JPH0573421A

JPH0573421A - デイスクキヤツシユ制御方式

Info

Publication number: JPH0573421A
Application number: JP3262628A
Authority: JP
Inventors: Kimisaki Kanbayashi; 公咲神林; Mitsuo Nagasawa; 光男長澤; Kenji Ido; 健嗣井戸
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1991-09-17
Filing date: 1991-09-17
Publication date: 1993-03-26

Abstract

(57)【要約】【目的】キャッシュメモリへのデータの格納量を動的
に調整することにより、キャッシュメモリの有効利用を
図る。【構成】中央処理装置１によりアクセスされずにある
定められた期間に満たずにリプレースされるキャッシュ
メモリ２１の記憶領域の数を一定期間継続してカウント
し、そのカウントした値に応じて、キャッシュメモリに
対するデータの格納量が制御される。すなわち、前記カ
ウント値が、定められた上限値を越える場合、キャッシ
ュメモリに対するデータの格納量を減少させ、定められ
た下限値に満たなければ前記格納量を減少させ、かつ、
定められた上限値以内で下限値以上であれば、前記格納
量を所定の値に制御する。これにより、キャッシュメモ
リ内の必要なデータがリプレースされることを少なくす
ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ディスクキャッシュサ
ブシステムに係り、特に、キャッシュメモリを有効に利
用することを可能にしたディスクキャッシュサブシステ
ムにおけるディスクキャッシュ制御方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、回転するディスク等を記憶媒体
とするディスク装置を外部記憶装置として用いる情報処
理システムは、高速に動作する中央処理装置と、記憶媒
体のシーク動作、回転待ち等のためにアクセス動作が遅
いディスク装置との間に、ディスク装置よりも高速なア
クセスが可能な半導体メモリ等よりなるキャッシュメモ
リを有するディスクキャッシュ制御装置を介在させて構
成されている。

【０００３】このディスクキャッシュ制御装置は、ディ
スクキャッシュサブシステムとして構成され、ディスク
装置内のアクセスが行われたデータ及びその近辺のデー
タをキャッシュメモリに格納し、その後、同一データを
読み出すためにディスク装置に対するアクセスが行われ
た場合には、キャッシュメモリ内のデータを使用するこ
とにより、高速なデータアクセスを可能とするものであ
る。

【０００４】このような、ディスクキャッシュサブシス
テムは、性能向上のため、将来アクセスされるデータを
キャッシュメモリ内に格納しておくことが有効である。
一般に、キャッシュメモリへのデータの格納単位は、１
トラック単位であり、キャッシュメモリも、このトラッ
クに対応してスロットと呼ばれる領域に分割されて構成
されている。

【０００５】そして、キャッシュメモリにデータを格納
する場合、まず、未使用のスロットが使用され、もし、
未使用のスロットがなければ、全スロットの中でアクセ
スされたのが最も古いスロット、すなわち、最も長い時
間アクセスされていないスロットが使用される。このス
ロットの使用方法は、ＬＲＵ（ＬｅａｓｔＲｅｃｅｎｔ
ｌｙＵｓｅｄ）方式として知られている。

【０００６】ところで、前述のディスクキャッシュサブ
システムにおいて、その性能向上のために、将来アクセ
スされるデータを際限なくキャッシュメモリに格納して
いくと、すぐに必要なデータが、遠い将来にアクセスさ
れるであろうデータに置き換わってしまい、すなわち、
これからアクセスされるデータが、それよりも後でアク
セスされるデータに置き換わってしまう。このため、中
央処理装置から要求のあったデータは、結局、ディスク
装置からアクセスされることになり、データのアクセス
性能を逆に悪化させてしまうことになる。

【０００７】前述のようなディスクキャッシュサブシス
テムの問題点を解決することのできる従来技術として、
例えば、特開昭５８−１４４９６１号公報等に記載され
た技術が知られている。

