JPH08339341A - 主記憶ページ選択方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】異なるサイズのページにて構成された主記憶装
置と異なる種類のディスク記憶装置を有する計算機にお
いて、高速なデータ転送を行うディスク記憶装置に対す
る入出力バッファの割当て時のページ取得処理等の処理
時間を減らす。 【構成】ディスクアレイ装置１１１また通常のディスク
記憶装置２０がＯＳから要求されたデータを転送可能に
なって時点でＯＳに入出力バッファの取得を要求したと
きに、ＯＳは、この要求を発行したディスク記憶装置が
高速データ転送を行うものであるとき、要求されたバッ
ファのサイズが大ページのサイズ以上のときには、この
要求されたバッファの確保に当り、ＯＳのリソース領域
３０２ＢＲにある大サイズのページを優先して使用す
る。それ以外のときには、リソース領域３０２ＢＲ内の
小ページを使用して要求されたバッファを確保する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、主記憶が異なるサイズ
のページから構成されている場合に、外部記憶装置との
データの入出力にオペレーティングシステム（ＯＳ）が
使用するバッファに領域に割り当てるべきページを選択
する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的なコンピュータシステムは、プロ
セッサと２次記憶装置から構成されている。主として使
用される２次記憶装置は磁気ディスク装置である。

【０００３】現在、ディスク記憶装置の容量の伸び率は
極めて高いが、メカニカルな動作を伴う磁気ディスク装
置の性能はプロセッサ性能の伸び率ほど高くない。その
課題を解決する方式として、ディスクアレイが提案され
た。D.Patterson、G.Gibson、and R.H.Kartzらによる"A
Case for Redundant Arrays of Inexpensive Disks(RA
ID)、in ACM SIGMOD Conference、Chicago、 IL"、 PP.
109-116 (June 1988)（以下、第１の参考文献と呼ぶ）
では、複数のディスクドライブにデータを分散して配置
することでディスク内に格納されたデータへのアクセス
時間を短縮し、かつパリティあるいはＥＣＣと呼ばれる
冗長データを格納することで信頼性も高めるＲＡＩＤと
いうディスクアレイの構成技術が紹介されている。つま
り、アレイディスクでは、複数のディスクドライブに対
して並列に入出力を行うので、データの読み出しあるい
は書き込みは高速となり、また、ディスクドライブに障
害が発生したときでもパリティと障害ディスクドライブ
以外のデータから、障害ディスクドライブのデータを回
復することができる。

【０００４】より具体的には、上記文献では、データの
格納方法によりＲＡＩＤレベルを複数に分類している。
そのうち、製品で多く使用されるＲＡＩＤレベルは、Ｒ
ＡＩＤ１、ＲＡＩＤ３、ＲＡＩＤ５である。ＲＡＩＤ１
はミラーリングであり、２台のディスクに同一データを
格納することでディスクの障害に対する信頼性を高めて
いる。読み出し時には、２台のディスクの内どちらか早
いほうのディスクから読むことで単一ディスクに比べ高
速である。ＲＡＩＤ３は、単一データをビットあるいは
バイト毎にストライピングすることで、データ転送性能
を向上可能である。ＲＡＩＤ５は入出力ブロックを単位
として複数のディスクにストライピングを行うレベルで
ある。ＲＡＩＤ３では単一入出力要求を小さな単位でス
トライピングするのに対し、ＲＡＩＤ５はそれよりも大
きな単位でストライピングを行う。ＲＡＩＤ３は単一ユ
ーザの入出力を高速化することが主な目的であるが、Ｒ
ＡＩＤ５は複数ユーザの入出力を並列に実行することが
主な目的である。従って、ＲＡＩＤ３は特に大規模なデ
ータ入出力が要求されるマルチメディアや科学技術計算
に用いられる。ＲＡＩＤ５は多数ユーザのサービスを行
うオンライン・トランザクションたデータベース処理に
用いられる。

