取込まれる。このデータはキャッシュ内に配置さ
れ、そこから引続いてコンピュータシステム１５２へ向
う。以上の如くディスク装置１５６の機械的動作による
プロセス遅れだけではなく、キャッシュ動作が単一の段
階を必要とするのに対して、非キャッシュ動作は２段階
を必要とする。従って可能な場合にはキャッシュ動作を
遂行することが高度に望ましい。
本発明の動作には２つのタスク、即ち挙動ログまたはプ
ロファイルを確立して維持すること、及びデータキャッ
シュの大きさを動的に変更するためにヒユーリスティッ
クスを使用することが組合わされている。
第２Ａ図に示すプロセス２００は挙動ログを更新し、維
持するために使用される。プロセス２００はメモリ制御
機構がコンピュータシステムから開指令を受けると開始
される。次にアクセスログが段階２０２によって開かれ
る。読取り要求を受けるとデータ読取りの範囲及びアク
セス時間が監視される。各アクセスは判定段階２０４に
よって読取り動作が完了したことが検出されるまで記録
される。アクセスログを読むために閉ファイル指令を受
けると段階２０８が呼出され、アクセスが順次であった
か、順次で高速であったか、またはランダムであったか
が計算される。ランダム、順次で高速、または順次読取
りの概念は後述する。もしランダムであれば本発明は何
等の動作も遂行しない。判定段階２１０はアクセスが順
次であったか否かを判定する。もし順次であれば段階２
１２は順次動作を表わすフラグをセットする。もし順次
でなければ、判定段階２１４はアクセスが順次で高速で
あったか否かを判定する。もしそうであれば段階２１６
は順次で高速動作を表わすフラグをセットする。それぞ
れのフラグがセットされると段階２１８は挙動ログを記
録し、制御は段階２２０へ渡されて挙動をクリアする。
挙動ログはアクセスされたファイルと共に、またはファ
イルをディスク上に位置決めするために使用されるブタ
構造内に記憶させることが好ましい。
順次アクセスが記録されのか、または順次で高速アクセ
スが記録されたのかを決定する方法は以下のように説明
することができる。ディスクは典型的には一連の隣接セ
クタ内に編成される。しかしディスク上の順次データは
、当業者ならば容易に理解できる理由から隣接セクタ内
に記憶されているとは限らない。ディスク上のセクタの
隣接レイアウトを第２Ｂ図に示す。例えば、セクタ２５
０はセクタ２５２に隣接し、セクタ２５２はセクタ２５
４に隣接し、セクタ２５４はセクタ２５６に隣接する等
々である。もしセクタ２５０．２５２．２５４及び２５
６が直列に読取られれば、即ち隣接するセクタが次から
次へと読取られれば、ディスクアクセスは順次と考えら
れる。しかしもしディスクアクセスパターンがセクタ２
５０の次に２５６を読取ったのであれば、このアクセス
パターンは非順次またはランダムであると考えられる。
高速順次アクセスは、応用プログラムがロードされる時
のように、多数のセクタが急速に読取られる時に発生す
るアクセスである。正規順次アクセスは比較的少量のデ
ータを読取るまたは書込む時の応用プログラムの通常動
作中に発生する。あるファイルの履歴を監視する時、デ
ィスクアクセス情報を Ｒ＋（ｔ、ａ、ｂ） Ｒ，（ｔ、ａ、ｂ） Ｒｚ（ｔ、ａ、ｂ） Ｒ，（ｔ、ａ、ｂ） の形で記録することができる。但しｔは時間の尺度、及
びａ、ｂは第２Ｂ図に示すようにファイル内の走行の範
囲である。
本発明の原理によれば、順次読取りは以下のように定義
することができる。
Ｒ＋（ａ＋、ｂ＋　　）：但し Ｒ＋−＋（ａ　＋−＋、　ｂ　ｔ−＋）が先行する。こ
こに ａ　、：　Ｓ　ｕｃｃ（ｂ　＋−＋）　；及びＳ　ｕｃ
ｃ（ｂ　）　＝　ａ十△ ｏくΔ〈δ δ＝ディスクＩ１０のユニットサイズによって決定され
る局所性係数 である。
上記関係を与えると順次動作は以下の関係によって識別
される。
但しＲ，＝０．８０　　である。
順次読取りが高速であるか否かを決定するために、 １、＝最初の読取りが発生した時刻、 ｔ、：最後の読取りが発生した時刻、 ＴＲ＝ｔ　ａ−ｔ　ｌ として、もし 及び ならば読出しは高速であると考える。
本発明が読取り動作が順次であるか、または順次で高速
であるかを決定すると、この情報は第３図乃至第５図に
基いて説明するように、キャッシングプロセスにヒユー
リスティックスを適用するために使用される。第３図に
示すプロセス３００は開ファイル指令をコンピュータシ
