JPS61173355A - デイスクキヤツシユ設置方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、ディスクキャッシュの設置方式に関し、特に
、マルチプロセッサシステムやネットワークシステムで
共用ディスクをアクセスするのに好適なディスクキャッ
シュ設置方式に関するものである。

〔発明の背景〕

従来、ディスクキャッシュは、ディスク制御装置や入出
力制御チャネル、計算機の入出力制御ハードウェア側に
のみ装備されていた。しかし、ネットワークや複合計算
機システム等でディスク装置を共用する場合、ディスク
キャッシュはディスク装置側とネットワーク上またはバ
ス上の計算機システムの真勇に装着する方がネットワー
クやバスの通信処理時間の観点から望ましい。

ディスクキャッシュ装置に関する特許の例としては、特
開昭５７−１４６３５８号公報に示されるように、ディ
スク・メモリと半導体バルクメモリを組合せたディスク
制御装置にディスクキャッシュアダプタを用いることに
より、ディスクキャッシュ機器を有効にすることが開示
されている。しかし、この方法は、複数計算機システム
でバス。

ネットワーク、バス上にディスクキャッシーユの装置を
設定する方法を認識していない。

°（発明の目的］ 本発明の目的は、このような従来の問題点を解消し、ネ
ットワークシステムなどにおいて、データ転送処理によ
る共通バスのデータ占有時間を少なくシ、ディスクキャ
ッシュによる効率のよいデータ処理を可能なディスクキ
ャッシュのｖ１！方式を提供することにある。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するために１本発明では、複数のプロセ
ッサがネットワークあるいはバスを経由してディスク装
置をアクセスするシステムにおいて、該プロセッサ毎に
専用にアクセスする部分と共通にアクセスする部分でも
変更されない部分および一時的に変更が禁止された部分
のためのディスクキャッシュを上記プロセッサ側に持た
せ、上記プロセッサ間で共通にアクセスする部分のディ
スクキャッシュを上記ディスク装置側に設けたことに特
徴がある。

〔発明の実施例〕 以下１本発明の実施例を図面により説明する。

複数プロセッサでアクセスされるディスク装置のディス
クキャッシュは、ディスク制御装置側にのみ設置すると
、ネットワークやバスを経由してアクセスするため、オ
ーバヘッドが多かった。一方、プロセッサ側に用意する
場合は、ディスク装置の内容を変更すると複数プロセッ
サのディスクキャッシュを調らべて変更した部分に該当
するディスクキャッシュを修正する手間が必要である。

そこで、ディスク装置上で複数プロセッサから共用され
る部分のディスクキャッシュは、ディスク制御装置側に
一つ設け、プロセッサで私的に使用するディスク領域の
ディスクキャッシュは各々プロセッサ側に設けたことで
上記の問題を解決することを考えた。

本発明の実施例を述べる前にディスクキャッシュとディ
スク装置に対する人出力バッファの相異について述べる
。

ディスクキャッシュは、ディスクメモリ上の一部（ディ
スクメモリをページ、ブロックという単位で区分けし、
それらブロックのいくつかが、ランダムに選ばれたもの
）部がコピーされてセットされているものである０通常
、ディスク装置からデータを読込むとき、ディスクキャ
ッシュ２９に読み込まれ、主メモリ内のバッファに読込
まれる。

バッファは、計算機システムにより内容が変更されたり
、ページやブロックの大きさにより大きいことも小さい
こともあり、必ずしもディスク装置の内容と一致してい
るとは限らない、これは、主メモリ上のバッファとディ
スクキャッシュの相異であり、ディスクキャッシュ用の
メモリとディスクキャッシュを制御する装置が必要とな
る。制御する装置は、マイクロプログラムのような形で
制御用のアルゴリズムを組込んでディスクキャッシュの
内容を制御している。

