JPH03177946A - 磁気ディスクバッファ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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、計算機システムのファイルシステムにおいて
、磁気ディスク装置とのブロックデータ入出力のために
、メモリの一部をバッファキャッシュメモリとして持ち
、その割り当てを優先順位によって行い、ブロックデー
タの読み出しを実際の磁気ディスク装置からの読み出し
ではなく、バッファキャッシュメモリからの読み出しで
済ませるようにし、ブロックデータ入出力に要する時間
を短縮するファイルシステムに関する。

〔従来の技術〕

従来、この種の計算機システムにおける磁気ディスクバ
ッファキャッシュ制御方式では、磁気ディスク装置から
ユーザバッファへのブロック転送を行う際に、磁気ディ
スク装置から読み込んだブロックデータをバッファキャ
ッシュメモリ上に保存してからユーザバッファに転送し
ている。再度、同様に磁気ディスク装置からユーザバッ
ファへのブロック転送要求が発生した場合、そのブロッ
ク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（キャツシュヒツ
ト）すると、そのバッファキャッシュメモリからのブロ
ック転送のみで済む。したがって、実際の磁気ディスク
装置からのブロック転送を必要としないため、ブロック
データ入出力に要する時間を短縮することができる。

上述した従来の磁気ディスクバッファキャッシュ制御方
式では、バッファキャッシュメモリの数の制服上、古い
ブロックデータ、即ちアクセスしてから一番時間の経過
したものは、−様に別ブロックデータに置き換えられて
いる。

〔発明が解決しようとする課題〕

従って、例え頻繁に使用するブロックデータであっても
、−時的にしか使用されないブロックデータは、同様に
バッファキャッシュメモリの数が足りなくなったときに
は、別ブロックデータにそのバッファキャッシュメモリ
を譲ることになる。

その為、次回のアクセスでは、必ず磁気ディスク装置で
の書き込みや読み出し処理が発生することになる。

したがって、本発明の課題は、従来の経過時間によるも
のだけでなく、アクセス頻度の高いブロックデータが格
納されたバッファキャッシュメモリヲなるべく他のブロ
ックデータへ割り当てないように、バッファキャッシュ
メモリに優先順位（プライオリティ）を持たせて管理を
行い、キャツシュヒツト率をなるべく向上させ、より入
出力処理に要する時間を低減することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明による磁気ディスクバッファキャッシュ制御方式
は、計算機システムにおいて実行された利用者プログラ
ムからの要求により該利用者プログラム又は前記計算機
システム自体と磁気ディスク装置と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
者のメモリ空間上に存在し、前記磁気ディスク装置へ書
き出すブロックデータ又は前記磁気ディスク装−置から
読み込むブロックデータ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ブ
ロック転送の高速化を図る為に前記計算機システム上に
論理ブロック単位で複数個存在する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、前記バッファキャッシュメモリ
から利用すべきバッファキャッシュメモリを選択し、前
記ファイルブロック制御手段へ選択されたバッファキャ
ッシュメモリを提供するバッファキャッシュ制御手段と
、フリーバッファの獲得順番を制御する為に用いるフリ
ーバッファプライオリティテーブルと、該フリーバッフ
ァプライオリティテーブルを参照して、フリーバッファ
の利用順序を決定し、前記バッファキャッシュメモリの
ヒツト率を高める役割をするプライオリティ制御手段と
、前記磁気ディスク装置に対するブロックデータの書き
込み及び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。

また、ブロックデータのブロック番号を予め決められた
値で割った余りとして得られるエントリに前記バッファ
ヘッダへのポインタが格納されるハツシュテーブルと、
ブロック転送実行の際に、ブロックデータが格納された
バッフ７キヤツシユメモリの探索に必要な処理手続きを
簡潔にするために、前記ハツシュテーブルの管理を行う
ハツシュテーブル制御手段と、を有してもよい。

更に、システム終了時に、それぞれのバッファキャッシ
ュメモリに存在するブロックデータのプライオリティを
前記磁気ディスク装置に保持するシステム終了制御手段
と、システム回文ち上げ時に、前記システム終了制御手
段によって保持されたブロックデータのプライオリティ
を前記磁気ディスク装置より読み出して、前回でのプラ
イオリティを継承するシステム立ち上げ制御手段と、を
有してもよい。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。

第１図を参照すると、本発明の一実施例による磁気ディ
スクバッファキャッシュ制御方式が適用される計算機シ
ステムは、ファイルブロック制御手段］と、バッファキ
ャッシュ制御手段２と、磁気ディスク装置制御手段３と
、ハツシュテーブル制御手段４と、フリーバッファ制御
手段５と、プライオリティ制御手段６と、ユーザバッフ
ァ７と、バッファキャッシュメモリ８と、システム立ち
上げ制御手段つと、システム終了制御手段１０と、磁気
ディスク装置１１と、バッファヘッダ１２と。