【０００５】一方、ＯＳは仮想記憶機能を持っている。
仮想記憶機能は、当面必要のない主記憶メモリ内のデー
タやプログラムを一時的に外部の大容量ディスク装置に
出力し、すぐにメモリ（主記憶）を必要とするプログラ
ムに使用させることで、仮想的に大容量のメモリに見せ
る機能である。この動作はページングやスワッピングと
呼ばれる。ＯＳはディスク装置やディスクアレイ装置の
データ入出力時には、必要な容量の仮想記憶領域と主記
憶領域を取得する。この取得の単位をページと呼ぶ。言
い替えると主記憶はページと呼ばれる複数の単位領域か
ら構成されている。前記ページングやスワッピングはこ
のページを単位として行われる。ページサイズを越える
大容量のデータ入出力時には、複数のページを取得する
必要がある。さらに、ＯＳはディスク入出力時に前記ペ
ージの固定処理も行う。ページ固定は、仮想記憶に割り
当てられた主記憶メモリを入出力が終了するまで、他の
プログラムに剥奪されないようにする処理である。前記
ページングやスワッピングはディスクの入出力とは独立
に行われる動作である。ページ固定処理を行わないと、
データを主記憶に転送している最中にその領域を他のプ
ログラムに割り当ててしまう問題が発生する。これを回
避するために、ＯＳが管理する主記憶管理テーブルにペ
ージ固定ビットを設け、このビットが立っている間はＯ
Ｓはページを剥奪しないようにする機構を設けている。
このページ固定も各ページ毎に管理されるため、多数の
ページをいずれかのプログラムに新に割り当てた場合、
これらのページに渡る固定処理が必要になる。

【０００６】J.Bradley Chenらによる"A Simulating Ba
sed Study of TLB Performance",19th International S
ymposium on COMPUTER ARCHTECTURE, PP. 114-123 (199
2)（以下、第２の参考文献と呼ぶ）では、ユーザがワー
ク領域として使用するメモリ領域の割当時に、プロセッ
サのＴＬＢが管理するページサイズを可変にし、複数の
アプリケーションについて、プロセッサからアクセスさ
れる命令とデータのヒット率をシミュレーションした結
果が述べられている。ページサイズを変えたとき、プロ
セッサの命令ヒット率が変化し、アプリケーションによ
って最適なページサイズが存在することが述べられてい
る。

【０００７】アプリケーションの命令やデータの参照時
にキャッシュにヒットするかどうかで、プロセッサの処
理性能が変化することが述べられている。この変化をペ
ージサイズから考察している。アプリケーションによっ
て、命令やデータの参照特性は異なる。命令やデータア
クセスがメモリアドレスに対しシーケンシャルでかつ大
容量の領域参照あるほど、ページサイズは大きいほうが
プロセッサ処理性能は高くなる。プロセッサは、命令や
その命令が参照するデータの参照/更新時には必ず仮想
記憶アドレスを実記憶アドレスに変換するため、ページ
サイズが大きいほうがこの変換処理回数が少なくてすむ
ことによる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、現在の商用
計算機では、単一のサイズのページ、例えば、４ＫＢの
大きさのページからなるメモリを使用している。したが
って、上記第２の参考文献に記載の事項から処理速度を
考慮すると、従来からすでに使用されているサイズ、例
えば４ＫＢより大きいサイズ、例えば１６ＫＢ、のペー
ジを有する主記憶を使用することが望ましい。しかし、
このような計算機で走行されているプログラムの中に
は、元のサイズ４ＫＢのページを有する計算機でしか正
常に動作しないプログラムもある。したがって、計算機
に大きいサイズのページを導入するには、従来からすで
に使用されているサイズ、例えば４ＫＢ、のページ加え
て、それより大きいサイズ、例えば１６ＫＢ、のページ
も混在するように、主記憶を構成することが望ましい。

