JPH08123725A - ライトバック式キャッシュシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ライトバック式キャッシュにおいて上位装置
に対してライトバックを行う影響を少なくすること。 【構成】 上位装置１からＩ／Ｏ装置５１に転送するデ
ータは一旦キャッシュメモリ３１５に格納される。Ｉ／
Ｏ制御装置３ｎに当面上位装置１からの起動がかからな
い場合ライトバック許可フラグ３ｎ８を有効にする。キ
ャッシュメモリ３ｎ５にあるデータがライトバック処理
を行う必要がある場合にライトバック要求フラグ３ｎ９
を有効にする。ライトバック許可フラグ３ｎ８とライト
バック要求フラグ３ｎ９が有効な場合にＩ／Ｏ制御装置
３ｎは制御部３ｎ３に対して割込みを発生し、プログラ
ム格納部３ｎ１に格納されているライトバック処理用の
サブルーチン処理に基づきライトバック処理を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、上位装置と、ライトバ
ック式キャッシュを有する１個以上のＩ／Ｏ制御装置
と、各Ｉ／Ｏ制御装置に接続されたＩ／Ｏ装置とからな
るライトバック式キャッシュシステムに関し、特に、上
位装置からＩ／Ｏ装置へのアクセスに対してライトバッ
ク動作の影響を少なくしたＩ／Ｏ制御装置を有するライ
トバック式キャッシュシステムに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、上位装置から低速のＩ／Ｏ装置
（本明細書ではディスク装置や主記憶装置などのデータ
格納装置を含む）をアクセスする場合に実効的なアクセ
スの高速化を図るためにキャッシュ技術を用いることが
一般に行われている。これは、Ｉ／Ｏ装置を制御するＩ
／Ｏ制御装置（本明細書ではディスク制御装置や主記憶
制御装置など）に高速のメモリであるキャッシュを設
け、Ｉ／Ｏ装置のデータの一部をキャッシュに取り込
み、上位装置が要求したデータがキャッシュに存在する
場合にはキャッシュから読み出すようにしてアクセスの
高速化を図ったものである。キャッシュの方式として
は、ライトスルー（ストアスルー）方式、ライトバック
（スワップ）方式がよく知られている。ライトバック方
式は、Ｉ／Ｏ装置へのデータ書き込みにおいて、キャッ
シュに必要なデータが存在した場合はキャッシュへのみ
書き込みを行い、その旨を上位装置に通知するだけで書
き込み処理を終了し、Ｉ／Ｏ装置への書き込み（掃き出
し）は空き時間に行うようにしたものであり、低速なＩ
／Ｏ装置へ毎回書き込みを行う必要がないので高速書き
込みが可能であるが、キャッシュとＩ／Ｏ装置の内容の
一致が必ずしも保証されないおそれがある。一方、ライ
トスルー方式は、Ｉ／Ｏ装置へのデータ書き込みにおい
て、キャッシュに必要なデータが存在した場合でもキャ
ッシュとＩ／Ｏ装置へ同時に書き込みようにしたもので
あり、キャッシュとＩ／Ｏ装置の内容の一致は保証され
るが、毎回低速なＩ／Ｏ装置にも書き込みを行うため書
き込み時の高速化は図れない。

