WO1993003436A1

WO1993003436A1 - Method and apparatus for reducing lock period of shared buffer

Info

Publication number: WO1993003436A1
Application number: PCT/JP1992/000996
Authority: WO
Inventors: Katzumi Hayashi; Masaaki Mitani; Yoshinori Shimogai
Original assignee: Fujitsu Limited
Priority date: 1991-08-06
Filing date: 1992-08-05
Publication date: 1993-02-18
Also published as: JP3107094B2; DE69228297D1; EP0551528B1; EP0551528A4; EP0551528A1; DE69228297T2

Description

明細書共用バッファのロック期間短縮処理方法及び装置

技術分野

本発明は共用バッファのロック期間短縮処理方法及び装置に関し- 特に、データべ一ス管理システムを介してアプリケ一シヨン ' プログラムがデータベースをアクセスする場合に、介在する共用バッファのロック期間を短縮する方法及び装置であって、例えば、複数のトランザクションが共用する共用バッファの内容をデータベースに書き戻すためのロック期間によって他のトランザクションが待機する待機時間を著しく短縮することが可能な共用バッファのロック崩間短縮処理短縮方法及び装置に関する。

背景技術

近年、コンピュータを使用したデータ処理システムにおいて、「データベース」なる用語が多用されている。「データべ一ス」とは種々の業務又はユーザが利用できるように情報を統合化した共用ファイルをいう。そして、このデータベースを管理するソフトゥェァをデータベース管理システムと称している。また、アプリケーシヨン . プログラムとは、このデータベース管理システムを介して入力データに応じたデータベースの参照や更新、即ち、トランザクシヨンを行うためにコンピュータにて実行可能な手順をいう。従って. トランザクションはアプリケーション · プログラムの種類をデータベースの参照、検索、更新等として多重処理する際の実行単位であ 0

ところで、トランザクションがデ一夕ベースの情報をァクセスするときには、. このアクセスに先立つトランザクションにより、ディスクからデータベースの情報が既に共用バッファ上に転送され処理されている場合にはそれを、そうでない場合はディスク上の情報を共用バッファに転送し、データベース管理システムを介してこの共用バッファの内容を参照や更新する。このようなデータベースの情報はディスクと共用バッファ群を合わせて保持される。従って、長期に渡って次々にトランザクションが利用するデータは共用バッファに常駐することになる。

しかし、共用バッファ群は高速で揮発性メモリ上に確保されるので、ディスクに書き戻していない状態で完結したトランザクション処理の結果を、システム異常等の原因で共用バッファの最新内容が失われた場合に備えて更新後ログとして不揮髡性メモリに記億しておかねばならない。この更新後ログによりディスク上の情報を利用して最新の共用バッファの内容のリカバリが可能である。従って、更新後ログの量に比例したリカバリ時間が必要となるので、リカバリに関与する更新後ログを削減する必要がある。ディスクの情報を補う更新後ログだけでリカバリできるので、多くの更新後ログが関与する共用バッファの内容を時々ディスクに書き戻すことにより、これを実現することができる。この書き戻しのための期間を共用バッファのロック期間という。

共用バッファは一般に複数のトランザクションにより共用されているので、複数のトランザクションが共用バッファを使用することになるが、この場合、従来、ロック期間はこの共用バッファをァクセスするトランザクションは逐次化のため書き戻し処理の待ち状態に置かれることになつていた。

本発明はこの共有バッファのロック期間をメモリ複写のための待機期間だけにすることが可能なロック期間短縮処理短縮方法及び装置に関する。発明の開示

本発明の 1つの形態は、データ処理システムにおける共用バヅファのロック期間短縮処理方法であって、本発明の方法は、

共用バッファの内容を不揮発化する際に使用する複写用メモリを確保する過程と、対象となる共用バッファを一時的に口ックする過程と、不揮発化する共用バッファの内容を複写用メモリに複写する過程と、複写用メモリへの複写後に該共用バッファをアンロックする過程と、複写用メモリの内容を不揮発化する過程とを備えており. 共用バッファの内容を該複写用メモリに複写する前に、対象となる共用バッファをロックし、複写を完了した後で複写用メモリの内容を不揮発化する前に、共用バッファをアンロック（即ち、ロックの解除）を行うことを特徴とする。

また、本発明では不揮発化の対象となる共用バッファに更新の可能性があるか否かを判定する過程をさらに備えており、更新の可能性がないときに、複写用メモリを確保せず、かつその複写用メモリへの複写処理を行わずに、対象となる共用バッファの内容をデータベースに書き戻して不揮発化する。

本発明の他の形態は、データベースへのアクセス機能を提供し管理するデータベース管理システムと、複数のトランザクションが共通に使用する共用バッファ（群）と、一時的に更新前ログ及び更新後ログを格納する口グバッファと、更新前ログ及び更新後ログを格納するログファイルと、諸データを格納するデータベースとを備えるデータ処理シスデムにおいて、本発明の他の形態によれば、

