JPH04151752A

JPH04151752A - バッファ制御方法

Info

Publication number: JPH04151752A
Application number: JP2276665A
Authority: JP
Inventors: Ushio Inoue; 潮井上; Takashi Hozai; 芳西　崇; Ryoji Kataoka; 良治片岡
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1990-10-16
Filing date: 1990-10-16
Publication date: 1992-05-25

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、オンライントランザクション処理システムな
どの計算機システムにおいて、ファイルに対するアクセ
ス要求を高速に処理するために用いられるバッファの制
御方法に関する。

〔従来の技術〕

従来から高速化が要求される計算機システムにおいては
、第４図に示すように、磁気ディスク装置等の２次記憶
装置２ｏ中に格納されたファイル１１０に対するアクセ
スを高速化するための手段として、計算機１０の主記憶
装置中に入出力用のバッファ１０２を用意する方法が用
いられている。

通常、ファイル１１０はページと呼ばれる一定の大きさ
の領域に区分されており、１つのページ中には情報の管
理単位であるレコードが複数個収容されている。一方、
バッファ１０２もフレームと呼ばれる一定の大きさの領
域に区分されており、フレームとページの大きさは同一
である。一般に、バッファを用いたファイルへのアクセ
スは以下のように行われる。まず、端末３０からの指示
に基づき、利用者プログラム１０１からファイルｌｌＯ
中のルコードを参照したいという要求があると、バッフ
ァ制御部１０３は要求されたレコードを含むページがバ
ッファ１０２中のいずれかのフレームに格納されている
かどうかを判定する。もし格納されていない場合には、
適当なフレームを選択し、ファイル１１０から所要のペ
ージを読み込み、そのフレームに格納する。次に、その
フレームのアドレスを利用者プログラム１０１に通知す
ることにより、利用者プログラム１０１がバッファ１０
２中のレコードを参照することが可能になる。逆に既に
バッファ１０２中のいずれかのフレームに格納されてい
る場合には、ファイル１１０からの読み込みを省略し、
単にそのフレームのアドレスを利用者プログラムに通知
する。通常、ファイル１１０へのアクセスは１回当たり
数十ミリ秒かかり、電子計算機内部の処理とは３桁以上
の速度差があるため、ファイル１１０からの読み込みを
省略できる効果は大きい。

オンライン・トランザクション処理システムでは、一般
に複数の利用者プログラム１０１から１つのファイル１
１０に対して同時にアクセス要求が出されることがある
。これらの要求が輻較した状態においてもシステムの応
答時間を良好に保つためには、バッファ制御部１０３は
要求を１つずつ逐次的に制御するのではなく、複数の要
求を並列に制御する必要がある。最近の計算機では、１
つのファイルを複数の磁気ディスクに分散して格納して
おき、１個の磁気ディスクにアクセスしている最中に他
の磁気ディスクに格納されている別のページを同時にア
クセスすることが可能である。

また、密結合マルチプロセッサ構成の計算機では、複数
のＣＰＵにより複数の処理を完全に同時に実行できる。

このように計算機ハードウェア自体は複数の利用者プロ
グラムからの要求を並列に制御することか可能であるが
、正しい処理を行うためには、バッファ制御部＋０３で
利用者プログラム間の相互干渉が生じないように制御す
る必要がある。相互干渉の例としては、ある利用者プロ
グラムが要求したページをファイル１１０からバッファ
１０２のフレームに読み込んだために、そのフレーム中
に格納されていた別のページが追い出され、このページ
を使用していた他の利用者プログラムの処理が継続でき
なくなるといった現象である。このような利用者プログ
ラム間での相互干渉を防止するための従来技術としては
、例えば文献ｒ　Ｅｆｆｅｌｓｂｅｒｇ　Ｗ、　ａｎｄ
　Ｈａｅｒｄｅｒ　Ｔ、、“Ｐ　ｒｉｎｃｉｐｌｅｓ　
ｏｆＤａｔａｂａｓｅ　　Ｂｕｆｆｅｒ　　Ｍａｎａｇ
ｍｅｎｔ、”　ＡＣＭ　　Ｔｒａｎｓ。

ｏｎ　Ｄａｔａｂａｓｅ　５ｙｓｔ、　Ｖｏｌ、９．　
＆４．　１９８４Ｊに記載されているように、利用者プ
ログラム対応にバッファを分割する方法と、ファイルの
ページ群対応にバッファを分割してこの単位で利用者プ
ログラムを排他制御する方法があった。

