JPH05189345A - 動的入出力データバッファ操作方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高速アルゴリズムでの一括化による高速化を
図りつつ、かつ連続領域が少ない場合であっても速度が
低下しない入出力データバッファ操作方法を提供を目的
とする。 【構成】 ２次記憶処理待ちキュー上のバッファの状態
に応じて、一括化処理をすべきか否かを判定する判定ス
テップと、一括化すべきとの判定の場合は連続性のある
バッファを一括化し、一括化しないとの判定の場合には
バッファの一括化処理をしない一括化処理ステップとか
らなる。これにより主記憶装置−ディスク装置間のデー
タ入出力の高速化が維持され、他方、これにより、バッ
ファデータが少ない場合でも、バッファ処理速度が低下
せず、データ入出力の速度低下も解消できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、計算機システムの主記
憶装置と２次記憶装置間でデータの書き込み／読み出し
を行うための入出力データバッファ操作方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】第１図は通常の計算機システムの構成例
を示す。同図において従来技術による主記憶装置と２次
記憶装置間でデータの入出力（書き込み／読み出し）す
る際のバッファ操作方式について、その動作を説明す
る。中央処理装置１は、入出力制御装置４を介してディ
スク制御装置５に入出力命令を与える。ここでいう入出
力制御装置４とは、入出力装置４−ディスク制御装置５
間が中央処理装置１のシステムバスである場合（第１
図）は、 DMAコントローラである。また、入出力制御装
置４−ディスク制御装置５間がSCSIバスである場合（第
１図と接続関係は異なる）は主記憶装置側のSCSIコント
ローラであり、DMAコントローラを包含するものであっ
てもよい。この場合ディスク制御装置５はディスク装置
６のSCSIコントローラを包含する。

【０００３】中央処理装置１からの入出力命令により、
主記憶装置２上のデータ３は２次記憶装置であるディス
ク装置６に書き込まれ、あるいはディスク装置６上のデ
ータは主記憶装置２上に読み込まれる。主記憶装置上の
データを２次記憶装置に書き込み、又は２次記憶装置上
のデータを主記憶装置に読み出す従来技術の方法とし
て、通常計算機システムでは、一定の大きさのバッファ
を複数設定し、バッファを単位として書き込み／読み出
しを行なっている。

【０００４】第２図は主記憶装置上のデータ格納用バッ
ファを示した図である。７は管理テーブルで、各バッフ
ァの先頭アドレスとサイズが登録される。８はバッファ
で、データを格納するデータ部９と、データに関する情
報を格納するデータ情報部１０からなる。中央処理装置
１は、主記憶装置２内に複数のバッファ８を獲得し、各
バッファの先頭のアドレスとサイズを主記憶装置２内に
設けた管理テーブル７に登録して管理する。この管理テ
ーブルと各バッファは連結して管理される。中央処理装
置１は、管理テーブル７の先頭を参照してバッファ８を
取り出し、データを２次記憶装置に書き込みむ場合は、
バッファ８に必要なデータとデータ情報を保持させて該
バッファを後述する２次記憶装置処理待ちキューの最後
に接続する。またデータを２次記憶装置から読み出す場
合は、バッファ８に必要なデータ情報を格納し同様に２
次記憶装置処理待ちキューの最後に接続する。

【０００５】第４図ａに主記憶装置上に設けた２次記憶
装置処理待ちキューの様子を示す。１１は処理ヘッダ
で、２次記憶装置処理待ちキューの先頭を示し、０個〜
複数個のバッファ１２が接続されていく。中央処理装置
１は、２次記憶処理待ちキューの先頭のバッファ１２を
取り出し、バッファ１２のデータ情報部に格納された入
出力処理に関する情報を読みだしてそれに応じた入出力
命令を作成し、入出力制御装置４を介してディスク制御
装置５に対してその命令を発行する。ディスク制御装置
５が入出力命令を受け取ると、主記憶装置２上のバッフ
ァ〜ディスク装置６間でデータのやりとり（書き込み／
読みだし）が実行される。上記処理が終了するとディス
ク制御装置５は中央処理装置１に動作終了を通知し中央
処理装置１はバッファ１２をもとの管理テーブル７に戻
す。 ２次記憶処理待ちキューに他のバッファが接続さ
れていれば、中央処理装置１は同様の動作を繰り返し、
２次記憶装置処理待ちキュー上にバッファがなくなれ
ば、データのやりとり（書き込み／読みだし）が終了す
る。