データ処理システムは、さらに一時的に前記共用バッファの内容を保持するための複写用メモリを備え、データベース管理システムは、さらに対象となる共用バッファの内容を複写用メモリに複写する制御を行う置換制御部と、対象となる共用バッファの更新の可能性を判定する処理選択部と、対象となる共用バッファの排他制御を行う排他制御部と、更新前ログ又は更新後ログを採取する口グ制御部とを備え、

共甩バッファの内容を複写甩メモリに複写する前に、対象となる共用バッファをロックし、複写を完了した後で前記複写用メモリの内容を不揮発化する前に、共用バッファをアンロックし、共用バッファのロック期間の短縮を図ることを特徵とする。

そして、処理選択部は、書き戻し対象となる共用バッファが書き戻し期間中に何れかのトランザクションにより更新対象となる可能性があるかどうか予想して、更新の可能性がないときに、複写用メモリを確保せず、かつその複写用メモリへの複写処理を行わずに、対象となる共用バッファの内容をデータベースに書き戻して不揮発化する。図面の簡単な説明

図 1 は従来の共用バッファ制御の説明図である。

図 2は従来技術によるデータベースへの書き戻しの説明図である。図 3は従来技術によるトランザクション処理の時間遷移の説明図である。

図 4は本発明の基本構成図である。

図 5は本発明の一実施例としての処理フローチヤ一トである。

図 6は本発明の一実施例によるデータベースの書き戻しの例である O

図 7は本発明実施例によるトランザクション処理の時間遷移の説明図である。図 8は本発明と従来技術との効果比較の説明図である。発明を実施するための最良の形態

本発明の実施例を説明する前に従来技術とその問題点を以下に説明する。

図 1 は従来の共用バッファ制御の説明図である。図中、 A P I , A P 2はデータベースの参照又は更新トランザクションの実行に関わるアプリケーション ' プログラムであり、 1 1 はデータベースへのアクセス機能を提供し、データベースを管理するデータベース管理シスデムでありソフトウヱァで構成され、 M E Mはデータ処理システムのメモリであり、 B l， B 2は複数のトランザクションが共用する共用バッファであり、 1 6は更新前ログ又は更新後ログ等の情報を格納する口グバッファであり、 1 9は口グバッファ 1 6 の内容を保存するログファイルであり、 2 0はデータベースである。

ここで、アプリケーション · プログラム A P 1 はデータべ一ス管理システム 1 1 を利用してデータベース 2 0の情報を取得しようとしており、一方、アプリケーション ' プログラム A P 2はデータべース 2 0の情報を取得し、さらにデータベース 2 0の情報を更新しようとしているものとする。

アプリケーション · プログラム A P 1がデータベース管理システム 1 1 に対して、所定の情報（即ち、レコード Zカラム）を取得する命令を発した場合に、図示のように、データベース管理システム 1 1 は、共用バッファ群に所定のページ（ブロック）が存在していればそのまま、存在しなければその内容が格納されているデータべ —ス 2 0のぺージを共用バッファ B 1 に取り込み、共用バッファ B 1から必要な情報をアブリケ一シヨン · プログラム A P 1 に返却する o 同様に、アプリケーション * プログラム A P 2が、アプリケーシヨン，プログラムァ A P I と同一ページにある情報を取得する命令をデータベース管理システムに発したとする。このような場合、デ一夕ベース管理システム I I は、デ一夕ベース 2 0から再度、共用バッファに情報を取り込む必要はなく、先にデータベース 2 0から取り込んだ共用バッファ B 1 における必要な情報をアプリケーション · プログラム A P 2に返却する。

また、ページ番号をキーにして口ックするという方針が多く採用されている。この場合、共用バッファは参照系については、複数のトランザクション間で並行して共用できるバッファである。一方、更新系については、例えば、アプリケーション · プログラム A P 2 の命令でトランザクションが共用バッファ B 2の内容を更新する場合に、共用バッファ B 2に取り込んだページ番号をキ一にして口ックするために、アプリケーション ' プログラム A P 2の更新命令によるトランザクションは、そのロックが解除されるまで待機状態となる。

口ックの解除は、アプリケーション ' プログラム A P 1 のトランザクシヨンがコミットした後に、データベース管理システム 1 1 がその口ックを解除するようにして行われる。口ックが解除されたならば、アプリケーション ' プログラム A P 2のトランザクションによる更新のために口ックを取り、その共用バッファ B 2を更新する。このように更新系においても共用バッファは複数のアブリケーション - プログラム A P I , A P 2間で共用することができる。

また、共用バッファのロックの範囲を、例えば、サブページ単位又はレコード単位というように、ページ単位よりも小さくすることにより、複数のアプリケーシヨン ' プログラム A P I , A P 2が共用バッファを並行して更新することができるようになる。そして、上述のようにして更新した共用バッファの内容（ページ）を所定の時期にディスク（データベース 2 0 ) に書き戻すことにより、ページを最後に読み書きした後に、ログとして保持されていた更新内容をディスクに反映し、これを共用バッファ揮発時のリカバリに使用する必要を無くすことができる。ここで、ログバッファ 1 6は共用バッファ B し B 2での更新前ログ及び更新後ログを一時的に格納するバッファであり、所定の時期にログファイル 1 9に格納されて不揮発化される。

