JPH07111692B2 - 記憶階層制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は計算機等の記憶制御方式
に係り、特にプログラムデータの重複使用頻度が高く、
大容量の主記憶装置、ディスク・キャッシュ装置やディ
スク装置から成る記憶階層を有する大規模計算機システ
ムにおいて好適な記憶階層制御方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、計算機システムでは、プログラム
やデータは磁気ディスク装置などアクセス速度が比較的
遅い補助記憶装置に格納され、中央処理装置からの使用
要求に応じて、補助記憶装置からよりアクセス速度の早
い主記憶へ転送されて使用されていた。

【０００３】このような計算機システムにおける記憶制
御方式として、仮想記憶方式におけるページングや入出
力を仮想化し、予め主記憶上にプログラムやデータを配
置しておく技術が知られている。ページング処理ではペ
ージ・リプレースメント・アルゴリズムとしてＬＲＵ
（Least Recently Used）法やWorking Set法が用いられ
るが、これらの方式では、基本的にプログラム実行の局
所参照性を利用してより最近に使用されたものを主記憶
中に配置することを行なっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術によれ
ば、プログラムやデータは、中央処理装置により使用さ
れるときに処理速度の遅い補助記憶装置から処理速度の
早い主記憶に転送される。このため、プログラム実行時
間が長くなるという問題を有している。また、ページン
グ処理におけるＬＲＵ法では、最近に使用されたプログ
ラム、あるいはデータ等を主記憶中に配置しておくた
め、優先度は高いがしばらく利用されなかったプログラ
ムなどは、主記憶から追い出され、使用するときに改め
て補助記憶装置から読み出して主記憶上に配置する必要
があり、主記憶の有効利用が限られるといった問題があ
った。

【０００５】本発明の目的は、上記従来技術の問題点を
解消し、複数の記憶装置からなる記憶階層を有する計算
機システムにおいて、記憶装置間でのプログラムまたは
データの配置を工夫することにより、アクセス速度の早
い記憶装置を効率的に利用することのできる記憶階層制
御方式を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の記憶階層制御方法は、プログラムまたはデ
ータを保持する第１の記憶装置と、第１の記憶装置に保
持されるプログラムまたはデータの一部を保持し、第１
の記憶装置よりも高速な第２の記憶装置とを含んで構成
される記憶階層を有するシステムにおいて、システムに
おけるプログラムまたはデータの使用状況を監視してそ
の使用状況を記憶し、記憶された使用状況に基づいて第
１の記憶装置に保持されるプログラムまたはデータの優
先度を決定し、この優先度に従って一部のプログラムま
たはデータを第２の記憶装置上に予め配置しておくこと
を特徴としている。

【０００７】

【作用】プログラムまたはデータのシステムでの使用状
況を基にした優先度に従って、高速なより上位の階層の
記憶装置に一部のプログラムやデータを予め配置してお
くことにより、中央処理装置からのプログラムまたはデ
ータの使用要求に対し、要求されたプログラムまたはデ
ータがより高速な記憶装置上に存在する確率を高め、階
層化された複数の記憶装置を効率的に利用することがで
きる。これにより、プログラムの実行時間を実質的に短
くすることが可能となる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明を実施例により説明する。

【０００９】（第１の実施例）図１に本発明の第１の実
施例の構成を示す。本実施例では中央処理装置が直接に
アクセス可能な高速の記憶装置として主記憶装置を、中
央処理装置からは直接にアクセス不可能なより低速の記
憶装置として補助記憶装置（ディスク装置）を設定して
いる。本発明における記憶階層制御方式が果すべき機能
としては、（図２） （１）使用要求が発生したプログラムやデータが記憶階
層制御の管理下かどうかの判定と実行 （２）主記憶中に配置すべきプログラムやデータの決定
と実行 （３）記憶階層制御に関する稼動情報の収集 （４）ユーザ・コマンドによる稼動情報の表示 （５）ユーザ・コマンドによるプログラムやデータの主
記憶常駐指定・常駐解除指定ならびに記憶階層制御適用
指定・適用解除指定 が必要である。これらの機能を実現するために、記憶階
層制御が各プログラム／データを現在どう状態で管理し
ているかを表わす管理テーブルを用意する（図３）。こ
の管理テーブル中にはプログラム名称の他に、補助記憶
装置内における位置情報、主記憶中に配置されている場
合にはそのアドレス、ユーザ・コマンドによって主記憶
常駐とするか非常駐とするか指定できるが、現在そのい
ずれの属性になっているかを表わすフラグ、非常駐属性
のプログラムやデータが現在主記憶中にあるかないかを
示す状態フラグ、最後に主記憶に読み込まれてからプロ
グラム、データが更新されたかを表わすフラグ、並びに
当該プログラム、データを主記憶中に配置すべき優先度
がそれぞれ含まれる。