第２図は１本発明が適用されるバス結合方式によるマル
チプロセッサシステムの構成図であり。

第３図は、本発明が適用されるネットワーク結合方式に
よるネットワークシステムの構成図である。

第２図、第３図において、１−１〜１〜ｎはプロセッサ
、３は共通バス、４はネットワーク、２−１〜２−ｎは
ディスク装置である。

第２図は、共通バス７によりプロセッサ１−１〜１−　
ｎとディスク装置２−１〜２−　ｎが結合されており、
第３図はネットワーク８によりプロセッサ１−１〜１−
　ｎとディスク装置２−１〜２−ｎが結合されている。

第２図と第３図の相異は、バス結合かネットワークでの
結合かで複数のプロセッサ（以下、マルチプロセッサと
いう）でディスク装置を共用する点で本質的シ；変りが
ない。

以下１本実施例は、ネットワークシステムを中心に説明
する・ 第４図は、ネットワークシステム（第３図参照）におけ
る各装置のデータの授受を示す図である。

第４図番；おいて、２０は主メモリ、２１は人出カバッ
ファ、２２はディスク制御装置、２３はディスク装置で
ある。

プロセッサは、ディスク装！！２３からデータを読む込
むときは、ディスク制御装置Ｉ２２を経由して主メモリ
２０上の入出力パップア２１にデータを読込む、また、
ディスク装置１１２３にデータを書込むときは、主メモ
リ２０上の人出力バッファ２１からデータを出力し、デ
ィスク制御袋ｆｆｌ！２２を経由してディスク族［２３
に書込む。

第５図は、第４図の主メモリ２０とディスク装置２３の
間にディスクキャッシュ２４を設けた構成例を示す図で
ある。

ディスクキャッシュ２４の構造は、二つのフィールドか
ら構成されており、先頭のフィールド２５は、ディスク
装置２３上のどの部分が格納されているかを示す情報ａ
ｌ、ａ２．　　・・・、ａｉがセットされており、もう
一方のフィールド２６は。

ディスク装置！２３上のデータのコピー（：ｌ、ｃ２゜
・・・、ｃｎがセットされている＋＋ａｌとｃｌ。

ａ２とｃ２．　　・・・のように、ディスクキャッシュ
２４に格納されているデータとディスク装置２３のどの
部分のコピーかを示す情報は、互いに対応づけられてい
る。

ディスク族！２３からは、ページとかブロックと呼ばれ
るある大きさのメモリ単位が読み書きされる。ディスク
キャッシュ２４は、主メモリ２０とディスク族［２３の
中間に位置するものでディスク装置２３の内容の一部を
コピーしたもので、一般に主メモリ２０より安価、小容
量で低速なメモリが使用され、ディスク族！！２３より
も高速である。

ディスク装置２３の内容の一部をディスクキャッシュ２
４にセットしておくことにより、データ読込みの際、デ
ィスクキャッシュ２４から主メモリ２０の人出力バッフ
ァ２１に読込むことにより、処理速度を向上できる。ま
た、ディスクキャッシュ２４は、ディスク装置２３の内
容すべてを格納できる容量を持っていないので、ディス
ク装置２３上の一部のコピーのみが入っている。入出力
バッファ２１の内容をディスク装置２３に書込むときは
、ディスクキャッシュ２４とディスク族Ｗ１２３の両方
に書込む。

第１図は、本発明の一実施例を示すディスクキャッシュ
を設置したネットワークシステムの構成図である。これ
は、ネットワーク上に接続されたディスク制御装置と計
算機システムを示したものであす、ディスクキャッシュ
は、ディスク制御装置上に装備する方式と計算機システ
ム上に装備する方式を示しである。

第１図において、３１はネットワーク４，３２はディス
ク制御装置、３３は計算機システム、３４゜３７はディ
スクキャッシュ、３５．３８は通信コントローラ、３６
はディスク装置、３９はプロセッサ、４０はメモリであ
る。ここでは、ネットワークシステムにディスク制御装
置！３２と計算機システム３３は複数（１つ以上）存在
するものとする。