【０００６】以上が基本的なバッファ操作であるが、連
続領域のデータを複数のバッファに分割している場合に
は、さらに高速化するため独自のアルゴリズムを用い
て、新たな大容量のバッファを用いて一括し、これを単
位として書き込み／読み出しを行う方式がある（以下、
高速アルゴリズムという）。第４図ｂは、高速アルゴリ
ズムにより２次記憶装置処理待ちキューに接続されたバ
ッファ列に対して変更を加えたようすを示した図であ
る。

【０００７】この方法は、２次記憶装置処理待ちキュー
上のバッファが複数個存在し、バッファ上のデータに連
続性がある場合に、複数個のバッファ１３上のデータお
よびデータ情報を、別領域に確保した大容量のバッファ
１４にコピーし、該複数個のバッファ１３を２次記憶装
置処理待ちキューから分離し、大容量バッファ１４をか
わりに２次記憶装置処理待ちキューに接続する方法であ
る。ただし、バッファ内のデータの連続性とは次の場合
を指す。 ２次記憶装置処理待ちキュー上で２つ以上
の隣あったバッファ１３が主記憶装置２上で連続した領
域のもので、かつディスク装置６上の連続領域にデータ
が書き出される場合、または２次記憶装置処理待ちキ
ュー上で隣あったバッファ１３が主記憶装置２上で連続
した領域もので、かつディスク装置６上の連続した領域
からデータが読み込まれる場合である。

【０００８】これを実現するため、中央処理装置１は、
主記憶装置２−ディスク装置６間のデータ入出力に先立
ち、２次記憶装置処理待ちキュー上の全バッファに対し
て主記憶装置２上の先頭アドレス、データサイズ、処理
内容（書き込み／読み出し）、ディスク装置上のアドレ
スを調査し、さらに次のバッファについても同様に調査
し、両バッファの連続性（上記、）を判断して、連
続している場合であれば、バッファ内容を新たな大容量
のバッファに一括化し、その大容量バッファを代わりに
２次記憶装置処理待ちキューに接続する。

【０００９】基本的なバッファ操作（第４図ａ）では、
中央処理装置１は、２次装置処理待ちキュー上の各バッ
ファについて毎回入出力制御装置４を介してディスク制
御装置５に対して入出力命令を発行する必要がある。こ
れに対して、上記方法（第４図ｂ）では、複数個の連続
領域のバッファを１つにまとめることによって、複数回
必要であった入出力命令を１回に削減し、毎入出力命令
実行時に発生するディスク装置６上の時間損失を削減す
ることによって、高速化を実現している。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術の高速アルゴリズムによれば、２次記憶装置処理待ち
キュー上で連続領域のバッファ数が少ない状態ではバッ
ファ一括化の効果が少なく、一括化によってかえってバ
ッファ処理速度の低下を招くことからデータの入出力が
遅くなるという問題点がある。

【００１１】すなわち、２次記憶装置処理待ちキュー上
の全バッファに対して主記憶装置上の先頭アドレス、デ
ータサイズ、処理内容（書き込み／読み出し）、ディス
ク装置上のアドレスを調査し、さらに次のバッファにつ
いても同様に調査し、両バッファの連続性を判断しなけ
ればならないので、それだけバッファの処理速度が低下
し、バッファの連続性が少ない場合は一括化がなされな
いので、かえって入出力データのやりとりが遅くなると
いう問題点がある。

【００１２】本発明は、上記問題点に鑑み、高速アルゴ
リズムでの一括化による高速化を図りつつ、かつ連続領
域が少ない場合であっても速度が低下しない入出力デー
タバッファ操作方法を提供を目的とする。

