JPH0363741A - ディスク・キャッシュ装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、電子計算機システムにおいて用いられるデ
ィスク・キャッシュ装置に関し、特にデータの書き込み
時において、ライト・スルー（ストア・スルー）方式を
採用するディスク・キャッシュ装置に関するものである
。

〔従来の技術） 電子計算機システムにおいて、ディスク装置に対する処
理時間を短縮するために、主記憶装置とディスク装置と
の間に高速で小容量のキャッシュ・メモリを設けて参照
頻度の高いディスク・データをキャッシュ・メモリに格
納し、平均的なディスク・アクセス時間を短縮しようと
するディスクキャッシュ装置が従来より一般的に知られ
ている。

ディスク・キャッシュ装置におけるデータの書き込み方
式としては、データをキャンシュ・メモリに書き込むと
同時にディスク装置への書き込みを行うライト・スルー
（ストア・スルー）方式と、データをキャッシュ・メモ
リにのみ書き込み、他のブロックが指定されることによ
り、そのデータが書き込まれたキャッシュ・メモリ上の
ブロックが置換されるときに、ディスク装置に書き込み
を行うライト・バンク（ストア・イン）方式とがあるが
、−Ｃに電源障害等を考慮して、ライト・スル一方式が
採用されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記に示すディスク・キャッシュ装置においては、ディ
スク・アクセスにおける書き込み比率が高く、また参照
するディスク・データの局所性が高いプログラムによっ
て使用された場合、データ転送の性能が向上する効果が
現れる。

ところが、あるディスク領域を作業領域として使用する
プログラムによっては、ディスク・キャッシュ装置が使
用されたとしても、ディスク・データのアクセスに局所
性がなく、がつ読み出し比率が低いため、ディスク・キ
ャッシュ装置のデータ転送効率向上の効果が発揮できず
、キャッシュ・メモリを有効に利用できない場合がある
。

この発明の目的は、ディスク・データのアクセスの局所
性が低く、また読み出し比率が低いプログラムを実行す
るときでも、メモリ資源を有効に使用することができる
ディスク・キャッシュ装置を提供するである。

〔課題を解決するための手段〕

この発明のディスク・キャッシュ装置は、１台ないし複
数台のディスク装置を備えた電子計算機システムにおい
て用いられる。

請求項ｆｉｌ記載のディスク・キャッシュ装置は、ディ
スク装置に格納されたデータの写しを格納するためのキ
ャッシュ・メモリと、 ディスク装置に格納されたデータの写しがキャッシュ・
メモリに存在するか否かを識別するためのディレクトリ
と、 ディスク装置に対して単位時間あたりアクセスを要求さ
れた回数と読み出し／書き込み要求の割合を検出するア
クセス頻度検出手段と、アクセス頻度検出手段の検出結
果より、ディスク装置へのアクセス頻度が極端に減少し
たり、読み出し／書き込み要求の割合において読み出し
比率に極端な低下が見受けられた場合、一時的に前記キ
ャッシュ・メモリ上の領域の少なくとも一部を電子計算
機システムの主記憶の一部として使用を可能にするキャ
ッシュ・メモリ制御回路とを備えている。

請求項（２）記載のディスク・キャッシュ装置は、電子
計算機システムの主記憶装置の一部の領域を使用して構
成されディスク装置に格納されたデータの写しを格納す
るためのキャッシュ・メモリと、主記憶装置の一部の領
域を使用して構成されディスク装置に格納されたデータ
の写しがキャッシュ・メモリに存在するか否かを識別す
るためのディレクトリと、 ディスク装置に対して単位時間あたりアクセスを要求さ
れた回数と読み出し／書き込み要求の割合を検出するア
クセス頻度検出手段と、アクセス頻度検出手段の検出結
果より、ディスク装置へのアクセス頻度が極端に減少し
たり、読み出し／書き込み要求の割合の読み出し比率が
極端に低下していることが見受けられた場合、一時的に
主記憶装置上のキャッシュ・メモリとして使用できる領
域を縮小して主記憶としての領域を増やすことを可能に
するキャッシュ・メモリ制御回路とを備えている。