図 2は従来技術によるデータベースへの書き戻しの説明図である。 T R N 1 , T R N 2はトランザクションであり、 7 0はデータべ一ス管理システム 1 1 におけるロック制御機構、 3 0は共用バッファ内のビットマップであり、 3 1 はデータベース 2 0内のオーバーフロー . ページであり、 2 0 ' は共用バッファの内容を不揮発化するデータベースである。本例はビットマップを使用してオーバーフロ一 · ページの使用と未使用を管理する例である。即ち、例えば、所定の形式で格納されたオーバーフロー · ページ 3 1 の使用と未使用をビットマップ 3 0で管理する。ビットマップ 3 0は、ビットのォンをオーバ一フロー · ページ 3 1 の使用中とし、ビットのオフをォ一バーフ口― · ページ ₃ 1 の未使用として表現したマッピング表である。ビットマップはオーバーフロー ' ページを使用 ' 未使用とするトランザクションの中でデータ中の通常のデータとして更新される

ビットマップ 3 0によるビットの更新により、そのログがログフアイルゃ不揮発化メモリに蓄積されていく。しかし、システムクラッシュによるビットマップ 3 0のリカバリのためには、更新後ログが少なければ少ないほど、リカバリの低コスト化が図れる。そこで、共用バッファが揮発するような障害に対するリカバリのための更新後口グ量を削減するためにビットマップ 3 0のディスク（データべース 2 0 ' ) への書き戻しが行われる。

オーバーフローを管理するビットマップはトランザクションからも頻繁にアクセスされる（ホットスポットと称する）ので、共通バッファ上に一旦読み込まれると引き続きアクセスされて強制的に書き戻し処理を実行しない限り、ディスク（データベース 2 0 ' ) への書き戻しが自然に発生する機会は殆どない。このようにデータの共用バッファ喪失時のリカバリを低コスト化する上で、リカバリに必要な更斩後ログを削減するために、強制的にデータベース 2 0 ' に書き戻しを行っている。

図 3は従来技術によるトランザクション処理の時間遷移の説明図である。例えば、図 2に示すビットマップ 3 0を強制的に書き戻しの間、オーバーフロー ' ページ 3 1 を獲得しょうとするトランザクシヨン T R N 1又は T R N 2は、ビットマップ 3 0によるデータべース 2 0 ' への書き戻し終了するまで待機状態となる。即ち、ビットマップ 3 0の書き戻し処理が開始されると、図示のように、トランザクシヨン T R N 1， T R N 2による更新要求は書き戻し状態の終了を待つ待機状態となっている。

ところで、図 2に示すビットマップ 3 0に限らず、前述のように、デ一夕ベースを更新する場合、共用バッファ上のホットスポットを強制的に書き戻し途中で、トランザクションが勝手にこのバッファの更新を行うと、ディスク上にはメモリ上で更新途中のデータが書き込まれるおそれがある。共用バッファの内容が喪失するシステム · クラッシュが発生した後、これをリカバリするためには、構造的に制約を課してアイデンポテント性を持つ（若干のログの喪失があつても、より古いログで代行できるという性質）特殊なログ方式を前提にする必要がある。本発明では一般的な更新前口グ、更新後口グの喪失を許さない口グ方式を想定しているので、書き戻しされる共用バッファと同期した口グ書き出しは不可能であるので、書き戻し開始以前にその共用バッファに関わる全ログ取得が終了し、書き戻し中のこの共有バッファへのトランザクションの更新は禁止せざるを得ない。

このように、共用バッファをデータベースに書き戻している期間. その共用バッファを更新しょうとする他のトランザクションを待機状態とする必要がある。従って、トランザクションのレスポンスが悪化する問題が発生している。ここで、トランザクションのレスポンスは、本来のトランザクションのレスポンスに最大で共用バッファの書き戻し時間と更新前ログの書き出し時間が加算される。即ち. トランザクションが更新する共用バッファをデータベースに書き戻す場合、そのトランザクションのレスポンス（応答時間）は、本来のトランザクションのレスポンスに加えて、最大で共用バッファをデータベースに書き戻す時間とその共用バッファを更新した実行中のトランザクションの更新前口グをログフアイルに書き出す時間が加算された時間である。

ところで、待ちに入ったトランザクションは、この資源以外にも多くの資源を専有しているのが普通である。ホットスポットである強制書き出し対象のページを含めて、例えば、データベースの別のページ、メモリ等が考えられる。従って、待ちに入ったトランザクシヨンの背後で、このトランザクションの保有する資源の開放を待っトランザクションが更に待ちに入る可能性がある。待ちに入ったトランザクションは基本的にはどの資源も有効利用していないので.

