JPH0553914A - デイスクキヤツシユ方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 トラックサイズにかかわらず、高速な処理を
可能とする。 【構成】 まず、アプリケーションプログラム１の割込
みにより、仮想マシンモニタ４が起動され、当該アプリ
ケーションプログラム１の動作モードである仮想リアル
モードがオフにされ、キャッシュメモリ６を直接アクセ
スできるプロテクトモードに切替えられる。これによ
り、ディスクアクセスエミュレータ３が起動され、キャ
ッシュメモリ６上にアクセス対象のデータが存在するか
否かが判定される。存在しない場合には、キャッシュメ
モリ６上のアドレスがディスク装置７上のアドレスとと
もにデバイスドライバ５に対して送出される。デバイス
ドライバ５は、ディスク装置７上のアドレスを受取る
と、ディスク装置７からデータを読み出し、キャッシュ
メモリ６上に転送する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ディスク装置のトラッ
クサイズにかかわらず、高速な処理が可能なディスクキ
ャッシュ方式に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ディスクキャッシュ処理は、ハードディ
スク等のディスク装置からメモリにデータを読み込む時
間を短縮することを目的とするものである。図２は、従
来のディスクキャッシュ方式を説明するメモリマップ図
である。図示のように、１メガバイト以下の空間（図中
上側）には、デバイスドライバ２１と、拡張ドライバ２
２と、ディスクキャッシュプログラム２３と、トラック
バッファ２４と、ＡＰバッファ２５とが格納されてい
る。また、１メガバイト以上の空間（図中下側）には、
キャッシュメモリ２６が格納されている。トラックバッ
ファ２４は、ディスクキャッシュプログラム２３内に存
在し、ディスク装置の１トラック分のデータを格納する
領域である。

【０００３】キャッシュメモリ２６は、トラックバッフ
ァ２４に読み込まれたデータを、数トラック分蓄積でき
る。ＡＰバッファ２５は、アプリケーションプログラム
２８が、データの読込み先として指定したバッファであ
る。デバイスドライバ２１は、ディスク装置２７を直接
アクセスするプログラムである。このデバイスドライバ
２１では、ディスク装置２７からデータを読み込む場合
は、１メガ以下の空間しか指定できない。拡張ドライバ
２２は、１メガ以下の空間と、１メガより上の空間との
間で、データ転送を行なうプログラムである。

【０００４】以下、図２と図３とを参照して従来のディ
スクキャッシュ処理の手順を説明する。図３は、従来の
ディスクキャッシュ処理手順を説明するフローチャート
である。このフローチャートは、従来の３２ビットマシ
ンにおけるディスクキャッシュ処理を示す。

【０００５】まず、アプリケーションプログラム２８か
らディスク装置２７のリードが要求されると、ディスク
キャッシュプログラム２３は、リードしたいトラックの
データがキャッシュメモリ２６にあるかどうかをチェッ
クする（ステップＳ０）。該当するデータがあれば、さ
らにキャッシュプログラム２３内のトラックバッファ２
４に同データがあるかを調べる（ステップＳ５）。“あ
り”ならば、トラックバッファ２４からＡＰバッファ２
５へ必要なサイズ分のデータを転送する（ステップＳ
３）。一方、トラックバッファ２４に同データが無けれ
ば、拡張バッファ２２に依頼してキャッシュメモリ２６
からＡＰバッファ２５へデータを転送する（ステップＳ
４）。

【０００６】もし、キャッシュメモリ２６内にも、該当
トラックのデータが無い場合、デバイスドライバ２１に
依頼してディスク装置２７からトラックバッファ２４に
１トラック分のデータを読み込む（ステップＳ１）。次
に、拡張ドライバ２２に依頼してトラックバッファ２４
からキャッシュメモリ２６へ読み込んだデータをセーブ
する（ステップＳ２）。そして、トラックバッファ２４
からＡＰバッファ２５へデータ転送を行なう（ステップ
Ｓ３）。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の技術には、次のような問題があった。即ち、ト
ラックバッファ２４のサイズは固定であり、１メガ以下
のメモリ空間になくてはならないため、サイズに余裕を
持たせることができなかった。このため、１トラックが
トラックバッファ２４の領域のサイズを超えるような、
大容量のハードディスクを接続した場合には、ディスク
キャッシュプログラム２３は動作が不可能となるという
問題があった。