〔作用〕

この発明の構成によれば、ディスク装置へのアクセス状
況に応してディスク・キャッシュ装置のキャッシュ・メ
モリのディスク・キャッシュとして使用する量を自動的
に調節し、ディスク・キャッシュとして使用しない部分
を主記憶の一部として使用できるので、ディスクデータ
のアクセスの局所性が低く、また読み出し比率が低いプ
ログラムを実行するときでも、有効にディスク・キャッ
シュ装置のメモリ資源を使用できる。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例を図面を参照しながら説明する
。

第１図はこの発明が適用される電子計算機システムを示
すものである。第１図（ａｌにおいて、ｉｏｏ。

はＣＰ　Ｕ、　２０００は主記憶装置（ＭＭ）　、２０
１０は主記憶装置２０００上で動作するＯ３，２０１）
は０３２０１０に含まれるプログラムであるドライバで
ある。

４０００はディスク装置であり、３０００はディスク装
置４０００の入出力を制御するディスク制御装置である
。

３０２０はディスク装置４０００上のデータを写しとし
て一時的に記憶するためのキャッシュ・メモリで、３０
１０はキャッシュ・メモリ３０２０にディスク装置４０
００上のどこのデータが入っているかを記憶しているデ
ィレクトリであり、それぞれディスク制御装置３０００
上に存在する。

しかし、ディレクトリ３０１０およびキャッシュ・メモ
リ３０２０は必ずしもディスク制御装置３０００上に存
在しなければならないものではなく、多数のディスク装
置を接続するような電子計算機システムにおいては、各
ディスク装置に対して同じキャッシュ・メモリを共有で
きるということで、第１図（ｂｌに示すように、主記憶
装置２０００の一部の領域をキャッシュ・メモリ３０２
０およびディレクトリ３０１０に割り当てることもある
。

つぎに、基本的な動作について説明する。ＣＰＵ　１０
００がディスク装Ｗ　４０００に対して読み出し要求を
ドライバ２０１）を使用して発行すると、ディスク制御
装置３０００は、ドライバ２０１）より受は取った読み
出し要求のアドレスを用いてディレクトリ３０１０を検
索し、アクセスしようとしているデータがキャッシュ・
メモリ３０２０に存在するか否かを調べる。

もし存在すれば、そこからデータを読み出し、ＣＰＵ１
００Ｏへ転送する。もし、アクセスされたデータがキャ
ッシュ・メモリ３０２０上に存在しなければ、そのデー
タを含むデータブロックをディスク装置４０００から読
み出し、このブロックをキャッシュ・メモリ３０２０の
適当なブロックに格納し、ディレクトリ３０１０を更新
すると同時にＣＰ　ＵｌｏｏＯにアクセスされたデータ
を転送する。

逆に、ＣＰ　［１０００がディスク装置４０００に対し
て書き込み要求を発行した場合、書き込みデータをディ
スク装置４０００に書き込み、もしディスク装置４００
０の書き込まれた場所の前のデータがキャッシュ・メモ
リ３０２０に存在するとき、そのブロックを無効にする
。

この発明はディスク・キャッシュ装置を使用するプログ
ラムに応して、ディスク・キャッシュ装置のキャッシュ
・メモリ３０２０のディスク・キャッシュとして使用す
る量と主記憶装置２０００の一部として使用できる量を
いかに調節するかに関するものであるので、第１図（ａ
ｌのような計算機システムの構成においては、ディスク
制御装２３０００の内部を示す第２図を用いて、また第
１間色）のような構成においては、ＣＰ　０１０００．
主記憶装置２０００．ディスク制御装置３０００の関係
図である第３図を用いて、それぞれの実施例を詳細に説
明する。