M I P S能力（ 1秒間に 1 0 0万回の命令能力）の高い装置を持つてきても最初の待ちが解消しない限り、どの資源も有効利用できない。このような現象は道路上の交通渋滞と全く同じであり、コンポィ現象として知られている。なお、他のデータベースのバッファ制御に関係する従来技術としてシャドウ · ページングによる方法と、マルチバージョン · コンカレンシ ' コントロールによる方法とがある。これらの方法は後述する本発明、即ち、共用バッファを複写する点で類似する方法であるが、以下の説明から明らかなように本発明とは相違する方法である。

シャドウ .ページングとは、ぺージ単位で口ックされ更新トランザクシヨンが動作する場合は、そのページをどのトランザクションも共用できない。トランザクションのコミツト以前の更新途中での書き戻しのために、直ちにディスク（データベース）上に未使用べージを割り付ける。データベースはページ番号とディスク上の位置の対応を示す表と、ページデータからなっており、トランザクションのコミットは、全ての更新ページの書き戻しの成功後に、ページの対応表を元のぺ一ジからこのトランザクションで新たに割りつけたページに変更することで実現される。口一ルバックは単に更新べージに割り当てたものを放棄することで済ませられる。シャドウ ' ページングでは、書き戻し用の領域を割り付ける点で本発明と類似しているが、前者はディスク上での割り付けであり、更新ページの共用を排除しており、書き戻し性能の向上に関する配慮は全くなされていない。

後者のマルチバージョン ' コンカレンシ ' コントロールによる方法を以下に説明する。この方法では、実際に適用する場合に整列性を保証しないで、更新トランザクションは専用のコピーを持ち、コミツ卜まで他のトランザクションを開放しない。しかし、参照トランザクションは最新にコミットされたコピ一を並行して参照することが許される。'更新がコミットされた後の参照は新しいパージョンに切り換えられる。どちらもトランザクション途上にあるダ一ティなコピーではない。また、一定のコミット順や参照順に制限を付けることにより、種々のレベルのインテグリティを達成することができる。本発明は一見してコピーする点でこの後者の方式に類似するが、強制書き戻しに関して何らかの問題を解決するものではない < 本発明はマルチパージヨンにも、最も厳密な伝統的な排他制御のもとでも等しく有効な手段である。

本発明の目的は、複数のトランザクションが共用する共用バッファの内容をデータベースに書き戻すためのロック期間によって他のトランザクションが待機する待機時間を著しく短縮することが可能な複数トランザクションの処理短縮方法及び装置を提供することにのる。

本発明によれば対象となるバッファの更新側のレスポンスの高速化が可能となり、さらに、対象となるバッファを更新するトランザクシヨンのないことが判定されると、レスポンスの高速化を図るために複写用メモリに写す等の処理を省略し、その結果システムの性能を、複写を利用する標準的な場合よりも、さらにスループットを向上させることができる。

図 4は本発明の基本構成図である。 1 0は C P U及びメモリ等からなるデータ処理システムであり、 1 1 はデータベースへのァクセス機能を提供し管理するデータべ一ス管理システムでありソフトゥエアで構成される。データベース管理システム 1 1 において、 1 2 は対象となるバッファの内容の複写を行い、その結果口ック期間を短縮することを可能とする置換制御部であり、 1 3は対象となるバッファの更新が行われるか否かを判定する処理選択部であり、 1 4 は対象となるバッファの排他制御を行う排他制御部であり、 1 5は更新前ログ又は更新後ログを採取するログ制御部である。 1 6は更新前ログ及び更新後ログを格納するログバッファであり、 1 7は複数のトランザクションが共通に使用する共用バッファ（群）であり. 1 8は一時的に共用バップア 1 7の内容を保持するための複写用メモリであり、 1 9はディスク又は不揮発性メモリ等により構成されるログファイルであり、 2 0はディスク又は不揮発性メモリ等により構成されるデータベースである。

なお、本発明で使用する共用バッファ 1 7は、複数のトランザクションが共通に使用する作業領域であり、不揮発化する必要のある内容を記億するものであれば、後述するものに限らず、如何なる種類のものであってもよい。

' このような構成において、本発明による共用バッファのロック期間短縮処理方法は、以下のような過程を有する。即ち、

共用バッファ（ 1 7 ) の内容を不揮発化する際に使用する複写用メモリ（ 1 8 ) を確保する過程（③）と、

対象となる共用バッファをトランザクション · ロックの下位の口ックで一時的にロックする過程（④）と、

書き戻し（不揮発化）する共用バッファの内容を複写用メモリに複写する過程（⑤）と、 - 複写用メモリへの複写後に共用バッファをアンロックする過程

(⑥）と、

複写用メモリの内容を書き戻し（不揮発化）する過程（⑧）とを備えており、

共用パッファの内容を複写用メモリに複写する前に、対象となる共用バッファをロックし、複写を完了した後、複写用メモリの内容を書き戻し（不揮発化）する前に、共用バッファをアンロック（即ち、ロックの解除）を行うことを特徵とする。