【０００８】また、デバイスドライバ２１が、１メガ以
下の空間にしかデータを読み込めないため、トラックバ
ッファ２４と、拡張ドライバ２２とが必要であった。こ
のため、バッファ間のデータ転送回数が増え、余計な時
間がかかっていた。本発明は、以上の点に着目してなさ
れたもので、すべてのトラックサイズに対応可能で、高
速なディスクキャッシュ処理を実現できるキャッシュメ
モリ方式を提供することを目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明のキャッシュメモ
リ方式は、アプリケーションプログラムのディスクアク
セスのための割込みにより、当該アプリケーションプロ
グラムの動作モードである仮想リアルモードをオフに
し、キャッシュメモリを直接アクセスできるプロテクト
モードに切替える仮想マシンモニタと、当該プロテクト
モードの下で動作し、キャッシュメモリ上にアプリケー
ションプログラムのアクセス対象とするデータが存在す
るか否かを判定し、存在しない場合には、アプリケーシ
ョンプログラムのアクセス対象とするデータをディスク
装置からキャッシュメモリ上に転送するため、前記キャ
ッシュメモリ上のいずれかのアドレスを指定してディス
ク装置上のアドレスとともに送出するディスクアクセス
エミュレータと、前記プロテクトモードの下で動作し、
当該ディスクアクセスエミュレータからディスク装置上
のアドレスを受取り、当該アドレスに格納されているデ
ータを前記ディスク装置から読み出し、前記キャッシュ
メモリ上の指定されたアドレスに転送するデバイスドラ
イバとから成ることを特徴とするものである。

【００１０】

【作用】本発明のキャッシュメモリ方式においては、ま
ず、アプリケーションプログラムのディスクアクセスの
ための割込みにより、仮想マシンモニタが起動される。
この仮想マシンモニタは、当該アプリケーションプログ
ラムの動作モードである仮想リアルモードをオフにし、
キャッシュメモリを直接アクセスできるプロテクトモー
ドに切替える。これにより、ディスクアクセスエミュレ
ータが起動され、キャッシュメモリ上にアプリケーショ
ンプログラムのアクセス対象とするデータが存在するか
否かが判定される。存在しない場合には、キャッシュメ
モリ上のいずれかのアドレスが指定され、当該アドレス
がディスク装置上のアドレスとともにデバイスドライバ
に対して送出される。デバイスドライバは、ディスク装
置上のアドレスを受取ると、当該アドレスに格納されて
いるデータをディスク装置から読み出し、キャッシュメ
モリ上の指定されたアドレスに転送する。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細
に説明する。図１は、本発明のディスクキャッシュ方式
の実施例を説明するメモリマップ図である。図示のメモ
リマップには、アプリケーションプログラム１と、ＡＰ
バッファ２と、ディスクアクセスエミュレータ３と、仮
想マシンモニタ４と、デバイスドライバ５と、キャッシ
ュメモリ６とが格納されている。アプリケーションプロ
グラム１は、１メガバイト以下の空間に格納され、仮想
リアルモードで動作する。

【００１２】ＡＰバッファ２は、アプリケーションプロ
グラム１で必要とするデータを格納する領域である。デ
ィスクアクセスエミュレータ３は、キャッシュメモリ６
を直接アクセスできるよう、プロテクトモードで動作す
る。このディスクアクセスエミュレータ３は、キャッシ
ュメモリ６上にアプリケーションプログラム１のアクセ
ス対象とするデータが存在するか否かを判定する。そし
て、存在しない場合には、アプリケーションプログラム
１のアクセス対象とするデータをディスク装置７からキ
ャッシュメモリ６上に転送する。このため、ディスクア
クセスエミュレータ３は、キャッシュメモリ６上のいず
れかのアドレスを指定してディスク装置７上のアドレス
とともにデバイスドライバ５に送出する。尚、キャッシ
ュメモリ６上のアドレスは未使用領域があれば、そのア
ドレスを指定し、未使用領域がなくなった場合は、いわ
ゆるＬＲＵ方式により、最も古く参照されたデータが格
納されたアドレスを指定するのが一般的となっている。

