JPH07120305B2 - マルチプロセッサによるデータベース処理方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 データベースのリソース管理をローカルメモリを中心に
行う局所処理と，共用メモリを中心に行う共用処理と
を，アクセス状況に応じて，動的に変更するようにした
マルチプロセッサによるデータベース処理方式に関し， データベースのリソースに対するアクセス状況に応じ
て，インテグリティ保証を効率的に行い，アクセス性能
を向上させることを目的とし， データベースのある単位であるリソースごとに，共用処
理の対象になるか局所処理の対象になるかを記憶するデ
ータベース管理情報記憶部と，データベース管理情報記
憶部の設定情報に従って，アクセスのための制御を，各
プロセッサモジュールにおいてシンメトリックに処理す
る共用処理または非シンメトリックに処理する局所処理
のいずれかで行うアクセス管理部と，共用処理管理およ
び局所処理管理を切り替える共用・局所変更制御部とを
備えるように構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は，データベースのリソース管理をローカルメモ
リを中心に行う局所処理と，共用メモリを中心に行う共
用処理とを，アクセス状況に応じて，動的に変更するよ
うにしたマルチプロセッサによるデータベース処理方式
に関する。

マルチプロセッサシステムは，密結合マルチプロセッサ
システムと，疎結合マルチプロセッサシステムとに大別
されるが，さらにこれらを複合させたものや，密結合と
疎結合との中間的なものなど，多種多様のシステム構成
が，実用化されてきている。

一方，データベース管理システムを,1つのプロセッサ上
で実現するには，レスポンスにある程度の限界が生じる
ので，マルチプロセッサで処理することが考えられてい
るが，データを常に正しい状態に維持するためのインテ
グリティ保証の処理時間が増大する傾向にある。処理性
能を向上させるためには，このインテグリティ保証を効
率的に行うことが必要とされる。

〔従来の技術〕

第７図は従来のマルチプロセッサによるデータベース処
理方式の例を示す。

第７図（イ），（ロ）において，プロセッサモジュール
11は，それぞれCPUおよびローカルメモリ25を持つ処理
装置である。各プロセッサモジュール11は，バス結合さ
れ，プロセッサ間通信が可能になっている。

データベースのリソース（資源）22は，通常，グラニュ
ールと呼ばれる単位，すなわち，データベース中のある
データ集合の単位で，アクセスが管理される。この単位
は，例えばファイルレベルのこともあり，レコードレベ
ルのこともある。

このリソース22に対するアクセスでは，アクセス競合に
よるデータ矛盾の発生防止や，障害発生時における復旧
など，データの完全性を維持するためのインテグリティ
保証を行わなければならない。

従来，第７図（イ）に示すようなシステムでは，二次記
憶のデータベース実体格納部13に格納されたデータにつ
いて，各プロセッサモジュール11の担当するリソース22
が，あらかじめ静的にまたは負荷状況に応じて動的に決
められ，その各リソース22に対するインテグリティ保証
を，各プロセッサモジュール11が，すべて局所的に行う
ようにしていた。

一方，第７図（ロ）に示すようなシステムでは，データ
ベース実体格納部13から読み出したリソース22を，各プ
ロセッサモジュール11がアクセス可能な共用メモリ10上
に置き，排他制御，バッファ制御などの処理を，システ
ム全体で共通に行うことにより，すなわち，各プロセッ
サモジュール11がシンメトリックに行うことにより，共
用処理としてのインテグリティ保証を実現していた。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の処理方式では，インテグリティ保証を，各プロセ
ッサモジュール11に閉じた局所処理で行うか，システム
全体に共通な共用処理で行うかのいずれかであり，ある
リソース22について，局所処理で行ったり，共用処理で
行ったりすることはなかった。

第７図（イ）に示すような，リソース22を局所処理で管
理する方式では，あるプロセッサモジュール11が持つリ
ソース22を，他のプロセッサモジュール11がアクセスし
たい場合，プロセッサ間通信により，排他制御のための
ロック依頼や，バッファアクセス依頼を，管理元のプロ
セッサモジュール11に対して行う。そのための通信オー
バヘッドが大きく，複数のプロセッサモジュール11から
アクセスされる可能性の大きいリソース22については，
処理性能が非常に悪くなるという問題があった。

また，あるリソース22についての最適配分を行う場合，
人間がアクセスの統計データ等を参考にして，割り振る
べきプロセッサモジュール11を決定しなければならなか
ったので，チューニングが難しいという問題があった。

