JPS62198946A - デイスクキヤツシユシステム - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、ディスクコントローラ内にキャッシュメモ
リを備えたディスクキャッシュシステムに関する。

（従来の技術） この種ディスクキャッシュシステムでは、従来は、上位
装置からのディスクライト命令に対しディスク（ディス
クドライブ）への書込みが必ず行なわれていた。即ち従
来は、ディスクライト対象となるディスク領域のデータ
がたとえキャッシュメモリ内にあっても（即ちキャツシ
ュヒツトの場合であっても）、キャッシュメモリとディ
スクの内容を同時に更新していた。これは、システムに
供給されている電源が突然切断された等の障害が発生し
た場合に、ディスク上に未更新データが残されないよう
に考慮していることによる。

しかし、上記した方式では、ディスクキャッシュ構成に
よる性能向上が図れるのはリード動作の比率が＾い処理
の場合だけで、ライト動作の比率が高い処理では性能向
上は全く期待できない問題があった。

一方、上記のような′１１源障害が発生する恐れのない
＊ｍ装置を用いれば、ライト要求時のキャツシュヒツト
の場合にはディスクへの書込みを行なう必要はなくなる
が、この種の電源装置は極めて高価格となる問題があっ
た。

（発明が解決しようとする問題点） したがって、この発明の目的は、高価な電源装置を用い
ないためにはライト要求時のキャツシュヒツトの場合で
もディスクへの書込みを行なう必要があるという上記し
た従来の問題を解決し、高価な電源装置を用いることな
くディスクへの書込み回数を減少でき、もってシステム
性能の向上が図れるディスクキャッシュシステムを提供
することにある。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段と作用）この発明による
ディスクキャッシュシステムでは、各エントリに上位装
置により指定されたライ１〜データのディスク書込みが
未終了であることを示すライトコマンド受付はビットお
よび該当ブロックの置換を禁止する常駐ビットを有する
ディレクトリメモリと、ディレクトリサーチ手段と、ラ
イト命令実行制御手段と、リード命令実行制御手段とが
設けられる。ライト命令実行制御手段は、ディレクトリ
サーチ手段によりキャツシュヒツトが検出され且つ上位
装置からの命令が特定ディスクライト命令である場合に
ディレクトリメモリを参照し、ライトコマンド受付はビ
ットがセラ１〜しているエントリが所定数以上あるか否
かを判定する。もし所定数以上ない場合には、ライト命
令実行制御手段は、ライト命令で指定されたライトデー
タのキャッシュメモリの該当ブロックへの占込みを行な
うだけで、ディスクへの自込みについては控える。この
ときライト命令実行制御手段は、ディレクトリメモリの
該当エントリのライトコマンド受付はビットをセットす
る。これに対してリード命令実行制御手段は、ディレク
トリサーチ手段によりミスヒツトが検出され且つ上位装
置からの命令がディスクリード命令である場合にディレ
クトリメモリを参照し、常駐ピッ１−がリセットしてい
るエントリの中から置換対象エントリを決定する。そし
てリード命令実行制御手段は、置換対象エントリのライ
トコマンド受付はビットがセットしていれば、キャッジ
メモリの該当ブロックのデータをディスクに書込んだ後
、同ブロックへのリードデータ書込みと上位装置へのリ
ードデータ転送を行い、置換対象エン１〜りのライトコ
マンド受付はビットをリセットすると共に常駐ビットを
リード命令に応じてセット／リセットする。

上記の構成によれば、ライト要求時のキャツシュヒツト
の場合でのディスクへの書込み回数が減少できる。また
ライト要求時のキャツシュヒツトの場合にキ１νツシュ
には書込まれてもディスクには出込まれないブロックの
数が所定数以上とならないようにしているので、電源断
の検出時においてその電圧レベルが著しく低下してシス
テム動作が維持できなくなる前に上記の未書込みブロッ
クをディスクに虐込むことが可能となる。しかも、この
未書込みブロツ′ノの大部分を該当ディスク領域が連続
する常駐ブロックとしておくことにより、ディスク書込
みに要する時間を少なくできる。

（実施例） 第１図はこの発明の一部ｍ例に係るディスクギャッシュ
システムのブロック構成を示す。同図において、１０は
上位装置（ＨＯ８Ｔ）、２０は磁気ディスクドライブ　
（以下、単にディスクと称する）、３０は上位１ｆｉｌ
ｏからの要求に応じてディスク（ＤＩＳＫ）１０を制即
する磁気ディスクコントローラである。ディスクコント
ローラ３０は、ディスク２０の一部の写しが置かれるキ
ャッシュメモリ（ＣＡＣＨＥ）３１と、キャッシュメモ
リ３１のディレクトリ情報が登録されるディレクトリメ
モリ３２を有している。