ステムから受けると呼出される。段階３０２は開動作を
遂行する。次で制御は段階３０４に渡され、段階３０４
はアクセス履歴に基いてディスクデータのデータをキャ
ッシュするために先行読取りをスケジュールし、また同
時に新プロセスに指示されたデータを読取るように命令
するために新プロセスを作成する。もとのプロセスは段
階３０６に戻る。段階３０４によって作成された新プロ
セスは段階３０８から開始される。段階３０８はディス
クからアクセス履歴と、読取られているファイル内の関
心部分内のデータの最初の１．５　Ｋとを読取る。次で
段階３１０はアクセス履歴を調べる。判定段階３１２は
高速読取りが表示されているか否かを判定する。
もし高速読取りであれば、段階３１４が高速読取りフラ
グをセットする。次で制御は段階３１６に渡され、段階
３１６は大量のデータをキャッシュ内に読込ませてルー
チンを戻す。もし判定段階３１２が高速読取りを表示し
ていなければ、制御は判定段階３１８に移り、順次読取
りが表示されているか否かを判定する。もし順次読取り
が表示されていなければルーチンは戻される。もし順次
読取りが表示されていれば、段階３２０は順次読取りフ
ラグをセットして比較的少量のデータをキャッシュ内へ
読込む。次でルーチンは戻される。
第４図においてファイルシステム読取り指令を受けると
、ルーチン４００が呼出される。判定段階４０２は要求
されたデータがキャッシュ内にあるか否かを判定する。
もし存在していなければ、段階４０４はＩｌｏをスケジ
ュールし、段階４０６は読取り動作が完了するまでそれ
以上の動作を阻止する。もし要求されたデータがキャッ
シュ内にあるか、または段階４０４が完了した時には、
判定段階４０８はアクセス履歴が高速順次読取りを表示
しているか否かを判定する。もし表示していれば、制御
は段階４！４へ渡され、段階４１４は大量の先取り読取
りスケジュールしてルーチンを戻す。もしアクセス履歴
が高速順次読取りを表示していなければ、判定段階４２
０はアクセス履歴が順次読取りを表示しているか否かを
判定する。
もし表示していなければルーチンは戻される。もし表示
していれば段階４１２は少量の先取り読取りをスケジュ
ールしてルーチンを戻す。
第５図に示すルーチン５００はデータを先取りして読取
るために呼出される。呼出されると判定段階５０２は自
由キャッシュブロックが使用可能であるか否かを判定す
る。もし使用可能であれば段階５１０が呼出されＩｌｏ
をディスク装置でスケジュールし、制御を戻す。使用で
きなければ判定段階５０４はキャッシュブロックを自由
にすることが可能か否かを判定する。もしできなければ
制御は段階５０６に移り、キャッシュブロックを自由に
できるまで待機する。キャッシュを自由にすることが可
能になれば、制御は判定段階５０４に戻される。キャッ
シュブロックを自由にすることができる場合には制御は
判定段階５０４から段階５０８へ移り、高速順次読取り
動作に対して大きいブロックを、また順次読取り動作に
対して小さいキャッシュブロックを割当てるキャッシュ
ブロックの割当てが行われる。キャッシュブロックが割
当てられると制御は段階５１０へ渡されディスクＩ１０
がディスク装置でスケジュールされる。
次でルーチンは戻される。
要約すれば、データをキャッシングするための改良され
た方法及び手段を説明した。動作中、本発明はアクセス
挙動を決定し、このアクセス挙動をファイルに対応付け
られた領域内に記録する。
ファイルが開かれ読取られる時、アクセス挙動はアクセ
ス挙動に基いて比較的大きいキャッシュまたは比較的小
さいキャッシュを割当てるために使用される。アクセス
挙動表示器は、アクセス挙動の変化につれて動的に変更
することができる。当業者ならば本発明の範囲から逸脱
することのない本発明の他の使用及び変更が明白であろ
う。これらの全て使用及び変更は特許請求の範囲内にあ
ることを企図するものである。
【図面の簡単な説明】
第１Ａ図は従来のキャッシングシステムに使用されるプ
ロセスの流れ図、 第１Ｂ図は従来のデータキャッシング技術の別の図、 第２Ａ図は本発明の技術により使用挙動を決定するプロ
セスの図、 第２Ｂ図は順次ディスク読取り動作の図、第３図は開フ
ァイル指令受信時の本発明の動作の図、 第４図はファイル読取り指令受信時の本発明の動作の図
、 第５図は大発明の関係において遂行されるキャッシュ機