【０００３】次に、Ｉ／Ｏ装置としてディスク装置を用
いたライトバック式ディスクキャッシュ装置について説
明する。上述したことから明らかなように、ライトバッ
ク式ディスクキャッシュ装置では、上位装置がディスク
装置へデータを書き込む時、キャッシュ用の高速記憶素
子へのデータの書き込み処理が終了した時点で上位装置
に終了を報告し、データ転送を終了させる。ライトバッ
ク方式は、書き込み処理が高速に行える一方で、データ
転送終了後にキャッシュ用の高速記憶素子から低速のデ
ィスク装置へデータを掃き出す必要がある。従来、ライ
トバック方式を用いる場合、キャッシュ用の高速記憶素
子からディスク装置へデータを掃き出すタイミングは、
タイマにより制御していた。例えば、特開平５−３０３
５２８公報に開示されているライトバック式ディスクキ
ャッシュ装置によると、ライト、又はライトバック終了
後に、キャッシュメモリ上に残っているダーティブロッ
ク数（書き換えが行われたブロック数）によって次にラ
イトバックを起動するタイマ値を決定し、タイマにより
ライトバックを行うタイミングを与えている。すなわ
ち、ダーティーブロックが多い場合にはライトバックの
頻度を高くしている。しかし、このような方式では、ラ
イトバック実行中に上位装置からのディスク装置への起
動が行われると、上位装置からのディスク装置への起動
が待たされてしまう。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来のライト
バック式ディスクキャッシュ装置は、キャッシュメモリ
へのデータ書き込み処理が終了した時点で上位装置に終
了を報告し、データ転送を終了させるので、上位装置か
らのデータライト処理を高速で行うことが可能となる
が、ライトバックを行うための占有サイクルを必要とす
る。また、ライトバックと上位装置からのディスク装置
への起動が重なり、ライトバック終了後にディスク装置
へのアクセスを行う場合、ライトバックに要する時間だ
け上位装置からディスク装置へのアクセスができない問
題があった。本発明は上述の問題を解決するために、ラ
イトバックするタイミングを制御し、上位装置からのア
クセスに対してライトバック動作の影響を少なくするこ
とを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明のライトバック式
キャッシュシステムは、上記目的を達成するために、上
位装置１に接続された、ライトバック方式のキャッシュ
を有する１個以上のＩ／Ｏ制御装置（３１〜３ｎ）と、
該Ｉ／Ｏ制御装置の各々に接続されたＩ／Ｏ装置（５１
〜５ｎ）とからなるライトバック式キャッシュシステム
であって、上位装置１は、Ｉ／Ｏ制御装置（３１〜３
ｎ）を起動をする場合、当該Ｉ／Ｏ制御装置に対しライ
トバック動作を禁止することを通知する第１通知手段
（図３のステップ７１）と、Ｉ／Ｏ制御装置に対する起
動間隔が所定時間以上空くか否かを判定する判定手段
（図３のステップ７４）と、該起動間隔が所定時間以上
空く場合にＩ／Ｏ制御装置にライトバック動作を許可す
ることを通知する第２通知手段（図３のステップ７５）
とを有し、各Ｉ／Ｏ制御装置（３１〜３ｎ）は、上位装
置１の第１の通知手段または第２の通知手段からライト
バック動作が禁止または許可されたことを通知された場
合にその旨の情報を保持する第１保持手段（ライトバッ
ク許可フラグ３１８〜３ｎ８）と、ライトバック動作を
必要としている状態にあることを示す情報を保持する第
２保持手段（ライトバック要求フラグ３１９〜３ｎ９）
と、該第１保持手段と第２保持手段の情報に基づいてラ
イトバック動作を制御する手段（制御部３１３〜３ｎ
３）とを有していることを特徴としている。

【０００６】

【作用】本発明のライトバック式キャッシュシステムに
よれば、上位装置の第１通知手段と第２通知手段から通
知によりＩ／Ｏ制御装置の第１保持手段の内容を設定
し、第２保持手段の内容がライトバックの要求があるこ
とを示している場合には、上位装置からＩ／Ｏ制御装置
をアクセスするときはライトバック動作中であってもア
クセスを優先し該ライトバック動作を中断させる。起動
間隔が空くときはライトバックを許可する。これにより
上位装置とＩ／Ｏ制御装置のアクセスの合間でライトバ
ック処理を行うことが可能となる。また、ライトバック
が可能であることを知らされたＩ／Ｏ制御装置は、上位
装置の関与なくライトバックを行うことができ、ライト
バックの影響を少なくすることが可能となる。