【０００９】従来技術では、ディスク入出力時のデータ
領域管理は、たとえば、"UNIX 4.3BSDの設計と実装",
ページ198からページ200、丸善株式会社、1991年発行
（以下、第３の参考文献と呼ぶ）に述べられている。こ
こでは、例えばユーザがディスクからデータを読み込む
場合、まずデータを格納するためのユーザ領域を確保す
る。その後、ＯＳに対してディスク入力要求を発行する
とＯＳはディスク装置に対して入力要求を発行する。デ
ィスクが、要求されたデータを読み出したとき、その要
求を発行したホストを制御するＯＳに対して、このディ
スク装置からのデータ読み出しの完了を示す割り込みを
発生する。信号データを一時的に格納するためのバッフ
ァをＯＳ内部に取得する。このバッファは、ＯＳが管理
するメモリ領域の一部に確保される。このＯＳが管理す
るメモリ領域はリソース領域とも呼ばれ、システムが起
動する時に一定量確保され、処理の必要に応じて確保ま
たは解放が行われる。この割り込みにあたり、ディスク
記憶装置は読み出したデータの総量をＯＳに通知し、Ｏ
Ｓはこの通知されたデータ量に応じて、主記憶に確保す
るバッファの大きさを決定する。

【００１０】このような異なるサイズのページを有する
主記憶を使用した計算機に、通常のディスク記憶装置と
アレイディスク装置とを接続した場合、次の問題があ
る。

【００１１】上述のごとく、異なるサイズ、例えば、４
ＫＢと１６ＫＢ、のページを含む主記憶を有する計算機
において、このバッファ領域を構成するページとして、
このバッファのサイズが大きいとき、具体的には、例え
ば、１６ＫＢ以上のときには、このバッファを構成する
頁の総数が少なくなる方が、それらの頁に関する、ペー
ジ確保処理、ページ固定処理に要する時間が少なくて済
むことが期待される。したがって、いずれかのディスク
記憶装置が要求するバッファのサイズが、大きい方のペ
ージサイズ、１６ＫＢ以上のときには、大きい方のペー
ジ、１６ＫＢのページをこのバッファ領域に割り当てる
方が望ましい。しかし、１６ＫＢページの総数が限定さ
れているために、無制限に１６ＫＢページをいずれのデ
ィスク記憶装置からのデータ転送にも割り当てると、１
６ＫＢページが不足することが予想される。すなわち、
上記第３の参考文献の第１９８頁から第２００頁に述べ
られている通り、ユーザが確保する入出力バッファ領域
と、ＯＳがディスク等の入出力時に一時的にリソース領
域に確保する入出力バッファとは同一ではない。既に述
べた通り、リソース領域はシステムが管理しており、多
数のユーザからの要求により共有されるメモリ領域であ
る。したがって、このリソースが有効に利用されるよう
に、ディスク記憶装置から要求された、バッファに割り
当てるページのサイズを選択することが望ましい。

【００１２】すなわち、ディスク等の外部装置のデータ
転送速度は、数メガバイト／秒から数１００メガバイト
／秒まで装置に依存して大きく変わる。同じサイズのバ
ッファでも、それを使用するディスク記憶装置のデータ
転送速度が低い程、そのバッファが専有される時間が長
くなる。この結果、逆に、転送速度が大きいディスク記
憶装置が要求したバッファに対して、大きなページを割
り当てることが出来なくなり、結果として、より小さい
サイズのページを割り当てることになる。

【００１３】この結果、本来高速なデータ転送が期待さ
れるディスク記憶装置に対して、Ｙほり多くのページを
割り当ていることになり、これらのページの確保処理お
よびページ固定処理に要する時間が増大する。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明では、主記憶に接
続された複数のディスク記憶装置の内、データ転送速度
が相対的に大きいディスク記憶装置から要求されたバッ
ファには、そのサイズが所定値、例えば最大ページサイ
ズ、以上のときには、相対的に大きなサイズのページを
優先して使用し、データ転送速度が相対的に小さなディ
スク記憶装置から要求されたバッファには、そのサイズ
が所定値以上の場合でも、より小さなサイズのページを
優先して使用する。

