JPH0424751A - ディスクキャッシュシステム - 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、半導体ＲＡＭ　（ランダム・アクセス・メモ
リ）を用いた記憶装置として主記憶と磁気ディスク等の
２次記憶装置との間に配置されるディスクキャッシュシ
ステムに関する。

「従来の技術」 磁気ディスクを代表とした２次記憶装置の容量は増大し
ているがそのアクセス速度の向上は大きく期待すること
ができない。これに対して主記憶のアクセス速度は一段
と向上している。ディスクキャッシュは、主記憶と２次
記憶装置との間に配置され、両者のアクセスギャップを
埋するために使用されるデータバッファである。

第５図は、ディスクキャッシュにおけるキャッシュメモ
リの配置の可能性を示したものである。

キャッシュメモリはＣＰＵ　（中央処理装置）１１と同
じ第１のレベルに配置する方法から、この図で第５のレ
ベルの磁気ディスク装置１５に配置する方法まで各種の
方法を採用することができる。

ＣＰＵＩＩに近い付蓋にキャッンユが配置されるほど、
多数のディスク装置がキャンシュを共用することができ
、その容量が少なくて済むという利点がある。これに対
して磁気ディスク装置１５に近い位置にキャッシュが配
置されるほど既存のコンピュータシステムに導入が容易
になるという利点がある。

第６図は従来用いられたディスクキャッシュの管理の手
法を説明するためのものである。ＣＰＵから磁気ディス
ク装置２２に本来格納されているあるファイルに対して
読み出しのためのアクセス要求が出ると、この要求２３
はキャッシュ制御装置に入力され、そのディレクトリ２
５が参照される。そして、このファイルの目的とするデ
ータ・ブロックがキャッシュメモリ２６内に存在するか
どうかが調べられる。キャッシュメモリ２６内１こ存在
する場合には、すなわちキャッシュがヒツトした場合に
は、キャッシュメモリ２６から主記憶２７の目的アドレ
スに対してそのデータ・ブロックが転送される。

第７図は、目的とするデータ・ブロックがキャッシュメ
モリ内に存在しなかった場合、すなわちキャッシュ・ミ
スの場合の制御の様子を表わしたものである。この場合
には、目的とするデータ・ブロックを含んだ数ブロック
分のデータ２９、例えば１トラック分のデータが取り出
され、キャッシュメモリ２６に格納される。そして、そ
の中の目的のデータ・ブロック３１のみが主記憶２７の
目的アドレスに転送される。

データ・ブロック３Ｉの転送の態様としては、（１）キ
ャッシュメモリ２６に読み込まれたデータの内から目的
とするデータ・ブロック３１をコピーして主記憶２７に
転送する手法（第７図−点鎖線）と、（１１）磁気ディ
スク装置２２から読み出したデータ２９をキャッシュメ
モリ２６に格納するのと並行して主記憶２７への転送を
行う手法（第７図破線）との２つが存在していた。

「発明が解決しようとする課題」 このうち前者の手法を採用すると、キャッシュメモリ２
６で一度データのコピーを行う必要があるため、そのた
めの時間が必要であり、パーフォーマンスに悪影響が生
じるという問題があった。

これに対して後者の手法では並行処理を行うためパーフ
ォーマンスの点で問題は生じないが、これを実現するた
めのハードウェアが複雑になり、ディスクキャッシュシ
ステムのコストがそれだけ高価になるという問題があっ
た。

そこで本発明の目的は、ハードウェアを複雑にすること
なく、ディスクキャラから主記憶の目的アドレスへのデ
ータ転送を高速で行うことのできるディスクキャッシュ
システムを提供することにある。

「課題を解決するための手段」 本発明では、データを格納する２次記憶装置と、主記憶
上に配置されたキャッシュメモリと、仮想アドレスを主
記憶上の他の領域のアドレスに対応付けるた給に配置さ
れた仮想記憶マツプテーブルと、キャッシュメモリ上の
転送すべきデータに対応する仮想記憶マツプテーブル上
の実アドレスと主記憶上のそのデータの転送先に対応す
る仮想記憶マツプテーブル上の実アドレスを交換するア
ドレス書換手段とをディスクキャッシュシステムに具備
させる。