さらに、書き戻し（不揮発化）の対象となる共用バッファの更新の可能性があるか否か、即ち、何れかのトランザクションがデータベースのその個所を更新することが予測できるので更新の可能性があるか否か、を判定する過程を備えており、

更新の可能性がないときに、複写用メモリを確保せず、かつその複写用メモリへの複写処理を行わずに、対象となる共用バッファの内容をデータベースに書き戻して不揮発化することを特徵とする。

これらの過程はデータベース管理システム 1 1 において処理されるので、個々の機能についてさらに詳しく説明する。置換制御部 1 2は共用バッファ 1 7の内容を不揮発化する際、即ち、データべ一ス 2 0に書き戻す際に、書き戻しの対象となる共用バッファ 1 7の斜線部分と同一サイズの複写用メモリ 1 8をメモリ領域に確保する, 次に、置換制御部 1 2は排他制御部 1 4 に処理を依頼し、対象となる共用バッファ 1 7をロック処理する。ここで、口ック処理とは、対象のバッファを更新するトランザクションが実際にバッファを更新する期間（但し、更新されたことが保証される期間）と、対象となるバッファに対する不揮発化や通信等を行う期間とをシリアライズするための処理を指す。

なお、ここでいうロックは、トランザクション-ロックを指すものではなく、データベースをアクセスするためのアクセスモジュールにおけるバッファ制御機能と、共用バッファの内容をディスク（デ一夕べ一ス）に書き戻す機能とが同時並列的に処理を行わないためのロックを意味する。ところで、トランザクションロックとは、トランザクシヨンの A C I D特性を直接的に保証するトランザクション . グラニュールでのロックであり、例えば、トランザクションがデータベースの論理ページ番号、論理レコード番号等をキーにしてロックすること、即ち、トランザクションがデータベースのページの内容を参照、更新する前にそのページ又はレコ一ドを論理的に割り振られた番号で口ックし、トランザクションのコミット完了後にアンロックすることを意味する。

そして、排他制御部 1 4によつて共用バッファ 1 7をロックしたならば、その不揮発化する内容を複写用メモリ 1 8に複写し、不揮発化する内容を複写用メモリ 1 8に複写した後に、再度、排他制御部 1 4を呼び出し、共用バッファ 1 7をアンロックする。

その後に、更新前口グの不揮発化や更新後ログの不揮発化が必要ならば、その不揮発化を行い、複写用メモリ 1 8の内容をデータべース 2 0に書き戻すことにより不揮発化を行う。共用バッファ 1 7 を不揮発化したならば、不要となった複写用メモリ 1 8を開放する _c 前述したように、本発明ではさらに判定過程を備えている。即ち、本発明は不揮発化の対象となる共用バッファの更新の可能性があるか否か、即ち、何れかのトランザクションがデータベースのその個所を更新することが予測できる、即ち、例えば、バッチ検索処理の運用時間帯に入っている場合、また、広域の共用ロックが出ている場合等では確実に更新しないということを予想できるので、更新の可能性があるか否か、を判定する過程を備えており、更新の可能性がないときに、複写用メモリを確保せず、かつその複写用メモリへの複写処理を行わずに対象となる共用バッファの内容をデータべ一スに書き戻して不揮発化する。

この判定過程ついてさらに詳しく説明する。図 4構成に示すように、置換制御部 1 2は処理選択部 1 3を備えている。処理選択部 1 3は不揮発化の対象となる共用バッファ 1 7の更新の可能性を判定する。この更新の可能性の判定ば、例えば、トランザクションロックの排他制御を利用して行うことができる。即ち、対象となるぺ一ジの共用バッファ 1 7を非共用モードでトランザクションロック中であるか否か、非共用モードのロック要求があるか否か等により確認し判定することができる。そして、更新の可能性があれば、前述のように、共用バッファ 1 7の内容を不揮発化する際に使用する複写用メモリ 1 8を確保し、対象となる共用バッファを一時的に口ックし、不揮発化する共用バッファの内容を複写用メモリに複写する、等の過程を取ることになる。また、更新の可能性がないときは複写用メモリ 1 8を確保せず、従って、複写用メモリ 1 8への複写を行わずに、対象となる共用バッファ 1 7の内容を不揮発化する。

図 4構成の①〜⑨はデータ処理装置の処理手順を示している。以下にこれらの処理を個々に説明する。図中の同一番号は同一の処理を示す。

① 例えば、共用バッファ 1 7の斜線部分を書き戻し（不揮発化）しょうとした場合に、置換制御部 1 2内の処理制御部 1 3は書き戻し（不揮発化）の対象となる共用バッファ 1 7について更新の可能性があるか否かを確認する。更新の可能性がなければ次の②を行い、更新の可能性があれば処理③へ進む。なお、図の下方の①で示すように、この①の処理は選択的であり、一方的に更新の可能性を確認せずに複写用メモリ 1 8による書き戻し（不揮発化）を行うことができるし、一方、上述のように更新の可能性を判定してから、その判定に従って書き戻し（不揮発化）してもよい。