第２図において、３０４０は読み出し／書き込み要求等
のディスク装２４０００に対する命令コードを格納する
制御レジスタ、３０５０はディスク装置４０００への読
み出し／書き込み要求により指定されるデータのアドレ
スを格納するアドレスレジスタ、３０３０はディスク装
Ｗ４０００に対して単位時間当りアクセス要求があった
回数および読み出し比率を検出するアクセス頻度検出回
路（特許請求の範囲でいうアクセス頻度検出手段）　、
３０６０はキャッシュ・メモリ３０２０を主記憶の一部
としてアクセスするためのアドレス・デコーダ、３０７
０はアクセス頻度検出回路３０３０の情報に基づいてア
ドレス・デコーダ３０６０の設定およびディレクトリ３
０１０の内容を変更するキャッシュ・メモリ制御回路、
３０８０はディスク・キャッシュ装置全般の動作を制御
するディスク・キャッシュ制御回路、３０９０はディレ
クトリ３０１０とアドレスレジスタ３０５０の内容とを
比較する比較回路、３１００はキャッシュ・メモリ３０
２０のブロックを新しいデータブロックに置き換える等
の処理を行う書き換え処理回路であり、３１）０はキャ
ッシュ・メモリ３０２０に接続されている入出カバソフ
ァである。

ディスク装置４０００の最小の記憶単位をセクタとし、
その複数倍の大きさのまとまりをブロックとすると、キ
ャッシュ・メモリ３０２０はセクタ単位でアドレスでき
るメモリで、全体が複数のブロックに分解されていて、
ブロック単位でディスク・データを格納し、セクタ単位
でのアクセスが行われる。

ディレクトリ３０１０は、キャッシュ・メモリ３０２０
内のブロックに対応したエントリを持つメモリで、第４
図に示すように、各エントリにはキャッシュ・メモリ３
０２０の対応するブロックに格納されているディスク装
置４０００のデータブロックのアドレスが記憶されてい
る。

アクセス頻度検出回路３０３０は、所定時間中ディスク
装Ｗ、４０００へ読み出し／書き込みが要求される毎に
その回数をカウントし、ディスク装置４０００に対する
アクセス回数および読み出し比率を算出し、その結果を
ディスク・キャッシュ制御回路３０８０に送る。所定時
間が過ぎると、各カウント値は一度すセフトされ、新た
にカウントし始める。

つぎに、第１図（ａｌ　、第２図においての基本的な動
作について説明する。ＣＰ　ＵｌｏｏＯより読み出し要
求がある場合、ドライバ２０１）は指定されたディスク
装置４０００のデータのアドレスをアドレスレジスタ３
０５０に格納し、また読み出し要求の命令コードを制御
レジスタ３０４０に格納する。そして、比較回路３０９
０はディレクトリ３０１０の内容とアドレスレジスタ３
０５０の内容とを比較し、もし一致すれば、このエント
リに対応するキャッシュ・メモリ３０２０のブロックに
、アクセスしようとするデータが格納されていて、該デ
ータがＣＰ　ＵｌｏｏＯに送られる。

もし比較が一致しなければ、書き換え処理回路３１００
により、キャッシュ・メモリ３０２０より空ブロックを
取り出す。もし空きブロックが存在しないときは、公知
のアルゴリズム、例えばＬＲＵ（Ｌｅａｓｔ　Ｒｅｃｅ
ｎｔｌｙ　Ｕｓｅｄ）のように、使用中のブロックの中
から最後に参照された時点が最も古いブロックを使用頻
度が最も低いとみなし、置換ブロックとして選択する。

そして、そのブロックに相当するディレクトリ３０１０
のエントリにアクセスしようとしているデータブロック
のアドレスが書き込まれる。つぎに、書き換え処理回路
３１００により選択されたキャッシュ・メモリ３０２０
のブロックに、ディスク装置４０００からアドレスレジ
スタ３０５０に示すアドレスのブロックが読み込まれ、
また同時にＣＰ　ＵｌｏｏＯへも送られる。