【００１３】仮想マシンモニタ４は、アプリケーション
プログラム１のディスクアクセスのための割込みによ
り、当該アプリケーションプログラム１の動作モードで
ある仮想リアルモードをオフにする。そして、キャッシ
ュメモリ６を直接アクセスできるプロテクトモードに切
替える。デバイスドライバ５は、ディスクアクセスエミ
ュレータ３と同様に、プロテクトモードで動作し、ディ
スクアクセスエミュレータ３からディスク装置７上のア
ドレスを受取る。このデバイスドライバ５は、プロテク
トモードの機能を利用し、１メガより上のメモリに対し
て直接ディスク装置７からデータを読むことが可能であ
る。これにより、デバイスドライバ５は、ディスクアク
セスエミュレータ３に指示されたアドレスに格納されて
いるデータをディスク装置７から読み出す。そして、こ
のデータをキャッシュメモリ６上の指定されたアドレス
に転送する。

【００１４】キャッシュメモリ６は、図２に示す従来の
キャッシュメモリ２６と同様に、１メガバイト以上の空
間に割り当てられている。ディスク装置７は、例えば、
ハードディスク等から成るものであるが、光ディスクや
フロッピディスクであっても差し支えない。

【００１５】本発明のディスクキャッシュ方式は、３２
ビットＣＰＵで実現できる。３２ビットＣＰＵは、「リ
アルモード」と「プロテクトモード」の２種類の動作モ
ードを備えている。リアルモードは、アドレス空間１メ
ガバイトで、アプリケーションプログラムが使える命令
セットも８ビットＣＰＵと同じである。従来のディスク
キャッシュ装置は、このリアルモードで動作していた。
一方、プロテクトモードは、３２ビットアドレッシング
と仮想記憶機能をサポートしている。また、システム内
のタスクを相互に隔離する仕組みも備えており、さらに
サブモードである「仮想リアルモード」も用意されてい
る。本発明は、この仮想リアルモード上でプログラムが
動作している場合を前提としているため、まず、このモ
ードについて詳しく説明する。

【００１６】図４は、プロテクトモードと仮想リアルモ
ードの説明図である。仮想リアルモード３１は、上述し
たようにプロテクトモード３２のサブモードである。こ
の仮想リアルモード３１は、リアルモード３３と同様、
８ビットＣＰＵの命令を実行でき、１メガバイトのリニ
アアドレス空間へのアクセスを許す。そして、３２ビッ
トＣＰＵのハードウェアによる保護機能の管理下にあ
る。仮想リアルモードのタスクと、通常のプロテクトモ
ードのタスクとは、フラグレジスタ３４内の「仮想リア
ルモードビット」で判別される。仮想リアルモードビッ
トは、仮想リアルモードの場合は“１”、通常のプロテ
クトモードの場合は“０”とされる。この仮想リアルモ
ードビットは、タスクスイッチあるいは割込み／例外の
発生と復帰を契機に切替わる。

【００１７】図５は、モード切替の流れの説明図であ
る。以下、本図を説明する。仮想リアルモード５１、プ
ロテクトモード５２又は仮想マシンモニタ５３間のタス
クスイッチ発生時には、新しいタスクの制御情報を調べ
る。そして、その中のフラグレジスタイメージ中の仮想
リアルモード値によって、仮想リアルモード５１又はプ
ロテクトモード５２に切替わる。また、仮想リアルモー
ド５１で走行中に例外が発生すると、ＣＰＵはフラグレ
ジスタの内容をスタックに積んだ後、プロテクトモード
５２に切替わる。そして、例外処理を扱う例外ハンドラ
に制御を移す。逆に、例外処理が終わって割込み復帰命
令が発行されたときは、スタックからロードしたフラグ
レジスタ中の仮想リアルモードビットが“１”であれ
ば、仮想リアルモード５１に戻る。