【０００８】この従来技術は、２つ以上の階層を有する
記憶装置の上位階層の記憶領域を管理する記憶領域管理
方式であり、アクセス対象をアクセスの性質（例えば、
ランダム、シーケンシャル等の性質）によって複数のグ
ループに分け、グループ毎に占有することのできる記憶
容量の上限値を定め、アクセスがあったとき、当該アク
セス対象のデータが、前記上位階層の記憶領域に登録さ
れておらず、かつ、前記上位階層の記憶領域に空きの記
憶単位がない場合、前記アクセス対象が属するグループ
の占有領域量が当該グループの上限値を越えていれば、
当該グループ内でＬＲＵ法によってデータの置き換えを
行い、また、当該グループの占有領域が当該グループの
上限を越えていなければ、全体にＬＲＵ法を適用してデ
ータの置き換えを行うことにより新たな記憶単位を得る
ようにしたものである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】前述した従来技術は、
上位階層の記憶領域（キャッシュメモリ）に対するデー
タの格納量について何ら制限がされていないため、例え
ば、将来アクセスされるデータが予め判り、かつ、将来
アクセスされるデータを上位階層の記憶領域に格納して
おくことがアクセスの性能を高める順次アクセス入出力
処理に適用した場合、次のような問題点を生じる。

【００１０】すなわち、前記従来技術は、将来アクセス
されるデータを制限なく上位階層の記憶領域に格納して
いくことになり、アクセス対象のグループの占有記憶量
の制限から、ＬＲＵが働き、これからアクセスされるデ
ータが、これよりも後でアクセスされるデータに置き換
わり、アクセス性能を落してしまうという問題点を有し
ている。

【００１１】本発明の目的は、前記従来技術の問題点を
解決し、キャッシュメモリへのデータの格納量を動的に
調整することにより、キャッシュメモリを有効に利用
し、高速なデータアクセスを可能にした高性能なディス
クキャッシュ制御方式を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明によれば前記目的
は、ディスクキャッシュサブシステムにおいて、キャッ
シュメモリ内に記憶領域を確保し、データを前記記憶領
域に格納してから、該データが上位装置から１度もアク
セスされずに該データを格納している前記記憶領域が、
別のデータを格納するために確保されるまでの期間を計
測し、その計測結果に基づいて、キャッシュメモリへの
データの格納量を制御するようにすることにより達成さ
れる。

【００１３】すなわち、前記目的は、前記計測した期間
が、ある定められた値に満たない記憶領域数をある一定
期間継続してカウントし、カウントした値がある定めら
れた上限値を越えた場合、前記キャッシュメモリに対す
るデータの格納量を減少させ、カウントした値がある定
められた下限値に満たなかった場合、前記キャッシュメ
モリに対するデータの格納量を増加させ、また、カウン
トした値が前記上限値以内で、かつ下限値以上の場合、
前記キャッシュメモリに対するデータの格納量を、これ
まで使っていた予め定められた量とするようにすること
により達成される。

【００１４】前述において、計測した期間のある定めら
れた値は、前記キャッシュメモリの容量に対応して定め
るようにすることができる。

【００１５】

【作用】前述したディスクキャッシュ制御方式によれ
ば、例えば、ディスク装置内のデータが順次アクセスさ
れる形態の場合、上位装置からアクセスの要求があった
データがキャッシュメモリ内にないとき、後のアクセス
に備えて、そのデータを含む以降のデータを、前述した
手段により得られる前記キャッシュメモリに対するデー
タの格納量に従い、前記データをキャッシュメモリに格
納することができる。

【００１６】そして、本発明は、前記キャッシュメモリ
内のデータに、ＬＲＵが働いてデータの置き換えが発生
しても、これからアクセスされるデータが、それよりも
後でアクセスされるデータに置き換わることを少なくす
ることができ、ディスクキャッシュサブシステムの性能
の低下を防止することができる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明によるディスクキャッシュ制御
方式の一実施例を図面により詳細に説明する。

【００１８】図１は本発明を適用した計算機システムの
一実施例の構成を示すブロック図、図２はディレクトリ
内に格納されるシリンダ／トラックテーブルを説明する
図、図３はディレクトリ内に格納されるＬＲＵキューを
説明する図、図４は共用メモリ内の制御情報を説明する
図、図５は本発明の一実施例の動作を説明するフローチ
ャートである。図１において、１は中央処理装置、２は
ディスクキャッシュ制御装置、３はディスク装置、２１
はキャッシュメモリ、２２はディレクトリ、２３は上位
インタフェース制御部、２４は下位インタフェース制御
部、２５は共用メモリ、２６は時計である。

