JPH05289824A - ディスク装置に内蔵されるキャッシュメモリの制御方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】キャッシュメモリを内蔵するディスク装置にお
いて、キャッシュメモリの使用効率を高める。 【構成】ランダムアクセス用トラックスロットとシーケ
ンシャルアクセス用トラックスロットとに分けて管理さ
れるキャッシュメモリ３のトラックスロットを、シーケ
ンシャル入出力要求の多い時にはシーケンシャルアクセ
ス用トラックスロット数を多くし、逆にシーケンシャル
入出力要求の少ない時はランダムアクセス用トラックス
ロット数を多くするようにした。 【効果】ランダムアクセス，シーケンシャルアクセスの
割り合いに応じて最適なトラックスロット割り当てがで
きるので、キャッシュメモリの使用効率が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、キャッシュメモリを内
蔵するディスク装置において、キャッシュメモリの利用
効率を高めることができるキャッシュメモリ制御方式に
関する。

【０００２】

【従来の技術】ディスク制御装置が複数の磁気ディスク
装置を制御するディスク記憶装置において、ディスク制
御装置が磁気ディスク装置にデータをリード／ライトす
る場合、磁気ディスク装置にヘッドの位置決めを指示し
た後、一旦、ディスク制御装置から切り離す。そして、
磁気ディスク装置は、ヘッドの位置決め後、データ転送
を行うためにディスク制御装置に対して再接続を要求す
る。しかし、この時、ディスク制御装置が、他の磁気デ
ィスク装置を制御中で、磁気ディスク装置の再接続要求
を受付出来ない場合は、他の磁気ディスク装置の制御が
終了するまで待つ必要がある。しかし、ディスクは回転
しているので、このような場合、ディスク制御装置がデ
ィスク装置と再接続された時、ヘッドは、もはや所望の
位置にない。これはＲＰＳ（Rotational Position Sens
ing)ミスと呼ばれる。ＲＰＳミスが発生すると無駄な回
転待ちをすることになるので、入出力性能が低下する。

【０００３】ＲＰＳミス発生時の入出力性能の低下を防
ぐ方法として、例えば、特開平2−231621号公報に開示
されているように、磁気ディスク装置にキャッシュメモ
リを設ける方式が知られている。また、特開平2−23162
1 号公報では、シーケンシャルアクセス時に、隣接する
トラックを先読みしてキャッシュメモリに格納すること
によりシーケンシャルアクセス時の入出力性能を改善す
る方式が開示されている。また、特開平3−100718 号公
報では、キャッシュメモリをシーケンシャルアクセス用
領域と、ランダムアクセス（非シーケンシャルアクセス
を以下ランダムアクセスと呼ぶ）用領域に分離して制御
する制御方式が開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記技術で
は、(１) キャッシュメモリのシーケンシャルアクセス
用領域とランダムアクセス用領域の割り付けが固定的で
あるので、シーケンシャルアクセスの多い処理では、ラ
ンダムアクセス用領域がほとんど使用されずに無駄にな
り、逆に、ランダムアクセスが多い処理では、シーケン
シャルアクセス用領域が無駄になる、(２) また、上位
装置がシーケンシャルアクセスを指示出来ない場合は、
シーケンシャルアクセス用領域とランダムアクセス用領
域の使い分けが困難になる、という問題点がある。

【０００５】本発明の目的は、磁気ディスク装置に内蔵
されるキャッシュメモリの利用効率を高めることにあ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明では、（１）磁気ディスク装置に内蔵される
キャッシュメモリにおいて、ランダムアクセス用領域と
シーケンシャルアクセス用領域のメモリ容量の割合を可
変とした。すなわち、初期状態では、キャッシュメモリ
の全領域をランダムアクセス用領域に割り付けておき、
上位制御装置からシーケンシャルアクセスを指示された
場合か、ディスク装置がシーケンシャルアクセスを検出
した場合、ランダムアクセス用領域から、順次、シーケ
ンシャルアクセス領域に割り付けを移すようにした。ま
た、（２）上位制御装置がシーケンシャルアクセスを指
示できない場合、磁気ディスク装置でシーケンシャルア
クセスを検出し、シーケンシャルアクセス領域を割り付
けるようにした。

【０００７】

【作用】以上に説明した手段によれば、ランダムアクセ
スの頻度の方が高くなると、磁気ディスク装置に内蔵さ
れるキャッシュメモリは、ランダムアクセス用として使
用される領域の方が多くなり、逆に、シーケンシャルア
クセスの頻度の方が高くなると、シーケンシャルアクセ
ス用として使用される領域の方が多くなる。この結果、
ディスク装置に内蔵されるキャッシュメモリの使用効率
を上げることができる。