【００１０】記憶階層制御のもつ各機能の実施例を以下
に詳細に説明する。

【００１１】（１）プログラムの実行要求発生時（図
４） プログラムの実行要求が発生した場合には、制御はまず
記憶階層管理下判定装置に渡る。ここでは管理テーブル
を検索して当該のプログラムが管理テーブル中に存在す
るかを判定する。もし存在しなければ当該プログラムは
記憶階層制御下にはなく、通常の入力処理装置により記
憶階層制御外の主記憶に読み込む。もし存在すれば次に
当該プログラムが既に主記憶中に読み込まれているかを
判定し、主記憶中になければ管理テーブル中の状態フラ
グを更新し、再配置実行装置により当該プログラムを主
記憶に読み込む。またもし主記憶中に既にあれば記憶階
層制御は処理を行なう必要がなく、そのまま当該プログ
ラムへ制御を渡す。

【００１２】この場合、当該プログラムが記憶階層制御
下にない場合ならびに制御下にあっても主記憶にない場
合はプログラムの実行時間は短縮されない。しかし記憶
階層制御下にあってかつ主記憶中にあるプログラムにつ
いてはそのまま実行可能なので実行時間は短縮される。

【００１３】（２）再配置処理実行のためのタイマ割込
み発生時（図５） 主記憶中にどのプログラムやデータを配置しておくかを
決定し実行する再配置処理は、プログラムやデータの使
用とは全く非同期にタイマ割込みにより周期的に起動さ
れる。この起動周期を再配置周期と呼ぶ。この処理が起
動されると制御は再配置決定装置に移る。再配置決定装
置では、その時点における管理テーブルの内容、稼動情
報履歴により各プログラムやデータを主記憶へ読み込む
べき優先度を算出する。次にこの優先度に基づき優先度
が高いにもかかわらず主記憶中にないプログラム、デー
タのうち所要量だけを抽出し、次にこの量に相当する優
先度が低くて主記憶中に存在するプログラム、データを
抽出する。

【００１４】再配置実行装置では、上記再配置決定装置
が抽出した優先度が低いプログラム、データに代えて優
先度の高いものを主記憶に読み込む処理を行なう。この
際、主記憶中に存在していた間に更新されたデータにつ
いては、補助記憶装置上へ読み出す処理が必要である。
この入れ替え処理と並行して、管理テーブル更新装置に
より主記憶中の有無を示す管理テーブル中の状態フラグ
を更新する。

【００１５】以上の再配置処理は主記憶非常駐属性のプ
ログラム、データのみであり、主記憶常駐属性のものは
常に主記憶中に存在させるため上記再配置処理からは除
外する。

【００１６】（３）記憶階層制御に関する稼動情報の収
集 記憶階層制御に関する稼動情報としては、 （ｉ）周期的なタイマー割込みにより管理下にあるプロ
グラム、データの状況サンプリングする。 （ii）ユーザ・コマンドの投入履歴をとる。 （iii)プログラムやデータの使用要求が発生した際にそ
の旨を記録する。 の３種類がある。これらはいずれも稼動情報取得装置を
通して補助記憶装置上に出力される。上記のうち（ｉ）
は再配置決定装置が主記憶上に配置すべきプログラムや
データを抽出するのに用いられる。また（ｉ）（iii）
はユーザが主記憶常駐属性とするかの判断基準とするた
めのものである。

【００１７】（４）ユーザ・コマンドによる稼動情報の
表示 ユーザが記憶階層制御下のプログラムやデータのうち主
記憶常駐属性とすべきものを選択するために、ユーザ・
コマンドにより指定された情報を出力する。表示内容は
稼動情報表示装置により、主に前項の（ｉ）（iii）な
らびにその時点の管理テーブルの内容である。

【００１８】（５）ユーザ・コマンドによる主記憶常駐
指定・常駐解除指定、記憶階層制御適用指定・適用解除
指定 ユーザはコマンドを投入することにより、特定のプログ
ラムやデータを主記憶上に常駐させたり、常駐指定され
ていたものを解除することができる（図６）。また、記
憶階層制御の管理下になかったプログラムやデータをユ
ーザ・コマンドにより記憶階層制御の管理下においた
り、管理下にあったものを管理外とすることができる
（図７）。

