JPH09244931A - リアルタイムファイルシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 リアルタイムオペレーティングシステムのフ
ァイルシステムにおいて、高い優先度プロセスのファイ
ルアクセスに対して、低い優先度プロセスの影響を排除
する。 【解決手段】 ファイル管理からの要求に応じて、キャ
ッシュバッファの確保および開放を処理するファイルキ
ャッシュ制御手段、主記憶上に領域を持つキャッシュバ
ッファ本体およびキャッシュバッファ内の各バッファブ
ロックを管理するためのデータ構造を格納するキャッシ
ュ保持手段、前記キャッシュバッファ内のバッファブロ
ックを管理するためのリストへのポインタの配列、キャ
ッシュバッファ中において外部記憶装置に対して書き出
しを必要とするバッファブロックをある規則に基づいた
順番で随時書き出していくキャッシュフラッシュ手段を
有し、プロセスがファイルアクセスする際に使用するキ
ャッシュを、該プロセスの優先度に応じたキャッシュバ
ッファからのみ使用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、外部記憶装置上
のデータファイルへの書き出し、及び読み込み処理の高
速化を目的としたファイルキャッシュバッファの制御方
式に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ファイルキャッシュバッファの制
御方式としては、「ＵＮＩＸ ４．３ＢＳＤの設計と実
装」（中村明他訳、平成３年６月３０日 丸善株式会社
出版）の７．５節「バッファ管理」（ｐ．２１７〜ｐ．
２２２）に記載されているオペレーティングシステム解
説等で見られるように、システムで１つのバッファプー
ルを持ち、このバッファプールを外部記憶装置のブロッ
クサイズに対応した大きさに分割し、これを使用中・未
使用に分けて、それぞれのブロックをリストでつないで
管理していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来のファイルシステ
ムは以上のようにして構成されていたので、システム全
体としてのパフォーマンスを向上させることはできて
も、優先度の高い処理が必ずしも高速に完了するとは限
らず、一旦ファイルアクセスを開始すると、低優先度の
処理の頻繁なファイルアクセスに起因するファイルキャ
ッシュバッファ資源の枯渇により、資源回復までに長時
間の待ち合わせを余儀なくされる可能性があるという問
題点があった。

【０００４】この発明は、上記のような問題点を解決す
るためになされたもので、高優先度処理に対しても高い
応答性能を有するリアルタイムファイルシステムを提供
することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】第１の発明に係わるリア
ルタイムファイルシステムは、プロセススケジューリン
グを有するオペレーティングシステム制御下において動
作し、プロセスの実行・停止を司るプロセス制御手段
と、プロセスに割り付る優先度を保持するプロセス優先
度テーブルと、キャッシュバッファの確保・解放を司る
キャッシュ制御手段と、キャッシュバッファを主記憶上
に保持するキャッシュ保持手段と、キャッシュバッファ
の使用状況を周期的にチェックしてフラッシュ制御処理
を行うキャッシュフラッシュ手段とを有するリアルタイ
ムファイルシステムにおいて、プロセス優先度の数と同
じ数に分割されたキャッシュバッファと、キャッシュバ
ッファを構成する各ブロックを、使用中のブロックリス
ト及び未使用状態のブロックリストの組みとして管理す
る使用中・フリー状態リストを備え、プロセスがファイ
ルアクセスする際に、プロセスの優先度に対応したキャ
ッシュバッファを使用するようにしたものである。

【０００６】第２の発明に係わるリアルタイムファイル
システムは、プロセススケジューリングを有するオペレ
ーティングシステム制御下において動作し、プロセスの
実行・停止を司るプロセス制御手段と、プロセスに割り
付る優先度を保持するプロセス優先度テーブルと、キャ
ッシュバッファの確保・解放を司るキャッシュ制御手段
と、キャッシュバッファを主記憶上に保持するキャッシ
ュ保持手段と、キャッシュバッファの使用状況を周期的
にチェックしてフラッシュ制御処理を行うキャッシュフ
ラッシュ手段とを有するリアルタイムファイルシステム
において、プロセス優先度の数が各々に分割されたキャ
ッシュバッファ数より多い場合において異なる優先度を
有する複数のプロセスを１つのキャッシュバッファと対
応付けるプロセス優先度対応手段と、各キャッシュバッ
ファはこれを構成する各ブロックを、使用中のブロック
リスト及び未使用状態のブロックリストの組みとして管
理する使用中・フリー状態リストを備え、プロセスがフ
ァイルアクセスする際に、プロセスの優先度に基づいて
プロセス優先度対応手段で規定されるキャッシュバッフ
ァを使用するようにしたものである。

【０００７】第３の発明は第１の発明または第２の発明
に係わるリアルタイムファイルシステムにおいて、プロ
セス優先度の高いプロセスがファイルアクセスしている
場合に、該プロセスよりもプロセス優先度の低いプロセ
スに対応したキャッシュバッファを構成する未使用状態
のブロックをも利用するようにしたものである。

【０００８】第４の発明は第３の発明に係わるリアルタ
イムファイルシステムにおいて、優先度の低いプロセス
に対応したキャッシュバッファを利用可能なプロセスの
優先度に対して上限値を設けるようにしたものである。

【０００９】第５の発明は第１の発明または第２の発明
に係わるリアルタイムファイルシステムにおいて、プロ
セス識別情報、優先度、予約数、及び予約されたブロッ
ク情報からなる予約構成手段を備え、ファイルアクセス
時において上記構成手段にて予約されたブロックから優
先的に使用するようにしたものである。

【００１０】第６の発明は第１の発明乃至第５の発明に
係わるリアルタイムファイルシステムにおいて、キャッ
シュバッファ対応にキャッシュバッファのフラッシュ周
期情報を格納したキャッシュフラッシュ周期表を備え、
キャッシュフラッシュ手段は定期的に起動されるプロセ
スとして構成し、キャッシュバッファのフラッシュ動作
をキャッシュフラッシュ周期表に基づいて周期的に実行
するようにしたものである。