【０００７】

【実施例】本発明に係わるライトバック式キャッシュシ
ステムの実施例を図面を参照して説明する。図１は、本
発明の実施例によるライトバック式キャッシュシステム
の構成を示すブロック図である。同図において、上位装
置１にはシステムバス２を介して複数のＩ／Ｏ制御装置
３１〜３ｎが接続され、各Ｉ／Ｏ制御装置にはそれぞれ
データバス４１〜４ｎを介してＩ／Ｏ装置５１〜５ｎが
接続されている。上位装置１は、プログラム格納部１
１、命令実行部１２からなるプログラム制御部１３、シ
ステムバスとのインタフェース部１４、および各制御部
１５〜１ｎより構成されている。Ｉ／Ｏ制御装置３１〜
３ｎには、プログラム格納部３１１〜３ｎ１、命令実行
部３１２〜３ｎ２からなる制御部３１３〜３ｎ３、キャ
ッシュ制御部３１４〜３ｎ４、キャッシュメモリ３１５
〜３ｎ５からなるキャッシュコントローラ３１６〜３ｎ
６、システムバスとのインタフェース部３１７〜３ｎ
７、およびライトバック動作が行えることを示すライト
バック許可フラグ３１８〜３ｎ８、ライトバック処理を
必要とすることを示すライトバック要求フラグ３１９〜
３ｎ９より構成されている。上位装置１は、プログラム
格納部１１に格納されたプログラムをもとに命令実行部
１２が各制御部に指示を与え、必要な動作を行う。

【０００８】上位装置１から、Ｉ／Ｏ制御装置３１を介
してＩ／Ｏ装置５１にデータを転送する場合を考える。
上位装置１からのデータは、一旦、Ｉ／Ｏ制御装置３１
のキャッシュメモリ３１５に格納される。この時、他の
Ｉ／Ｏ制御装置、例えばＩ／Ｏ制御装置３ｎには当面上
位装置１からの起動がかからない場合（これは上位装置
１が把握している）、ライトバック動作が行えることを
示すライトバック許可フラグ３ｎ８を有効とする。Ｉ／
Ｏ制御装置３ｎのキャッシュコントローラ３ｎ６内のキ
ャッシュメモリ３ｎ５にライトバックされていないデー
タが残っており、ライトバック処理を行う必要がある場
合には、ライトバック処理を行う必要があることを示す
ライトバック要求フラグ３ｎ９を有効とする。ライトバ
ック動作が行えることを示すライトバック許可フラグ３
ｎ８とライトバック処理を行う必要があることを示すラ
イトバック要求フラグ３ｎ９がともに有効な場合に、Ｉ
／Ｏ制御装置３ｎは制御部３ｎ３に対してライトバック
処理を行うための割込みを発生させ、プログラム格納部
３ｎ１に格納されているライトバック処理用のサブルー
チン処理に基づき、独立してキャッシュメモリ３ｎ５の
データをＩ／Ｏ装置５ｎにライトバック処理する。

【０００９】次に、上位装置１から、Ｉ／Ｏ制御装置３
ｎを介してＩ／Ｏ装置５ｎにデータを転送する場合、ラ
イトバック処理が行えることを示すライトバック許可フ
ラグ３ｎ８を無効とし、ライトバック処理を中断する。
この時、他のＩ／Ｏ制御装置、例えばＩ／Ｏ制御装置３
１のシステムバス２を介したデータ転送が終了し、上位
装置１が当面Ｉ／Ｏ制御装置３１に対して起動をかけな
いと判断した場合、ライトバック処理が行えることを示
すライトバック許可フラグ３１８を有効とし、ライトバ
ック処理を行う必要があることを示すライトバック要求
フラグ３１９が有効な場合には、Ｉ／Ｏ制御装置３１が
ライトバック処理を行う。