［発明が解決しようとする課題］上記従来技術において、利用者プログラム対応にバッフ
ァを分割する方法では、同一のフレームを複数の利用者
プログラム間で共用することがないため、利用者プログ
ラム間での相互干渉の問題は生じない。しかし、同一の
ページに対して複数の利用者プログラムがアクセス要求
を出した場合には、各利用者プログラムに対応付けられ
たフレームに同一のページが重複して格納されることに
なる。このため、ファイルへのアクセス回数が増加する
ととも、フレームの利用効率が低下する。

一方、ファイルのページ群対応にバッファを分割する方
法では、同一のページが複数のフレームに重複して格納
される問題は住じないが、ページ群間のアクセス頻度の
偏りにより、フレームの利用効率が低下する可能性が高
く、分割数をあまり大きくすることはできない。このよ
うに、バッファを利用者プログラム対応またはファイル
のページ群対応に分割する方法はいずれも、もともと多
数のフレームを有していたバッファを分割して少数のフ
レーム単位で制御を行うことになり、この分割損により
バッファ全体としての効率を低下させるという問題があ
った。

本発明の目的は、バッファ全体としての効率を低下させ
ることなく、利用者プログラム間での相互干渉の防止を
可能にすることにある。

〔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、バッファを分割
する代わりに２種類のロックを設け、アクセス要求に応
じてこれらのロックを使って利用者プログラム間の排他
制御を行うことにより、利用者プログラム間での相互干
渉を防止し、バッファ制御部における並列処理を可能と
するものである。

［作　用］１種類目のロックは、バッファ中のフレーム全体の情報
、例えばフレームがアクセスされた順にＬＲＵ　（Ｌｅ
ａｓｔ　Ｒｅｃｅｎｔｒｙ　Ｕｓｅｄ）管理するための
情報を排他制御するためのグローバル・ロックであり、
バッファ全体としてただ１つのみ設ける。

２種類目のロックは、実際にページにアクセスする際に
ページ群単位に排他制御するためのローカル・ロックで
あり、バッファ全体としてページ群の個数と同じ数だけ
設ける。一般に、利用者プログラムからの基本的なペー
ジアクセス要求は次の３種類のいずれかに対応付けられ
る。

（Ｉ）参照要求・・・利用者プログラムから当該ページ
に対して出される最初の要求であり、バッファ制御部は
要求されたページを必要ならばファイルから読み込み、
そのページが格納されたフレームのアドレスを利用者プ
ログラムに通知する。

さらに、バッファ制御部はこのフレームに使用中表示を
行い、終了要求が行われるまでフレーム内のページが他
の利用者プログラムによって追い出されることを防止す
る。

（２）更新要求・・・利用者プログラムがフレームに格
納されたページの内容を変更するための要求であり、バ
ッファ制御部は要求されたページを即座に、または以後
の適当な時期にファイルに書き出す。

（３）終了要求・・・利用者プログラムから当該ページ
に対して出される最後の要求であり、バッファ制御部は
要求されたページが格納されたフレームの使用中表示を
取消し、フレーム内のページが他のページに置き換えら
れることを可能とする。

本発明では、上記３種類の要求は以下のように処理され
る。

参照要求の場合は、まず要求されたページが属するペー
ジ群に対応するローカル・ロックｌを獲得する。次に、
要求されたページが既にいずれかのフレーム中にあるか
どうかを判定し、フレーム中にある場合は、単にそのフ
レームに使用中表示を行う。フレーム中にない場合は、
グローバル・ロックを獲得し、使用中表示がなくかつそ
こに格納されたページが属するページ群に対して他の利
用者プログラムがローカロックを獲得していないフレー
ムを選択すると同時にローカル・ロック２を獲得し、グ
ローバル・ロックを解放した後に、そのフレームに格納
されていたページを追い出してローカル・ロック２を解
放し、次にそのフレームに使用中表示を行ってファイル
から要求されたページを読み込む。最後に、ローカル・
ロック１を解放して、フレームのアドレスを参照要求を
行った利用者プログラムに通知する。更新要求の場合は
、要求されたページが含まれるページ群に対応するロー
カル・ロック１を獲得した上で必要な処理を行い、この
ローカル・ロック１を解放する。

