JPH045740A - ディスク・キャッシュ制御方式 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、ライトスルー方式のディスク・キャッシュ装
置において、キャッシュ・メモリのデータの読出し又は
書込みを制御するディスク・キャッシュ制御方式に関す
る。

（従来の技術） 例えば、磁気ディスク装置をデータメモリとして備えた
コンピュータには、ディスク・キャッシュ装置が設けら
れる。このディスク・キャッシュ装置とは、磁気ディス
ク装置の所定のメモリエリア毎に対応して、ＲＡＭ等で
構成されたキャッシュ・メモリを補助記憶エリアとして
設けたもので、つまり、磁気ディスク装置に記憶された
データのうち、アクセス頻度の高い一部データをキャッ
シュ・メモリに格納させることで、データアクセスの高
速化を図っている。

ここで、ディスクΦキャッシュ制御方式には、ライトス
ルー方式とライトバック方式とがあり、前者ライトスル
ー方式は、ホストコンピュータよりデータの書込み要求
があった際に、該書込み要求データがキャッシュ・メモ
リに存在する場合（キャッシュ参ヒツト）にはキャッシ
ュ・メモリ及び磁気ディスク装置にデータ書込みを行な
い、該書込み要求データがキャッシュ・メモリに存在し
ない場合（キャッシュ・ミスヒツト）には磁気ディスク
装置に対してのみデータ書込みを行なう。

また、後者ライトバック方式は、上記キャッシュ参ヒツ
ト、キャッシュ・ミスヒツトに拘らずとりあえずキャッ
シュ・メモリに対してのみデータ書込みを行ない、後の
処理により磁気ディスク装置へキャッシュ・データをコ
ピーしている。

すなわち、上記ライトスルー方式では、データの書込み
処理は常に磁気ディスク装置に対しても行なわれるので
、キャッシュ・ヒツトした場合のデータの読出しに際し
てのみ、磁気ディスク装置からのデータ読出しに比較し
てデータアクセスの高速化が図られ、また、上記ライト
バック方式では、キャッシュ・ヒツトした場合のデータ
の読出し及びキャッシュ・メモリへのデータの書込みに
際し、磁気ディスク装置とのデータアクセスに比較して
高速化が図られる。この場合、キャッシュ・メモリに対
するデータの読出し処理及び書込み処理に際しては、そ
のアクセス対象となるデータのキャッシュ・メモリ内に
おける格納順位レベルが、最上位レベルに置換されるも
ので、これにより、アクセス頻度の高いデータが常にキ
ャッシュ・メモリの上位レベルに保持されることになる
。

ここで、上記ライトバック方式のディスク・キャッシュ
装置では、データ読出し及び書込みの何れの処理におい
てもデータアクセス時間の高速化が図れるが、キャッシ
ュ・メモリに書込まれたデータか磁気ディスク装置にコ
ピーされるまでの間に停電等の障害が発生すると、その
内容が消失してしまう恐れが十分にあるので、一般には
、ライトスルー方式のディスク・キャッシュ装置が用い
られている。