【００１０】図２は、図１に示した本発明の実施例によ
るライトバック式キャッシュの動作時の各装置、フラグ
などの状態の遷移を示すタイムチャートである。図２で
はＩ／Ｏ制御装置が２個（３１と３ｎ）の場合のタイム
チャートを示すが、２個以上であってもよいことはいう
までもない。上位装置１は、システムバス２を介してＩ
／Ｏ制御装置３１、Ｉ／Ｏ制御装置３ｎ、Ｉ／Ｏ制御装
置３１、Ｉ／Ｏ制御装置３ｎ、・・・の順で繰り返し起
動をかける（イ、ロ）。同図（ハ）および（ニ）に示し
た斜線部は、上位装置１が他のＩ／Ｏ制御装置とアクセ
スを行っており、当該Ｉ／Ｏ制御装置がシステムバス２
とは無関係な状態であることを示している。同図（ホ）
に示すように、上位装置１からＩ／Ｏ制御装置３１への
起動間隔が所定時間以上空く，，，では、ライ
トバック許可フラグ３１８が有効となり、この時、ライ
トバック要求フラグ３１９が有効ならば（ヘ）、Ｉ／Ｏ
制御装置３１はライトバック処理を行う（ト）。また、
同図（チ）に示すように、上位装置１からＩ／Ｏ制御装
置３ｎへの起動間隔が所定時間以上空く，，で
は、ライトバック許可フラグ３ｎ８が有効となり、この
時、ライトバック要求フラグ３ｎ９が有効ならば
（リ）、Ｉ／Ｏ制御装置３ｎはライトバック処理を行う
（ヌ）。なお、図２では、ライトバック要求フラグ３１
９およびライトバック要求フラグ３ｎ９が有効である場
合の例を示している。

【００１１】ここで、上述した「所定時間」について言
及しておく。「所定時間」をあまり短い時間にすると、
ライトバック許可フラグは頻繁に有効化され、ライトバ
ックも頻繁に開始されるが、ライトバック中に上位装置
からアクセス起動されライトバックを中断しなければな
らないケースも多くなってしまう。また逆に、「所定時
間」をあまりにも長い時間にすると、一旦ライトバック
を開始したら長時間ライトバックを続けることができ、
ライトバック中に上位装置からアクセス起動されライト
バックを中断しなければならないケースは少なくなる
が、ライトバック許可フラグが有効化される機会は少な
くなってしまい、それに伴ってライトバックを開始する
回数も少なくなってしまう。そのため、「所定時間」
は、システム構成や処理するプログラム構成などを考慮
して適当な値に決めればよい。

【００１２】図３は、上位装置１がライトバック式キャ
ッシュの制御を行う場合のフローチャートである。以下
では、上位装置１からＩ／Ｏ制御装置３ｎを制御する場
合を例にして考えるが、他のＩ／Ｏ制御装置であっても
同様な制御が行われることはいうまでもない。まず、ス
テップ７１において、上位装置１が起動をかけるＩ／Ｏ
制御装置３ｎのライトバック許可フラグを無効とし、ラ
イトバック処理を中断させる。次に、ステップ７２にお
いて、上位装置１から、キャッシュメモリ３ｎ５にデー
タ転送を行う。データ転送終了後（ステップ７３：Ye
s）に、ステップ７４において、次に起動がかかるタイ
ミングをプログラムから予測し、起動がかからない状態
が所定時間以上続くか否かを判断する。ステップ７４に
おける判断の結果、起動間隔が所定時間以上空いた場合
（ステップ７４：Yes）、次のステップ７５において、
上位装置１からＩ／Ｏ制御装置３ｎのライトバック許可
フラグ３ｎ８を有効とする、すなわちライトバック処理
を行う許可をＩ／Ｏ制御装置３ｎに対して発行する。上
記実施例によると、上位装置１の従来のプログラムに、
ステップ７１、７４、７５を追加し、Ｉ／Ｏ制御装置３
ｎ内にライトバック処理が行えることを示す動作制御フ
ラグ（ライトバック許可フラグ）３ｎ８を持たせるだけ
で、上位装置１からＩ／Ｏ制御装置への起動の合間をぬ
ってライトバックを行うことが可能となる。