【００１１】第７の発明は第１の発明乃至第５の発明に
係わるリアルタイムファイルシステムにおいて、各キャ
ッシュバッファを構成するブロック対応にカウンタ値格
納域を設け、ブロックが未使用状態から使用中に遷移し
たときに使用中状態リストに接続するとともに、該ブロ
ックに対応したカウンタ値格納域に初期値を設定し、キ
ャッシュフラッシュ手段はフラッシュプロセスとして構
成されて、定期的に起動されるごとに該カウンタ値を更
新し、カウンタ値が一定のしきい値以上になった場合に
フラッシュするようにしたものである。

【００１２】第８の発明は第１の発明乃至第５の発明に
係わるリアルタイムファイルシステムにおいて、キャッ
シュフラッシュ手段はキャッシュブロックをフラッシュ
するフラッシュプロセスをキャッシュブロック対応に備
え、フラッシュプロセスの優先度をキャッシュブロック
に対応したプロセス優先度に基づいて決定し、プロセス
スケジューリングすることによりキャッシュフラッシュ
処理を行うようにしたものである。

【００１３】

【発明の実施の形態】 実施の形態１．本発明の第１の実施形態について、図１
乃至図６に基づいて説明する。図１は第１の実施形態に
おけるファイルキャッシュバッファの管理機構を示すブ
ロック図である。図において、１０１は計算機システム
における論理的実行単位であるプロセスの生成・削除・
ＣＰＵスケジューリング等を司るプロセス制御手段、１
０２は生成されたプロセスに付与されてＣＰＵスケジュ
ーリングの際にプロセスの実行順序を決定するプロセス
優先度テーブル、１０３はファイル管理からの要求に応
じてキャッシュバッファの確保および開放処理を行うキ
ャッシュ制御手段である。また、１０４は主記憶上に領
域を持つキャッシュバッファ本体およびキャッシュバッ
ファ内の各バッファブロックを管理するためのデータ構
造を格納するキャッシュ保持手段、１０５は前記キャッ
シュバッファ内の各バッファブロックを管理するための
リストへのポインタの配列、１０６はキャッシュバッフ
ァ中において外部記憶装置に対し書き出しを必要とする
バッファブロックをある規則に基づいて随時書き出して
行くキャッシュフラッシュ手段である。

【００１４】図２は図１におけるプロセス優先度テーブ
ル１０２とファイルキャッシュバッファとの関係を示す
図であり、図において１０２および１０５は図１におけ
るものと同等要素を示す。２０１はファイルキャッシュ
バッファ本体であり、いくつものバッファブロックがプ
ロセス優先度の数であるＮと同数だけグループ化されて
いて、各々のグループ毎に該グループに属するバッファ
ブロックの使用中、未使用のキューからなるリストへの
ポインタ１０５が割り当てられている。ポインタ配列１
０５は、使用中のバッファブロック（２０１で網掛けさ
れたバッファブロック）、および未使用のバッファブロ
ック（２０１で白枠だけのバッファブロック）をつなげ
たリストの先頭を示す２つのポインタ対から構成されて
いる。また、各リストとも終端はリストの終了を示
す、”ｎｕｌｌ”を差す値が格納されている。

【００１５】次に動作について、図３乃至図６に示すフ
ローチャートに沿って説明する。図３はファイルからの
データ読み出し処理の流れを示すフローチャートであ
り、プログラムからファイルのデータ読み出しが指示さ
れると、先ずステップ３０１にてファイルキャッシュバ
ッファ２０１内に既にデータが保持されているか否かを
チェックする。ここでチェック方法については、本発明
の主要部分とは直接関りがないため特にフローチャート
では示さないが、キャッシュバッファ２０１内の使用中
の全てのバッファブロックを逐次的に走査してもよく、
あるいは、より効率よくチェックするためにハッシュ方
法と呼ばれる検索手段を用いてもよい。次に、ステップ
３０２ではキャッシュサーチの結果（ステップ３０１）
に基づいて、ファイルキャッシュバッファ２０１内に目
的のバッファブロックが存在したか否かを判定する。目
的のバッファブロックが存在した場合（これをキャッシ
ュヒットと呼ぶ）はステップ３０３へ進み、バッファブ
ロック内のデータを読み出してファイルの読み出し処理
は終了する。ステップ３０２にて、目的のバッファブロ
ックが存在しなかった場合（これをミスヒットと呼ぶ）
には、ステップ３０４へ進み、キャッシュ保持手段１０
４を通して新しいバッファブロックを確保し、ファイル
の実体が格納されている外部記憶装置からデータを読み
出して、確保したバッファブロックへデータを格納する
（ステップ３０５）。次に、ステップ３０５で新たなデ
ータが格納されたバッファブロックを使用中リストにつ
なげる（ステップ３０６）。これによって、ステップ３
０２においてヒットした場合と同じ状態となり、ステッ
プ３０３にてデータをキャッシュから読み出して一連の
ファイルの読み出し処理を終了する。

【００１６】次に、ファイルへのデータ書き出し処理に
ついて、図４のフローチャートに沿って説明する。プロ
グラムからファイルへのデータ書き出しが指示される
と、まずステップ３０１へ進む。ステップ３０１〜３０
４、ステップ３０６は、図３と同じであるため説明を省
略する。ステップ３０２で、ファイルキャッシュにヒッ
トした場合にはステップ４０１へ進む。ステップ３０２
にてキャッシュにミスヒットした場合には、ステップ３
０４で新たなバッファブロックを確保し、使用中リスト
へつなげ（ステップ３０６）、ステップ４０１へ進む。
ステップ４０１で、書き込みデータを確保したバッファ
ブロックに書き込んだ後、ファイルへのデータ書き出し
を行って一連の処理を終了する。