ハツシュテーブル１３と、フリーバッファプライオリテ
ィテーブル１４と、プライオリティ引き継ぎテーブル１
５とを有している。

ファイルブロック制御手段１は、計算機システムにおい
て実行された利用者プログラムからの要求により利用者
プログラム又は計算機システム自体と磁気ディスク装置
１１とのブロックデータ転送の管理制御を行う。ユーザ
バッファ７は、利用者のメモリ空間上に存在し、磁気デ
ィスク装置１１へ書き出すブロックデータ又は磁気ディ
スク装置１１から読み込むブロックデータを保持する。

バッファキャッシュメモリ８は、磁気ディスク装置１１
とユーザバッファ７との間でブロック転送の高速化を図
る為に計算機システム上に論理ブロック単位で複数個存
在する。バッファヘッダ］−２は、バッフ７キヤツシユ
メモリ８の管理情報を持つ。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８から利用すべきバ
ッファキャッシュメモリを選択し、ファイルブロック制
御手段１へ選択されたバッファキャッシュメモリを提供
する。フリーバッファプライオリティテーブル１４は、
フリーバッファの獲得順番を制御する為に用いられる。

プライオリティ制御手段６は、フリーバッファプライオ
リティテーブル１４を参照して、フリーバッファの利用
順序を決定し、バッファキャッシュメモリ８のヒツト率
を高める役割をする。磁気ディスク装置制御手段３は、
磁気ディスク装置１１に対するブロックデータの書き込
み及び読み出しを制御する。ハツシュテーブル１３は、
ブロックデータのブロック番号を予め決められた値で割
った余りとして得られるエントリにバッファヘッダ１２
へのポインタが格納されている。ハツシュテーブル制御
手段４は、プロック転送実行の際に、ブロックデータが
格納されたバッファキャッシュメモリ８の探索に必要な
処理手続きを簡潔にするために、ハツシュテーブル１３
の管理を行う。プライオリティ引き継ぎテーブル１５は
、プライオリティ引き継ぎに利用される。

システム終了制御手段１０は、システム終了時に、それ
ぞれのバッファキャッシュメモリに存在するブロックデ
ータのプライオリティを磁気ディスク装置１１に保持す
る。システム立ち上げ制御手段９は、システム回文ち上
げ時に、システム終了制御手段１０によって保持された
ブロックデータのプライオリティを磁気ディスク装置１
１より読み出して、前回でのプライオリティを継承する
。

次に、このように構成された計算機システムの磁気ディ
スクバッファキャッシュ制御方式の動作について説明す
る。

フリーバッファのプライオリティはバッファキャッシュ
メモリが確保される順番を示している。

プライオリティが小さい数であればある程、そのプライ
オリティの割当てれらたバッファキャッシュメモリのブ
ロックデータが他のブロックデータに書き変わる可能性
がある。フリーバッファのプライオリティの上げ下げの
アルゴリズムについては、様々な方法が考えられる。本
実施例では、以下にのべる５つの操作からなるアルゴリ
ズムでプライオリティの変化を制御する。

■システム初期化時（前回運転時のプライオリティを考
慮しない場合）、全てのバッファキャッシュメモリに割
り当てられているプライオリティを最低位のプライオリ
ティ、すなわち、プライオリティ○とする。

■新しくブロックデータが書き込まれたバッファキャッ
シュメモリのプライオリティをプライオリティ１とする
。

■キヤツシユヒツトが発生した場合、そのヒツトしたバ
ッファキャッシュメモリのプライオリティを１つ上げる
。

■キャツシュヒツトしなかった場合、全てのバッファキ
ャッシュメモリのプライオリティを１つ下げる。

■システム初期化時（過去の運転時のプライオリティを
考慮する場合）で過去のプライオリティ値があるブロッ
クデータの場合、全てのノくツファキャッシュメモリの
プライオリティは過去の運転時のプライオリティ番号に
つなげられる。

以下にこのアルゴリズムを具体的な例によって説明する
。

第２図を参照すると、システム立ち上げ時に全てのバッ
ファキャッシュメモリのヘッダは、フリバッファとして
フリーバッファプライオリティテーブル１４の０番から
ポインタのチェーンにつなげられる。

バッファキャッシュメモリのバッファへ・ソダ１２とは
、バッファキャシュメモリへのアドレスを持ったテーブ
ルで、計算機システムが持つノ＜・ノファキャッシュメ
モリの数と同数個存在する。また、フリーバッファプラ
イオリティテーブル１４とは、フリーバッファを管理す
るテーブルであり、０番からＸ番までのプライオリティ
番号を持ち、フリーなバッファキャッシュ群を管理する
。また、この段階では、ハツシュテーブル１３にはどの
バッファヘッダ１２もつながっていない。