【００１３】

【問題点を解決するための手段】 上記問題点を解決す
るため、本発明の動的入出力データバッファ操作方式
は、計算機システムの主記憶装置と２次記憶装置間でデ
ータの入出力を行うに先立って、入出力すべきデータを
格納するバッファ全部を並べた２次記憶装置処理待ちキ
ューを主記憶装置上に構築し、該２次記憶装置処理待ち
キューのバッファ単位に一括化処理を実行するデータ入
出力方式において、前記２次記憶装置処理待ちキューの
状態評価として所定のパラメータを計算する計算ステッ
プと、その計算値が所定のしきい値より大きければ一括
化処理をすべきであると判定し、しきい値以下であれば
一括化処理をしないと判定する判定ステップと、一括化
処理をすべきであるとの判定が下されたときのみ、一括
化処理を実行するる一括化処理ステップとからなってい
る。

【００１４】

【作用】 計算ステップの計算結果に基づいて判定ステ
ップは、２次記憶処理待ちキュー上のバッファの状態に
応じて、一括化処理をすべきか否かを判定する。一括化
すべしとの判定の場合は、一括化処理ステップにより、
連続性のあるバッファが一括化される。これにより主記
憶装置−ディスク装置間のデータ入出力の高速化が維持
される。他方、一括化しないとの判定の場合には、バッ
ファの一括化処理をしない。これにより、バッファデー
タが少ない場合でも、バッファ処理速度が低下せず、ひ
いては主記憶装置−ディスク装置間のデータ入出力の速
度低下も解消できる。

【００１５】

【実施例】以下本発明の動的入出力データバッファ操作
方法の一実施例について説明する。本実施例の動的入出
力データバッファ操作方法は、従来例と同じく第１図の
計算機システムにおいて実行される。第３図は本発明の
実施例における動的入出力データバッファ操作方法のを
説明するフローチャートでである。第３図(a) は初期化
ルーチンで、システム起動時に主記憶装置２上に第２図
に示したように管理テーブル７と複数のバッファ８を確
保し連結する。同時に複数の大容量バッファも確保す
る。この点は従来例と同じである。第３図(b) は動的デ
ータ管理アルゴリズムで、入出力データバッファを動的
に管理するためのメインルーチンである。第３図(c) は
連続データのスキャンアルゴリズムで、第３図(b) のメ
インルーチンのうち連続領域データの一括化処理を行う
部分である。

【００１６】以下その動作を説明する。まず、第１図の
中央処理装置１は、システム起動時に主記憶装置２上に
第２図に示したように各バッファの先頭アドレスとサイ
ズを格納する管理テーブル７と複数のバッファ８を確保
し連結する。同時に複数の大容量バッファも確保する
（ステップａ１）。これが初期化ルーチン（第３図(a)
）である。

【００１７】次に、中央処理装置１は、主記憶装置２と
２次記憶装置間でデータ入出力実行の要求があれば、動
的データ管理アルゴリズム（第３図(b) ）を開始する。
入出力要求が発生すると中央処理装置１は、入出力要求
登録処理を行う、すなわち、第１図の主記憶装置２上に
存在する第２図に示した管理テーブル７に連結された先
頭のバッファ８をとりだし必要なデータやデータ情報を
格納し、第１図の主記憶装置２上にある２次記憶装置処
理待ちキューの最後にバッファ８を連結する（ステップ
ｂ１）。次いで中央処理装置１は、２次記憶装置処理待
ちキュー上のデータ量計算、つまり、第２図の主記憶装
置２上の２次記憶装置処理待ちキューに接続された全バ
ッファのデータ情報部に格納されたデータ量の総和を計
算する（ステップｂ２）。その計算結果について、中央
処理装置１は、データ量が所定の値（しきい値）より大
きいか否かを判定し（ステップｂ３）、しきい値より大
きい場合は連続領域データのバッファ一括化処理を行っ
て（ステップｂ４）からステップｂ５に進み、また、し
きい値以下の場合は、連続領域データのバッファ一括化
処理をしないでステップｂ５に進む。なお、しきい値の
決定については後述する。