【００１８】次に、仮想リアルモードで動作しているア
プリケーションプログラム（以下、「ＡＰ」という）か
ら、ディスク装置に対するリード要求が発行された場合
のディスクキャッシュ処理に伴うディスクアクセス動作
について説明する。図６は、リアルモードでのディスク
アクセスの説明図であり、図７は、仮想リアルモードで
のディスクアクセスの説明図であり、図８は、本発明に
係るディスクアクセスの説明図である。ディスクキャッ
シュプログラム６２、７２は、ＡＰ６１、７１がディス
クアクセスの割込みを実行すると、呼び出される。とこ
ろが、従来のディスクキャッシュ方式をそのまま仮想リ
アルモードで動作させた場合、問題となるのは、ディス
ク装置７４への物理アクセス処理の部分である。

【００１９】従来は、図６に示すように、リアルモード
で動作していたため、ハードウェア資源であるディスク
装置６４を専有することができた。ところが、仮想リア
ルモードは、図７に示すように、プロテクトモードのサ
ブモードであるため、複数のタスクでハードウェア資源
であるディスク装置７４を共有する場合が考えられる。
本発明では、図８に示すように、このディスクアクセス
部をディスクアクセスエミュレータ８３として独立さ
せ、プロテクトモードに置いた。ディスクアクセスエミ
ュレータ８３は、リアルモードのデバイスドライバが受
けていたデータ形式を、プロテクトモードのデバイスド
ライバ用に変換する機能を持つ。

【００２０】しかし、これだけでは、前述した２つの問
題点、つまり、メモリ空間が１メガバイト以下であると
いう第１の問題点、及びデータ転送数が多いという第２
の問題点は、依然として残る。そこで、ディスクアクセ
スエミュレータに、ディスクキャッシュ機能を持たせる
ことにより、上記課題を解決した。プロテクトモードで
は、仮想記憶管理機能が適用されるため、メモリ空間は
１６メガバイトに広がり、第１の問題点は解決される。
また、プロテクトモードのタスクから仮想リアルモード
のタスクのデータ部を直接アクセスすることにより、第
２の問題点も解決される。本処理の流れを図９に示す。

【００２１】図９は、本発明に係るディスクキャッシュ
処理手順を説明するフローチャートである。以下、この
フローチャートを図１を参照しつつ説明する。アプリケ
ーションプログラム１からディスク装置７に対してリー
ドが要求されると、ディスクアクセスエミュレータ３
は、リードしたいトラックのデータが、キャッシュメモ
リ６にあるかどうかチェックする（ステップＳ１０）。
あれば、プロテクトモードであることを利用し、３２ビ
ットレジスタを用いて直接キャッシュメモリ６からＡＰ
バッファ２へデータを転送する（ステップＳ１２）。な
ければ、デバイスドライバ５に依頼してディスク装置７
からキャッシュメモリ６にデータを読み込む（ステップ
Ｓ１１）。更に、キャッシュメモリ６にセーブしたトラ
ックデータの必要な部分をＡＰバッファ２に転送する
（ステップＳ１２）。これにより、ディスクキャッシュ
処理を終了する。

【００２２】図１０は、ディスクアクセスエミュレータ
とデバイスドライバとのインタフェースを示す図であ
る。仮想マシンモニタ９２は、仮想リアルモードで割込
みや例外が発生すると、呼び出される。この時点で、Ｃ
ＰＵの仮想リアルモードビットがオフにされ、プロテク
トモードに切替わる。割込み処理が終ると、仮想リアル
モードに切替わり、例外を引き起こした仮想リアルモー
ドのＡＰ９１に制御が戻る。メッセージ９７は、プロテ
クトモードで動作するタスク間の通信手段として用いら
れるデータ列である。ＩＲＥＴ９８は、割込み復帰のた
めの命令である。