第３図を参照して、ブロック番号が１０のブロックデー
タの読み込み要求が発生し、バッファキャッシュメモリ
が１つ必要になったとする。

ファイルブロック制御手段１は、バッファキャッシュ制
御手段２に対し、フリーバッファの確保を要求する。バ
ッファキャッシュ制御手段２はハツシュテーブル制御手
段４を呼び出し、指定のブロック番号に対応したバッフ
ァヘッダ１２がハツシュテーブル１３に存在するかどう
かの判断を行う。この時は、まだ１つもハツシュテーブ
ル１３にバッファヘッダ１２がつながっていないため、
バッファキャッシュ制御手段２はフリーバッファを得る
ために、フリーバッファ制御手段５を使い、フリーバッ
ファプライオリティテーブル１４から一番プライオリテ
ィの低いバッファキャシュメモリの１つを得る。この得
られたバッファキャシュメモリはバッファヘッダａをも
つとする。

この時、ハツシュテーブル制御手段４は、ハッシュテー
ブル１３にバッファヘッダａをつなぐ。

磁気ディスク装置制御手段３は、磁気ディスク装置１１
から確保したバッファヘッダ１２に対応するバッファキ
ャシュメモリ８に対し、ブロックデータの読み込み処理
を行う。

ブロックデータの読み込みが完了すると、フリ−バッフ
１制御手段５はプライオリティ制御手段６を呼び出し、
フリーバッファプライオリティテーブル１４の１番にバ
ッファヘッダａをつなぐ。

第４図を参照すると、このようにしてフリーなバッファ
キャッシュメモリはブロックデータの読み込み／書き込
みの為に次々の割り当てられ、プライオリティが変化す
る。

次に、このプライオリティ上下の例を示す。

第４図及び第５図を参照して、ブロック番号が１０のブ
ロックデータの読み込み要求によって、バッファキャッ
シュ制御手段２が働いたとする。

ハツシュテーブル制御手段４において、要求のあったブ
ロック番号１０と同じ番号を持ったバッファヘッダａを
発見した場合、前回アクセスした時のブロックデータが
バッファキャッシュメモリ８上にあると判断されると、
キャツシュヒツトしたことになる。

この場合、バッファキャッシュ制御手段２はバッファキ
ャッシュメモリ８上のブロックデータをユーザバッファ
７に読み込み、プライオリティ制御手段６によってブロ
ック番号が１０のブロックデータのプライオリティを１
つ上げる。

第５図及び第６図を参照して、ブロック番号が７９のブ
ロックデータの読み込み要求が発生したとする。このブ
ロックデータはバッファキャッシュメモリ８上にないの
で、キャツシュヒツトしない。この場合、磁気ディスク
装置制御手段３が磁気ディスク装置１１からバッファキ
ャッシュメモリ８にブロック番号７９のブロックデータ
を書き込んだ後で、全てのフリーバッファのプライオリ
ティは１つ下げられ、使用されたバッファヘッダＣのバ
ッファキャッシュメモリに最高のプライオリティＸが割
り当てられる。

第７図を参照して、システム終了時に、システム終了制
御手段１０は、フリーバッファプライオリティテーブル
１４からつながったバッファヘッダのチェーンをブロッ
ク番号順にソートし、プライオリティ引き継ぎテーブル
１５に格納後、磁気ディスク装置１１に１つのファイル
として保存する。このファイルを仮にファイルＡと名づ
ける。

次回のシステム立ち上げ時には、システム立ち上げ制御
手段９が、利用者の指定によりファイルＡに収められた
以前のプライオリティを引き継ぐと判断した後で、磁気
ディスク装置１１からプライオリティ引き継ぎテーブル
１５にファイルＡに収められた以前のプライオリティ情
報を展開する。

システム立ち上げ処理完了後は、フリー・バッファの獲
得後、プライオリティ引き継ぎテーブル１５をサーチし
て、同一ブロックデータを発見したら、そのプライオリ
ティ番号が引き継がれる。