ディレクトリメモリ３２の各エントリ（に設定されるデ
ィレクトリ情報）は、同エントリに対応するキャッシュ
メモリ３１のブロック（キャッシュブロック）の内容が
有効であるか否かを示すキャッシュ有効ビットと、上位
＠置１０により指定されたライトデータのディスク２０
への書込みが未終了であるか否かを示すライトコマンド
受付はビットと、同エントリに対応するキャッシュブロ
ックの置換を禁止するか否かを示す常駐ビットと、キャ
ッシュメモリ３１に格納されているデータブロック（デ
ィスクブロック）のディスクアドレス（ディスクブロッ
クアドレス）と、置換制御に供される置換カウンタ（置
換カウンタ値）とを有している。

第２図は上位＠１１０からディスクコントローラ３０に
出力されるディスクライト命令の要部フォーマットを示
す。このライト命令は、同命令が、ディスクライト要求
時のキャツシュヒツトの場合にライトデータをキャッシ
ュメモリ３１に書込むだけでディスク２０への書込みを
行なわずに終了する特定ライト命令であるか否かを指定
する特定ライト命令指定ビットを有している。

第３図は上位装［１０からディスクコントローラ３０に
出力されるディスクリード命令の要部フォーマットを示
す。このリード命令は、ディスクリード要求時のミスヒ
ツトの場合に、置換対象となるキャッシュメモリ３１内
キヤツシユブロツク（置換対象キャッシュブロック）に
対応するディレクトリメモリ３２内エントリ（これを置
換対象エントリと呼ぶ）の常駐ビットのセット／リセッ
トを指定する常駐指定ビットを有している。

次に、この発明の一実施例の動作を説明する。

まず、上位ｖｔ！ｉ１０からディスクコントローラ３０
に対しディスクライト命令が与えられた場合について、
第４図のフローチャートを参照して説明する。

ディスクコントローラ３０は、上位装置１０からディス
クライト命令が与えられるとディレクトリメモリ３２を
サーチし、同命令で指定されたディスク２０内書込み光
領域のデータがキャッシュメモリ３１内に存在するか否
か、即ちキャッシュメモリ３１にヒツトしているか否か
を調べる（ステップ８１　）。

もしヒツトしていなければ、ディスクコントローラ３０
は、上位装置（ＨＯ８Ｔ）１０からのライトデータをデ
ィスク（ＤＩＳＫ）２０に直接よ込んで（ステップＳ２
）処理を終了する。

一方、ヒツトしていれば、ディスクコンＩ・ローラ３０
は、上位装置１０からのディスクライト命令中の特定ラ
イト命令指定ビットがセットしているか否か、即ちディ
スクライト命令が特定ライ１−命令であるか否かをチェ
ックする（ステップ８３）。

もし特定ライト命令でなければ、ディスクコントローラ
３０は、上位装置１０からのライトデータをキャッシュ
メモリ３１およびディスク２０に書込む（ステップ８４
）。次にディスクコントローラ３０は、ディレクトリメ
モリ３２内ヒツトエントリ中の置換カウンタを更新して
（ステップ８５　）処理を終了する。

一方、上位装置１０からの命令が特定ライト命令であれ
ば、ディスクコントローラ３０はディレクトリメモリ３
２を参照し、ライトコマンド受付はビットがセットして
いるエントリがＮ個以上あるか否か、即ちライト要求時
のキャツシュヒツトの場合にキャッシュメモリ３１への
書込みは行なわれているものの、ディスク２０への１込
みが未だ終了していないブロック数がＮ個以上あるか否
かをチェックする（ステップ８６）。

もしＮ個以上なければ、ディスクコントローラ３０は、
上位装置１０からのライトデータをキャッシュメモリ３
１のみに１込み、ディスク２０への偶込みは控えるくス
テップ８７）。そしてディスクコントローラ３０は、デ
ィレクトリメモリ３２内ヒツトエントリ中のライトコマ
ンド受付はビットをセラ１へして処理を終了する（ステ
ップＳ８）。