【００１９】本発明が適用された計算機システムは、図
１に示すように、中央処理装置１と、ディスクキャッシ
ュ制御装置２と、ディスク装置３とを備えて構成されて
いる。

【００２０】中央処理装置１は、計算機システム全体の
制御を行い、下位装置との入出力命令及びデータ等の授
受を行う。また、ディスクキャッシュ制御装置２は、デ
ィスク装置３に格納されているデータの一部を、ディス
ク装置３における格納形式と全く等価な形式で複写、格
納するキャッシュメモリ２１と、このキャッシュメモリ
２１内に複写されたデータの管理情報等を格納するディ
レクトリ２２とを備えて構成されている。

【００２１】キャッシュメモリ２１は、ディスク装置３
の記憶媒体上のトラックに対応したスロットと呼ばれる
記憶領域に等分割されており、前記スロットは、前記ト
ラックに記録されている全データを格納できるだけの容
量を持っている。そして、ディレクトリ２２には、図２
及び図３により後述する管理情報及びＬＲＵキューが格
納されている。

【００２２】キャッシュメモリ２１に格納されているデ
ータがディスク装置３のどのトラックに対応するかを示
すシリンダ／トラックテーブルの構成が図２に示されて
おり、以下、これについて説明する。

【００２３】このテーブルは、前述のディレクトリ２２
内に格納されており、ディスクキャッシュ制御装置２配
下の制御可能な最大のディスク装置の数分備えられてい
る。このテーブル内の１つのエントリは、ディスク装置
３のトラックに対応し、このエントリには、キャッシュ
メモリ２１内に該トラックのデータがあれば、後述する
スロット・コントロール・ブロック（以下、ＳＣＢとい
う）のディレクトリ２２内の格納アドレスが格納され、
キャッシュメモリ２１内に該トラックのデータがなけれ
ば、特別なコードが格納される。

【００２４】従って、このシリンダ／トラックテーブル
を検索することにより、中央処理装置１からアクセス要
求のあったデータがキャッシュメモリ２１にあるか否か
を知ることができる。

【００２５】キャッシュメモリ２１の記憶単位であるス
ロットをＬＲＵにより制御するＬＲＵキューの構成が図
３に示されている。

【００２６】このＬＲＵキューの１エントリは、前述し
たＳＣＢで構成されている。ＳＣＢは、キャッシュメモ
リ２１のスロットと１対１に対応しており、従って、ス
ロット数と同一数だけ存在する。ＳＣＢは、スロット内
のデータが中央処理装置１の入出力命令によってアクセ
スされたときにオンとされるアクセスフラグ２２０と、
スロットが確保されたときにその時刻を記録しておく確
保時刻２２１と、スロットが使用中かあるいは未使用か
を示すステータス２２２と、ＳＣＢが管理するスロット
のキャッシュメモリ２１のアドレスを格納するスロット
アドレス２２３とを備えて構成されている。

【００２７】そして、それぞれのＳＣＢは、双方向のポ
インタ、すなわち、前方向ポインタ２２４と後方向ポイ
ンタ２２５とによって相互に結ばれている。スロットの
確保は、常に最下位のＳＣＢを取得し、使用済になった
ら最上位に該ＳＣＢを挿入することにより行われ、この
ようにすることにより、ＳＣＢをＬＲＵで制御すること
ができる。

【００２８】ディスクキャッシュ制御装置２は、中央処
理装置１からのディスク装置３のデータに対するアクセ
ス要求に対して、当該データがキャッシュメモリ２１内
にあるか否かを、ディレクトリ２２のシリンダ／トラッ
クテーブルを参照することにより判断する。そして、デ
ィスクキャッシュ制御装置２は、キャッシュメモリ２１
内にアクセス要求されたデータが存在する場合、キャッ
シュメモリ２１に格納されているデータを用いて前記ア
クセス要求に応答すると共に、そのデータがキャッシュ
メモリ２１内に存在しない場合、ディスク装置３のデー
タをアクセスして、前記アクセス要求に応答する。

【００２９】前述のような制御を行うために、ディスク
キャッシュ制御装置２には、例えば、マイクロプロセッ
サ等から成る上位インタフェース制御部２３と、下位イ
ンタフェース制御部２４と、これらのインタフェース情
報等が格納されている共用メモリ２５と、時刻を計測す
るために時計２６とが設けられている。