ディスク・キャッシュ装置の基本動作に続いて、この発
明の特徴であるアクセス頻度検出回路３０３０とキャッ
シュ・メモリ制御回路３０７０の作用について説明する
。

アクセス頻度検出回路３０３０は、制御レジスタ３０４
０の中の命令コードにより、所定時間（例えば１分間）
におけるディスク装２４０００に対する読み出し／書き
込み要求回数をカウントし、また読み出し比率を算出し
、その情報をディスク・キャッシュ制御回路３０８０お
よびキャッシュ・メモリ制御回路３０７０に送る。ここ
で、ディスク・キャッシュ装置を使用しているプログラ
ムにおいて、ディスク装置４０００へのアクセス回数お
よび読み出し比率が所定の基準を下まわれば、キャッシ
ュ・メモリ制御回路３０７０はアドレス・デコーダ３０
６０およびディレクトリ３０１Ｏを操作してキャッシュ
・メモリ３０２０の一部を主記憶の一部として割り当て
、アクセスを可能とする。例えば、ディレクトリ３０１
０の各エントリに第４図に示すように、現在そのエント
リに対応するキャッシュ・メモリ３０２０のブロックが
ディスク・キャッシュとして使用されているか、主記憶
の一部として使用されているかを示すキャッシュ有効フ
ラグとキャッシュ・メモリ３０２０中のブロックの置換
優先１頓位を示す置換優先度指示カウンタを持たせてお
けば、キャッシュ・メモリ制御回路３０７０はまずディ
レクトリ３０１０中の置換優先度指示カウンタを検索し
、置換優先度の最も高いブロックから主記憶の一部とし
て割り付けるため、キャッシュ有効フラグを無効にし、
アドレス・デコーダ３０６０を起動させ、キャッシュ・
メモリ３０２０のブロックをアクセスするため設定を行
なう、なお、キャッシュ・メモリ３０２０の主記憶への
割り当てはブロック単位で行い、その数はアクセス頻度
検出回路３０３０によって算出された読み出し比率等の
情報に応してキャッシュ・メモリ制御回路３０７０によ
って決定される。

また、ディスク・キャッシュ装置を使用するプログラム
が代わった場合、キャッシュ・メモリ制御回路３０７０
はディレクトリ３０１Ｏのキャッシュ有効フラグを有効
にし、主記憶の一部として割り付けられていたキャッシ
ュ・メモリ３０２０を再びディスク・キャッシュとして
使用できるようにするが、この時もしキャッシュ・メモ
リ３０２０の主記憶の一部として割り付けられていた部
分に格納されているデータの保存が必要な場合はディス
ク装？１ｆ４０００に書き込むなり、主記憶装置２００
０に移す等０３２０１０が適当な処理を行なう。

つぎに、第１図（ｂｌのような計算機システムの構成に
おける実施例を第３図を用いて説明する。第３図におい
て、上述した実施例と異なる点は、ディレクトリ３０１
０．キャッシュ・メモリ３０２０およびキャッシュ・メ
モリ制御回路３０７０によって設定されるアドレス・デ
コーダ３０６０が主記憶装置２０００上に存在すること
である。動作については、ＣＰＵ１０００は、ディスク
・データをアクセスしようとする毎に制御レジスタ３０
４０に命令コードを書き込むと同時に主記憶装置２００
０内のディレクトリ３０１０を検索し、アクセスしよう
としているディスク・データがキャッシュ・メモリ３０
２０内に存在するかどうかを調べ、存在すればキャッシ
ュ・メモリ３０２０より該データを読み出し、もし存在
しなければ、ｃ　ｐ　ｕｉｏｏｏはアドレスレジスタ３
０５０にディスク・データのアドレスを書き込み、ディ
スク制御装置３０００はディスク装Ｗ　４０００をアク
セスする。