【００１７】次に、図３および図４におけるステップ３
０４のキャッシュバッファブロックの新規確保の処理に
ついて、図５のフローチャートに基づいて詳しく説明す
る。ファイルの読み込み、書き出し処理において新たな
バッファブロックが必要となると、現在ＣＰＵで実行さ
れているプロセスの優先度を得る（ステップ５０１）。
通常のオペレーティングシステムでは、現在どのような
プロセスが実行されているかについて常にデータ領域中
に保持されており、このデータ領域からプロセス優先度
ｎを得ることができる。次にステップ５０２では、ステ
ップ５０１で得た優先度ｎのプロセス用のファイルキャ
ッシュバッファを管理するリストへのポインタを得る。
本実施形態ではリストの配列１０５は１つの優先度に対
して１つ割り当てられているため、リストの配列１０５
のｎ番目の使用中リスト／フリーリストの組が優先度ｎ
のプロセス用のファイルキャッシュバッファを管理する
ことになる。次にステップ５０３ではステップ５０２に
てチェックしたフリーリストにバッファブロックがつな
がれているか否かを判定する。もしフリーリストにバッ
ファブロックがつながっているならば、ステップ５０４
へ進み、フリーリストの先頭につながれたバッファブロ
ックをリストからはずし、新たなバッファブロックとし
て、ファイルの読み出し、書き込み処理へ受け渡し、バ
ッファブロックの確保処理を終了する。ステップ５０３
にてフリーリストにバッファブロックが一つもつながれ
ていない場合には、ステップ５０５へ進む。ステップ５
０５ではステップ５０２で得たｎ番目の使用中リストを
走査し、その中から適切なバッファブロックをフラッシ
ュして、ステップ５０６へ進む。フラッシュ対象となる
バッファブロックは、一般にはＬＲＵ（Ｌｅａｓｔ Ｒ
ｅｃｅｎｔｌｙ Ｕｓｅｄ）アルゴリズムで求められて
いる。次にステップ５０６で、ステップ５０５にてフラ
ッシュしたバッファブロックをフリーリストにつなげた
後、ステップ５０２へ戻り、再度フリーリストのチェッ
クを実施する。この時、ステップ５０３では常に”ブロ
ック有り”と判定され、ステップ５０４にてバッファブ
ロックの確保処理を終了する。

【００１８】次に、ファイルキャッシュのフラッシュ処
理について詳しく説明する。フラッシュ処理は、一般に
は独立したプロセスで実行される（従来例に挙げたＵＮ
ＩＸオペレーティングシステムではデーモンと呼んでい
る）。このプロセスは一定の時間間隔で、低優先度で実
行されるのが普通であり、他のプロセスから見るとＣＰ
Ｕの空き時間を利用してシステムが自動的にキャッシュ
をフラッシュしているように見られる。図５のフローチ
ャートのステップ５０５は、上記プロセスとして実行さ
れるフラッシュ処理に相当する。

【００１９】以下、プロセスとして実行されるフラッシ
ュ処理について、図６のフローチャートに基づいて説明
する。まず、ステップ６０１にて変数ｉを１に初期化し
た後、変数ｉが上限値Ｎ以下であるかをチェックする
（ステップ６０２）。この上限値Ｎは図１におけるプロ
セス優先度の最大値Ｎおよび使用中リスト／フリーリス
トの組の個数Ｎに等しい。ステップ６０１で変数ｉを初
期化した直後では、必ず上限値Ｎ以下であるため、ステ
ップ６０３へ進む。ステップ６０３では、ｉ番目の使用
中リスト／フリーリストの組を得、使用中リストの先頭
のバッファブロックを求めて、ステップ６０４に進む。
ステップ６０４ではステップ６０３で求めたバッファブ
ロックがフラッシュの対象か否かをチェックする。使用
中リストは、単純なＬＲＵでは最近にアクセスされた時
間の逆順（つまり、リストの先頭のバッファブロックほ
ど長時間アクセスがされていない）にソートされている
のが普通であるので、チェックしたバッファブロックが
フラッシュの対象でなければ、上記使用中リストにつな
がれた他のバッファブロックもまたフラッシュの対象で
はないことになる。そのためステップ６０５に進み、変
数ｉを１だけインクリメントさせてステップ６０２にも
どり、次の使用中リストのチェックを行う。一方、ステ
ップ６０４で、バッファブロックがフラッシュの対象で
あると判定された場合にはステップ６０６へ進み、使用
中リストから該バッファブロックをはずす。該バッファ
ブロックは使用中リストの先頭であるため、該バッファ
ブロックをはずすことにより、使用中リストの中で最も
最近使用されていなかったバッファブロックが更新され
ることになる。次にステップ６０７では、ステップ６０
６にて使用中リストからはずしたバッファブロックのフ
ラッシュ処理を実行し、ステップ６０８にて該バッファ
ブロックをフリーリストの最後尾につなげた後、ステッ
プ６０３へ進み、再度ｉ番目の使用中リストの先頭をチ
ェックする。ステップ６０３、６０４、６０６、６０
７、６０８の処理を繰り返し、ｉ番目の使用中リストの
先頭のバッファブロックがフラッシュ対象でなくなれば
ステップ６０４にてステップ６０５へ分岐し、変数ｉが
インクリメントされた後ステップ６０２へ進む。Ｎ個の
使用中リスト全てに対して、ステップ６０２からステッ
プ６０８までの処理がなされると、ステップ６０２にて
変数ｉが上限値Ｎよりも大きくなり、キャッシュフラッ
シュの処理が終了する。

【００２０】実施の形態２．次に本発明の第２の実施形
態について、図７乃至図９に基づいて説明する。図７は
本実施形態におけるファイルキャッシュバッファの管理
機構についてのブロック図である。７０１はＮ個のプロ
セス優先度をＭ個の組にグループ化するための対応表、
１０５は図１におけるものと同じデータ構造であるが、
使用中リスト／フリーリストの組がＭ個である点におい
て図１におけるものとは異なる。尚、図において、１０
１から１０４、１０６は図１と同等の構成要素を示す。

【００２１】図８は図７におけるプロセス優先度テーブ
ル１０２、およびファイルキャッシュバッファの関係を
示す図であり、図において１０２、１０５および７０１
は図７におけるものと、また２０１は図２におけるもの
に同じである。