ディスク制御装置３２は、ディスクキャッシュ３４、ネ
ットワーク３１を経由して計算機システム３３と交信す
る通信コントローラ３５で構成される。一方、計算機シ
ステム３３は、プロセッサ３９の他にディスクキャッシ
ュ３７．メモリ４０、通信コントローラ３８等で構成さ
れる。ここでは。

本発明に直接関係しない構成要素は省略しである。

ディスクキャッシュをディスク制御装置３２側に置いた
場合と計算機システム３３側に置いた場合の利点、欠点
は次の通りである。

（１）ディスクキャッシュを計算機システム３３側に装
備した場合 （、）利点：ディスクキャッシュ３７上に読出すデータ
があるときは、ネットワーク３１を介してディスク制御
袋［３２と交信する必要がなく、オーバヘッドが大幅に
少なくなる。

（ｂ）欠点：ディスク装置３６の内容を複数の計算機シ
ステム３３でアクセスする場合、ディスク装置３６の内
容の一部をコピーしであるディスクキャッシュ３７の内
容も変更しなければならない、ネットワーク３１上の複
数の計算機システム３３のディスクキャッシュ３７をす
べて調べて変更の必要のあるものを見つけ、変更するの
に手間がかかり、複雑な処理を必要とする。

（２）ディスクキャッシュをディスク制御装置３２側に
装備した場合 （ａ）利点：ディスク制御装置３２上のディスクキャッ
シュ３４のみを保守すればディスク族Ｗ１３６の変更に
対応できる。

（ｂ）欠点：ディスクキャッシュ３４の効果は、ディス
ク装！Ｉ３６から読み込むか、ディスクキャッシュ３４
から読み込むかの相異であり。

上記（１）の場合のようにネットワーク３１上での通信
オーバヘッド削減の効果が得られなに’ｓ 以上のようにそれぞれ利点と欠点が存在する。

そこで１本発明は、ディスク制御装置３２側と計算機シ
ステム３３側の両方にディスクキャッシュ３４．３７を
それぞれ装備して、複数の計算機システム３３で共用さ
れるディスク装置３６の部分をディスク制御装置３２側
のディスクキャッシュ３４で管理し、計算機システム３
３側で使用される部分は、計算機システム３３側のディ
スクキャッシュ３７で管理する方式とする。

共用されるディスク装置３６の部分でも、変更されない
データが格納されている部分は、計算機システム３３側
のディスクキャッシュ３７で管理することが可能である
。また、共用される部分でも、変更時に各計算機システ
ム３３上のディスクキャッシュ３７を調べて、該当する
ディスクキャッシュ３７のエントリを使用不可として変
更することにより、共用部分、非共用部分共に計算機シ
ステム３３側のディスクキャッシュ３７のみで管理でき
る。これは、バス結合上の計算機システムの少ない場合
に適用できる。

第６図は、本実施例におけるディスクキャッシュ３４．
３７の構成の詳細説明図である。

第６図において、５０は制御部を示したものであり、５
１〜５４はディスクの部分をディスクキャッシュ上に取
込んだメモリブロックの内容を示したものである。制御
部５０は、４つの栗素から構成されており、４６はこの
ディスクキャッシュのエントリが有効か無効か、共用か
専用かなどを示すフラグがセットされており、４７．４
８はデータの集まり（ファイル）につけられた識別子を
示し、４８はそのデータの集まりの先頭から何ブロック
目に位置するかを示している。４９はディスクキャッシ
ュのメモリブロックの内容がセットされている場所を示
している。