② 対象となる共用バッファ 1 7を排他制御部 1 4により一時的にロックし、更新前ログを口グ制御部 1 5により口グバッファ 1 6 を経て口グファイル 1 9に書き込む。ここで、口グバッファ 1 6は更新前ログと更新後ログを格納するバッファ（不揮発メモリ）である。さらに、共用バッファ 1 7の内容をデータベース 2 0に書き込み、不揮発化する。このような処理が終了したならば排他制御部 1 4によりロックを解除（アンロック）し、処理を完了する。

③ 共用バッファ 1 7にトランザクションによる更新要求があれば、共用バッファ 1 7の斜線部分と同一サイズ又はこれより大きいサイズの複写用メモリ 1 8を確保する。

④ 排他制御部 1 4によって共用バッファ 1 7をロックする。

⑤ 不萍発化する共用バッファ 1 7の内容を複写用メモリ 1 8 に複写する。

⑥ 複写が完了すると、直ちに排他制御部 1 4により共用バッファ 1 7のロックを解除する（アンロック）する。

⑦ 口グバッファ 1 6に格納されている更新前口グをログフアイル 1 9 に格納し、不揮発化する。

⑧ 複写用メモリ 1 8の内容をデータベース 2 0 に書き込み不揮発化する。

⑨ 複写用メモリ 1 8の不揮発化が完了すれば複写用メモリ 1 8 の領域を開放する。

上述したように、処理④において共用バッファ 1 7をロックした後、処理⑤において共用バッファ 1 7の斜線部分で示す不揮発化する内容を複写用メモリ 1 8に複写し、複写が完了した後、直ちに処理⑥において共用バッファ 1 7をアンロックする。従って、共用バッファ 1 7のロック期間は非常に短時間になり、共用バッファを更新するトランザクションのレスポンスを向上させることができる。前述のように、トランザクションのレスポンスとは、「本来のトランザクションのレスポンスに加えて、最大で共用バッファをデータベースに書き戻す時間とその共用バッファを更新した実行中のトランザクションの更新前ログをログフアイル 1 9に書き出す時間が加算されるもの J であるから、「最大で共用バッファをデータベースに書き戻す時間』が削減できるので大きな効果が得られる。

また、処理選択部 1 3における処理①により、共用バッファ 1 7 についての更新の可能性について調査し、更新の可能性がない場合には、処理②により複写用メモリを用いない処理を行うので、不必要な複写用メモリを確保することがないので、システムの性能を複写を利用する標準的な場合よりも、さらにスループットを向上させることができる。

ところで、上記の処理②及び⑦における更新前ログの不揮発化は必ずしも必要でない。更新前ログの不揮発化が必要な場合と、必要でない場合を以下に説明する。また、形式によっては更新後ログの不揮発化もあり得る。なお、ここでは書き戻しに付帯した処理の範囲に言及しているだけであって、この目的外の口グ利用に関しての必要 · 不必要については言及していない。即ち、更新前ログの不揮発化が必要な場合とは、不揮発化の対象となる共用バッファ 1 7を更新する実行中のトランザクションが存在し、そのトランザクションが共用バッファ 1 7を更新しており、更新前ログがある場合である。また、更新前ログの不揮発化が不必要な場合とは、不揮発化する共用バッファ 1 7を更新したトランザクションが既にコミットしている場合、又は例えば、オーバーフロー · ページの新規割り付け後の初めての書き戻しでディスク（データベース 2 0 ) の元のぺージの状態に無関係に共用バッファ 1 7上でデータを組み立てたデー夕の初回書込みのような、現状反映のない場合である。

図 5は本発明の一実施例としての処理フローチャートである。以下に各段階ごとに説明する。なお、点線で囲った過程はロック期間を示す。

( a ) 処理選択部 1 3は対象となる不揮発化しようとする共用バッファ 1 7について更新の可能性があるか否かを判定する。更新の可能性がなければ、処理（b ) に進み、可能性があれば、処理（ f ) へ進む。なお、この処理（ a ) を省き、更新の可能性を確認することなく、毎回、複写用メモリ 1 8を取り不揮発化するようにしてもよい。

( b ) 対象となる共用バッファ 1 7を排他制御部 1 4により一時的に口ックする。このロックは、対象となる共用バッファ 1 7の内容を実際に更新する期間と、データベースへの書き戻しのためのメモリ複写の期間とを、一時的にシリアライズするためである。

( c ) 必要な場合には、共用バッファの更新前ログをログ制御部 1 5により口グバッファ 1 6を経てログフアイル 1 9に格納し、不揮発化する。

( d ) 対象となる共用バッファの不揮発化、通信等の処理を行ラ ₀ '