すなち本発明では、キャッシュメモリを主記憶上に配置
する一方、この主記憶上でのアドレスの対応をとるため
の仮想記憶マツプテーブルを用意し、キャッシュメモリ
に格納されたデータのうち転送の対象となるデータのア
ドレスをその転送先のアドレスとしての目的アドレスに
変更してしまい、データのコピーおよび転送という手間
を省いて目的アドレスに対するデータの実質的な転送を
実現する。

「実施例」 以下実施例につき本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の一実施例におけるディスクキャッシュ
システムの構成を表わしたものである。

このディスクキャッシュシステムは、ＣＰＵ４１と人出
力制御装置４２を備えており、これらは主記憶（メイン
メモリ）４３と接続されている。主記憶４３内には、デ
ィレクトリ４４や、キャッシュメモリ４５および仮想記
憶マツプテーブル４６が配置されている。主記憶４３は
チャネル４７およびディスクコントローラ４８を介して
磁気ディスフ４９と接続されている。ここでディレクト
リ４４はキャッシュメモリ４５に格納されたトラック番
号やアクセスの頻度等を記載したメモリである。

以上のような構成のディスクキャッシュシステムでＣＰ
Ｕ４１から磁気ディスク４９ヘデータの読み出しのため
の命令が発せられたものとする。

入出力制御装置４２はこの命令を受けるとアクセスされ
るデータがキャッシュメモリ４５内に存在するかどうか
をディレクトリ４４によって調べる。

この結果、アクセスされるデータがキャッシュメモリ４
５内に存在しない場合には、そのデータを含んだ１トラ
ツクのデータを磁気ディスク４９から読み出し、これを
キャッシュメモリ４５内に格納する。この動作以降は、
アクセスされるデータが初めからキャッシュメモリ４５
内に存在した場合はもとより、存在しなかった場合にも
このデータがキャンシュメモリ４５内に存在することに
なる。

第２図は、データがキャッシュメモリに格納されたその
段階での仮想記憶マツプテーブルの内容の一部を表わし
たものである。仮想記憶マツプテーブル４６には、目的
アドレスに対応するエントリとキャッシュメモリに対応
するエントリとがあり、それぞれについて主記憶４３上
での実アドレスとフラグのフィールドがある。フラグに
は、存在、参照、書き込み等がある。ここでは、ＣＰＵ
４１の要求したデータの転送される目的アドレスが実ア
ドレスＡであるとし、キャッシュメモリ４５上に格納さ
れているそのデータのアドレスが実アドレスＢであると
する。

本発明のディスクキャッシュシステムではキャッシュメ
モリ４５が主記憶４３内に配置されているので、アドレ
スを操作することでデータを転送することなしにその実
質的な転送が可能になる。

言い換えると、ＣＰＵ４１の要求したデータの転送され
る目的アドレスすなわち実アドレスへの内容に、キャッ
シュメモリの内容を転送する代わりに、マツプテーブル
の目的アドレスに対応した実アドレスと、キャッシュメ
モリアドレスに対応した実アドレスを入れ換え、これに
よってデータの実質的な転送が可能になる。

第３図は第２図に示した仮想記憶マツプテーブルについ
てこのような操作を行った後の内容を表わしたものであ
る。仮想記憶マツプテーブル４６の目的アドレスに対応
するエントリには実アドレスＢが、またキャッシュメモ
リアドレスに対応するエン）　ＩＪには実アドレスＡが
それぞれ記入されている。

第４図は仮想記憶マツプテーブルのこのような内容変更
の手順を表わしたものである。人出力制御装置４２は仮
想記憶マツプテーブル４６の目的アドレスに対応する実
アドレスＡを主記憶４３内の作業領域（ｔｅｍｐ）に読
み込む（第４図ステップ■）次に仮想記憶マツプテーブ
ル４６のキャッシュメモリ上でのアドレスに対応する実
アドレスＢを目的アドレスに対応する実アドレスに変更
する（ステップ■）。そして、最後にキャッシュメモリ
上での実アドレスＢが元々書き込まれていた箇所に主記
憶４３内の作業領域（ｔｅｍｐ）に書き込んでおいた実
アドレスＡを書き込んで（ステップ■）、仮想記憶マツ
プテーブル４６の内容変更を終了させる。