終了要求の場合でも、要求されたページが含まれるペー
ジ群に対応するローカル・ロックｌを獲得した上で、要
求されたページが格納されたフレームの使用中を取消し
、このローカル・ロック１を解放する。

ここで、３種類の要求のすべてにおいてローカル・ロッ
ク１を獲得する理由は、同一のページに対して複数の利
用者プログラムから同時に要求が出されることを防止す
るためである。また、参照要求中にグローバル・ロック
を獲得する理由は、複数の利用者プログラムが同時にペ
ージを置き換えるフレームを探索することを防止するた
めである。また、参照要求中にローカル・ロック２を獲
得する理由は、これから追い出そうとしているページに
対して、他の利用者プログラムから参照要求が出される
ことを防止するためである。

グローバル・ロックを獲得するのは参照要求たけであり
、かつ獲得している期間は、ページを置き換えるフレー
ムを選択するだけの処理であるから非常に短い。即ち、
複数の利用者プログラムからの要求がグローバル・ロッ
クで利用効率が低下することはなく、従ってローカル・
ロックを同時に走行する利用者プログラムの数よりも十
分大きい個数設けることにより、各要求がローカル・ロ
ックで競合する確率も十分小さくできる。また、ある利
用者プログラムが１つのローカル・ロックを獲得した状
態で、他の利用者プログラムが獲得している別のローカ
ル・ロックを獲得するために待つことがなく、かつグロ
ーバル・ロックを獲得した状態で他の利用者プログラム
を待つこともないため、デッドロックは生じ得ない。こ
の結果、利用者プログラム間の相互干渉を起こすことな
く、バッファ制御部における並列処理が可能になる。

［実施例］以下、本発明の一実施例について図面により説明する。

第１図は本発明の一実施例の構成図を示したものである
。第１図において、１ｏはＣＰＵや主記憶装置からなる
本体装置、２０は磁気ディスク装置等の２次記憶装置、
３ｏは端末である。本体装置１ｏは、同時に走行する複
数の利用者プログラム１０１、バッファ１０２、バッフ
ァ制御部１０３からなり、さらに、バッファ制御部１０
３は、同一プログラムのコピーであり、かつそれぞれが
並列に実行可能な複数のバッファ制御ルーチン１０５と
、単一のバッファ制御表１０５から構成されている。２
次記憶装置２０にはファイル１１０が格納されている。

ファイル１１０はページと呼ばれる一定の大きさの領域
に区分されており、１つのページ中には情報の管理単位
であるレコードが複数個収容されている。一方、本体装
置１０のバッファ１０２もフレームと呼ばれる一定の大
きさの領域に区分されており、フレームとページの大き
さは同一である。

第２図は第１図におけるバッファ＋０２のフレム群とバ
ッファ制御表１０５の内部構成を示した図であり、２０
１はフレーム、２０２はグローバル・ロック、２０３は
ページ群エントリ、２０４はフレーム管理レコードであ
る。ページ群エントリ２０３は、ファイル１１０のペー
ジ群対応に作成されており、ローカル・ロック２０５と
フレーム管理レコード２０４へのポインタ２０６から構
成される。ページ群エントリ２０２は、例えばページ番
号のハツシュ値が等しいページ毎にページ群を構成した
場合、このハツシュ値によって直接アクセスできる。フ
レーム管理レコード２０４は、バッファ１０２のフレー
ム対応に作成されており、使用多重度カウンタ２０７、
ページ番号フィールド２０８、書出し要否フラグ２０９
、次フレーム管理レコードへのポインタ２１０．ＬＲＵ
チエインのためのポインタ２１１、フレームへのポイン
タ２１２から構成される。各フレーム管理レコード２０
４は、ポインタ２１２が指すフレーム２０１に格納され
たページ番号のグループ毎、例えばページ番号のハツシ
ュ等が等しいもの毎にポインタ２０６と２１０で連鎖さ
れており、かつポインタ２１０の連鎖とは独立に、フレ
ームがアクセスされたＬＲＬ＋の順序にポインタ２１１
で連鎖されている。なお、使用多重度カウンタ２０７は
同一ページを複数の利用者プログラム１０１が並行して
参照できるようにするため、先に述べた使用中表示の代
わりに使用するものであり、カウンタ値が１以上の場合
には使用中、０の場合には使用されていない状態を表す
。