一方，第７図（ロ）に示すような，リソース22を共通処
理で管理する方式では，あるリソース22について，特定
の１つのプロセッサモジュール11だけが多くアクセスす
る場合であっても，常に，システム全体を考慮した排他
制御やバッファ制御などの管理を行う必要があるため，
その処理コストが大きくなり，効率的なアクセス制御が
できなくなるという問題があった。

本発明は上記問題点の解決を図り，データベースのリソ
ースに対するアクセス状況に応じて，インテグリティ保
証を効率的に行い，アクセス性能を向上させることを目
的としている。

〔課題を解決するための手段〕

第１図は本発明の構成例を示す。

第１図において,10は共用メモリ,11−1,11−2,…はプロ
セッサモジュール（PM）,12は各プロセッサモジュール1
1と共用メモリ10とを接続する高速バス,13はデータベー
ス実体格納部,20はデータベース管理情報記憶部,21は排
他制御情報を記憶するロック情報記憶部,22はデータベ
ースのある単位であるリソース,23はリソース22へのア
クセスを管理するアクセス管理部,25は共用・局所変更
制御部,25は各プロセッサモジュールが持つローカルメ
モリ,26は各プロセッサモジュール内における排他制御
情報を記憶する局所ロック情報記憶部を表す。

各プロセッサモジュール11−1,11−2,…は，それぞれロ
ーカルメモリ25を持ち，また，共用メモリ10にバス結合
されている。さらに，このシステムでは，各プロセッサ
モジュールに，データベース実体格納部13が,I/Oバス14
を介して接続され，各プロセッサモジュールから同等に
アクセスできるようになっている。なお,2つのバスを１
つで構成してもよい。

データベースのリソース22の管理は，データベース管理
情報記憶部20に設定された管理情報に基づいて行う。デ
ータベース管理情報記憶部20は，共用メモリ10に配置さ
れることもあり，ローカルメモリ25に配置されることも
ある。

本発明では，データベース管理情報記憶部20内に，アク
セス対象になっているリソース22が，共用処理の対象に
なっているか，局所処理の対象になっているかを示す共
用／局所表示部が設けられている。このデータベース管
理情報記憶部20は，ローカルメモリ25内にあってもよ
い。

各プロセッサモジュール11−1,11−2,…は，それぞれ対
称的な同じ構成となっており，アクセス管理部23と共用
・局所変更制御部24とを持つ。

アクセス管理部23は，共用メモリ10上にあるリソース22
の管理機能と，ローカルメモリ25上にあるリソース22の
管理機能とを備えている。

これらのリソース22に対する共用処理では，リソース22
に対するインテグリティ保証の処理を，各プロセッサモ
ジュールがシンメトリックに行う。ここで，シンメトリ
ックとは，どのプロセッサモジュールがリソース22にア
クセスとしても，同様な処理シーケンスで制御が行われ
ることを意味する。

局所処理では，リソース22に対するインテグリティ保証
の処理を，そのリソース22が割り当てられた特定のプロ
セッサモジュールが行う。すなわち，リソース22を管理
するプロセッサモジュールと，他のプロセッサモジュー
ルとの処理は，非シンメトリックになる。

リソース22に対するアクセスの制御を，共用処理として
行うか，局所処理として行うかは，データベース管理情
報記憶部20の共用／局所表示部を参照して決定する。

共用・局所変更制御部24は，各リソース22ごとにアクセ
ス状況を管理し，アクセス頻度が特定なプロセッサモジ
ュールに偏在しているとき，そのリソース22をその特定
なプロセッサモジュールによる局所処理対象とし，アク
セス頻度が特定なプロセッサモジュールに偏在していな
いとき，そのリソースを共用処理対象とする変更制御を
行う。すなわち，各リソース22のアクセス状況を監視す
ることにより，データベース管理情報記憶部20の共用／
局所表示部を更新して，共用から局所，または局所から
共用へのリソース管理の変更制御を行う。

〔作用〕 第２図は本発明の作用説明図である。

本発明は，データベースのリソース管理について，ロー
カルメモリを中心に行う局所処理と，共用メモリを中心
に行う共用処理とを，共用・局所変更制御により，アク
セス状況に応じて，動的に変更するようにしたものであ
る。

局所処理の場合，リソースに対するアクセスのための排
他制御やバッファ制御を，そのリソースを管理する特定
のプロセッサモジュールが行う。リソースに対するアク
セスが，特定のプロセッサモジュールに偏在している場
合，排他制御やバッファ制御を局所的に行うことによ
り，大部分のアクセス制御を高速化することが可能にな
る。