一方、ディスク２０への書込みが終了していないブロッ
ク数がＮ個以上ある場合には、ディスクコントローラ３
０は、まず上位装置１０からのライトデータをキャッシ
ュメモリ３１およびディスク２０に出込む（ステップ８
９）。次にディスクコントローラ３０は、ライトコマン
ド受付はビットがセットしているディレクトリメモリ３
２内エントリに対応するキャッシュメモリ３１内キャッ
シュブロック（即ちディスク２０への書込み未終了ブロ
ック）のうち、幾つかのブロック（のデータ）をディス
ク２０に書込む（ステップ５１０）。この際の邂込みブ
ロック数は、ディスク２０への書込み未終了ブロックが
Ｎ個を下回る＊＜例えばＮ−２〉となるように決定され
る。このステップＳ１０の処理は、後述するように、上
記の書込み未終了ブロックの数を、電源瞬断時において
ディスク２０に書込むことが可能な最大ブロック数Ｎ以
下に抑えるために行なわれる。

次にディスクコントローラ３０は、ディスク２０に書込
んだキャッシュブロックに対応するディレクトリメモリ
３２内エントリのライトコマンド受付はビットをリセッ
トしくステップ５１１）、処理を終了する。

上記したように、この実施例では、特定ライト命令指定
ビットがセットしているディスクライト命令の場合、キ
ャツシュヒツトであればキャッシュメモリ３１への登録
は行なうものの、ディスク２０への書込みを控えるよう
にすることで、ディスク２０への書込み動作回数を減ら
すようにしている。

この方式によりキャッシュメモリ３１に発生するディス
ク２０への書込み未終了ブロックについては、上記した
ようにその数がＮ個以上とならないように管理され、後
述するように電源断時に全てディスク２０に書込まれる
。

次に、上位装置１０からディスクコントローラ３０に対
しディスクリード命令が与えられた場合について、第５
図のフローチャートを参照して説明する。

ディスクコントローラ３０は、上位装ｖ１１０からディ
スクリード命令が与えられるとディレクトリメモリ３２
をサーチし、同命令で指定されたディスク２０内領域の
データがキャッシュメモリ３１内に存在するか否か、即
ちキャッシュメモリ３１にヒツトしているか否かを調べ
る（ステップ５２１）。

もしヒツトしていれば、ディスクコントローラ３０はデ
ィレクトリメモリ３２内ヒツトエントリに対応するキャ
ッシュメモリ３１内キヤツシユブロツクから目的データ
を取出して上位装置１０に転送する（ステップ５２２）
。そしてディスクコントローラ３０は、ディレクトリメ
モリ３２内ヒツトエントリの常駐ビットを、上位装置１
０からのディスクリード命令の常駐指定ビットの指定に
応じてセットまたはリセットしくステップ５２３）、処
理を終了する。

なお、ステップ８２３では、上記のエントリ中の置換カ
ウンタが更新される。

一方、ヒツトしていなければ、ディスクコントローラ３
０はキャッシュメモリ３１の各エントリの常駐ビットが
いずれもセットしているか否かをチェックする（ステッ
プ５２４）。

ディレクトリメモリ３２内の全てのエントリについて常
駐ビットがセットしていたならば、ディスクコントロー
ラ３０は、置換対像キャッシュブロックが存在しないも
のとして、ディスク２０からのリードデータを上位ｌｉ
［１０のみに転送しくステップ５２５）、キャッシュメ
モリ３１への自込みを行なわずに処理を終了する。

一方、ディレクトリメモリ３２内に、常駐ビットがセッ
トしていないエントリが１つでもあれば、ディスクコン
トローラ３０はＩ！換アルゴリズムにより（置換カウン
タの内容により）置換対像エントリを決定する（ステッ
プ８２６）。このエントリに対応するキャッシュメモリ
３１内キヤツシユブロツクが、置換すべきキャッシュメ
モリ３１内キヤツシユブロツク〈置換対像キャッシュブ
ロック）となる。次にディスクコントローラ３０は、置
換対象エントリのライトコマンド受付はビットがセツト
シているか否かをチェックする（ステップ５２７）。

もしライトコマンド受付はビットがセットしていれば、
ディスクコントローラ３０は、そのエントリに対応する
キャッシュブロック、即ち置換対像キャッシュブロック
のデータをディスク２０に♂込み（ステップ８２８）、
Ｌかる後（上位装置１０からのディスクリード命令で指
定された）ディスク２０からのリードデータの上位装Ｍ
１０への転送と置換対象キャッシュブロックへの層込み
とを行なう（ステップ５２９）。そしてディスクコント
ローラ３０は、このキャッシュブロックを指定するディ
レクトリメモリ３２内エントリ（Ｉ換対象エンドす）に
ディスクブロックアドレス、置換カウンタ（の初期値）
を設定し、且つライトコマンド受付はビットをリセット
すると共に常駐ピッ］−を上位装置１０からのディスク
リード命令の常駐指定ビットに応じてセットまたはリセ
ットする　（ステップ５３０）。