第７図は、第１図の計算機システム３３側に装備したデ
ィスクキャッシュ３７のデータ読込みに関する処理手順
を示すフローチャートである。

まず、読込むデータが共用のものか、非共用のものかを
調べる（ステップ５５）、その結果を判定して（ステッ
プ５６）、非共用のものであれば、計算機システム３３
側のディスクキャッシュ３７を探索して調べる（ステッ
プ５７）、ディスクキャッシュ３７にあるかを判定して
（ステップ５８）、もしあれば、ディスクキャッシュ３
７上でこのメモリブロックが最近参照されたとして、デ
ィスクキャッシュ３７でのエントリの位置を換える（ス
テップ５９）、これは、最も最近に使用されたメモリブ
ロックをディスクキャッシュ３７上に残すことにより、
参照される頻度の多さに対応するためである。その後、
ディスクキャッシュ３７上のメモリの内容をメモリ４０
の入出力用バッファに移す（ステップ６０）、ディスク
キャッシュ３７上にないときは、ディスク制御部［１３
２側にネットワーク３１を経由してデータ読込みのため
のコマンドを送る（ステップ６３）、データが返送され
たときには、ディスクキャッシュ３７にデータを格納す
る（ステップ６４）１次に、制御情報などをセットしな
おす、どのディスクキャッシュのエントリに格納するか
は、キャッシュディスク上で最も使用されなかったメモ
リブロックから順にチェインを結合したり、スタックに
最近に使用されたメモリブロックをのせる方式等で制御
する（ステップ５９）、その後、ステップ６０の処理を
行う。

共用ファイルのデータであるならば（ステップ５９）、
　データ読み込みのコマンドをネットワーク３１を経由
してディスク制御部！！３２に送り、データを返送して
もらう１次に、そのデータを入出力バッファに転送する
（ステップ６２）。

第８図は、第１図のディスク制御装置！３２側に装備し
たディスクキャッシュ３４のデータ読込みに関する処理
手順を示すフローチャートである。

ネットワーク３１上の複数の計算機システム３３間で共
用するファイルかを判定する（ステップ６５）、共用す
るファイルの場合は、ディスク制御装置３２のディスク
キャッシュ３４に読出すデータがセットされているか判
定する（ステップ６６）。

セットされていないときは、ディスク装置３６から読出
したデータを格納するディスクキャッシュ３４のエント
リを選択する（ステップ６７）、これは、！＆も最近使
用されないエントリを選ぶ、つぎに１選択したエントリ
にデータを読込み、そのエントリに読込んだデータの情
報をディスクキャッシュ上にセットする（ステップ６８
）、その後、読込んだデータをネットワーク３１上の要
求中のプロセッサ３９に送信する（ステップ６９）。

ディスクキャッシュ上に該当するデータがセットされて
いるときは（ステップ６６）、その内容をネットワーク
３１上の計算機システム３３の要求プロセッサに送信す
る（ステップ７０）０次に、ディスクキャッシュ３４の
該当するエントリが使用されたという状態（チェインの
つなぎ替えやスタック上の位置換えを行う）にする（ス
テップ７１）。

共用ファイルでないときは（ステップ６５）、ディスク
制御袋！！３２から要求されたデータブロックを読込み
（ステップ７２）、その内容をネットワーク３１を経由
して要求元のプロセッサ３９へ送信する（ステップ７３
）。

第９図は、第１図の計算機システム３３側からディスク
装Ｗ！３６へのデータ書込みに関する処理手順を示すフ
ローチャートである。

まず、書込むデータが複数の計算機システム３３間で共
用されるものか判定する（ステップ７５）。

共用ファイルでないときは、計算機システム３３上のデ
ィスクキャッシュ３７上に対応するデータブロックがあ
るかチェックする（ステップ７６）。

ディスクキャッシュ３７上に対応するエントリがある場
合は、該当するディスクキャッシュ３７の内容を書き替
え、最近そのエントリが参照された状態に変更する（ス
テップ７７）０次に、ディスク制御装置１！３２側のデ
ィスク装置ｉａ６に書込むデータをネットワーク３１を
経由して送信する（ステップ７８）、該当するデータブ
ロックがディスクキャッシュ３７のエントリ中にないと
きは（ステップ７６）、書き換えるエントリ（最近使用
されていないブロック）を選択する（ステップ７９）、
一方、ステップ７５の処理で書込みが行われるファイル
が共用の場合は、ステップ７８の処理を行う。