【００１８】しきい値より大きい場合（２次記憶装置処
理待ちキューのデータ量が所定の値（しきい値）より大
きい場合）の一括化処理である連続領域データのスキャ
ンアルゴリズム（第３図(c) ）を説明する。中央処理装
置１は、ステップａ１で確保した大容量バッファについ
て空きがあるか否かを判定し（ステップｃ１）、空きが
ない場合にはそのまま終了する。また、空きがある場合
は、処理ヘッダに接続されているバッファを先頭から順
に数えるための番号Ｎを１に設定し（ステップｃ２）、
Ｎ番目のバッファに対して主記憶上の先頭アドレス、デ
ータサイズ、処理内容（書き込み／読み出し）、ディス
ク装置上のアドレスを調査をし（ステップｃ３）、Ｎ＋
１番目のバッファに対しても同様に調査し（ステップｃ
４）、Ｎ番目のバッファとＮ＋１番目のバッファとの連
続性を判定する（ステップｃ５）。ここでいう連続性と
は、２次記憶装置処理待ちキュー上のＮ番目とＮ＋１番
目のバッファが、主記憶装置２上で連続した領域のも
ので、かつ、ディスク装置６上の連続領域にデータが書
き出される場合、または主記憶装置２上で連続した領
域もので、かつディスク装置６上の連続した領域からデ
ータが読み込まれる場合に該当することである。

【００１９】判定の結果、連続性がなければステップｃ
１０に進み、連続性があればステップｃ７に分岐する。
連続性がある場合、中央処理装置１は、Ｎ番目とＮ＋１
番目のバッファを大容量バッファにコピーし（ステップ
ｃ７）、Ｎ番目のバッファの代わりに大容量バッファを
接続し、Ｎ＋２番目のバッファを大容量バッファに接続
する。これにより処理待ちキューを大容量バッファに入
替えＮ＋２番目以降のバッファを一つ前に進めたことに
なる（ステップｃ８）。一括化によりバッファが１つ減
ったので番号を合わせるためにＮから１を減ずる（ステ
ップｃ９）。

【００２０】さらに、Ｎ＋２番目のバッファが存在する
か否かを判定し（ステップｃ１０）、存在しなければス
テップｂ４は終了しステップｂ５に進む。Ｎ＋２番目の
バッファが存在する場合は、Ｎに１を加え（ステップｃ
１１）ステップｃ３に戻る。このようにして全てのバッ
ファについて連続性が判定され、一括化が終わればステ
ップｂ５に進む。

【００２１】その後２次記憶装置処理待ちキューの先頭
のバッファの入出力処理が行われる（ステップｂ５）。
すなわち、中央処理装置１は、バッファのデータ格納部
の入出力情報に従って入出力制御装置４を介してディス
ク制御装置５に対して入出力命令を発行し、主記憶装置
２とディスク装置の間でデータのやりとり（書き込み／
読みだし）を実行させ、 データのやりとりが終了する
と、通常のバッファの場合は主記憶装置２上の管理テー
ブルの最後に戻し、大容量のバッファの場合はそのデー
タ部とデータ情報部の内容を消去し、使用したバッファ
を元の状態に戻す。 １つのバッファ処理が終わると、
それが最後のバッファであるか否かを判定し（ステップ
ｂ６）、最後のバッファであれば終了し、最後のバッフ
ァでなければステップｂ２に戻る。こうして中央処理装
置１は、主記憶装置２上の２次記憶装置処理待ちキュー
にバッファがなくなるまで上記動作を繰り返す。

【００２２】以上のように、本実施例の動的入出力デー
タバッファ操作方式は、２次記憶装置処理待ちキュー上
に主記憶装置とディスク装置の双方で連続領域にあるデ
ータを格納したバッファが存在し、それがしきい値を越
える場合に限ってバッファの一括化処理を行う。 第５
図は、時間の経過に対して２次記憶装置処理待ちキュー
上のバッファのデータ量が変化する様子（上の図）、及
び本実施例によるバッファ一括化処理が動的に制御され
る様子（下の図）を示す。２次記憶装置処理待ちキュー
上のバッファのデータ量がしきい値（上の図）より大き
い場合は高速アルゴリズムによるバッファの一括化処理
が行われ（下の図中ＯＮ）、しきい値（上の図）以下の
場合は行われない（下の図中ＯＦＦ）。

【００２３】こうすることで２次記憶装置処理待ちキュ
ー上に多数の連続領域バッファが存在する場合は従来ど
うりのバッファ一括化アルゴリズムを用いることでバッ
ファの処理速度を向上させ、また、２次記憶装置処理待
ちキュー上に連続領域バッファが少数しか存在しない場
合はバッファ一括化アルゴリズムを使用しないことでバ
ッファ処理速度の悪化を解消できる。