【００１９】例として主記憶常駐指定、解除指定につい
て説明する。コマンドが投入されるとコマンド処理装置
に制御が渡り、主記憶常駐指定か解除指定かが振分けら
れる。常駐解除指定の場合は管理テーブル中の属性フラ
グを変更する。これで以後、再配置決定装置による再配
置の対象となり、主記憶から追出されることも起こり得
る。また主記憶常駐指定ならば、属性フラグを常駐属性
に更新すると共に、もし主記憶中に存在しなければ主記
憶中に読込んでおく。これで当該プログラム、データは
再配置の対象から除外され、以降主記憶に常駐される。

【００２０】（第２の実施例）つぎに第２の実施例につ
いて説明する。第２の実施例の主要部は第１の実施例と
同様であるが第２の実施例においては特に主記憶中に配
置すべきプログラムやデータの決定と実行に係るもので
ある。すなわち主記憶中に読み込んでおくべきプログラ
ムやデータは近い将来頻繁に使用されると予想されるも
のにすべきであるが、この将来頻繁に使用されるかどう
かを正しく知ることは不可能である。しかし、一般にプ
ログラムやデータの使用状況は平均的に過去に頻繁に使
用されたもの程、将来にわたり頻繁に使用される可能性
が高い。そこで主記憶中に読み込まれたプログラムやデ
ータについて、それらがその時点までに使用された回数
の統計が最大となるようにする方法が考えられる。この
場合、各プログラムやデータの過去の使用回数は既に判
っているから、記憶階層制御下にあるプログラムやデー
タから大きさの合計が主記憶容量以内であるような全て
の選び出し方について過去の使用回数の合計を調べれば
最大となるケースを厳密に知ることができる。しかしこ
の方法はそれを実行するための処理時間が膨大であり、
性能上実現は困難である。

【００２１】そこで実現可能な方法として各プログラム
やデータに対して主記憶に読み込んでおくべき優先度を
割付け、この優先度の高いプログラムやデータから大き
さの合計が主記憶容量に達するまで選ぶという方法が考
えられる。この方法ならば処理時間は大きな問題ではな
く実現可能である。

【００２２】図８に本実施例における優先度を用いて主
記憶に読み込むべきプログラムやデータを選択する手順
を示す。但し用いた記号は次の通りである。 Ｎ ：記憶階層制御下にあるプログラムやデータの総数 ａ_n：記憶階総制御下にあるプログラムやデータ（ｎ＝
１，２，…，Ｎ） ｓ_n：ａ_nの大きさ ｆ_n：ａ_nの使用回数 ｐ_n：ａ_nに割付けられた優先度 Ｃ ：記憶階層制御下にある主記憶容量 この主記憶読み込み優先度としては次のようなものを考
えた。

【００２３】（１）各プログラムやデータのその時点ま
での使用回数ｆ_n（つまりｐ_n：ｆ_n）。 （２）各プログラムやデータについての単位メモリ量当
りの使用回数（つまりｐ_n：ｆ_n／ｓ_n）。 （２）については次のようないくつかの好ましい性質を
持っている。〔性質１〕上記（２）の優先度は、最適選
択（選択されたプログラムやデータの使用回数の和が最
大となるような選択）に近い解を与える確率が高い。
〔性質２〕プログラムやデータの大きさｓ_nが一定の
時、（２）の優先度は最適解を与える。〔性質３〕プロ
グラムやデータの使用回数ｆ_nが一定の時、（２）の優
先度は最適解を与える。

【００２４】つぎに本実施例における優先度の効果を評
価する。評価モデルは、各プログラムやデータの大きさ
を指定された値の範囲内で一様乱数、使用回数を１から
１,０００までの一様乱数で決定する。従ってデータの
大きさと使用回数に相関関係はない。そしてこのような
プログラムやデータを指定された個数だけ生成し、指定
されたメモリ容量内で、 （１）使用回数ｆ_nの大きいものから選んだ場合 （２）単位メモリ当りの使用回数ｆ_n／ｓ_nの大きいもの
から選んだ場合 （３）無作為に選んだ場合 を比較する。