第１０図は、第１図のディスク制御袋！！３２側。

のデータをディスク装置３６へ書込む処理手順を示すフ
ローチャートである。

まず、複数の計算機システム３３から共用されるファイ
ルのデータが、書込まれるのか判定する（ステップ８０
）、共用ファイルである場合は、ディスクキャッシュ３
４上に書込まれるデータブロックと対応する部分がある
か調べる（ステップ８１）。

対応する部分がある場合は、ディスクキャッシュ３４上
の該当エントリを書換え、そのエントリを最近参照され
た状態に変更する（ステップ８２）。

次に、対応するディスク装！！３６上の内容も変更、す
なわち書込みを行う（ステップ８３）、一方、ステップ
８１の処理で該当エントリがディスクキャッシュ３４上
にないときは、書き換えるべきエントリを探索する（ス
テップ８４）１次にステップ８２゜８３の処理を行う、
ステップ８０の処理で該当データが共用ファイルのもの
でなければ、ディスク制御装置ｉ！３２上のディスクキ
ャッシュ３４の変更は生じないので、直ちにステップ８
３の処理でそのデータをディスク装置３６へ格納（書込
む）する。

第１１図は、ディスク制御装置側のディスクキャッシュ
装置の構成例を示す図である。

第１１図において、８１はインタフェース泪の制御線、
８２はインタフェース、８３はマイクロプログラムコン
トローラ、８４はディスク制御プログラム、８５はキャ
ッシュ制御プログラム、８６はキャッシュメモリ（半導
体メモリ）、８７はディスクインタフェース、８８はデ
ィスク装置、８９はバスである。

ディスクキャッシュのメモリとして使用されるのは、主
メモリより安価で低速の半導体メモリ８６であり、これ
が、ディスク装ｆｉ８８とディスクインタフェース８７
．ディスク制御用マイクロプログラム８４、キャッシュ
制御用マイクロプログラム８５とそのコントローラ８３
とバス８９を介して接続されている。ディスク装［８８
へのデータム出力コマンドは、制御線８１を経由してマ
イクロプログラムコントローラ８３に渡される。

第１２図は、ネットワーク上の計算機システムのディス
クキャッシュ装置の構成例を示した図である。ここで、
計算機システムにディスクを持たない場合は、第１１図
に示すディスク装置８８とディスクインタフェース８７
のない形式である。

第１２図において、９１は制御線、９２はインタフェー
ス、９３はマイクロプログラムコントローラ、９４はリ
モートディスク制御用のマイクロプログラム、９５はキ
ャッシュメモリ制御用のプログラム、９６はバス、９７
はキャッシュメモリである。

ディスク（リモート）に対する入出力要求は、制御ＩＩ
Ａ９１で接続された計算機システムから渡され。

マイクロプログラムコントローラ９３により解釈される
キャッシュメモリ９７のメモリ中にないときは、リモー
トディスク制御用のマイクロプログラム９４がインタフ
ェース９２を介してキャッシュメモリ９７にないことを
計算機システムに伝え、ネットワークを通してマイクロ
プログラム９４からデータの入出力を行ってもらう。そ
して、その結果のデータが返ってきたときには、計算機
システムは、制御線９１．インタフェース９２を通して
そのデータに関連する情報をマイクロプログラムコント
ローラ９３に渡してくれる。キャッシュ制御用マイクロ
プログラム９５は、キャッシュメモリ９７のエントリを
これら情報により管理する。

その方式は前述した。

第１３図は、ネットワーク上の計算機システム上にロー
カルディスク１０８を備えたディスクキャッシュ装置の
構成例を示す図である。

第１３図において、１００は制御線、１０１はインタフ
ェース、１０２はマイクロプログラムコントローラ、１
０３はリモートディスク制御用マイクロプログラム、１
０４はキャッシュメモリ制御用マイクロプログラム、１
０５はローカルディスク制御用マイクロプログラム、１
０６はバス、１０７は半導体メモリ（キャッシュメモリ
）、１０８はディスクインタフェース、１０９はローカ
ルディスク装置である。