共用処理の場合，インテグリティ保証をシステム全体に
ついて行うので，特定のプロセッサが行う自分が管理す
るリソースに対する局所処理の場合に比べて，処理が遅
くなることもある。しかし，アクセスが特定のプロセッ
サモジュールに偏在することなく，各々のプロセッサか
ら均等にアクセスされるようなリソースについては，特
定のプロセッサモジュールに対する負荷の集中を回避
し，また，特定のプロセッサに対するアクセス依頼など
の通信コストの増大を防ぐことが可能になり，システム
全体としてのスループットを向上させることができる。

本発明では，第２図に示すように，アクセスが特定のプ
ロセッサモジュールに偏在する場合，局所処理管理と
し，偏在傾向が解消した場合，共用処理管理とするよう
に動的に変更制御を行うので，リソースのアクセス状況
に応じた最適なアクセス管理を行うことができるように
なる。

〔実施例〕

第３図は本発明の一実施例によるシステム構成例，第４
図は本発明の一実施例に係る処理概要説明図，第５図は
本発明の一実施例で用いる管理用データ説明図，第６図
は本発明の一実施例に係る共用・局所変更制御の処理の
例を示す。

本発明は，例えば第３図に示すようなマルチプロセッサ
システム上で実施される。第３図において,SSUは共用メ
モリ装置,SCAはI/Oインタフェースアダプタ,DKはディス
ク記憶装置,DLPはデータリンクプロセッサ,DRCは回線制
御を行うドライバ・レシーバ・カードを表す。

各プロセッサモジュール11は,1台または複数台のCPUと
ローカルメモリ25とを持っている。ローカルメモリ25に
対しては，キャッシュメモリのような利用の仕方でI/O
の削減が可能である。また，各プロセッサモジュール11
は，バスコントローラ（図示省略）による制御のもと
に，高速バス12を介して，共用メモリ装置SSUに対する
アクセスを行うことができるようになっている。

バスオペレーションの高速化と障害対策のため，高速バ
ス12やI/Oバス14などは，多重化されている。もちろ
ん，一重でもよい。

各プロセッサモジュール11は，あるプロセッサモジュー
ル11の処理を，他のプロセッサモジュール11が代わりに
行うことができるように構成される。したがって，プロ
セッサモジュール11の障害時には，その障害装置をシス
テムから切り離して，残りのプロセッサモジュール11に
より，サービスを続行することができるようになってい
る。

データベースの実体は，光ディスクや磁気ディスクなど
のディスク記憶装置DKに格納され，どのプロセッサモジ
ュール11からも,I/Oバス14およびアダプタSCAを介して
アクセスできるようになっている。

このようなシステムに類似したシステムとして，日経BP
社発行の「日経エレクトロニクスNO.461,1988年11月28
日号」,P110〜P115に示されているような各種のシステ
ムが知られているが，これらに限らず，共用メモリをバ
ス結合した種々のマルチプロセッサアーキテクチャ上
で，本発明を実現することが可能である。

端末等からのデータベースへのアクセス要求の処理は，
第４図に示すように行われる。

第４図（イ）は，メッセージを入力して，応用プログラ
ムAPPを起動するまでの処理の流れ，第４図（ロ）は，
データベース管理部の処理の流れを示している。以下の
説明における〜は，第４図に示す〜に対応す
る。

任意のプロセッサモジュール11で，データベース検
索要求などのメッセージの入力処理を行う。メッセージ
を入力する端末ごとに，その入力処理を担当するプロセ
ッサモジュール11をあらかじめ決めておいてもよい。

メッセージに従って，実行すべき応用プログラムAP
Pがアクセスするデータベースと，各プロセッサモジュ
ール11ごとの負荷状況に応じて，各プロセッサモジュー
ル11の応用プログラムAPPにメッセージを振り分ける。

これにより，メッセージを振り分けられた応用プロ
グラムAPPの実行が開始される。応用プログラムAPPは，
必要に応じてデータベース操作言語によるアクセス要求
を，データベース管理部に対して行う。

データベース管理部では，アクセス管理部23が，応
用プログラムAPPとのインタフェースに従って，アクセ
ス要求があったりリソースに対する排他制御，すなわ
ち，アクセス競合を避けるためのロック制御を行う。こ
の排他制御は，アクセスするリソースが共用処理対象と
なっているか，局所処理対象となっているかで異なり，
システム全体または特定のプロセッサモジュールの範囲
で有効なロック管理を行う。

〜排他制御と同様に，リソースが共用処理対象とな
っているか，局所処理対象となっているかにより，共用
メモリとローカルメモリとを使い分けて，バッファ制御
を行う。必要に応じて，二次記憶へのアクセスも行う。
そして，アクセス結果を，依頼元の応用プログラムAPP
に通知する。