【００２３】以下、本図を説明する。仮想リアルモード
のＡＰ９１がディスク装置９６のリードを実行するため
に割込みを実行する。割込みが発生すると、仮想マシン
モニタ９２が呼び出され、割込みハンドラであるディス
クアクセスエミュレータ９３に処理を渡す。ディスクア
クセスエミュレータ９３は、図９に示すディスクキャッ
シュ処理を行ない、プロテクトモード用メッセージを作
成してデバイスドライバタスク９５に送信する。デバイ
スドライバタスク９５は、ディスク装置９６への物理ア
クセスを実行し、結果をディスクアクセスエミュレータ
９３に返信する。ディスクアクセスエミュレータ９３は
メッセージを割込み復帰のパラメータに直し、仮想マシ
ンモニタ９２に戻る。仮想マシンモニタ９２はＩＲＥＴ
命令を出して仮想リアルモードのＡＰ９１に復帰する。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のディスク
キャッシュ方式によれば、仮想リアルモードで動作する
プログラムの入出力割込みにより、プロテクトモード下
でディスク装置からキャッシュメモリへのデータ転送を
行なうようにしたので、次の（１）〜（４）の効果があ
る。 （１）トラックサイズにかかわらず、すべてのディスク
装置に対応してディスクキャッシュ処理を行なうことが
できる。 （２）トラックバッファを介さないため、データ転送の
回数が減少し、より高速な処理が可能となる。 （３）データ転送用の拡張ドライバを必要としないよう
にできる。 （４）トラックバッファが不要となるため、プログラム
サイズを縮小でき、１メガバイト以下のリアルモード空
間をより有効に利用できる。即ち、例えば、他の制御プ
ログラムやユーティリティプログラム等を格納すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のディスクキャッシュ方式の実施例を説
明するメモリマップ図である。

【図２】従来のディスクキャッシュ方式を説明するメモ
リマップ図である。

【図３】従来のディスクキャッシュ処理手順を説明する
フローチャートである。

【図４】プロテクトモードと仮想リアルモードの説明図
である。

【図５】モード切替の流れの説明図である。

【図６】リアルモードでのディスクアクセスの説明図で
ある。

【図７】仮想リアルモードでのディスクアクセスの説明
図である。

【図８】本発明に係るディスクアクセスの説明図であ
る。

【図９】本発明に係るディスクキャッシュ処理手順を説
明するフローチャートである。

【図１０】ディスクアクセスエミュレータとデバイスド
ライバとのインタフェースを示す図である。

【符号の説明】

１ アプリケーションプログラム ２ ＡＰバッファ ３ ディスクアクセスエミュレータ ４ 仮想マシンモニタ ５ デバイスドライバ ６ キャッシュメモリ ７ ディスク装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アプリケーションプログラムのディスク
   アクセスのための割込みにより、当該アプリケーション
   プログラムの動作モードである仮想リアルモードをオフ
   にし、キャッシュメモリを直接アクセスできるプロテク
   トモードに切替える仮想マシンモニタと、 当該プロテクトモードの下で動作し、キャッシュメモリ
   上にアプリケーションプログラムのアクセス対象とする
   データが存在するか否かを判定し、存在しない場合に
   は、アプリケーションプログラムのアクセス対象とする
   データをディスク装置からキャッシュメモリ上に転送す
   るため、前記キャッシュメモリ上のいずれかのアドレス
   を指定してディスク装置上のアドレスとともに送出する
   ディスクアクセスエミュレータと、 前記プロテクトモードの下で動作し、当該ディスクアク
   セスエミュレータからディスク装置上のアドレスを受取
   り、当該アドレスに格納されているデータを前記ディス
   ク装置から読み出し、前記キャッシュメモリ上の指定さ
   れたアドレスに転送するデバイスドライバとから成るこ
   とを特徴とするディスクキャッシュ方式。