ステップＳ３０により常駐指定ピッ］・がセットされた
ディレクトリメモリ３２内エントリに対応するキャッシ
ュブロックは、上記したように置換対象から外されるの
で、そのブロックのデータ、即らディスクリード命令で
指定されたディスクブロックのデータは、少なくともデ
ィスクリード命令の常駐指定ヒツトにより常駐ビットの
リセット（即ち該当キャッシュブロックのデータの常駐
解除）が指定されるまでは、キャッシュメモリ３１に常
駐する。このディスクブロックの常駐は、上記したよう
にディスクリード命令の常駐指定ビットにより指定でき
るので、即ちソフト的に指定できるので、高速処理を必
要とするジョブについて適用することにより、システム
全体の性能向上が図れる。

次に、電源の瞬断時の動作を第６図のフローチャートを
参照して説明する。

電源の瞬断は、図示せぬ瞬断検出器により検出される。

この実施例で適用されている電源装置は、瞬断検出器に
より電源瞬断が検出されてから一定期間は電源供給が可
能な構成となっている。ディスクコン１−ローラ３０は
、この電源供給が可能な期間中に以下に示す処理を行な
う。即ちディスクコントローラ３０は、瞬断検出器によ
り電源瞬断が検出されると、まず、その時点で実行中の
処理を完了させる（ステップ５３１）。次にディスクコ
ントローラ３０は、ディレクトリメモリ３２を参照し、
ライトコマンド受付はヒツトがセットしているエントリ
に対応するキャッシュメモリ３１内キヤツシユブロツク
のデータ（即ちキャッシュメモリ３１には登録されてい
てもディスク２０には未書込みのブロックのデータ）を
、順次ディスク２０に出込む（ステップ５３２）。

この実ｔＳ例では、ライトコマンド受付はビットがセッ
トしているエントリに対応するキャッシュブロックの数
、即ちディスク２０への占込み未終了ブロックの数を、
電１ｒＡＶ４断検出時からまだ電源供給が可能な時間の
間においてディスク２０に出込むことが可能な最大ブロ
ック数Ｎ以下に抑えている。

したがって、上記の宙込み未４！？ブロツクは、ステッ
プ８３２によってディスク２０に確実に書込まれる。こ
のｖ５東、電源１ｇｉ後のシステム立上げでは、全てデ
ィスク２０より誤りなくデータをリードすることができ
る。また、この実施例では、ディスクライト命令の常駐
指定により、會込み未終了ブロックの大部分を該当ディ
スク領域が連続する常駐ブロックとしておくことが可能
である。これは、電源断時において、書込み未終了ブロ
ックのディスク２０への書込みが高速に行なえること、
したがって上記のＮの値が大きくできることを示す。

なお、前記実施例では、磁気ディスクを対象とするディ
スクキャッシュシステムについて説明したが、この発明
はフロッピーディスク、光ディスク等のディスクキャッ
シュシステムにも同様に適用できる。