【００３０】上位インタフェース制御部２３は、中央処
理装置１とのインタフェースを制御すると共に、中央処
理装置１とキャッシュメモリ２１との間のデータ転送を
制御するように構成されている。中央処理装置１からの
アクセス要求に対し、キャッシュメモリ２１内のデータ
を用いて応答する場合、上位インタフェース制御部２３
がこの制御を行い、キャッシュメモリ２１内の当該デー
タが格納されているスロットに対応するＳＣＢのアクセ
スフラグは、このときオンとされる。

【００３１】下位インタフェース制御部２４は、ディス
ク装置３を制御すると共に、キャッシュメモリ２１とデ
ィスク装置３との間のデータ転送を制御するように構成
されている。

【００３２】一方、中央処理装置１とディスク装置３と
の間でデータ転送を行う場合、上位インタフェース制御
部２３と下位インタフェース制御部２４とが連携して、
前記データ転送の制御を実行する。

【００３３】また、上位インタフェース制御部２３は、
中央処理装置１から入出力命令によりデータを順次アク
セスするように指示されると、中央処理装置１が要求す
るデータを、キャッシュメモリ２１あるいはディスク装
置３をアクセスすることにより読み出し、このデータを
中央処理装置に転送する。その後、上位インタフェース
制御部２３は、今後アクセスされる可能性のあるデータ
をある大きさでキャッシュメモリ２１に格納する処理、
いわゆる先読み処理のため、キャッシュメモリ２１内の
スロットを確保し、下位インタフェース制御部２４に、
先読み処理を実行するように指示する。

【００３４】下位インタフェース制御部２４は、この指
示に従い先読み処理を行う。この場合、先読みするデー
タの単位はトラック数であり、先読みを行うトラック数
は、図４に示す共用メモリ２５に格納されている先読み
トラック数２５０に設定されている値以内に設定され
る。

【００３５】本発明の一実施例は、この先読みトラック
数２５０を可変に設定して、これにより、キャッシュメ
モリに対するデータの格納量を可変に制御するものであ
り、このため、この先読みトラック数２５０を設定する
ため、共通メモリ２５は、図４に示すように、この先読
みトラック数２５０の他に、スロットの内容が置き換わ
るまでの期間のしきい値２５１と、カウンタ２５２と、
入力時刻２５３と、カウンタの上限値２５４と、カウン
タの下限値２５５とを格納している。そして、これらの
データ、及び、図２に説明したテーブルを使用して、前
述の先読みトラック数が設定される。

【００３６】次に、先読みトラック数の設定方法につい
て図５に示すフローを用いて説明する。このフローは、
キャッシュメモリ２１のスロットを確保するため、図３
に示したＬＲＵキューを操作してＳＣＢを取得するとき
行う処理である。

【００３７】（１）まず、確保したスロットのＳＣＢ内
のステータス２２２を調べ、そのＳＣＢが未使用か否か
を調べる。ＳＣＢが未使用を示していたら、アクセスフ
ラグ２２０をオフにして、処理を終了する（ステップ５
００、６２０）。

【００３８】（２）ステップ５００で、ＳＣＢが使用中
を示していたら、アクセスフラグ２２０を調べ、オンな
らばアクセスフラグ２２０をオフとして処理を終了する
（ステップ５１０、６２０）。

【００３９】（３）ステップ５１０で、アクセスフラグ
２２０がオフであれば、そのスロットの内容が置き換わ
るまでの期間を求めるため、現在時刻（時計２６より求
める）と該ＳＣＢ内に設定されている確保時間２２１と
の差を取り、それが共用メモリ２５に格納されているし
きい値２５１を越えているか調べ、その差がしきい値２
５１を越えていれば処理を終了する（ステップ５２
０）。

【００４０】（４）ステップ５２０で、その差がしきい
値２５１を越えていなければ、共用メモリ２５のカウン
タ２５２を調べ、カウンタ２５２の値がゼロならば共用
メモリ２５の入力時刻２５３に時計２７の値をセットす
る（ステップ５３０、５４０）。

【００４１】（５）ステップ５３０で、カウンタ２５２
の値がゼロでない場合、及び、ステップ５４０の処理終
了後、カウンタ２５２の値に＋１の加算を行う（ステッ
プ５５０）。