【０００８】また、上位制御装置からシーケンシャルア
クセスの指示を与えることができない場合にも、ディス
ク装置でシーケンシャルアクセスを検出できるので、キ
ャッシュメモリを効率良く使用することができる。

【０００９】

【実施例】図１は本発明による方式により制御されるキ
ャッシュメモリを含む磁気ディスク装置のブロック図で
ある。図１において、１は情報が記録されている磁気デ
ィスク、２は磁気ディスク１の情報の書き込み／読みだ
しを行う書き込み／読みだし回路、３は書き込み／読み
だし回路２が磁気ディスク１から読みだした情報を蓄え
るキャッシュメモリ、４はキャッシュメモリ３に蓄えら
れた情報を上位処理装置に転送する入出力回路、５は本
発明による方式によりキャッシュメモリ３の制御を行う
マイクロプロセッサ、６は上位処理装置である。

【００１０】図２にキャッシュメモリ３の説明図を示
す。図２において、キャッシュメモリ３は、磁気ディス
ク１のトラックの情報を複数トラック分蓄えることがで
きる容量を持っている。キャッシュメモリ３は、磁気デ
ィスク１の１トラック分の情報を蓄えることができるト
ラックスロットに分割して制御される。各トラックスロ
ットは、上位処理装置６からのランダム入出力要求時に
使用するランダムアクセス用トラックスロットか、シー
ケンシャル入出力要求時に使用するシーケンシャルアク
セス用トラックスロットとして制御される。

【００１１】ランダム入出力要求に対する処理は、磁気
ディスク１から、要求されたトラックの情報のみをキャ
ッシュメモリ３に蓄える処理を行う。シーケンシャル入
出力要求に対する処理は、磁気ディスク１から、要求さ
れたトラックと同一のシリンダにあるトラックを、要求
されたトラックからシリンダ内の最終トラックまで順次
キャッシュメモリに蓄える処理を行う。

【００１２】ランダムアクセス用トラックスロットの数
とシーケンシャルアクセス用トラックスロットの数は固
定されたものではなく、上位処理装置６からのシーケン
シャル入出力要求の頻度によって変化する。つまり、シ
ーケンシャル入出力要求が少ない場合はランダムアクセ
ス用トラックスロットの数が多くなるように制御され、
シーケンシャル入出力要求が多い場合はシーケンシャル
アクセス用トラックスロットの数が多くなるように制御
される。

【００１３】この制御は、マイクロプロセッサ５により
キャッシュメモリ３を制御することにより実現され、図
３に示すトラックスロット制御フラグによりキャッシュ
メモリを制御する。

【００１４】図３にマイクロプロセッサ５がキャッシュ
メモリ３のトラックスロットを制御するために使用する
トラックスロット制御フラグの構造を示す。トラックス
ロット制御フラグはリスト構造になっており、図３
（ａ）はランダムアクセス用トラックスロット制御フラ
グリスト、図３（ｂ）はシーケンシャルアクセス用トラ
ックスロット制御フラグリストを示す。

【００１５】ランダムアクセス用トラックスロットは双
方向ポインタリストであって、制御フラグリストの各ト
ラックスロット制御フラグ１０−１〜１０−４はキャッ
シュメモリ３のトラックスロットと１対１に対応してお
り、次のトラックスロット制御フラグを指し示す前方ポ
インタ１５−１〜１５−４，前のトラックスロット制御
フラグを指し示す後方ポインタ１６−１〜１６−４，ト
ラックスロット制御フラグに対応するトラックスロット
のアドレス１７−１〜１７−４を持っている。

【００１６】一方、図３（ｂ）に示すシーケンシャルア
クセス用トラックスロット制御フラグリストは、単方向
ポインタリストであり、後方ポインタを持たないところ
がランダムアクセス用トラックスロット制御フラグと異
なる。ここで、トラックスロット制御フラグと対応する
トラックスロットのアドレスは、トラックスロット制御
フラグとトラックスロットが１対１に対応しているため
に算出が可能であり、必ずしもトラックスロット制御フ
ラグに持っている必要はない。

【００１７】以上に説明した、図３に示す制御フラグリ
ストに対応するキャッシュメモリのトラックスロット割
り付け状態を図８に示す。この状態では、トラックスロ
ット＃１〜＃４がランダムアクセス領域に、トラックス
ロット＃５〜＃８がシーケンシャルアクセス領域に割り
付けられる。