第５図はライトスルー方式による従来のディスク・キャ
ッシュ装置のキャッシュ・メモリに対するデータアクセ
ス処理を示すもので、例えばホストコンピュータからの
データ読出し要求によりキャッシュ・メモリ１０におけ
るデータＤがキャッシュ・ヒツトすると、このデータＤ
の読出しが行なわれると共に、キャッシュ・メモリ１０
にアクセスしたという条件からＬ　ＲＵ　（Ｌｅａｓｔ
　ＲｅｃｅｎｔｒｙＵｓｅｄ）等の置換制御により該デ
ータＤの格納レベルが最上位レベルに更新される。また
、データの書込み要求によりキャッシュ・メモリ１０に
おけるデータＡがキャッシュ◆ヒツトすると、このデー
タＡの磁気ディスク装置に対する書込みが行なわれると
共に、キャッシュ・メモリ１０におけるデータＡの格納
レベルが上記置換制御により最上位レベルに更新される
。ここで、データＧの読出し要求により、キャッシュ・
ミスヒツトした場合には、磁気ディスク装置からのデー
タＧの読出しが行なわれると共に、このデータＧか上記
置換制御に応じ新たにキャッシュ・メモリ１０の最上位
レベルに書込まれる。この場合、キャッシュ・メモリ１
０の最下位レベルに格納されていたデータＢが排出され
ることになる。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記ライトスルー方式による従来のディ
スク・キャッシュ装置では、データの読出し処理及びキ
ャッシュ・ヒツト時の書込み処理の何れにおいても、キ
ャッシュ・メモリ１０におけるデータレベルの更新を行
なうため、書込み要求のアクセス頻度が高いと、キャッ
シュ・メモリ１０には書込みデータばかりが上位レベル
に残ることになり、ディスク・キャッシュの効果を発揮
する読出しデータが徐々に下位レベルに置換されてしま
うことになる。すなわち、ライトスルー方式のディスク
・キャッシュ装置では、キャッシュ・ヒツトデータの読
出し処理を行なう場合にのみ、ディスク・キャッシュの
効果が発揮されるので、書込み処理を行なう場合までキ
ャッシュ・ヒツトデータの最上位レベルへの置換制御を
行なうと、キャッシュ・メモリ１０内の読出し頻度の高
いデータが下位レベルへ先送りになり、ディスク・キャ
ッシュの効果が低下することになる。

本発明は、上記課題に鑑みなされたもので、データ書込
み要求時には、キャッシュ・ヒツトデータの上位レベル
への置換制御を行なうことなく、最大限のディスク・キ
ャッシュ効果を得ることが可能になるディスク・キャッ
シュ制御方式を提供することを目的とする。

［発明の構成コ （課題を解決するための手段） すなわち、本発明に係わるディスク・キャッシュ制御方
式は、ライトスルー方式のディスク・キャッシュ装置に
おけるキャッシュ・メモリのデータの読出し又は書込み
を制御するもので、磁気ディスク装置と、この磁気ディ
スク装置の所定のメモリエリア毎にそれぞれ対応して設
けられたキャッシュ命メモリと、このキャッシュ・メモ
リに記憶される複数のデータの格納順位を置換するデー
タ置換手段と、データの読出し又は書込み要求時に該要
求データが上記キャッシュ・メモリに存在するか否かを
検索するキャッシュ・データ検索手段と、上記データ読
出し要求時には該読出し要求データを上記キャッシュ・
メモリの最上位位置に置換格納し、上記データ書込み要
求時には該書込み要求データが上記キャッシュ・データ
検索手段により上記キャッシュ・メモリに存在すること
が検索された場合にのみ該キャッシュ・メモリの同順位
位置に置換格納するキャッシュ・データ格納手段とを備
えて構成したものである。

（作用） つまり、データ読出し要求の頻度に応じたキャッシュ・
データの置換制御を行なうことにより、読出し要求の比
率が高いデータが優先的にキャッシュ・メモリに残され
ると共に、キャッシュ効率の低いデータは優先的に該キ
ャッシュ・メモリから排出されることになり、キャッシ
ュ・メモリの使用効率が向上するようになる。

（実施例） 以下図面により本発明の一実施例について説明する。

第１図はこのディスク・キャッシュ制御方式が適用され
るディスク・キャッシュ装置１１とその周辺構成を示す
もので、ディスク・キャッシュ装置１１には、キャッシ
ュ−メモリ１２を始め、ディレクトリ管理テーブル１３
とディレクトリ制御部１４、及びＬＲＵ情報管理テーブ
ル１５とＬＲＵ制御部１６が、そけぞれパスライン１７
を介して接続される。

一方、上記ディスク・キャッシュ装置１１のパスライン
１７には、外部において磁気ディスクコントローラ１８
が接続され、この磁気ディスクコントローラ１８には、
ホストコンビエータ側のチャネル装置１９、及び磁気デ
ィスク装置２０が接続される。