【００１３】図４および図５に従来のライトバック式キ
ャッシュと本発明を使用したライトバック式キャッシュ
の動作タイミングを比較するためのタイムチャートを示
す。従来のライトバック式キャッシュでは、例えば、ダ
ーティーブロック数に依存して決まるタイマ値によって
ライトバックの起動をかけるため、図４に示したよう
に、Ｉ／Ｏ制御装置毎にライトバック行うために占有の
サイクルを必要とし、ライトバックを行っている時間は
上位装置からアクセスすることはできない。一方、本発
明を使用したライトバック式キャッシュでは、図５に示
したように、ライトバックを行うタイミングを上位装置
のプログラムで管理し、上位装置からの起動間隔が所定
以上空くＩ／Ｏ制御装置に対してライトバックが可能で
あることを報告する（ライトバック許可フラグを有効に
する）。この報告を受けたＩ／Ｏ制御装置は独立してラ
イトバック処理を行う。また、ライトバック動作中に上
位装置からのアクセスがあるＩ／Ｏ制御装置に対しては
当該Ｉ／Ｏ制御装置にその旨を知らせてライトバックを
中止させ上位装置からのアクセスを可能にすることによ
って、ライトバックの影響を極力少なくすることができ
る。先に説明したように、本発明の方式では、上位装置
のプログラムの処理が若干余分に必要となるが、例えば
Ｉ／Ｏ装置がディスク装置の場合、ディスク装置への起
動に数ｍｓ必要なのに対し、プログラムは数１０ｎｓで
処理できるので、総体的にみて性能の大幅向上が可能と
なる。

【００１４】

【発明の効果】本発明によれば、ライトバック式キャッ
シュを用いた場合において、ライトバックを行うタイミ
ングを制御して、上位装置がＩ／Ｏ制御装置にアクセス
する合間をぬってライトバック動作を行うようにしたた
め、上位装置に対してライトバックの影響を大幅に少な
くすることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のライトバック式キャッシュシステムの
一実施例の構成図である。

【図２】ライトバック式キャッシュの動作状態の一例を
示すタイムチャートである。

【図３】本発明のライトバック式キャッシュシステムに
おける上位装置プログラムの制御フローチャートの一例
を示す図である。

【図４】従来のライトバック式キャッシュの動作タイム
チャートである。

【図５】本発明のライトバック式キャッシュの動作タイ
ムチャートである。

【符号の説明】

１：上位装置、２：システムバス、１１：プログラム格
納部、１２：命令実行部、１５〜１ｎ：制御部、３１〜
３ｎ：Ｉ／Ｏ制御装置、３１１〜３ｎ１：プログラム格
納部、３１２〜３ｎ２：命令実行部、３１３〜３ｎ３：
制御部、３１４〜３ｎ４：キャッシュ制御部、３１５〜
３ｎ５：キャッシュメモリ、３１８〜３ｎ８：ライトバ
ック許可フラグ、３１９〜３ｎ９ライトバック要求フラ
グ、５１〜５ｎ：Ｉ／Ｏ装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上位装置と、該上位装置に接続された、
   ライトバック方式のキャッシュを有する１個以上のＩ／
   Ｏ制御装置と、該Ｉ／Ｏ制御装置の各々に接続されたＩ
   ／Ｏ装置とからなり、上位装置からのデータを該Ｉ／Ｏ
   制御装置のキャッシュを介してそれに接続されたＩ／Ｏ
   装置に書き込むように構成されたライトバック式キャッ
   シュシステムであって、 上記上位装置は、上記各Ｉ／Ｏ制御装置を起動をする場
   合に当該Ｉ／Ｏ制御装置に対しライトバック動作を禁止
   することを通知する第１通知手段と、Ｉ／Ｏ制御装置に
   対する起動間隔が所定時間以上空くか否かを判定する判
   定手段と、該起動間隔が所定時間以上空く場合にＩ／Ｏ
   制御装置にライトバック動作を許可することを通知する
   第２通知手段とを有し、 上記各Ｉ／Ｏ制御装置は、上記上位装置の第１通知手段
   または第２通知手段からライトバック動作が禁止または
   許可されたことを通知された場合にその旨の情報を保持
   する第１保持手段と、ライトバック動作を必要としてい
   る状態にあることを示す情報を保持する第２保持手段
   と、該第１保持手段および第２保持手段の情報に基づい
   てライトバック動作を制御する手段とを有していること
   を特徴とするライトバック式キャッシュシステム。