【００１８】トラックスロットは、上位処理装置６から
のシーケンシャル入出力要求の頻度によって、ランダム
アクセス用トラックスロットかシーケンシャルアクセス
用トラックスロットに切り替えて使用される。このた
め、トラックスロット制御フラグは、対応するトラック
スロットがランダムアクセス用トラックスロットとして
使用される場合にはランダムアクセス用トラックスロッ
ト制御フラグリストにつながれ、シーケンシャルアクセ
ス用トラックスロットとして使用される場合にはシーケ
ンシャルアクセス用トラックスロット制御フラグリスト
につながれる。この制御は各トラックスロット制御フラ
グのポインタの値を変更することによって実現できる。

【００１９】次にランダムアクセス時における、トラッ
クスロットの制御について詳細に説明する。図３（ａ）
に示すようにランダムアクセス用トラックスロット制御
フラグリストは、トップアンカ１１−１から始まり、最
も新しく情報を蓄えたトラックスロットに対応するトラ
ックスロット制御フラグ１０−１から最も古く情報を蓄
えたトラックスロットに対応するトラックスロット制御
フラグ１０−４の順につながれている。キャッシュメモ
リ３に、上位処理装置６からのランダム入出力要求に対
応するトラックの情報を蓄えているトラックスロットが
存在しない場合は、ランダムアクセス用トラックスロッ
ト制御フラグリストのボトムアンカ１２が指し示す位置
にあるトラックスロット制御フラグをトップアンカ１１
−１が指し示す位置につなぎ替え、トラックスロット制
御フラグに対応するトラックスロットに、入出力要求に
対応するトラックの情報が蓄えられる。

【００２０】キャッシュメモリ３に上位処理装置６から
のランダム入出力要求に対応するトラックの情報を蓄え
ているトラックスロットが存在する場合は、このトラッ
クスロットに対応するトラックスロット制御フラグをト
ップアンカ１１−１の指し示す位置につなぎ替え、トラ
ックスロットに蓄えられている情報を上位処理装置６に
転送する。以上の制御により、トラックスロットの内容
更新は、ＬＲＵ(LeastRecentry Used)アルゴリズムに従
って行なわれる。

【００２１】次に図４に、ランダムアクセス用トラック
スロット制御フラグリストを双方向ポインタトラックス
ロット制御フラグで構成した場合と単方向ポインタトラ
ックスロット制御フラグで構成した場合の比較を示す。

【００２２】ランダムアクセス用トラックスロット制御
フラグをつなぎ替える処理は、トラックスロット制御フ
ラグが双方向ポインタを用いている場合はつなぎ替える
トラックスロット制御フラグの持っているポインタ値だ
けで行うことができる。しかし、トラックスロット制御
フラグが単方向ポインタを用いている場合はランダムア
クセス用トラックスロット制御フラグリストをトップア
ンカから各トラックスロット制御フラグのポインタに従
って探索を行わないと、つなぎ替えるトラックスロット
制御フラグの前のトラックスロット制御フラグが分から
ないので、トラックスロット制御フラグのつなぎ替えを
行うことができない。

【００２３】マイクロプロセッサ５は、上位処理装置６
から要求されたトラックの情報がキャッシュメモリ３に
存在することを判断するためにトラックスロット制御フ
ラグリストを探索する。この場合、トラックスロット制
御フラグリストをポインタに従って探索するよりも、メ
モリ上に配置された順序で各トラックスロット制御フラ
グを探索する方が早く判断することができる。このため
上位処理装置６から要求されたトラックの情報がキャッ
シュメモリ３に存在することを高速に判断するには、ラ
ンダムアクセス用トラックスロット制御フラグは双方向
ポインタを用いて構成する必要がある。

【００２４】シーケンシャルアクセス時におけるトラッ
クスロット制御について詳細に説明する。図５にシーケ
ンシャルアクセス用トラックスロット制御フラグリスト
の初期状態を示す。図５（ｂ）に示すように、初期状態
ではシーケンシャルアクセス用トラックスロット制御フ
ラグリストには、通常、トラックスロット制御フラグが
つながれていない。すなわち、シーケンシャルアクセス
用トラックスロットは割り付けられていない。シーケン
シャルアクセス用トラックスロット制御フラグリストに
トラックスロット制御フラグがつながれるのは、上位処
理装置６からのシーケンシャル入出力要求があったとき
か、マイクロプロセッサ５がランダム入出力要求が連続
したトラックに対して行われていると判断したときであ
る。