以上のアクセスの処理とは別に，共用・局所変更制
御部24は，各プロセッサモジュールのアクセス状況を管
理・維持する。各リソースについて，共用処理対象とす
るか局所処理対象とするかを判定するための情報の収集
も行う。

各リソースについて，アクセス頻度が特定のプロセ
ッサモジュールに集中しているか否かを調べる。そし
て，局所処理管理をするか共用処理管理をするかを決定
する。

共用または局所の管理形態の変更が必要になった場
合，管理情報およびリソースを，共用メモりおよびロー
カルメモリ間で移動し，共用・局所の変更処理を行う。
共用・局所変更制御部24は，以上の処理を，所定の間隔
で周期的に，または他の適当な契機で行う。

共用処理および局所処理の管理のために使用する管理用
データとして，例えば第５図に示すようなデータがあ
る。

第５図に示すスペース管理表30は，データベースを管理
する空間管理情報を保持するテーブルである。本実施例
では,1つのプロセッモジュール内に複数のアドレス空間
を持つことができ，各空間に共通のカーネル（核）部に
よって，その空間およびデータベースの管理を行うよう
になっている。空間異常時には，相互にバックアップ可
能である。スペース管理表30は，データベース属性表31
へのポインタを持つ。

データベース属性表31は，リソースごとに次のような情
報を持つ。

（ａ）リソース名：データベースのリソースごとの共用
・局所を管理する単位に付加される名前である。この名
前により，実際に配置されているデータベースのリソー
ス22が識別できるようになっている。すなわち，バッフ
ァ管理情報32を介して，共用バッファまたはローカルメ
モリ内のバッファで管理されているデータとの対応がと
れるようになっている。

（ｂ）：共用／局所表示：対応するリソース22が，共用
型で制御されているのか，局所（偏在）型で制御されて
いるのかを示すフラグ等による表示である。この表示に
従って，リソース22やその管理情報を，共用メモリに配
置するか否かなどが決定される。

（ｃ）アクセス状況ポインタ：データベースアクセス状
況表33をポイントする。

（ｄ）データベース配置情報：局所型の場合に，そのイ
ンテグリティを保証するプロセッサモジュールの識別子
を持つ。

データベースアクセス状況表33は，各リソースごとのア
クセス状況の管理のために，各プロセッサモジュールが
何回そのリソースにアクセスしたかを示す次のような情
報を持つ。

（ａ）PM-ID:そのリソースに直接またはアクセス依頼に
より間接的にアクセスしたプロセッサモジュールの識別
子である。

（ｂ）参照回数・更新回数：プロセッサモジュールごと
の参照または更新のアクセス回数である。第５図に示す
管理用データの制御表は，共用メモリ内やプロセッサモ
ジュール内のローカルメモリに配置されている。

リソースが局所型の場合，データベース属性表31,デー
タベースアクセス状況表33は，その局所制御を行ってい
るプロセッサモジュールのローカルメモリに存在する。

リソースが共用型の場合，データベース属性表31は，共
用メモリ上にあるが，データベースアクセス状況表33
は，共用メモリ上と各プロセッサモジュール内のローカ
ルメモリ上に配置され，プロセッサモジュールは，その
プロセッサモジュールのアクセス状況だけの情報を更新
している。共用メモリ上には，ある時間間隔で，各プロ
セッサモジュールから，アクセス状況のデータが収集さ
れるようになっている。

局所型のインテグリティ保証によるデータベースアクセ
スおよび共用型のインテグリティ保証によるデータベー
スアクセスの処理については，分散データベース管理シ
ステム等において，それぞれ個別的に従来から知られて
いるので，その処理内容の詳細な説明は省略する。

特に，本発明に関連する共用・局所変更制御の処理は，
所定の周期で起動され，例えば第６図に示す処理〜
のように行われる。

各リソースに対して，それが共用型または局所型に
固定化されているかどうかを判定する。アクセス状況に
よらずに，オペレータまたはシステム管理者がリソース
のタイプを固定的に指定している場合には，共用・局所
の変更は行わない。

各プロセッサモジュールでのアクセス状況を収集
し，共用メモリ上にあるデータベースアクセス状況表に
登録する。

現在，着目しているリソースが，共用型か局所型か
をデータベース属性表により判定する。共用型の場合，
処理へ，局所型の場合，処理へ移る。

アクセス状況の結果を参照し，あるプロセッサモジ
ュールでのアクセスが，他のプロセッサモジュールでの
アクセスより，極端に多いかどうかを調べる。アクセス
が偏在していない場合，そのリソースに対する処理を終
了する。