【００２２】次に動作について説明する。ファイルから
の読み出し、ファイルへの書き込みおよびキャッシュの
フラッシュ処理は実施形態１で説明したものと同じであ
る。ここでは、キャッシュバッファの確保処理につい
て、図９のフローチャートに基づいて説明する。ファイ
ルからの読み出しおよびファイルへの書き込み処理によ
り新たなキャッシュブロックの確保要求が生じるとステ
ップ５０１へ進み、実施形態１で説明したようにして実
行中のプロセスの優先度ｎを得る。次に、ステップ９０
１にて、対応表７０１を用いて優先度ｎからグループ番
号ｍを求める。この対応表は図７および図８の７０１に
示すように対応表のｎ番目のエントリに格納されている
値がグループ番号に相当している。次にステップ９０２
では、ステップ９０１で求めたグループ番号ｍにより、
ｍ番目の使用中リスト／フリーリストの組のフリーリス
トを得る。以降、ステップ５０３からステップ５０６は
実施形態１と同じ処理であるため説明を省略する。

【００２３】実施の形態３．次に、本発明の第３の実施
形態について図１０について説明する。本実施形態にお
けるファイルキャッシュバッファの管理機構についての
ブロック図、およびプロセス優先度テーブルとファイル
キャッシュバッファとの関係図は、実施形態１の図１お
よび図２と同様である。

【００２４】次に動作について説明する。ファイルから
の読み出し、ファイルへの書き込みおよびキャッシュの
フラッシュ処理については実施形態１で説明したものと
同じである。ここでは、キャッシュバッファの確保処理
について図１０のフローチャートに沿って説明する。フ
ァイルからの読み出しおよびファイルへの書き込み処理
より新たなキャッシュブロックの確保要求が生じるとス
テップ５０１へ進み、実施形態１で説明したようにＣＰ
Ｕが実行中のプロセスの優先度ｎを得る。次にステップ
１００１にて優先度ｎの値を変数ｉに写し、ステップ１
００２にてｉ番目のフリーリストをチェックし、ステッ
プ５０３にてフリーリストにバッファブロックがつなが
れているか否かを判定する。ステップ５０３で、フリー
リストにバッファブロックがつながれていた場合はステ
ップ５０４に進み、実施形態１の場合と同じ処理とな
り、バッファの確保処理を終了する。一方、ステップ５
０３にてｉ番目のフリーリストにバッファブロックがつ
ながれていなかった場合には、ステップ１００３に進
み、変数ｉが優先度の上限値Ｎより大きいか否かをチェ
ックする。初めてこのステップが処理される場合は、変
数ｉはステップ５０１で得た優先度ｎに等しいため必ず
上限値Ｎ以下であり、ステップ１００４へ進む。ステッ
プ１００４では変数ｉを１だけインクリメントし、ステ
ップ１００２へ戻る。以降ステップ１００２からステッ
プ１００４を繰り返し、ステップ５０３にてバッファブ
ロックがつながれているフリーリストを走査する。ｎ番
目以上のフリーリストの全てにバッファブロックがつな
がれていない場合には、ステップ１００３にて変数ｉが
優先度の上限値Ｎに等しくなり、ステップ５０５へ進
む。ステップ５０５およびステップ５０６は実施形態１
に同じであり、キャッシュをフラッシュすることにより
フリーリストにつながれたバッファブロックを作成す
る。次にステップ１００１に進み、再度ｎ番目のフリー
リストからバッファブロックの探索を始め、ステップ５
０６にてフリーリストにつながれたバッファブロックを
見つけ、処理を終了する。

【００２５】実施の形態４．次に、本発明の第４の実施
形態について図１１、図１２に基づいて説明する。図１
１は本実施形態におけるファイルキャッシュバッファの
管理機構を示すブロック図である。図において、１１０
１は下位優先度用のバッファブロックを使用可能なプロ
セス優先度の上限値を格納した横取り優先度格納域であ
る。尚、１０１から１０６は図１と同等の構成要素を示
す。

【００２６】次に動作について説明する。ファイルから
の読み出し、ファイルへの書き込みおよびキャッシュの
フラッシュ処理は実施形態１で説明したものと同じであ
る。ここでは、キャッシュバッファの確保処理について
図１２のフローチャートに沿って説明する。ファイルか
らの読み出しおよびファイルへの書き込み処理により新
たなキャッシュブロックの確保要求が生じるとステップ
５０１へ進む。ステップ５０１からステップ１００４ま
では実施形態３と同じなので、説明は省略する。ステッ
プ１００３にて変数ｉが上限値Ｎ未満の場合ステップ１
２０１へ進み、ステップ５０１で得た優先度ｎと横取り
優先度格納域１１０１に納められた値Ｘとを比較する。
もし、プロセス優先度ｎがＸよりも大きければステップ
５０５へ進み、ステップ５０５、５０６にてキャッシュ
のフラッシュを行い、ステップ１００１に戻り、再度バ
ッファブロックの確保を行う。ステップ１２０１にて、
もしプロセス優先度ｎがＸよりも小さければ、下位優先
度用のバッファブロックも利用可能であるため、ステッ
プ１００４へ進み、実施形態３と同じく、ｉをインクリ
メントしながら下位のフリーリストを走査していく。な
お数値が低い程、優先度は高いものと仮定している。

【００２７】実施の形態５．次に、本発明の第５の実施
形態について図１３乃至図１５に基づいて説明する。図
１３は第５の実施形態におけるファイルキャッシュバッ
ファの管理機構を示すブロック図である。図において、
１３０１はファイルへのアクセスを予定しているプロセ
スから、ファイルオープン時のパラメータまたは特別な
規約に基づいた方法により、事前に通知されたバッファ
ブロック予約指示に従って確保されたバッファブロック
の予約状況を保持するキャッシュ予約表である。尚、１
０１から１０６は図１と同等の構成要素を示す。

【００２８】図１４は図１３におけるキャッシュ予約表
１３０１のデータ形式例を示す図である。本実施形態に
おけるデータ形式では、生成されたプロセスをシステム
内で一意に識別可能な番号で表現したプロセス名と、該
プロセスの優先度、該プロセスから事前に予約を要求さ
れたバッファブロックの個数、およびプロセスからの要
求に基づいてオペレーティングシステムが確保したバッ
ファブロックの番号一覧に関するデータから構成されて
いる。