【００２５】すなわち、上位処理装置６からシーケンシ
ャル入出力要求があった時、キャッシュメモリ３に上位
処理装置６からのシーケンシャル入出力要求に対応する
トラックの情報を蓄えているトラックスロットが存在し
ない場合は、ランダムアクセス用トラックスロット制御
フラグリストのボトムアンカ１２が指し示す位置にある
トラックスロット制御フラグをシーケンシャルアクセス
用トラックスロット制御フラグリストにつなぎ替え、そ
の制御フラグに対応するトラックスロットにシーケンシ
ャル入出力が要求するトラックの情報を蓄える。キャッ
シュメモリ３に上位処理装置６からのシーケンシャル入
出力要求に対応するトラックの情報を蓄えているトラッ
クスロットが既に存在する場合は、そのトラックスロッ
トに対応するトラックスロット制御フラグをランダムア
クセス用トラックスロット制御フラグリストからシーケ
ンシャルアクセス用トラックスロット制御フラグリスト
につなぎ替え、トラックスロットに蓄えられている情報
を上位処理装置６に転送する。

【００２６】次に上位処理装置６からのランダム入出力
要求に対応するトラックの前のトラックの情報がランダ
ムアクセス用トラックスロットに蓄えられている場合
は、マイクロプロセッサ５は、ランダム入出力要求が連
続したトラックに対して行われているものと判断する。
ランダム入出力に対応するトラックの情報を蓄えている
トラックスロットが存在しない場合は、ランダムアクセ
ス用トラックスロット制御フラグリストのボトムアンカ
１２が指し示す位置にあるトラックスロット制御フラグ
をシーケンシャルトラックスロット制御フラグリストに
つなぎ替え、トラックスロット制御フラグに対応するト
ラックスロットにランダム入出力要求に対応するトラッ
クの情報を蓄える。一方、ランダム入出力要求に対応す
るトラックの情報を蓄えているトラックスロットが既に
存在する場合は、このトラックスロットに対応するトラ
ックスロット制御フラグをランダムアクセス用トラック
スロット制御フラグリストからシーケンシャルアクセス
用トラックスロット制御フラグリストにつなぎ替え、ト
ラックスロットに蓄えられている情報を上位処理装置６
に転送する。

【００２７】１トラックの情報がシーケンシャルトラッ
クスロットに蓄えられたときに、シーケンシャルアクセ
ス用トラックスロットで、蓄えていた情報の上位処理装
置６への転送が終了しているトラックスロットが存在す
る場合は、そのトラックスロットに次のトラックの情報
が蓄えられる。シーケンシャルアクセス用トラックスロ
ットで、蓄えられていた情報の上位処理装置６への転送
が終了しているトラックスロットが存在しない場合は、
ランダムアクセス用トラックスロット制御フラグリスト
のボトムアンカ１２が指し示す位置にあるトラックスロ
ット制御フラグをシーケンシャルトラックスロット制御
フラグリストにつなぎ替え、このトラックスロット制御
フラグに対応するトラックスロットに、次のトラックの
情報を蓄える。ただし、シーケンシャル用トラックスロ
ット制御フラグリストにつながれるトラックスロット制
御フラグの数は、あらかじめ定められた値に制限され
る。

【００２８】図６にシーケンシャルアクセス用トラック
スロット制御フラグリストの終了状態を示す。シーケン
シャル入出力によって要求されたトラックと同一のシリ
ンダの最終トラックまでの情報を上位処理装置６に転送
終了したときか、上位処理装置６からシーケンシャル入
出力を中止することが要求された場合にシーケンシャル
入出力は終了する。すなわち、シーケンシャルアクセス
用トラックスロット制御フラグは、対応するトラックス
ロットに蓄えられている情報の上位処理装置６への転送
を終了したときに、シリンダ内の最終トラックまでの情
報が既に他のトラックスロットに蓄えられていて、次に
情報を蓄えるトラックが存在しない場合は、シーケンシ
ャルアクセス用トラックスロット制御フラグリストから
ランダムアクセス用トラックスロット制御フラグリスト
のボトムアンカ１２が指し示す位置につなぎ替えられ
る。そしてシーケンシャルアクセス用トラックスロット
制御フラグリストにつながっているトラックスロット制
御フラグがなくなったときに、シーケンシャル入出力を
終了する。