第３図は第２図に示したバッファ制御表１０５を用いて
バッファ制御ルーチン１０４がバッファ制御を行うため
の手順を示したものであり、利用者プログラム１０１か
らの参照、更新、終了の各要求に対するフローチャート
である。

まず、第３図（Ａ）に基づいて参照要求の場合のバッフ
ァ制御について説明する。利用者プログラム１０１から
ファイル１１０中のページ参照要求があると、まず、要
求されたページが属するぺ−ジ群に対するローカル・ロ
ック１を獲得する（ステップ３０１）。このローカル・
ロック１の獲得は次の手順で行う。■要求されたページ
番号のハツシュ値を計算する。■ハツシュ値に対応する
ページ群エントリ２０３を見つける。■ローカルロック
２０５にロック情報を設定する。次に、該当ページエン
トリ２０３のポインタ２０６を使用してフレーム管理レ
コード２０４を探索し、さらにポインタ２１０を使用し
て次フレーム管理レコード２０４を探索しくステップ２
０３）、要求されたページが既にバッファ１０２のいず
れかのフレームにあるかどうかを、要求ページ番号とフ
レーム管理レコード２０４中のページ番号フィールド２
０８とを比較することで判定する（ステップ３０３）。

そして、既にフレーム中にある場合は、まず、グローバ
ル・ロック２０２を獲得して（ステップ３１２）、ＬＲ
Ｕチエインを更新しくステップ３１３）、即ち、フレー
ム管理レコード２０４中のポインタ２＋１を更新し、直
ちにグローバル・ロック２０２を解放する（ステップ３
１４）。次に、当該フレーム管理レコード２０４中の使
用多重度カウンタ２０７をインクリメントして、フレー
ムの使用中表示の代りとする（ステップ３１５）。最後
に、ローカル・ロックｌ　（該当ページ群エントリ２０
３のローカル・ロック２０５）を解放しくステップ３１
６）、フレームのアドレス（フレーム管理レコード２０
４のポインタ２１２）を参照要求を行った利用者プログ
ラム１０１に通知する。

一方、要求されたページがバッファ１０２のフレーム群
にない場合は、グローバル・ロック２０２を獲得しくス
テップ３０４）、フレーム管理レコード２０４中のポイ
ンタ２１１を使用してＬＲＵチエインを探索しくステッ
プ３０５）、フレームの使用可否を判定する（ステップ
３０６）。フレームの使用可否は、フレーム管理レコー
ド２０４中の多重度カウンタ２０７の値が０で（使用中
表示がない）、かつ、ページ番号２０８（追い出される
ページ）のローカル・ロックが他の利用者プログラムに
よって獲得されていないかどうかで判定し、該条件を満
たすフレーム（追い出されるページのあるフレーム）が
ある場合、対応するページエントリ２０３のローカル・
ロック２０５にロック情報を設定してローカル・ロック
２を獲得する（ステップ３０７）６その後、グローバル
・ロック２０２を解放する（ステップ３ｏ８）。次に、
そのフレームに格納されていたページを追い出し、対応
するクレーム管理レコード２０４を更新する（ステップ
３０９）。このフレーム管理レコードの更新は次のよう
にして行う。■追い出されるページのページ群から要求
されたページのページ群へ、フレーム管理レコードの位
置を移動する。具体的には、ポインタ２０６と２１０を
張り変える。■ページ番号フィールド２０８を要求され
たページ番号に書き変える。次に、ローカル・ロック２
を解放する（ステップ３１０）。ただし、要求されたペ
ージと属するページ群が同一の場合は、ローカル・ロッ
クを解放しない。次に、ファイル１１０から要求のあっ
たページをフレームに読み込む（ステップ３１１）。そ
の後、ステップ３１２〜３１５を実行する。

次に、第３図（Ｂ）に基づいて更新要求の場合のバッフ
ァ制御を説明する。まず、要求されたページが含まれる
ページ群に対応するローカル・ロック（ローカル・ロッ
ク２０５）を獲得する（ステップ３２１）。ローカル・
ロックの獲得手順は参照要求の場合と同様である。次に
、ポインタ２０６．２１０を使用してフレーム管理レコ
ード２ｏ４を探索しくステップ３２２）、更新要求のあ
ったページ番号とフレーム管理レコード２０４中のペー
ジ番号フィールド２０８とを比較して、フレーム群に該
当ページがあるかどうか判定す・る（ステップ３２３）
。そして、更新要求のあったページがあれば、対応する
フレーム管理レコード２０４中の書出し要否フラグ２０
９を要に設定しくステップ３２４）、そのローカル・ロ
ック１（ローカル・ロック２ｏ５）を解放する（ステッ
プ３２５）。