上記ディレクトリ管理−テーブル１３は、磁気ディスク
装置２０のどのメモリエリアのデータがキャッシュ命メ
モリ１２の何処のメモリエリアに記憶されているかを示
すタグ情報を記憶管理するもので、ディレクトリ制御部
１４は、このディレクトリ管理テーブル１３に記憶され
るタグ情報に基づき、磁気ディスクコントローラ１８に
与えられた読出し要求あるいは書込み要求の対象となる
データがキャッシュ・メモリ１２に存在するか否かを判
定し、キャッシュ・ヒツト信号又はキャッシュ・ミスヒ
ツト信号をＬ　ＲＵ　（Ｌｅａｓｔ　Ｒｅｃｅｎｔｒｙ
Ｕｓｅｄ）制御部１６に圧力する。ＬＲＵ制御部１６は
、ＬＲＵ情報管理テーブル１５に記憶されるＬＲＵ情報
に基づき、キャッシュ・メモリ１２における記憶データ
の格納レベルの置換制御を行なうもので、チャネル装置
１９からの読出し要求によりキャッシュ・ヒツトした場
合には、そのキャッシュ・ヒツトデータはキャッシュ・
メモリ１２の最上位レベルに置換更新され、キャッシュ
・ヒツトしない場合でも、磁気ディスク装置２０から読
出されるデータがキャッシュ・メモリ１２の最上位レベ
ルに書込まれる。また、チャネル装置１９からの書込み
要求によりキャッシュ・ヒツトした場合には、そのキャ
ッシュ・ヒツトデータはキャッシュ・メモリ１２に格納
レベルの変更なしで更新され、キャッシュ・ヒツトしな
い場合には、磁気ディスク装置２０に対してのみ書込み
が行なわれる。

第２図はチャネル装置１９からの磁気ディスク書込み要
求に伴なうデータ書込み処理を示すフローチャートであ
り、先ず、ステップＳ１において、チャネル装置１９か
ら磁気ディスクコントローラ１８に対し磁気ディスク書
込み要求があると、ステップＳ２において、ディレクト
リ制ｉｉ１部１４は書込み要求に対応するデータがキャ
ッシュ・メモリ１２に存在するか否かを検索し、該キャ
ッシュ・メモリ１２に書込み要求データが存在する場合
には、キャッシュ・ヒツト信号を、また、存在しない場
合には、キャッシュ・ミスヒツト信号を、それぞれステ
ップＳ３においてＬＲＵ制御部１６に対し出力する。こ
のステップＳ３において、書込み要求データがキャッシ
ュ・メモリ１２内に存在し、ＬＲＵ制御部１６に対しキ
ャツシュ０ヒツト信号が与えられた場合には、ステップ
Ｓ４において、ＬＲＵ制御部１６は、キャッシュ・メモ
リ１２におけるキャッシュ・ヒツトしたデータを、その
格納レベルを変更せずに書込み更新させる。

そして、ステップＳ５において、上記磁気ディスクコン
トローラ１８は、上記チャネル装置］９から書込み要求
の有ったデータを磁気ディスク装置２０に対して書込む
ことになる。

すなわち、チャネル装置１９からの書込み要求に対しキ
ャッシュ・ヒツトした場合でも、このキャッシュ・ヒツ
トデータは格納レベルの最上位への置換を受けずに更新
されることになる。

一方、上記ステップＳ３において、書込み要求データが
キャッシュ・メモリ１２内に存在せず、ＬＲＵ制御部１
６に対しキャッシュ・ミスヒツト信号が与えられた場合
には、キャッシュ・メモリ１２に対するデータ書込みは
行なわれず、直ちにステップＳ５に進み、磁気ディスク
コントローラ１８は、上記チャネル装置１９から書込み
要求の有ったデータを磁気ディスク装置２０に対しての
み書込むことになる。

第３図は上記ディスク・キャッシュ装置１１のキャッシ
ュ・メモリ１２におけるデータ置換動作を示すもので、
ここで、キャッシュ・メモリ１２はブロック単位でデー
タを扱うものとし、［Ａ］〜［Ｇコは、その対応するブ
ロック内のデータが磁気ディスク装置２０の何処のメモ
リエリアに記憶されているかを示すタグ情報とする。