【００２９】次に動作について説明する。ファイルから
の読み出し、ファイルへの書き込みおよびキャッシュの
フラッシュ処理については実施形態１で説明したものと
同じである。ここでは、キャッシュバッファの確保処理
について図１５のフローチャートに基づいて説明する。
ファイルからの読み出しおよびファイルへの書き込み処
理により新たなキャッシュブロックの確保要求が生じる
とステップ１５０１へ進む。ステップ１５０１では、実
施形態１のステップ５０１で優先度ｎを得る処理と同じ
方法で、実行中のプロセスのプロセス名ｐを得る。通常
のオペレーティングシステムでは、このプロセス名はプ
ロセスＩＤに等しい。次にステップ１５０２にて、キャ
ッシュ予約表１３０１のプロセス名の部分をサーチし、
ステップ１５０１にて得たプロセス名ｐがバッファブロ
ックの予約をしているか否かをチェックする。ステップ
１５０２にて、もしプロセス名ｐがキャッシュ予約表１
３０１中に保持されていなければ、ステップ５０１へ進
み、実施形態１で説明したと同じようにバッファブロッ
クの確保処理を行う。一方、ステップ１５０２にて、プ
ロセス名ｐがキャッシュ予約表１３０１内に保持されて
いた場合はステップ１５０３へ進み、キャッシュ予約表
中のプロセス名ｐに一致したカラムの予約数の値を１だ
けデクリメントし、ステップ１５０４にて上記カラムの
予約ブロック一覧から先頭のバッファブロック番号を削
除し、削除した番号のバッファブロックを新たに確保し
たバッファブロックとすることにより、バッファブロッ
クの確保処理を終了する。

【００３０】実施の形態６．次に、本発明の第６の実施
の形態について、図１６、図１７に基づいて説明する。
図１６は第６の実施形態におけるファイルキャッシュバ
ッファの管理機構を示すブロック図である。図におい
て、１６０１は使用中／フリーリストの組に１対１に対
応して、各組に対する自動フラッシュ機能の実行周期時
間を格納したフラッシュ周期表である。尚、１０１から
１０６は、図１の同等番号相当の構成要素を示す。

【００３１】次に動作について説明する。ファイルから
の読み出し、ファイルへの書き込みおよびキャッシュバ
ッファの確保処理については、実施の形態１で説明した
ものと同じである。ここでは、キャッシュのフラッシュ
処理について、図１７のフローチャートに基づいて説明
する。ステップ６０１からステップ６０８は実施形態１
で説明した処理と同じである。ステップ６０２におい
て、変数ｉが優先度の上限値Ｎに未だ達していなければ
ステップ１７０１に進み、フラッシュ周期表１６０１の
ｉ番目のエントリに格納された周期Ｉを得て、ブロック
ｉのフラッシュ処理を実行する周期時間であるか否かを
チェックする。周期時間であるか否かの具体的な確認方
法としては、キャッシュフラッシュ手段１０６内にフラ
ッシュ処理が起動された回数を保持するカウンタを設
け、ｉ番目の周期時間Ｉで前記カウンタ値を除し、割り
切れた時、即ち前記カウンタ値が周期時間Ｉの整数倍に
なればフラッシュを実行すべき周期時間になったとして
判断すればよい。また、フラッシュ周期表１６０１の各
エントリに周期初期値を設け、ステップ１７０１では周
期時間Ｉを１だけデクリメントし、その結果が０になれ
ばフラッシュ処理を実行すべき周期時間になったと判断
してもよい。次に、フラッシュ処理を実行する周期時間
であると判断されると（ステップ１７０１）、ステップ
６０３以降でｉ番目のキャッシュバッファのフラッシュ
処理を実行する。この時のフラッシュ処理は実施形態１
で説明した動作と同じであるため省略する。ステップ１
７０１にて、未だ周期時間に達していないと判断された
場合はステップ６０５に進み、次のキャッシュバッファ
をチェックをするために変数ｉをインクリメントし、ス
テップ６０２へ戻る。以上のステップを繰り返し、フラ
ッシュ周期表１６０１の全てのエントリに対して周期時
間をチェックし、フラッシュ対象ブロックであればステ
ップ６０３以降のフラッシュ処理を実行し、ステップ６
０２にて変数ｉがＮよりも大きくなった時点で、一連の
フラッシュ処理を終了する。

【００３２】尚、本実施形態では、フラッシュの周期的
な実行をフラッシュ周期表１６０１なるテーブルを持
ち、この周期表を毎回走査することにより実現している
が、実施形態１で示したフラッシュ処理をプロセスにて
実現し、周期表１６０１のエントリ毎に前記プロセスを
独立して作成し、それぞれをオペレーティングシステム
の下で、対応する周期で実行させてもよい。

【００３３】実施の形態７．次に、本発明の第７の実施
形態について、図１８乃至図２１に基づいて説明する。
図１８は第７の実施形態におけるファイルキャッシュバ
ッファの管理機構を示すブロック図である。図におい
て、１８０１は使用中／フリーリストの組に１対１に対
応して、各組に対するＬＲＵキャッシュフラッシュアル
ゴリズムにおける初期カウンタ値を保持するＬＲＵカウ
ンタ表である。尚、１０１から１０６は図１の相当番号
の構成要素と同一であることを示す。

【００３４】図１９は図１８における使用中／フリーリ
ストの組の１つを詳細に記述した図であり、キャッシュ
ブロック確保処理において、バッファブロックがフリー
リストから使用中リストに写される時の状態を示してい
る。図において、１０５ｎはｎ番目の使用中／フリーリ
ストを示し、１８０１ｎはＬＲＵカウンタ表のｎ番目の
エントリを示す。１９０１ａ〜ｄは現在優先度ｎのプロ
セスによって使用されているキャッシュブロックであ
り、次のキャッシュブロックを指し示すポインタｎｅｘ
ｔとＬＲＵアルゴリズムにてフラッシュ対象か否かを判
定するためのカウンタｃｏｕｎｔｅｒとキャッシュデー
タを保持するｄａｔａ−ａｒｅａから構成されている。
１９０２ａ〜ｄは現在キャッシュとしては使われていな
いキャッシュブロックであり、ポインタｎｅｘｔでリス
トを構成している。