最後に、第３図（Ｃ）に基づいて終了要求の場合のバッ
ファ制御を説明する。まず、要求されたページが含まれ
るページ群に対応するローカル・ロック１を獲得する（
ステップ３３１）。次に、フレーム管理レコード２０４
を探索しくステップ３３２）、終了要求のあったページ
番号とフレーム管理レコード２０４中のページ番号フィ
ールド２０８との一致を比較する（ステップ３３３）。

そして、一致した場合、該フレーム管理レコード２０４
中の書出し要否フラグ２０９が要に設定されているかど
うか判定しくステップ３３４）、要に設定されていれば
、該フレームのページをファイル１１０に書出す（ステ
ップ３３５）。次に、該フレーム管理レコード２０４中
の使用多重度カウンタ２０７をディクリメントしくステ
ップ３３６）、ローカル・ロック１を解放する（ステッ
プ３３７）。

なお、これまでの説明では、利用者プログラムからの参
照要求時に置き換えるフレームをＬＲＵアルゴリズムで
選択していたが、ＦＩＦ○等の他のアルゴリズムを使用
することも可能である。また、更新要求が行われたペー
ジの書き出しを終了要求に対する処理の中で行っている
が、更新要求に対する処理の中で行ったり、参照要求に
対する処理でフレームからページが追い出される時に行
ったりすることも可能である。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、利用
者プログラムからのページへのアクセス要求は、基本的
にはローカル・ロックによって排他制御されているため
、相互干渉を起こすことはない。ローカル・ロックの個
数は原理的にはファイルのページ数と同じ数まで増やす
ことが可能であり、同時に走行する利用者プログラムの
数よりも十分大きい数のローカル・ロックを設けておく
ことにより、ローカル・ロックを獲得するために待され
ることはほとんどなくなる。また、参照要求の場合には
、置き換えられるフレームの選択とＬＲＵチエイン等の
更新がグローバル・ロックで排他制御されるが、両者の
処理に要する時間はファイルからページを読み込む時間
に比べて十分に短く、グローバル・ロックを獲得するた
めに待たされることもほとんどない。

以上の結果、従来のようにバッファを利用者プログラム
対応またはファイルのページ群対応に分割して利用効率
を低下させることなく、複数の利用者プログラムからの
要求をバッファ制御部が並列に制御できる。また、ロッ
クの獲得に基うデッドロックが本質的に発生しない制御
手順となっているため、デッドロック解消のための複雑
な制御機構を組み込む必要がないという効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成図、第２図は第１図の
バッファ・フレーム群とバッファ制御表の内部構成を示
す図、第３図は本発明によるバッファ制御の一例を示す
フローチャート、第４図はバッファ機能を有するシステ
ムの一般的構成を示す図である。１０１・・・利用者プログラム、１０２・・・バッファ、　　１０３・・・バッファ制御
部、１０４・・・バッファ制御ルーチン、１０５・・・バッファ制御表、　　２０１・・・フレー
ム、２０２・・・グローバル・ロック、２０３・・・ページ群エントリ、２０４・・フレーム管理テーブル、２０５・・・ローカル・ロック。第２図第３図（Ａ）第３図（ｃ）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）同時に走行する複数のプログラムで共通にアクセ
スされるファイルと、該ファイルの写しを保持するバッ
ファとを備え、プログラムからファイルに対するアクセ
ス要求があると、バッファをアクセスして所要の処理を
高速に実行する計算機システムにおいて、バッファ全体の排他制御を行うための単一のグローバル
・ロックと、ファイルのページ群単位の排他制御を行う
ための複数のローカル・ロックを設け、プログラムから
参照要求があった場合には、要求されたページが属する
ページ群に対応するローカル・ロック１と、グローバル
・ロック、及び要求されたページによってバッファ上で
置き換えられるページが属するページ群に対応するロー
カル・ロック２を獲得してバッファの制御を行い、プロ
グラムから更新要求または終了要求があった場合には、
要求されたページが属するページ群に対応するローカル
・ロック１のみを獲得してバッファの制御を行うことを
特徴とするバッファ制御方法。