例えばチャネル装置１９から磁気ディスクコントローラ
１８に対しデータ読出し要求があり、その読出し要求デ
ータに対応するタグ情報［Ｄ］がキャッシュ・メモリ１
２内に存在することにより、ディレクトリ制御部１４か
らＬＲＵ制御部１６に対しキャッシュ・ヒツト信号が出
力されると、ＬＲＵ制御部１６は該タグ情報［Ｄ］に対
応するブロックをキャッシュ・メモリ１２の最上位レベ
ルに置換更新させる。そして、このキャッシュ・メモリ
ブロック［Ｄ］に記憶されたデータが磁気ディスクコン
トローラ１８を通してチャネル装置１９側に読出される
ことになる。

この場合、キヤツシユ・メモリ１２からのデータ読出し
を行ない、磁気ディスク装置２０からのデータ読出しを
行なわずに済むので、データアクセス時間を短縮するこ
とかできる。

次に、前記第２図のフローチャートを参照して説明する
と、チャネル装置１９から磁気ディスクコントローラ１
８に対しデータ書込み要求かあり（ステップＳ１）、そ
の書込み要求データに対応するタグ情報［Ａ］がキャッ
シュ・メモリ１２内に存在することにより（ステップＳ
２）、ディレクトリ制御部１４からＬＲＵ制御部１６に
対しキャッシュ・ヒツト信号か出力されると（ステップ
Ｓ３）　　ＬＲＵ制御部１６は該タグ情報［Ａ］に対応
するブロックを、その格納レベルを置換させずに更新さ
せる（ステップＳ４）。そして、このキャッシュ・メモ
リブロック　［Ａ］に記憶されたデータが磁気ディスク
コントローラ１８を通して磁気ディスク装置２０のメモ
リエリア［Ａ］に書込まれることになる（ステップ５４
）。

このデータ書込み処理の場合、ディレクトリ制御部１４
からキャッシュ・ヒツト信号が圧力されても、キャッシ
ュ・メモリ１２における書込み要求データの最上位レベ
ルへの置換制御は行なわないので、読出し要求の比率が
高いデータを下位の格納レベルに先送りにせずに、キャ
ッシュ・メモリ１２を効率良く使用することができる。

さらに、チャネル装置１９から磁気ディスクコントロー
ラ１８に対しデータ読出し要求があり、その読出し要求
データに対応するタグ情報［Ｇ］がキャッシュ・メモリ
１２内に存在しないことにより、ディレクトリ制御１４
１４からＬＲＵ制御部１６に対しキャッシュ・ミスヒツ
ト信号が出力されると、ＬＲＵ制御部１６は該タグ情報
［Ｇ］に対応するブロックを磁気ディスク装置２ｏがら
転送させキャッシュ・メモリ１２の最上位レベルに書込
み更新させる（ステージング）。そして、このキャッシ
ュ・メモリブロック［Ｇ］に記憶されたデータが磁気デ
ィスクコントローラ１８を通してチャネル装置１９側に
読比されることになる。

ここで、キャッシュ・メモリ１２の最下位レベルに存在
したブロック［Ａ］は追出される。

この場合、読出し要求に応じたブロック［Ｇ］かキャッ
シュ・メモリ１２の最上位レベルに新たに書込まれ、前
回までの書込み要求に応して残存していたブロック［Ａ
］か追出されるので、より有効にキャッシュ・メモリ１
２を使用することかできる。

第４図はキャッシュ・メモリ内のブロック（ａ）とブロ
ック（ｂ）に対するアクセスパターンの一例を示すもの
で、前記従来例で述べたディスク・キャッシュ装置では
、アクセスされてもディスクやキャッシュの効果が得ら
れない書込み要求を受ける頻度が高いブロック（ａ）が
キャッシュ・メモリの上位に位置することになり、読出
し要求を受ける比率が高くディスク・キャッシュの効果
が得られるブロック（ｂ）は順次下位レベルに先送りに
なり追出され易くなる。

これに対し、上記実施例で述べたディスク・キャッシュ
装置では、書込み要求により頻繁にキャッシュ・ヒツト
した・ブロック（ａ）がキャッシュ・メモリの上位レベ
ルに位置することがないので、時々読出し要求を受ける
ブロック（ｂ）が追出される恐れはなく、全体的なアク
セス回数は少なくてもブロック（ｂ）の読出し要求時に
は確実にディスク・キャッシュの効果を発揮することが
できる。