これは、リモート、ローカル両ディスクのキャッシュメ
モリとして、半導体メモリ１０７は使用される。マイク
ロプログラム１０３，１０４，１０５が用意されローカ
ル、リモートディスクの制御およびキャッシュメモリ１
０７の制御を行う。

このようにして１本実施例によれば、ディスクキャッシ
ュ上にデータが搭載されている場合、ディスク装置から
データを読込む必要がなくなり、応答速度の向上を期待
できる。特に、ネットワーク上の計算機システム間でデ
ィスク装置を共用する場合は、ネットワークを経由して
ディスク装置とのやり取りをするのでその効果が著しい
。

また、ネットワーク上の計算機システムにディスクキャ
ッシュを装備した場合は、キャッシュ上のデータがその
計算機の処理に依存した内容となるので、複数の計算機
でディスクキャッシュを共用する場合に比べてディスク
装置に入出力されるデータがディスクキャッシュ上に存
在する確率が大きくなる。

一方、ディスクキャッシュが、複数の計算機システムで
使用されるデータ用として、ディスク制御装置側に装備
され、計算機システムで専用のデータのために計算機シ
ステム側にディスクキャッシュを装備することにより、
共用されるデータ用に各計算機システム上にディスクキ
ャッシュを装備した場合の欠点（変更を生じたとき、す
べての計算機上のディスクキャッシュを調べで書き直す
処理）を補い、また、専用データをネットワークを経由
して、ディスク装置までアクセスに行くことを補える効
果がある。

〔発明の効果〕 以上説明したように１本発明によれば、ネットワークシ
ステムなどにおいて、データ転送処理による共通バスの
データ占有時間を少なくし、ディスクキャッシュによる
効率のよいデータ処理をできるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すディスクキャッシュを
設置したネットワークシステムの構成図。 第２図、第３図は本発明が適用される計算機システムの
構成図、第４図はネットワークシステムにおける各装置
のデータの授受を示す図、第５図は第４図の主メモリと
ディスク装置の間にディスクキャッシュを設けた構成例
を示す図、第６図は本実施例におけるディスクキャッシ
ュの構成例を示す図、第７図、第８図は計算機システム
側とディスク制御装置側のディスクキャッシュのデータ
読込みに関する処理手順を示すフローチャート、第９図
、第１０図は計算機システム側からとディスク制御装置
側のディスク装置にデータを書き込む処理手順を示すフ
ローチャート、第１１図はディスク制御装置側のディス
クキャッシュ装置の構成図、第１２図はネットワーク上
の計算機システム側のディスクキャッシュ装置の構成図
、第１３図はローカルディスクを備えた計算機システム
のディスクキャッシュ装置の構成図である。 ３１：ネットワーク、３２：ディスク制御装置、３３：
計算機システム、３４，３７：ディスクキャッシュ、３
５．３８：通信コントローラ、３６：ディスク装置、３
９：プロセッサ、４０：メモリ、４６：フラグ、４７，
４８：識別子、４９：ディスクキャッシュのメモリブロ
ックの内容がセットされている場所、５０：制御部、５
１〜５４：メモリブロック。 第１図 ス１ 第２図 ２−１　　　　　　　　　　　　２−ｎ第　　　３　　
　図 第４図 第７図 第８図 第９図 第　　　１０　　　図 第１１図 第１３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数のプロセッサがネットワークあるいはバスを
   経由してディスク装置をアクセスするシステムにおいて
   、該プロセッサ毎に該ディスク装置を専用にアクセスす
   る部分と共通にアクセスする部分でも変更されない部分
   および一時的に変更が禁止された部分のためのディスク
   キャッシュを上記プロセッサ側に持たせ、上記プロセッ
   サ間で共通にアクセスする部分のディスクキャッシュを
   上記ディスク装置側に設けたことを特徴とするディスク
   キャッシュの設置方式。