【００３５】次に、動作について説明する。ファイルか
らの読み出し、ファイルへの書き込み処理は実施形態１
で説明したものと同じである。ここでは、キャッシュバ
ッファの確保処理について、図２０のフローチャートに
沿って説明する。ファイルからの読み出しおよびファイ
ルへの書き込み処理により新たなキャッシュブロックの
確保要求が発生するとステップ５０１へ進む。ステップ
５０１からステップ５０６までは実施形態１と同じなの
で説明は省略する。ステップ５０３にて、ｎ番目のフリ
ーリストにバッファブロックが存在した場合は、ステッ
プ５０４でバッファブロックをフリーリストからはず
し、ステップ２００１へ進み、ＬＲＵカウンタ表１８０
１のｎ番目のエントリであるＬＲＵ初期カウンタ１８０
１ｎの初期カウンタ値ｉを得る。次に、ステップ２００
２で初期カウンタ値ｉを先に、ステップ５０４でフリー
リストからはずしたバッファブロックのｃｏｕｎｔｅｒ
領域へ写して、バッファブロックの確保処理を終了した
後、ファイルからの読み出しおよびファイルへの書き込
み処理へ戻ってデータを格納し、使用中リストにつな
ぐ。

【００３６】次に、キャッシュのフラッシュ処理につい
て、図２１のフローチャートに沿って説明する。ファイ
ルキャッシュのフラッシュ処理が開始されると、ステッ
プ６０１が実行される。ステップ６０１からステップ６
０５までは実施形態１と同じ処理であるため説明は省略
する。次にステップ６０３で、ｉ番目の使用中リストが
ｎｕｌｌでなければステップ２１０１へ進み、ステップ
６０４でチェックしたバッファブロックのｃｏｕｎｔｅ
ｒ値を１だけインクリメントする。次にステップ２１０
２では、インクリメントしたｃｏｕｎｔｅｒ値とキャッ
シュフラッシュの対象として判断する基準値とを比較す
る。 ここで、ｃｏｕｎｔｅｒ値がしきい値よりも小さ
ければ、まだフラッシュすべきバッファブロックではな
いと判断してステップ２１０３に進み、ｎｅｘｔ領域か
ら次のバッファブロックを得てステップ６０４へ戻る。
一方、ステップ２１０２にて、ｃｏｕｎｔｅｒ値がしき
い値を越えていた場合には、該バッファブロックはフラ
ッシュの対象であると判断してステップ６０６へ進む。
ステップ６０６からステップ６０８は、実施形態１で説
明したものと同じ処理であり、バッファブロックのフラ
ッシュ、使用中リストからフリーリストへの移動処理を
行ってステップ２１０３へ進み、次のバッファブロック
のチェックのためステップ６０４へ戻る。ステップ６０
４からステップ２１０３をｉ番目の使用中リストの全て
のバッファブロックに対して実行するとステップ６０５
へ進み、ｉ＋１番目の使用中リストにつながれたバッフ
ァブロックの処理に入る。以上、ステップ６０２から２
１０３を繰り返すことにより、全ての使用中リストにつ
ながれた全てのバッファブロックをチェックすることに
なり、しきい値より大きいｃｏｕｎｔｅｒ値を持つバッ
ファブロックは全てフラッシュされ、一連のキャッシュ
フラッシュ処理を終了する。

【００３７】以上のキャッシュフラッシュ処理を周期的
に実行することにより、ファイルキャッシュバッファ内
には、常にフラッシュのしきい値より大きなｃｏｕｎｔ
ｅｒ値を持つバッファブロックは存在せず、ｃｏｕｎｔ
ｅｒ値が大きい、すなわち、より最近アクセスされてい
ないバッファブロックからフラッシュの対象となってい
く。

【００３８】なお、本実施形態は説明しなかったが、図
３および図４のフローチャートに示したファイルからの
読み出し、ファイルへの書き込み処理において、キャッ
シュへヒットした場合には、上記バッファブロックのｃ
ｏｕｎｔｅｒ値は当然に初期値へ戻される。

【００３９】実施の形態８．次に、本発明の第８の実施
形態について図２２、図２３に基づいて説明する。図２
２は第８の実施形態におけるファイルキャッシュバッフ
ァの管理機構を示すブロック図である。図において、２
２０１は使用中／フリーリストの組に１対１に対応して
作成されたキャッシュフラッシュ処理を実行するプロセ
スに設定されたプロセス優先度を保持するキャッシュフ
ラッシュ優先度表である。キャッシュフラッシュ優先度
表２２０１に付けられた添字１、２、・・・、Ｎは、使
用中／フリーリストの組に付けられた添字と同じ番号の
ものであり、例えば１番目および２番目の使用中／フリ
ーリストに対応したキャッシュのフラッシュ処理をする
プロセスは、優先度３に設定されており、また３番目お
よび４番目の使用中／フリーリストに対応したキャッシ
ュフラッシュ処理プロセスは優先度５に設定されてい
る。尚、１０１から１０６は実施形態１の相当番号と同
一の構成要素を示す。

【００４０】次に動作について説明する。図２３は、図
２２におけるキャッシュフラッシュ優先度表２２０１に
基づいて優先度を設定されたキャッシュフラッシュ処理
プロセスのスケジューリングの順番を示したものであ
る。図において優先度３のキャッシュフラッシュ処理プ
ロセスとは、キャッシュフラッシュ優先度表２２０１よ
り、１番目および２番目の使用中／フリーリストの組に
対応したキャッシュのフラッシュ処理を実行するプロセ
スであり、同様に優先度５のキャッシュフラッシュ処理
プロセスは、３番目および４番目の使用中／フリーリス
トに対応したキャッシュフラッシュ処理を実行するプロ
セスである。

【００４１】また、図において、レディーキューとはＣ
ＰＵの割り当てを待つプロセスのリストの先頭を指すポ
インタで、通常のリアルタイムシステムでは、プロセス
のリストは優先度の高い順にソーティングされてリンク
されているので、現在実行中のプロセスがＣＰＵを解放
した場合には、プロセス制御手段１０１はこのレディー
キューの先頭プロセスを次に実行するプロセスとしてス
ケジューリングする。このため、プロセスの実行順序
は、優先度１のプロセス→優先度２のプロセス→優先度
３のプロセス→優先度３のキャッシュフラッシュ処理プ
ロセス→・・・・となり、図２３におけるレディーキュ
ーにつながれた順番にプロセスは実行されていく。