したがって、上記のようにしたディスク・キャッシュ制
御方式によれば、例えばデータ書込み処理の場合、ディ
レクトリ制御部１４からキャッシュ・ヒツト信号が出力
されても、キャッシュ・メモリ１２における書込み要求
データの最上位レベルへの置換制御は行なわないので、
読出し要求の比率が高いデータを下位の格納レベルに先
送りにせずに、キャッシュ・メモリ１２を効率良く使用
することができ、データ処理速度の高速化が可能になる
。

［発明の効果］ 以上のように本発明によれば、ライトスルー方式のディ
スク・キャッシュ装置におけるキャッシュ・メモリのデ
ータの読出し又は書込みを制御するもので、磁気ディス
ク装置と、この磁気ディスク装買の所定のメモリエリア
毎にそれぞれ対応して設けられたキャッシュ・メモリと
、このキャッシュ・メモリに記憶される複数のデータの
格納順位を置換するデータ置換手段と、データの読出し
又は書込み要求時に該要求データか上記キャッシュ・メ
モリに存在するか否かを検索するキャッシュ・データ検
索手段と、上記データ読出し要求時には該読出し要求デ
ータを上記キャッシュ・メモリの最上位位置に置換格納
し、上記データ書込み要求時には該書込み要求データが
上記キャッシュ會データ検索手段により上記キャッシュ
・メモリに存在することが検索された場合にのみ該キャ
ッシュ・メモリの同順位位置に置換格納するキャッシュ
・データ格納手段とを錫えて構成し、データ読出し要求
の頻度に応じたキャッシュ・データの置換制御を行なう
ことにより、読出し要求の比率が高いデータが優先的に
キャッシュ・メモリに残されると共に、キャッシュ効率
の低いデータは優先的に該キャッシュ・メモリから排出
されることになり、最大限のディスク・キャッシュ効果
を得ることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係わるディスク・キャッシ
ュ制御方式が適用されるディスク・キャッシュ装置とそ
の周辺構成を示すブロック図、第２図は上記ディスク・
キャッシュ制御方式に基づくデータ書込み処理を示すフ
ローチャート、第３図は上記ディスク令キャッシュ制御
方式に基づくキャッシュ・メモリにおけるデータ置換動
作を示す図、第４図はキャッシュ・メモリ内のブロック
（ａ）とブロック（ｂ）に対するアクセスパターンの一
例を示す図、第５図はライトスルー方式による従来のデ
ィスク・キャッシュ装置のキャッシュ・メモリに対する
データアクセス処理を示す図である。 １１・・・ディスク・キャッシュ装置、１２・・・キャ
ッシュ・メモリ、１３・・・ディレクトリ管理テーブル
、１４・・−ディレクトリ制御部、１５・・・ＬＲＵ情
報管理テーブル、１６・・・ＬＲ，Ｕ制御部、１７・・
・パスライン、１８・・・磁気ディスクコントローラ、
１９・・・チャネル装置、２０・・・磁気ディスク装置
。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　ライトスルー方式のディスク・キャッシュ装置におけ
   るキャッシュ・メモリのデータの読出し又は書込みを制
   御するディスク・キャッシュ制御方式において、 磁気ディスク装置と、 この磁気ディスク装置の所定のメモリエリア毎にそれぞ
   れ対応して設けられたキャッシュ・メモリと、 このキャッシュ・メモリに記憶される複数のデータの格
   納順位を置換するデータ置換手段と、データの読出し又
   は書込み要求時に該要求データが上記キャッシュ・メモ
   リに存在するか否かを検索するキャッシュ・データ検索
   手段と、 上記データ読出し要求時には該読出し要求データを上記
   キャッシュ・メモリの最上位位置に置換格納し、上記デ
   ータ書込み要求時には該書込み要求データが上記キャッ
   シュ、データ検索手段により上記キャッシュ・メモリに
   存在することが検索された場合にのみ該キャッシュ・メ
   モリの同順位位置に置換格納するキャッシュ・データ格
   納手段と、 を具備したことを特徴とするディスク・キャッシュ制御
   方式。