能の図。 １５２・・・コンピュータシステム、！５４・・・キャ
ッシュ、１５６デイスク装置、２５２〜２５６・・・セ
クタ。 図面の浄ＩＦ（内容に変更なし］ Ｆｉｇｕｒｅ　ＩＡ Ｆｉｇｕｒｅ　４ 手 続 補 正・書（方式） ％式％ ■、事件の表示 平成２年特許願第２２７９０７号 ３、補正をする者 事件との関係

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、ディスクベースオペレーティングシステムにおいて
    データをキャッシングするための改良された方法であっ
    て： ファイルを開く要求を受けた時にファイルアクセスログ
    を開き； 前記ファイルのためのファイルアクセス挙動を監視し、
    このアクセス挙動を前記ファイルアクセスログ内に記録
    し； 前記ファイルアクセス挙動が順次であったか、または順
    次で高速であったかを決定し； もし前記アクセス挙動が順次で高速であったならば比較
    的大量のデータをキャッシングし、もし前記アクセス挙
    動が順次であったならば少量のデータをキャッシングし
    ； 前記ファイルを閉じる時に前記アクセス挙動を前記ファ
    イルに対応付けられた領域内に記録する諸段階を具備す
    る方法。 ２、ファイルを開く時にアクセス挙動を読取り；前記フ
    ァイルを開く時に読取られたアクセス挙動に基いてキャ
    ッシングする 諸段階をも含む請求項１記載の方法。 ３、ディスクベースオペレーティングシステムにおいて
    データをキャッシングするための改良されたシステムで
    あって： ファイルを開く要求を受けた時にファイルアクセスログ
    を開く手段； 前記ファイルのためのファイルアクセス挙動を監視し、
    このアクセス挙動を前記ファイルアクセスログ内に記録
    する手段； 前記アクセス挙動が順次であったか、または順次で高速
    であったかを決定する手段； もし前記アクセス挙動が順次で高速であったならば比較
    的大量のデータをキャッシングし、前記アクセス挙動が
    順次であったならば少量のデータをキャッシングする手
    段；及び 前記ファイルを閉じる時に前記アクセス挙動を前記ファ
    イルに対応付けられた領域内に記録する手段 を具備するシステム。 ４、ファイルを開く時にアクセス挙動を読取る手段；及
    び 前記ファイルを開く時に読取られたアクセス挙動に基い
    てキャッシングする手段をも含む請求項１記載のシステ
    ム。
JP2227907A 1989-08-29 1990-08-29 ディスクベースコンピュータシステムにおけるデータキャッシングを最適化する方法及びシステム Expired - Lifetime JPH0687224B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US07/401,315 US5257370A (en) 1989-08-29 1989-08-29 Method and system for optimizing data caching in a disk-based computer system
US401315 1989-08-29

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH03164840A true JPH03164840A (ja) 1991-07-16
JPH0687224B2 JPH0687224B2 (ja) 1994-11-02

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JP2227907A Expired - Lifetime JPH0687224B2 (ja) 1989-08-29 1990-08-29 ディスクベースコンピュータシステムにおけるデータキャッシングを最適化する方法及びシステム

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US (1) US5257370A (ja)
EP (1) EP0415352B1 (ja)
JP (1) JPH0687224B2 (ja)
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