( e ) 処理が終了したならば排他制御部 1 4によりロックを解除（アンロック）し、処理を完了する。

( f ) 対象となる共用バッファに更新の可能性がある場合には、共用バッファの対象領域と同一サイズの複写用メモリ 1 8を確保する o

( g ) 排他制御部 1 4によって共用バッファ 1 7をロックする。このロックによりトランザクシヨシの共用バッファ域へのァクセスが一時的に禁止される。

( h ) 共用バッファ 1 7の不揮発化する内容（図 4参照、斜線部分）を複写用メモリ 1 8 に複写する。

( i ) 複写が完了すると、直ちに排他制御部 1 4により共用バッファ 1 7のロックをアンロックする。

( j ) 口グバッファ 1 6に格納されている更新前ログをログフアイル 1 9 に格納し、不揮発化する。

( k ) 対象となる共用バッファの不揮発化、通信等の処理を行う o

( 1 ) 複写用メモリ 1 8の不揮発化が完了すれば複写用メモリ 1 8の領域を開放する。

前述したように、上記の処理（ a ) における更新の可能性の判定は、排他制御（即ち、トランザクションロック）の情報を利用し、対象となるページの共用バッファ 1 7を、非共用モ一ドでトランザクシヨンロック中であるか否か、非共用モードのロック要求であるか否かによって行うことができる。即ち、更新の可能性がないのは- 対象ページに対する口ック若しくはロック要求に、非共用のトランザクシヨンロックがない場合である。一方、更新の可能性があるのは、対象ページに対するロック若しくはロック要求に、非共用のトランザクシヨンロックがある場合である。

例えば、ある対象ページに対して、共用モードでロック中の 1 つ又は複数のトランザクションがある場合には直接書き戻しのための口ック期間中に更新のための待ちの可能性が低いと推定することができる。一方、ある対象ページに対して、非共用モードでロック中或いはロック待ちトランザクションがある場合には、直接書き戻しのためのロック期間に更新のための待ち発生の可能性が高いと推定することができる。この推定を根拠に更新の可能性の判定を行う。

図 6は本発明の一実施例によるデータベースの書き戻しの例である。図 2 と同様に、 T R N し T R N 2はトランザクションであり、 3 0はビットマップであり、 2 0， 2 0 ' はデータベースであり、 1 8は複写用メモリであり、 3 1 はオーバーフロー ' ページである _c 前述のように、共用バッファのビットマツプを複写用メモリ 1 8 に複写するものとする。

ところで、データベースにおいて、ある共用バッファを更新する頻度が他に比べて著しく高い場合には、その共用バッファはページァゥトの対象とならないため、データベース内に更新内容が保存されないままでメモリに常駐した状態となる。このような共用バッファの状態をホットスポットの状態と称する。

図 2に示す従来技術で説明したように、オーバーフロー · ページ

3 1を管理するビットマップ 3 0は情報の密度がページというァクセス単位で比較して濃いために、ホットスポットなりやすいデータである。このようなデータについても、大量の更新後口グをリカバリに必要とすることのないように実施される共用バッファの強制的な書き戻し処理による影響を、本発明で述べた一般的なデータべ一ス管理システムの枠内で複写用メモリ 1 8を確保して実施することにより最小限に押さえることが可能になる。

そして、複写が完了するとビットマップ 3 0のロックは解除されるので、ビット単位のトランザクション · ロックを利用しているトランザクシヨン TRN 1， TRN2はビットマップ 3 0を使用することができるようになる。即ち、トランザクション TRN 1 , TR 2が待機状態となるのは、最大でもビットマップ 3 0を複写用メモリ 1 8に複写する期間だけとなるので、従来の方式に比べて口ック期間を著しく短縮することができる。本発明では従来に比べて 1 万分の 1から 1 0万分の 1の程度まで短縮することができ、トランザクションのレスポンスを桁違いに改善することができる。さらに、コンボイの発生が殆ど無くなると期待できることから、スループットの抜本的な改善も期待できる。

図 7は本発明の実施例によるトランザクション処理の時間遷移の説明図である。図示のように、横軸に時間を取り、トランザクション処理を線分で示している。前述のように、従来技術ではビットマップ 3 0をデータベース 2 0 ' に書き戻ししている間は、ビットマップ 3 0を更新しょうとするトランザクション TRN 1 , TRN 2 は待機状態となっていた。

本発明の実施例によれば、トランザクション TRN 1 , TRN 2. はビットマップ 3 0をデータベース 2 0 ' に書き戻す処理との依存関係はない。ビットマップ 3 0をデータベース 2 0 ' に書き戻す準備として、ビットマップ 3 0から複写用メモリに複写（メモリ複写）を行う期間、即ち、 t 1から t 2のメモリ複写の期間だけトランザクシヨン T R N 1 , T R N 2の待機時間となる。

そして、不揮発化する内容をメモリに複写する期間は、ビットマップ 3 0をデータベース 2 0 ' に実際に書き戻す期間に比べて桁違いに短いことから、 t 1カヽら t 2までの期間の口ックの競合は極めて少ないものとなる。

図 8は本発明と従来技術との効果比較の説明図である。（A ) は従来技術であり、（ B ) は本発明である。図示のように、（A ) の場合は共用バッファの書き戻しの全期間にわたって書き戻しによる口ックが必要であり、更新による口ックとの間で排他的にする必要がある。従って、共用バッファを更新するトランザクションは共用バッファの書き戻し中はその書き戻しの完了を待つことになり、トランザクションのレスポンスが遅れることになる。