【００２４】第６図は本発明による効果の説明図であ
り、左図はシーケンシャル（連続）データの書き込みの
場合、右図はランダムデータの書き込みの場合の従来技
術、高速アルゴリズムを用いた従来技術、本発明それぞ
れによる処理時間を示す。シーケンシャル（連続）デー
タを書き込むときは、高速アルゴリズム（バッファ一括
化）を用いた従来技術と同様の高速化が図られ、ランダ
ムデータを書き込むときは、高速アルゴリズム（バッフ
ァ一括化）を用いた従来技術で悪化していた処理時間が
改善されていることを示している。

【００２５】なお、しきい値は、バッファの容量、大容
量バッファの容量、計算機システムで扱うデータの種類
（文字データ、画像データ、イメージデータ等）、主記
憶装置とディスク装置間の入出力の頻度、主記憶装置の
容量、ディスク装置の容量等を考慮して適正な値が決定
される。たとえば、通常バッファ容量は、８ＫＢ〜６４
ＫＢ程度であり、仮にバッファ容量が８ＫＢ、大容量バ
ッファが６４ＫＢである場合、しきい値として６４ＫＢ
と決定する等が考えられる。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によればバ
ッファの処理待ちキューの量が所定のしきい値を超える
ときのみ、高速アルゴリズム（バッファ一括化）を行う
ことにより、高速アルゴリズムによる高速化と共に、バ
ッファが少ない場合であってもバッファ処理の速度低下
を招くことないという効果がある。その結果、バッファ
処理の速度が向上し計算機システムの効率を高めること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例および従来例における計算機シ
ステムの構成図である。

【図２】本発明の実施例および従来例における主記憶装
置上のバッファ管理の方法を説明図である。

【図３】本発明の実施例における動的入出力データバッ
ファ操作方法を示すフローチャートである。

【図４】(a) 本発明の実施例および従来例における主記
憶装置上の２次記憶装置処理待ちキューに並ぶバッファ
の様子を示す図である。 (b) 本発明の実施例および従来例における同図(a) の連
続するバッファが高速アルゴリズムにより一括化される
様子を示す図である。

【図５】本発明の実施例における時間の経過に対して２
次記憶装置処理待ちキュー上のバッファのデータ量が変
化する様子（上の図）、及び本実施例によるバッファ一
括化処理が動的に制御される様子（下の図）を示す。

【図６】本発明の実施例における効果の説明図であり、
左図はシーケンシャル（連続）データの書き込みの場
合、右図はランダムデータの書き込みの場合の従来技
術、高速アルゴリズムを用いた従来技術、本発明それぞ
れによる処理時間を示す。

【符号の説明】

１ 中央処理装置 ２ 主記憶装置 ３ 主記憶装置上のデータ ４ 入出力制御装置 ５ ディスク制御装置 ６ ディスク装置 ７ 主記憶装置上のバッファ管理テーブル ８ バッファ ９ バッファのデータ部 １０ バッファのデータ情報部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 計算機システムの主記憶装置と２次記憶
   装置間でデータの入出力を行うに際して、入出力すべき
   データを格納するバッファ全部を並べた２次記憶装置処
   理待ちキューを主記憶装置上に構築し、該２次記憶装置
   処理待ちキューのバッファ単位に一括化処理を実行する
   データ入出力方式において、 前記２次記憶装置処理待ちキューの状態評価として所定
   のパラメータを計算する計算ステップと、 その計算値が所定のしきい値より大きければ一括化処理
   をすべきであると判定し、しきい値以下であれば一括化
   処理をしないと判定する判定ステップと、 一括化処理をすべきであるとの判定が下されたときの
   み、一括化処理を実行するる一括化処理ステップとから
   なることを特徴とする動的入出力データバッファ操作方
   式。
2. 【請求項２】 前記計算ステップは、所定のパラメータ
   の計算として、２次記憶装置処理待ちキューの各バッフ
   ァが有するデータ量の総和を計算することを特徴とする
   請求項１記載の動的入出力データバッファ操作方式。