局所型と判定されたリソースのインテグリティを保
証するプロセッサモジュールを，そのアクセスが極端に
多いプロセッサモジュールとする。

この時点でデータベースアクセス状況表をクリアし
て，今後，インテグリティ保証を行うプロセッサモジュ
ールに，これらの管理情報を移す。

バッファ管理についても，局所処理管理へ移行し，
データベースの最新性の管理を，局所型と判定されたプ
ロセッサモジュールで行うようにする。

データベースのアクセス効率をよくするため，この
リソースのためのデータベースバッファを，局所処理を
行うプロセッサモジュールのローカルメモリに設けたバ
ッファに移行する。

現在，局所型である場合，その局所処理を行うプロ
セッサモジュールでは，各プロセッサモジュールからの
アクセス依頼に基づいて，それらのアクセス状況の登録
を行っている。その結果を参照し，局所処理を行ってい
るプロセッサモジュールのアクセス回数が，他のプロセ
ッサモジュールによるアクセス回数（アクセス依頼回
数）のどれかよりも少ない場合，そのリソースを共用と
判定し，共用型へ移行する処理〜を実行する。

この時点でデータベースアクセス状況表をクリアし
て，今後，インテグリティ保証を行うプロセッサモジュ
ールのローカルメモリから，これらの管理情報を共用メ
モリ上へ移動する。

バッファ管理によるデータベースの最新性の管理
も，共用処理管理とする。すなわち，各プロセッサモジ
ュールがシンメトリックにリソースを管理する。

このリソースのためのデータベースバッファを，共
用メモリ上に移動し，他のプロセッサモジュールによる
参照効率を上げる。なお，共用型のリソースでも，必ず
しもすべて共用メモリ上で処理しなければならないわけ
ではなく，例えばロックをかけたうえで，そのコピーを
ローカルメモリに移して処理することもできる。

上記実施例におけるリソース管理の共用から局所への移
行，または局所から共用への移行の条件は，一例であ
り，種々の条件設定を行うことが可能であることは言う
までもない。例えば，強制的に人が決める場合，計画的
にスケジュールを変える場合などもある。

〔発明の効果〕

以上説明したように，本発明によれば，データベース・
リソースのアクセス状況に応じて，共用型のインテグリ
ティ保証または局所型のインテグリティ保証が自動的に
選択され，リソース管理の最適配置により，アクセスの
高速化および通信オーバヘッドの削減などの処理コスト
の低下を図ることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成例， 第２図は本発明の作用説明図， 第３図は本発明の一実施例によるシステム構成例， 第４図は本発明の一実施例に係る処理概要説明図， 第５図は本発明の一実施例で用いる管理用データ説明
図， 第６図は本発明の一実施例に係る共用・局所変更制御の
処理の例， 第７図は従来技術の例を示す。 図中,10は共用メモリ,11−1,11−2,…はプロセッサモジ
ュール,12は高速バス,13はデータベース実体格納部,14
はI/Oバス,20はデータベース管理情報記憶部,21はロッ
ク情報記憶部,22はリソース,23はアクセス管理部,24は
共用・局所変更制御部,25はローカルメモリ,26は局所ロ
ック情報記憶部を表す。

フロントページの続き (72)発明者 林 知博 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 斉藤 一彦 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 下雅意 義徳 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】それぞれローカルメモリ（25）を持つ複数
   のプロセッサモジュール（11−ｉ）と，これらの各プロ
   セッサモジュールにバス結合される共用メモリ（10）と
   を備えたマルチプロセッサシステムによるデータベース
   処理方式において， データベースのある単位であるリソースごとに，共用処
   理の対象になるか局所処理の対象になるかを記憶するデ
   ータベース管理情報記憶部（20）と， データベースに対するアクセス依頼に対し，上記データ
   ベース管理情報記憶部の設定情報に従って，アクセスの
   ための制御を，各プロセッサモジュールにおいてシンメ
   トリックに処理する共用処理または非シンメトリックに
   処理する局所処理のいずれかで行うアクセス管理部（2
   3）と， データベースのある単位であるリソースごとにアクセス
   状況を管理し，アクセス頻度が特定なプロセッサモジュ
   ールに偏在しているとき，そのリソースをその特定なプ
   ロセッサモジュールによる局所処理対象とし，アクセス
   頻度が特定なプロセッサモジュールに偏在していないと
   き，そのリソースを共用処理対象とする共用・局所変更
   制御部（24）とを備えたことを特徴とするマルチプロセ
   ッサによるデータベース処理方式。