［発明の効果］ 以上詳述したようにこの発明によれば、高価な電ｉ装置
を用いることなくディスクへの書込み回数を減少できる
ので、キャッシュメモリを高速バッファとして使用でき
システム性能の向上が図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係るディスクキャッシュ
システムのブロック構成図、第２図は上記システムで）
♂用されるディスクライト命令の要部のフォーマット図
、第３図は上記システムで適用されるディスクリード命
令の要部のフォーマット図、第４図乃至第６図は動作を
説明するためのフローチャートである。 １０・・・上位装置（ＨＯ８Ｔ＞、２０・・・磁気ディ
スクドライブ（ディスク、ＤＩＳＫ）、３０・・・磁気
ディスクコントローラ、３１・・・キャッシュメモリ（
ＣＡＣＨＥ）、３２・・・ディレクトリメモリ。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第１図 第３図 第５図 第６図 手続補正書 ｒｓｓ　Ｊｌ・腎・３１８ 特許庁長官　宇　賀　道　部　　殿 １、事件の表示 特願昭６１−０４２２５８号 ２、発明の名称 ティスフキャッシュシステム ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 （３０７）株式会社　東芝 ４、代理人 ２、特許請求の範囲 （１）　　ディスクの一部の写しが置かれるキャッシュ
メモリをディスクコントローラ内に備えたディスクヤヤ
ツシエシステムにおいて、上記キャッシュメモリの各キ
ャッシュプロにより指定されたライトデータの上記ディ
スクへの書込みが未終了であることを示す情報を記憶す
るフィールドとを有するディレクトリメモリと、 いるか否かをサーチするディレクトリサーデ手段と、 このディレクトリサーチ手段によシキャツットされたエ
ントリが所定数以上あるか否かを判定し、所定数以上な
い場合には上記ディスクへの書込みを控え、上記ライト
命令で指定されたライトデータの上記ブイレフトリメ実
行制御手段と、 を具備することを特徴とするディスクキャッシュシステ
ム。 （２）上記ライト命令実行制御手段は、上記書込み未終
了情報記憶フィールドがセットしているエン）　ＩＪが
所定数以上ある場合に上記ライトデータを上記キャッシ
ュメモリの該当ブロックおよび上記ディスクに薔込み、
少なくとも上記所定数を越えたエン）　ＩＪの指定する
上記キャッシュメモリの内容を上記ディスクに書込んで
上記書込み未終了情報記憶フィールドをリセットするこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のディスクキ
ャッシュシステムＯ 許請求の範囲第１項記載のディスクキャッシュシステム
。 ロックが上記キャッシュメモリに登録されているか否か
をサーチするディレクトリサーチ手段と、 （６）　　上記ディスクリード命令には、ディスクリム
。 トリメモリの該当エントリの上記書込み末路を具備する
ことを特徴とするディスクキャッジニジステム。 ステム。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）ディスクの一部の写しが置かれるキャッシュメモ
   リをディスクコントローラ内に備えたディスクキャッシ
   ュシステムにおいて、上記キャッシュメモリの各キャッ
   シュブロックに対応するエントリに上位装置により指定
   されたライトデータの上記ディスクへの書込みが未終了
   であることを示すライトコマンド受付けビットおよび該
   当ブロックの置換を禁止する常駐ビットを有するディレ
   クトリメモリと、上位装置からのディスクライトまたは
   ディスクリード命令に応じて上記ディレクトリメモリを
   サーチするディレクトリサーチ手段と、このディレクト
   リサーチ手段によりキャッシュヒットが検出され且つ上
   記上位装置からの命令が特定ディスクライト命令である
   場合に上記ディレクトリメモリを参照して上記ライトコ
   マンド受付けビットがセットしているエントリが所定数
   以上あるか否かを判定し、所定数以上ない場合には上記
   ディスクへの書込みを控え、上記ライト命令で指定され
   たライトデータの上記キャッシュメモリの該当ブロック
   への書込みと上記ディレクトリメモリの該当エントリの
   上記ライトコマンド受付けビットのセットを行なうライ
   ト命令実行制御手段と、上記ディレクトリサーチ手段に
   よりミスヒットが検出され且つ上記上位装置からの命令
   がディスクリード命令である場合に上記ディレクトリメ
   モリを参照して上記常駐ビットがリセットしているエン
   トリの中から置換対象エントリを決定し、同エントリの
   上記ライトコマンド受付けビットがセットしていれば上
   記キャッシメモリの該当ブロックのデータを上記ディス
   クに書込んだ後、同ブロックへのリードデータ書込みと
   上記上位装置へのリードデータ転送を行い、上記置換対
   象エントリの上記ライトコマンド受付けビットをリセッ
   トすると共に上記常駐ビットを上記リード命令に応じて
   セット／リセットするリード命令実行制御手段とを具備
   することを特徴とするディスクキャッシュシステム。
2. （２）上記ライト命令実行制御手段は、上記ライトコマ
   ンド受付けビットがセットしているエントリが所定数以
   上ある場合に上記ライトデータを上記キャッシュメモリ
   の該当ブロックおよび上記ディスクに書込み、少なくと
   も上記所定数を越えたエントリの指定する上記キャッシ
   ュメモリの内容を上記ディスクに書込んで上記ライトコ
   マンド受付けビットをリセットすることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載のディスクキャッシュシステム
   。
3. （３）上記ディスクリード命令には、ディスクリード要
   求時のミスヒットの場合に上記置換対象エントリの上記
   常駐ビットのセット／リセットを指定する制御情報が設
   定されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載のディスクキャッシュシステム。