【００４２】この結果、１番目および２番目の使用中リ
ストにつながれたバッファブロックのフラッシュ処理
は、優先度３のキャッシュフラッシュ処理として実行さ
れるので優先度４を持つプロセスよりも先に実行される
が、優先度３を持つプロセスの処理の妨害はしないよう
になっている。同様にして、３番目および４番目の使用
中リストにつながれたバッファブロックは実行優先度５
のキャッシュフラッシュ処理として実行されるので、優
先度６のプロセスに先立ちフラッシュされるが、５以上
の優先度を持つ全てのプロセスが処理された後にのみ実
行されることになる。

【００４３】なお、キャッシュフラッシュ優先度表２２
０１に従って優先度を設定されたキャッシュフラッシュ
プロセスの処理は、対応する使用中リストにつながれた
バッファブロックに対してのみ実行されが、図６のフロ
ーチャートにおけるステップ６０３から６０８に示す処
理と同様であるため説明は省略する。

【００４４】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、ファイル
キャッシュバッファをプロセスの優先度と対応付け、優
先度ｎのプロセスが使用するキャッシュバッファを、該
優先度に対応付けられたキャッシュバッファのみにした
ので、異なる優先度を持つプロセスとの間でキャッシュ
競合が発生せず、特に優先度の高いプロセスのファイル
アクセス性能を向上させることができるという効果を奏
する。

【００４５】また、本発明によれば、ファイルキャッシ
ュバッファグループを縮退化させてプロセス優先度の数
と同じに分割したので、優先度の高いプロセスのファイ
ルアクセスが優先度の低いプロセス処理によって妨害さ
れることなく、しかも高優先度プロセスに対応したキャ
ッシュバッファを大きく取ることができるという効果が
ある。

【００４６】また、本発明によれば、高優先度のプロセ
スのファイルアクセスに対して、低優先度に対応付けら
れたキャッシュバッファをも利用可能としたので、高優
先度のプロセスが低い優先度のプロセスによって妨害さ
れることなく、且つ使用可能なキャッシュバッファをよ
り多く割り当てることができる。

【００４７】また、本発明によれば、低い優先度に対応
付けられたキャッシュバッファを利用可能なプロセスに
対して優先度での上限値を設けたので、一定の優先度以
上の高いプロセスのみが低優先度用のキャッシュバッフ
ァを利用することができ、該高優先度プロセスが低優先
度のプロセスに妨害されることなく、且つ低優先度のプ
ロセスも円滑に実行できるという効果がある。

【００４８】また、本発明によれば、プロセスのファイ
ルへのアクセスに対して事前に該プロセス専用のキャッ
シュバッファを予約することができるようにしたので、
高優先度のプロセスがより低い優先度のプロセスに妨害
されないという効果を保持するとともに、同じ優先度の
プロセスの処理にも影響を受けないようにすることがで
きる。

【００４９】また、本発明によれば、フラッシュ処理
を、より高い優先度に対応付けられたキャッシュバッフ
ァほど短周期で実行させるようにしたので、高優先度の
プロセスが使用するキャッシュバッファほど、バッファ
ブロックの利用効率を高めることができる。

【００５０】さらに、本発明によれば、キャッシュフラ
ッシュ対象の判断基準となるカウント値に、より高い優
先度のプロセスに対応付けられたキャッシュバッファほ
ど大きな初期値を設けるようにしたので、優先度の高い
プロセスに対応したキャッシュバッファほどシステム内
に存続できる時間が短くなり、キャッシュバッファブロ
ックの利用効率を高めることができる。

【００５１】加えて、本発明によれば、キャッシュバッ
ファのフラッシュ処理をプロセスとして実現してスケジ
ューリングし、より高い優先度に対応するフラッシュ処
理ほど高優先度値を設定するようにしたので、高優先度
のキャッシュバッファのフラッシュ処理が低い優先度の
フラッシュ処理によって妨害されることなく、キャッシ
ュ確保からキャッシュフラッシュに至るまで低い優先度
のプロセスの影響を排除することができるという効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施形態におけるファイルキ
ャッシュバッファの管理機構を示す図。