【００４２】前述において、しきい値２５１の値は、デ
ィスクキャッシュ制御装置２が、電源オンで立ち上がる
ときに、キャッシュメモリ２１の容量に応じて設定され
る。また、先読み本数２５０及びカウンタ２５２の値と
を比較し、先読みトラック数２５０の値を増減するため
の判断に用いるカウンタ上限値２５４とカウンタ加減値
２５５とは上記立ち上げ時に、その初期値が設定され
る。さらに、カウンタ２５２及び入力時刻２５３は、こ
のとき共にクリアされる。

【００４３】（６）次に、そのスロットのデータが中央
処理装置１によりアクセスされる前に他のデータを格納
するために使用されるスロットの数を計測している期間
が、ある一定期間に達しているか否かを調べ、達してい
なければ処理を終了し、達していれば、カウンタ２５２
の値が、カウンタ上限値２５４を越えているか否かを調
べる（ステップ５６０、５７０）。

【００４４】（７）ステップ５７０において、カウンタ
２５２の値がカウンタ上限値２５４を越えていれば、先
読みトラック数２５０を−１し、カウンタ２５２をゼロ
にリセットして処理を終了する（ステップ５８０、６１
０）。

【００４５】（８）ステップ５７０で、カウンタ２５２
の値がカウンタ上限値２５４を越えていなければ、次
に、カウンタ２５２の値がカウンタ下限値２５５に満た
ないか否かを調べ、カウンタ２５２の値がカウンタ下限
値２５５以上であれば、カウンタ２５２をゼロにリセッ
トして処理を終了する（ステップ５９０、６１０）。

【００４６】（９）ステップ５９０で、カウンタ２５２
の値がカウンタ下限値２５５に満たなければ、先読みト
ラック数２５０に＋１の加算を行い、カウンタ２５２を
ゼロにリセットして処理を終了する（ステップ６００、
６１０）。

【００４７】前述したように本発明の一実施例によれ
ば、先読みトラック数を、キャッシュメモリ２１の使用
状態により動的に調整することができるので、キャッシ
ュメモリ２１に格納され、これからアクセスされるデー
タが、先読み処理により、該データより後にアクセスさ
れるデータに置き換えられることが少なくなり、ディス
クキャッシュサブシステムの性能低下を防止して、高速
なデータアクセスを行うことができる。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、キ
ャッシュメモリ内のデータがＬＲＵにより追い出されて
も、必要なデータが追い出されることが少なくなるの
で、ディスクキャッシュサブシステムの性能低下を防ぐ
ことができる。また、キャッシュメモリの利用率が低い
とき、キャッシュメモリへのデータの格納量を増加させ
ているので、ディスクキャッシュサブシステムの性能向
上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した計算機システムの一実施例の
構成を示すブロック図である。

【図２】ディレクトリ内に格納されるシリンダ／トラッ
クテーブルの内容を説明する図である。

【図３】ディレクトリ内に格納されるＬＲＵキューを説
明する図である。

【図４】共用メモリ内の制御情報を説明する図である。

【図５】本発明の一実施例の動作を説明するフローチャ
ートである。

【符号の説明】

１中央処理装置２ディスクキャッシュ制御装置３ディスク装置２１キャッシュメモリ２２ディレクトリ２３上位インタフェース制御部２４下位インタフェース制御部２５共用メモリ２６時計

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】上位処理装置とディスク装置との間に介
在し、前記ディスク装置に格納されているデータの写し
を保持するキャッシュメモリを有するディスクキャッシ
ュサブシステムにおいて、前記ディスク装置に格納され
ているデータを前記キャッシュメモリの記憶領域に格納
してから、該データが前記上位処理装置によりアクセス
されずに前記ディスク装置に格納されている別のデータ
を格納するために前記記憶領域が使用されるまでの期間
を計測し、該期間がある予め定められた期間に満たない
記憶領域の数を一定期間継続してカウントし、カウント
した値に応じて、前記キャッシュメモリへのデータの格
納量を制御することを特徴とするディスクキャッシュ制
御方式。
【請求項２】前記予め定められた期間は、前記キャッ
シュメモリの記憶容量に応じて定められることを特徴と
する請求項１記載のディスクキャッシュ制御方式。