これに対して、 ( B ) では共用バッファの書き戻しのためのロックは、書き戻しの準備としてのメモリ複写の期間だけである。従つて、入出力を伴う実際の書き戻し中にはロックは解除されるので、共用バッファを更新するトランザクションは、図示からも明らかなようにほとんど待たされることはない。

以上説明したように、本発明によれば、共用バッファの内容を不揮発化する際に、一時的に確保したメモリにその内容を一旦複写し、その複写した内容を不揮発化するようにしているので、共用バッファの不揮発化による口ック期間を大幅に短縮することができ、共用ノくッファの更新側のレスポンスを桁違いに向上させることができる。さらに、コンボイの発生が殆ど無くなると期待できることから、スループットの抜本的な改善も期待できる。産業上の利用可能性

本発明 (こよる共用バッファのロック期間短縮処理方法及び装置によれば、データベース管理システムを介してアプリケージヨン ' プ口グラムがデータベースをアクセスする場合に、介在する共用バッファのロック期間を著しく短縮することができるので、例えば、複数のトランザクションが共用する共用バッファのロック期間によつて他のトランザクションが待機することがなくなる。従って、コンピュー夕を使用したデータ処理システムにおいて、システムのスループットを大幅に向上させることができるので産業上の利用性は大いに期待することができる。現在の 0 L T Pオンライン ' トランザクション処理では、 1 0 0 0多重以上の同時処理は極めて普通になりつつあり、ホットスポットでの待ちは直ちにコンボイに結びつくことは、正に過密化している世界の都市の交通渋滞から容易に類推することができる。本発明によりトランザクションの流れを完結的に妨げる交通事故処理に相当する書き戻し期間の大幅な短縮により、コンボイの発生が殆ど無くなると期待できることから、レスポンス効果よりも、むしろ間接的なスループットの抜本的な改善を期待することができる。

Claims

請求の範囲

1 . データ処理システムにおける共用バッファのロック期間短縮処理方法において、該方法は以下の過程、即ち、

共用バッファ（ 1 7 ) の内容を不揮発化する際に使用する複写用メモリ（ 1 8 ) を確保する過程（⑧）と、

対象となる共用バッファを一時的にロックする過程（④）と不揮発化する共用バッファの内容を該複写用メモリに複写する過程（⑤）と、

該複写用メモリへの複写後に該共用バッファをアンロックする過程（⑥）と、

該複写用メモリの内容を不揮発化する過程（⑧）とを備えており、

該共用バッファの内容を該複写用メモリに複写する前に、対象となる共用バッファをロックし、複写を完了した後、該複写用メモリの内容を不揮発化する前に、共用バッファをアンロックすることを特徵とするデータ処理システムにおける共用バッファのロック期間短縮処理方法。

2 . 不揮発化の対象となる共用バッファに更新の可能性があるか否かを判定する過程をさらに備えており、

更新の可能性がないときに、該複写用メモリを確保せず、かつその複写用メモリへの複写処理を行わずに、対象となる共用バッファの内容をデータベースに書き戻して不揮発化することを特徵とする請求の範囲 1項に記載のデータ処理システムにおける共用バッファのロック期間短縮処理方法。

3 . データベースへのアクセス機能を提供し管理するデータべ一ス管理システム（ 1 1 ) と、複数のトランザクションが共通に使用する共用バッファ（群）（ 1 7) と、一時的に更新前ログ及び更新後ログを格納するログバッファ（ 1 6 ) と、更新前ログ及び更新後ログを格納するログファイル（ 1 9 ) と、諸データを格納するデー夕ベース（2 0 ) とを備えるデータ処理システムにおいて、

前記データ処理システムは、さらに一時的に前記共用バッフ Ύ ( 1 7) の内容を保持するための複写用メモリ（ 1 8 ) を備え、前記データベース管理システムは、さらに対象となる共用バッファの内容を前記複写用メモリに複写する制御を行う置換制御部（ 1 2) と、対象となる共用バッファの更新の可能性を判定す.る処理選択部（ 1 3) と、対象となる共用バッファの排他制御を行う排他制 - 御部（ 1 4 ) と、更新前口グ又は更新後ログを採取する口グ制御部 ( 1 5) とを備え、

前記共用バッファの内容を前記複写用メモリに複写する前に、対象となる共用バッファをロックし、前記複写を完了した後で前記複写用メモリの内容を不撣発化する前に、共用バッファをアンロックし、共用バッファのロック期間の短縮を図るようにしたことを特徵とするデータ処理システム。

4. 前記処理選択部（ 1 3 ) は、不揮発化の対象となる共用バッファに更新の可能性があるか否かを判定するに際して、更新の可能性がないときに、前記複写用メモリを確保せず、かつその複写用メモリへの複写処理を行わずに、対象となる共用バッファの内容をデ一夕ベースに書き戻して不揮発化することを特徵とする請求の範囲 3項に記載のデータ処理システム。