以上の操作は０３２０１０の中のプログラムドライバ２
０１）によって行われる。

ここで、前述の実施例と同様、アクセス頻度検出回路３
０３０は、制御レジスタ３０４０の中の命令コードによ
り、所定時間（例えば１分間）におけるディスク装置４
０００に対する読み出し／書き込み要求回数をカウント
し、また読み出し比率を算出し、その情報をディスク・
キャッシュ制御回路３０８０およびキャッシュ・メモリ
制御回路３０７０に送る。そして、ディスク・キャッシ
ュ装置を使用するプログラムにおいて、ディスク装置１
４０００へのアクセス回数および読み出し比率が所定の
基準を下まわれば、キャンシュ・メモリ制御回路３０７
０はアドレス・デコーダ３０６０．ディレクトリ３０１
０およびキャッシュ・メモリ３０２０の一部を主記憶の
一部として割り当て、アクセスを可能にする。

以上のような制御によって、ディスク・データのアクセ
スに局所性がなく、かつ読み出し比率が低いプログラム
を実行するときでも、ディスク・キャッシュ装置を有効
に使用できる。

〔発明の効果〕

この発明によれば、ディスク・キャッシュ装置を使用す
るプログラムのディスク装置へのアクセス状況に応じて
、ディスク・キャッシュ装置のキャッシュ・メモリのデ
ィスク・キャンシュとして使用する量を自動的に調節し
、ディスク・キャッシュとして使用しない部分を主記憶
の一部として割り当てることで、ディスクデータのアク
セスの局所性が低く、また読み出し比率が低いプログラ
ムを実行するときでも、ディスク・キャンシュ装置を有
効に使用できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図ｆａ＋、　（ｂｌはこの発明が適用される計算機
システムの構成を示すブロック図、第２図および第３図
はこの発明のディスク・キャンシュ装置の実施例の構成
を示すブロック図、第４図はディレクトリのフォーマッ
トを示す構成図である。 １０００・・・ＣＰ　Ｕ、　２０００・・・主記憶装置
、２０１０・・・ＯＳ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）二次記憶装置としてデータを格納するための１台
   ないし複数台のディスク装置を備えた電子計算機システ
   ムに用いられるディスク・キャッシュ装置であって、 前記ディスク装置に格納されたデータの写しを格納する
   ためのキャッシュ・メモリと、 前記ディスク装置に格納されたデータの写しが前記キャ
   ッシュ・メモリに存在するか否かを識別するためのディ
   レクトリと、 前記ディスク装置に対して単位時間あたりアクセスを要
   求された回数と読み出し／書き込み要求の割合を検出す
   るアクセス頻度検出手段と、前記アクセス頻度検出手段
   の検出結果より、前記ディスク装置へのアクセス頻度が
   極端に減少したり、読み出し／書き込み要求の割合にお
   いて読み出し比率に極端な低下が見受けられた場合、一
   時的に前記キャッシュ・メモリ上の領域の少なくとも一
   部を前記電子計算機システムの主記憶の一部として使用
   することを可能にするキャッシュ・メモリ制御回路とを
   備えたディスク・キャッシュ装置。
2. （２）二次記憶装置としてデータを格納するための１台
   ないし複数台のディスク装置を備えた電子計算機システ
   ムに用いられるディスク・キャッシュ装置であって、 前記電子計算機システムの主記憶装置の一部の領域を使
   用して構成され前記ディスク装置に格納されたデータの
   写しを格納するためのキャッシュ・メモリと、 前記主記憶装置の一部の領域を使用して構成され前記デ
   ィスク装置に格納されたデータの写しが前記キャッシュ
   ・メモリに存在するか否かを識別するためのディレクト
   リと、 前記ディスク装置に対して単位時間あたりアクセスを要
   求された回数と読み出し／書き込み要求の割合を検出す
   るアクセス頻度検出手段と、前記アクセス頻度検出手段
   の検出結果より、前記ディスク装置へのアクセス頻度が
   極端に減少したり、読み出し／書き込み要求の割合の読
   み出し比率が極端に低下していることが見受けられた場
   合、一時的に前記主記憶装置上の前記キャッシュ・メモ
   リとして使用できる領域を縮小して主記憶としての領域
   を増やすことを可能にするキャッシュ・メモリ制御回路
   とを備えたディスク・キャッシュ装置。