【００２５】解析結果を図９，図１０に示す。図９はプ
ログラムやデータの大きさが１０〜２０の一様乱数の場
合（大きさの分散が小さい）であり、図１０はプログラ
ムやデータの大きさが１〜６０の一様乱数の場合（大き
さの分散が大きい）である。図中の一点鎖線は特に優先
度などを考慮せず無作為に抽出した場合の平均的な値を
示している。これによると全ケースにおいて両優先度を
用いた場合の方が無作為な抽出より最大５３〜８０％ヒ
ット率が改善されている。特に単位メモリ量当りの使用
回数による方法が最も優れていることが判かる。このよ
うに両優先度は有効な選択基準を与えることが判かる。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、記
憶階層上の上位の階層であるより高速な記憶装置上に、
より頻繁に使用され優先度の高いプログラムやデータを
配置することができる。これによりプログラムの実行時
間を短縮させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における記憶階層制御方式の実施例の構
成図。

【図２】本発明における記憶階層制御の各装置と処理の
関連図。

【図３】本発明における記憶階層制御方式における管理
テーブルの構成図。

【図４】本発明のフローチャートであり、プログラムの
実行要求発生時の処理の流れである。

【図５】本発明のフローチャートであり、再配置処理の
流れである。

【図６】本発明のフローチャートであり、ユーザ・コマ
ンドによる主記憶常駐指定・常駐解除指定の処理の流れ
である。

【図７】本発明のフローチャートであり、ユーザ・コマ
ンドによる記憶階層制御適用指定・適用解除指定の処理
の流れを示す。

【図８】本発明における優先度によるプログラム、デー
タの主記憶読み込み処理の流れ図。

【図９】本発明におけるデータの大きさが２０〜４０の
場合の主記憶読み込み優先度の比較図。

【図１０】本発明におけるデータの大きさが１〜６０の
場合の主記憶読み込み優先度の比較図である。

【符号の説明】

１０１…中央処理装置、１０２…記憶階層制御下主記憶
装置、１０３…記憶階層制御外主記憶装置、１０４〜１
０５…記憶階層制御下主記憶装置、１０６…記憶階層制
御外主記憶装置、１０７…記憶階層制御の適用範囲、２
０１〜２０５…記憶階層制御の起動の種類、契機、処理
の流れ、２０６…記憶階層制御主制御装置、２０７…稼
動情報表示装置、２０８…稼動情報取得装置、２０９…
再配置決定装置、２１０…記憶階層制御管理下判定装
置、２１１…コマンド処理装置、２１２…稼動情報取得
用補助記憶装置、２１３…記憶階層制御管理テーブル、
２１４…管理テーブル更新装置、２１５…再配置実行装
置、２１６…記憶階層制御外入出力処理装置、２１７…
記憶階層制御下主記憶装置、２１８…記憶階層制御外主
記憶装置、２１９…プログラム・データ格納用補助記憶
装置、３０１…記憶階層制御管理テーブル・エントリ、
４０１〜４０７…プログラムの実行要求発生時の処理の
流れ、５０１〜５１０…再配置処理の流れ、６０１〜６
０７…ユーザ・コマンドによる主記憶常駐指定・常駐解
除指定の処理の流れ、７０１〜７１１…ユーザ・コマン
ドによる記憶階層制御適用指定・適用解除指定の処理の
流れ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 久保 隆重 神奈川県川崎市麻生区王禅寺1099番地 株 式会社日立製作所システム開発研究所内 (72)発明者 吉澤 康文 神奈川県川崎市麻生区王禅寺1099番地 株 式会社日立製作所システム開発研究所内 (72)発明者 森 啓倫 神奈川県横浜市戸塚区戸塚町5030番地 株 式会社日立製作所ソフトウェア工場内 (56)参考文献 特開 昭54−117642（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】プログラムまたはデータを保持する第１の
   記憶装置と、該第１の記憶装置に保持されるプログラム
   またはデータの一部を保持し、前記第１の記憶装置より
   も高速にアクセス可能な第２の記憶装置とを含んで構成
   される記憶階層を有するシステムにおいて、該システム
   における前記プログラムまたはデータの使用状況を監視
   して該使用状況を記憶し、記憶された前記使用状況に基
   づいて前記第１の記憶装置に保持されるプログラムまた
   はデータの優先度を決定し、該優先度に従って一部のプ
   ログラムまたはデータを前記システムにおけるプログラ
   ムまたはデータの使用とは非同期に前記第２の記憶装置
   上に予め配置しておくことを特徴とする記憶階層制御方
   法。