以上説明した一連の処理によって、プライオリティの制
御が行われ、バッファキャッシュメモリ獲得時は、プラ
イオリティの低いものから別のブロックデータに置き換
えられる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、フリーバッファキャッシ
ュの獲得制御を使用頻度によるプライオリティを持たせ
、さらにこれをシステム前立ち上げ時にも、数種のファ
イルとしてこのプライオリティを維持出来るようにする
ことで、利用者の運用形態にそって、よりキャツシュヒ
ツトの確率を高め、磁気ディスク装置とのデータ転送な
しにメモリ間のみの転送を行うことで、ブロックデータ
入出力時間の短縮を図り、利用者プログラムの人出力待
ち時間を低減する効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による磁気ディスクバッファ
キャッシュ制御方式が適用される計算機システムの構成
を示すブロック図、第２図はシステム立ち上げ時にフリ
ーバッファプライオリティテーブルにバッファヘッダが
全てつながった状態を示す図、第３図はブロック番号１
０のブロックデータがバッファキャッシュメモリａに書
き込まれた状態を示す図、第４図は様々なブロックデー
タの書き込み／読み出しが発生した後の状態を示す図、
第５図は第４図の状態でブロック番号１０のブロックデ
ータの読み込みがあった後の状態を示す図、第６図は第
５図の状態でブロック番号７９のブロックデータの読み
込み要求が発生し、キャツシュヒツトしなかったために
全てのバッファキャッシュメモリのプライオリティが１
ずつ下がり、バッファキャッシュメモリＣに磁気ディス
ク装置から読まれてきたブロック番号７９のブロックデ
ータが書き込まれ、バッファキャッシュメモリＣのプラ
イオリティが最高となった状態を示す図、第７図はシス
テム終了時にフリーバッファプライオリティテーブルに
つながったバッファヘッダ群の情報をプライオリティ引
き継ぎテーブルに格納後、磁気ディスク装置にファイル
Ａとして書き出し、再立ち上げ時にファイルＡの指定が
あり、これを磁気ディスク装置から読み出してプライオ
リティの引き継ぎを行う様子を示す図である。 １・・・ファイルブロック制御手段、２・・・バッファ
キャッシュ制御手段、３・・・磁気ディスク装置制御手
段、４・・・ハツシュテーブル制御手段、５・・・フリ
ーバッファ制御手段、６・・・プライオリティ制御手段
、７・・・ユーザバッファ、８・・・バッファキャッシ
ュメモリ、９・・・システム立ち上げ制御手段、〕０・
・・システム終了制御手段、１１・・・磁気ディスク装
置、１２・・・バッファヘッダ、１３・・・ハツシュテ
ーブル、１４・・・フリーバッファプライオリティテー
ブル、１５・・・プライオリティ引き継ぎテーブル。 第２図 ハツシュテーブル 第３図 フリーバッファ プライオリティテーブル 第４図 フリーバッファ ハツシュテーブル 第５図 フリーバッファ プライオリティテーブル ハッシュテーブル 第６図 フリーバッファ プライオリティテーブル 第７図 ◆ ◆

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、計算機システムにおいて実行された利用者プログラ
   ムからの要求により該利用者プログラム又は前記計算機
   システム自体と磁気ディスク装置と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上に存在し、前記磁気ディスク装置
   へ書き出すブロックデータ又は前記磁気ディスク装置か
   ら読み込むブロックデータ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ブ
   ロック転送の高速化を図る為に前記計算機システム上に
   論理ブロック単位で複数個存在する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、 前記バッファキャッシュメモリから利用すべきバッファ
   キャッシュメモリを選択し、前記ファイルブロック制御
   手段へ選択されたバッファキャッシュメモリを提供する
   バッファキャッシュ制御手段と、 フリーバッファの獲得順番を制御する為に用いるフリー
   バッファプライオリティテーブルと、該フリーバッファ
   プライオリティテーブルを参照して、フリーバッファの
   利用順序を決定し、前記バッファキャッシュメモリのヒ
   ット率を高める役割をするプライオリティ制御手段と、 前記磁気ディスク装置に対するブロックデータの書き込
   み及び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磁気ディスクバッファキャッ
   シュ制御方式。 ２、更に、ブロックデータのブロック番号を予め決めら
   れた値で割った余りとして得られるエントリに前記バッ
   ファヘッダへのポインタが格納されるハッシュテーブル
   と、 ブロック転送実行の際に、ブロックデータが格納された
   バッファキャッシュメモリの探索に必要な処理手続きを
   簡潔にするために、前記ハッシュテーブルの管理を行う
   ハッシュテーブル制御手段と、 を有することを特徴とする請求項１記載の磁気ディスク
   バッファキャッシュ制御方式。 ３、更に、システム終了時に、それぞれのバッファキャ
   ッシュメモリに存在するブロックデータのプライオリテ
   ィを前記磁気ディスク装置に保持するシステム終了制御
   手段と、 システム再立ち上げ時に、前記システム終了制御手段に
   よって保持されたブロックデータのプライオリティを前
   記磁気ディスク装置より読み出して、前回でのプライオ
   リティを継承するシステム立ち上げ制御手段と、 を有することを特徴とする請求項１記載の磁気ディスク
   バッファキャッシュ制御方式。