このように、本実施例のディスクキャッジニジステムで
は要求のあったデータを含んだ１トラツク分のデータを
キャッシュメモリ４５に格納することにしている。した
がって、このデータと関連するデータの読み出しがＣＰ
Ｕ４１によって要求された場合には、その要求されたデ
ータがキャッシュメモリ４５に存在する可能性は高く、
効率的な読み出しが可能になる。ただし、同一のデータ
の読み出しが再度要求された場合には、仮想記憶マツプ
テーブル４６の内容がそのデータについてすでに変更さ
れているので、キャッシュメモリ４５内にはそのデータ
が存在しないことになり、再度、磁気ディスク４９から
データの読み出しを行う必要がある。

すなわち本実施例のディスクキャッジニジステムは、要
求されたデータのセクタが乱編成ファイルの場合には同
一のデータが相次いで読み出される場合があるのでその
効果が必ずしも大きいとは限らないが、順編成ファイル
の場合には同一のデータが再度アクセスされる確率が極
ｔて少ないのでその効果が大きい。

そこで、要求されたデータのセクタが乱編成ファイルで
あるか順編成ファイルであるかの検出手段をディスクキ
ャッシュシステムに用意しておき、そのセクタが順編成
ファイルの場合には先の実施例と同様に仮想記憶マツプ
テーブル４６の内容変更を行い、乱編成ファイルの場合
には従来と同様にキャッシュメモリ４５から目的アドレ
スへのテ゛−タの転送をそのデータのコピーによって行
うようにしてもよい。これにより、いずれの形式のファ
イルであってもディスクキャッシュによる高速化が顕著
となる。

「発明の効果」 以上説明したように本発明によれば、主記憶上にキャッ
シュメモリを配置して、仮想記憶マンブチ−プルと、キ
ャンシメモリ上の転送すべきデータに対応する仮想記憶
マツプテーブル上の実アドレスと主記憶上のそのデータ
の転送先に対応する仮想記憶マツプテーブル上の実アド
レスを交換するアドレス書換手段とをディスクキャッシ
ュシステムに具備させたので、ハードウェアを特に複雑
にすることなく、しかもアドレスの変更だけで目的アド
レスへのデータの転送が可能になり、データ転送の高速
化を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は本発明の一実施例を説明するためのも
ので、このうち第１図はディスクキャッシュシステムの
構成を表わしたブロック図、第２図はデータがキャッシ
ュメモリに格納されたその段階での仮想記憶マツプテー
ブルの内容の一部を表わした説明図、第３図は目的アド
レスへのデータの転送を実現した時点における仮想記憶
マンブチ−プルの内容の一部を表わした説明図、第４図
ハ仮想記憶マツプテーブルのこのような内容変更の手順
を表わした流れ図、第５図はディスクキャッシュにおけ
るキャンシュメモリの配置の可能性を示した説明図、第
６図は従来用いられたディスクキャッシュの管理の手法
を表わした説明図、第７図はキャッシュ・ミスの場合の
制御の様子を表わした説明図である。 ４１・・・・・・ＣＰＵ、４２・・・・・・入出力処理
装置、４３・・・・・・主記憶、４５・・・・・・キャ
ッシュメモリ、４６・・・・・・仮想記憶マツプテーブ
ル、４９・・・・・・磁気ディスク。 出願人　　富士ゼロックス株式会社 代理人　　弁理士　山内梅雄　他１名 高１ 図 〉ら２図 ｖ−＞３図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 データを格納する２次記憶装置と、 主記憶上に配置され、前記２次記憶装置上の所望のデー
   タを一時的に格納するキャッシュメモリと、 仮想アドレスを主記憶上の領域のアドレスに対応付ける
   仮想記憶マップテーブルと、 キャッシュメモリ上の転送すべきデータに対応する仮想
   記憶マップテーブル上の実アドレスと、主記憶上のその
   データの転送先に対応する仮想記憶マップテーブル上の
   実アドレスを交換するアドレス書換手段 とを具備することを特徴とするディスクキャッシュシス
   テム。