【００２９】また、上位処理装置６からシーケンシャル
入出力の中止が要求された場合は、シーケンシャルアク
セス用トラックスロットで、蓄えていた情報の、上位装
置６への転送を終了しているトラックスロットに対応す
るトラックスロット制御フラグは、ランダムアクセス用
トラックスロット制御フラグリストのボトムアンカ１２
の指し示す位置につなぎ替えられ、蓄えている情報の、
上位装置６への転送を、まだ終了していないトラックス
ロットに対応するトラックスロット制御フラグは、ラン
ダムアクセス用トラックスロットの制御フラグリストの
トップアンカ１１−１の指し示す位置につなぎ替えら
れ、シーケンシャル入出力を終了する。

【００３０】次に、図７にシーケンシャルアクセス用ト
ラックスロット制御フラグリストが複数存在する場合を
示す。シーケンシャルアクセス用トラックスロット制御
フラグリストが複数存在することによって、上位処理装
置６からの複数のシーケンシャル入出力要求に対応する
ことができる。図７（ｂ)，(ｃ）に示すように、二つの
シーケンシャルアクセス用トラックスロット制御フラグ
リストが存在し、このとき、キャッシュメモリ３のトラ
ックスロット割り付けは図９に示すように、トラックス
ロット＃１〜＃２がランダムアクセス用領域へ、トラッ
クスロット＃３〜＃６がシーケンシャルアクセス領域１
へ、トラックスロット＃６〜＃８がシーケンシャルアク
セス領域２へ割り付けられる。

【００３１】シーケンシャルアクセス用トラックスロッ
ト制御フラグリストの数の制限値と一つのシーケンシャ
ルアクセス用トラックスロット制御フラグリストにつな
がれるトラックスロット制御フラグの数の制限値は、シ
ーケンシャル入出力要求の頻度や、１シーケンシャル入
出力当りの連続度によって変更する。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、キャッシュメモリを内
蔵するディスク装置において、非シーケンシャルアクセ
スとシーケンシャルアクセスのそれぞれの頻度に合わせ
て、キャッシュメモリの非シーケンシャルアクセス用領
域と、シーケンシャルアクセス用領域の割合を動的に変
更できるので、キャッシュメモリの利用効率を改善する
ことができる。また、上位処理装置からシーケンシャル
アクセスの指定ができない場合でも、ディスク装置がシ
ーケンシャルアクセスの判定を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による方式により制御されるキャッシュ
メモリを含んで成る磁気ディスク装置のブロック図。

【図２】キャッシュメモリの構成の一例を示す説明図。

【図３】トラックスロット制御フラグリストの構成の一
例を示すブロック図。

【図４】双方向ポインタトラックスロット制御フラグリ
ストと単方向ポインタトラックスロット制御フラグリス
トとの比較を示したブロック図。

【図５】トラックスロット制御フラグリストの初期状態
を示す説明図。

【図６】シーケンシャルアクセス用トラックスロット制
御フラグリストの終了状態を示すブロック図。

【図７】シーケンシャルアクセス用トラックスロット制
御フラグリストが複数存在する場合を示すブロック図。

【図８】図３に示すトラックスロット制御フラグリスト
によるキャッシュメモリのトラックスロット割り付けを
示す説明図。

【図９】図７に示すトラックスロット制御フラグリスト
によるキャッシュメモリのトラックスロット割り付けを
示す説明図。

【符号の説明】

１…磁気ディスク、２…書き込み／読みだし回路、３…
キャッシュメモリ、４…入出力回路、５…マイクロプロ
セッサ、６…上位処理装置。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ディスク装置内に存在し、ディスクへの入
   出力データが一時格納され、シーケンシャルアクセスで
   使用する領域と、ランダムアクセスで使用する領域に分
   けて管理されるキャッシュメモリの制御において、前記
   シーケンシャルアクセスと前記ランダムアクセスの頻度
   に応じて、前記シーケンシャルアクセスで使用する領域
   の記憶容量と前記ランダムアクセスで使用する領域の記
   憶容量の割り合いを、動的に変更することを特徴とする
   ディスク装置に内蔵されるキャッシュメモリの制御方
   式。
2. 【請求項２】請求項１において、前記シーケンシャルア
   クセスで使用する領域の記憶容量と前記ランダムアクセ
   スで使用する記憶容量の割り合いの変更を、上位処理装
   置からディスク装置へのアクセスごとに行うディスク装
   置に内蔵されるキャッシュメモリの制御方式。
3. 【請求項３】請求項１または２において、前記ディスク
   装置でランダムアクセスが連続したトラックに対して行
   なわれていることを検出することにより、シーケンシャ
   ルアクセスと判断する手段を設けたディスク装置に内蔵
   されるキャッシュメモリの制御方式。