【図２】 本発明の第１の実施形態におけるプロセス優
先度とバッファブロックの関係を示す図。

【図３】 本発明の第１の実施形態におけるファイル読
み出し処理を示すフローチャート。

【図４】 本発明の第１の実施形態におけるファイル書
き込み処理を示すフローチャート。

【図５】 本発明の第１の実施形態におけるバッファブ
ロック確保処理を示すフローチャート。

【図６】 本発明の第１の実施形態におけるキャッシュ
フラッシュ処理を示すフローチャート。

【図７】 本発明の第２の実施形態におけるファイルキ
ャッシュバッファの管理機構を示す図。

【図８】 本発明の第２の実施形態におけるプロセス優
先度とバッファブロックの関係を示す図。

【図９】 本発明の第２の実施形態におけるバッファブ
ロック確保処理を示すフローチャート。

【図１０】 本発明の第３の実施形態におけるバッファ
ブロック確保処理を示すフローチャート。

【図１１】 本発明の第４の実施形態におけるファイル
キャッシュバッファの管理機構を示す図。

【図１２】 本発明の第４の実施形態におけるバッファ
ブロック確保処理を示すフローチャート。

【図１３】 本発明の第５の実施形態におけるファイル
キャッシュバッファの管理機構を示す図。

【図１４】 本発明の第５の実施形態におけるキャッシ
ュ予約表構成図。

【図１５】 本発明の第５の実施形態におけるバッファ
ブロック確保処理を示すフローチャート。

【図１６】 本発明の第６の実施形態におけるファイル
キャッシュバッファの管理機構を示す図。

【図１７】 本発明の第６の実施形態におけるキャッシ
ュフラッシュ処理を示すフローチャート。

【図１８】 本発明の第７の実施形態におけるファイル
キャッシュバッファの管理機構を示す図。

【図１９】 本発明の第７の実施形態における使用中／
フリーリストの構成例を示す図。

【図２０】 本発明の第７の実施形態におけるバッファ
ブロック確保処理を示すフローチャート。

【図２１】 本発明の第７の実施形態におけるキャッシ
ュフラッシュ処理を示すフローチャート。

【図２２】 本発明の第８の実施形態におけるファイル
キャッシュバッファの管理機構を示す図。

【図２３】 本発明の第８の実施形態におけるプロセス
スケジューリングの順序を示す図。

【符号の説明】

１０１ プロセス制御手段、１０２ プロセス優先度テ
ーブル、１０３ キャッシュ制御手段、１０４ キャッ
シュ保持手段、１０５ 使用中／フリーリストの組、１
０６ キャッシュフラッシュ手段、２０１ バッファブ
ロック、７０１プロセス優先度対応表、１１０１ 横取
り優先度上限値、１３０１ キャッシュ予約表、１６０
１ キャッシュフラッシュ周期表、１８０１ ＬＲＵカ
ウンタ初期値表、１９０１ 使用中バッファブロック、
１９０２ フリーバッファブロック、２２０１ キャッ
シュフラッシュ優先度表。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プロセススケジューリングを有するオペ
   レーティングシステム制御下において動作し、プロセス
   の実行・停止を司るプロセス制御手段と、プロセスに割
   り付る優先度を保持するプロセス優先度テーブルと、キ
   ャッシュバッファの確保・解放を司るキャッシュ制御手
   段と、キャッシュバッファを主記憶上に保持するキャッ
   シュ保持手段と、キャッシュバッファの使用状況を周期
   的にチェックしてフラッシュ制御処理を行うキャッシュ
   フラッシュ手段とを有するリアルタイムファイルシステ
   ムにおいて、 上記リアルタイムファイルシステムは、プロセス優先度
   の数と同じ数に分割されたキャッシュバッファと、 上記各キャッシュバッファはこれを構成する各ブロック
   を、使用中のブロックリスト及び未使用状態のブロック
   リストの組みとして管理する使用中・フリー状態リスト
   を備え、 プロセスがファイルアクセスする際に、該プロセスの優
   先度に対応したキャッシュバッファを使用するようにし
   たことを特徴とするリアルタイムファイルシステム。
2. 【請求項２】 プロセススケジューリングを有するオペ
   レーティングシステム制御下において動作し、プロセス
   の実行・停止を司るプロセス制御手段と、プロセスに割
   り付る優先度を保持するプロセス優先度テーブルと、キ
   ャッシュバッファの確保・解放を司るキャッシュ制御手
   段と、キャッシュバッファを主記憶上に保持するキャッ
   シュ保持手段と、キャッシュバッファの使用状況を周期
   的にチェックしてフラッシュ制御処理を行うキャッシュ
   フラッシュ手段とを有するリアルタイムファイルシステ
   ムにおいて、 上記リアルタイムファイルシステムは、プロセス優先度
   の数が各々に分割されたキャッシュバッファ数より多い
   場合において異なる優先度を有する複数のプロセスを１
   つのキャッシュバッファと対応付けるプロセス優先度対
   応手段と、 上記各キャッシュバッファはこれを構成する各ブロック
   を、使用中のブロックリスト及び未使用状態のブロック
   リストの組みとして管理する使用中・フリー状態リスト
   を備え、 プロセスがファイルアクセスする際に、該プロセスの優
   先度に基づいてプロセス優先度対応手段で規定されるキ
   ャッシュバッファを使用するようにしたことを特徴とす
   るリアルタイムファイルシステム。
3. 【請求項３】 プロセス優先度の高いプロセスがファイ
   ルアクセスしている場合において、該プロセスよりもプ
   ロセス優先度の低いプロセスに対応したキャッシュバッ
   ファを構成する未使用状態のブロックをも利用するよう
   にしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載
   のリアルタイムファイルシステム。
4. 【請求項４】 優先度の低いプロセスに対応したキャッ
   シュバッファを利用可能なプロセスの優先度に対して上
   限値を設けるようにしたことを特徴とする請求項３記載
   のリアルタイムファイルシステム。
5. 【請求項５】 プロセス識別情報、優先度、予約数、及
   び予約されたブロック情報からなる予約構成手段を備
   え、 ファイルアクセス時において上記構成手段にて予約され
   たブロックから優先的に使用するようにしたことを特徴
   とする請求項１または請求項２に記載のリアルタイムフ
   ァイルシステム。
6. 【請求項６】 キャッシュバッファ対応にキャッシュバ
   ッファのフラッシュ周期情報を格納したキャッシュフラ
   ッシュ周期表を備え、 上記キャッシュフラッシュ手段は定期的に起動されるプ
   ロセスとして構成されて、 キャッシュバッファのフラッシュ動作をキャッシュフラ
   ッシュ周期表に基づいて周期的に実行するようにしたこ
   とを特徴とする請求項１乃至請求項５に記載のリアルタ
   イムファイルシステム。
7. 【請求項７】 各キャッシュバッファを構成するブロッ
   ク対応にカウンタ値格納域を設け、 ブロックが未使用状態から使用中に遷移したときに使用
   中状態リストに接続するとともに、該ブロックに対応し
   たカウンタ値格納域に初期値を設定し、 キャッシュフラッシュ手段はフラッシュプロセスとして
   構成され、定期的に起動されるごとに該カウンタ値を更
   新し、カウンタ値が一定のしきい値以上になった場合に
   フラッシュするようにしたことを特徴とする請求項１乃
   至請求項５に記載のリアルタイムファイルシステム。
8. 【請求項８】 上記キャッシュフラッシュ手段はキャッ
   シュブロックをフラッシュするフラッシュプロセスをキ
   ャッシュブロック対応に備え、 該フラッシュプロセスの優先度をキャッシュブロックに
   対応したプロセス優先度に基づいて決定し、プロセスス
   ケジューリングすることによりキャッシュフラッシュ処
   理を行うようにしたことを特徴とする請求項１乃至請求
   項５に記載のリアルタイムファイルシステム。