【００１５】要求されたバッファサイズが、上記所定
値、例えば、最大ページサイズより小さいときには、そ
のバッファサイズに依らないで、最少サイズのページを
そのバッファに使用する。

【００１６】

【作用】ディスクアレイ装置のように高速にデータ転送
可能な装置と主記憶装置の間で大規模なデータを入出力
する時に、大ページサイズの領域を使用することによ
り、この高速なデータ転送に対するオーバヘッドとな
る、領域の確保処理と領域の開放処理などの処理に要す
る時間を削減でき、高速なデータ転送という特徴を損な
うことが少ない。

【００１７】

【実施例】以下、本発明に係る主記憶ページ選択方法を
図面に示し実施例を参照してさらに詳細に説明する。

【００１８】図１は、本発明による主記憶ページ選択方
法を適用する計算機システムの概略構成図を示したもの
である。１０はＣＰＵであり、１０１は主記憶装置であ
り、１１１はディスクアレイ装置であり、複数のディス
ク装置１１２から構成されている。２０は通常の、単一
ドライブを有するディスク記憶装置である。本実施例
は、ディスクアレイ装置１１１は高速にデータを転送で
きるディスク記憶装置であり、２０はそれより低速なデ
ータ転送を行うディスク記憶装置である。

【００１９】図の主記憶装置１０１内には、本実施例で
使用する主たるプログラムを示す。これらのプログラム
は、ユーザプログラム１０２とＯＳ２０９とよりなる。
ＯＳには、さらに仮想記憶管理プログラム１０３、主記
憶管理プログラム１０４、入出力管理プログラムが含ま
れる。ユーザプログラム１０２は、ＯＳ以外のプログラ
ムを示し、２次記憶装置に対する入出力要求を発行す
る。仮想記憶管理プログラム１０３と主記憶管理プログ
ラム１０４は、共に仮想記憶機能を実現するために必要
なプログラムである。仮想記憶管理プログラム１０３は
ユーザプログラム１０２のメモリ確保要求に対し、仮想
記憶領域の確保／開放等を行なう。主記憶管理プログラ
ム１０４は、ハードウェアである主記憶メモリの確保／
開放を行なう。入出力管理プログラム１１０は、ディス
ク装置などの２次記憶装置の入出力を制御するプログラ
ムである。

【００２０】仮想記憶管理プログラム１０３内の入出力
領域管理プログラム１０６は、ユーザプログラム１０２
がディスクアレイ入出力要求を発行するために、仮想記
憶領域の取得を要求した時に実行される。主記憶管理プ
ログラム１０３内のページサイズ選択プログラム１０８
は、複数の主記憶ページサイズを持つシステムで、ディ
スクアレイ装置１１１のように高速な入出力が要求され
る場合は、大きなページサイズの主記憶領域を割り当
て、そうでない場合は、小さなページサイズの主記憶領
域を割り当てる動作を行なう。

【００２１】一般にディスクアレイには、データやパリ
ティの格納方法により複数の種類があるが、本実施例で
は、それらのいずれも使用可能である。それらの主な種
類は次の通りである。ＲＡＩＤ１はミラーリングであ
り、２台のディスクに同一データを格納することでディ
スクの障害に対する信頼性を高めている。読み出し時に
は、２台のディスクの内どちらか早いほうのディスクか
ら読むことで単一ディスクに比べ高速である。ＲＡＩＤ
３は、単一データをビットあるいはバイト毎にストライ
ピングすることで、データ転送性能を向上可能である。
ＲＡＩＤ５は入出力ブロックを単位として複数のディス
クにストライピングを行うレベルである。ＲＡＩＤ３で
は単一入出力要求を小さな単位でストライピングするの
に対し、ＲＡＩＤ５はそれよりも大きな単位でストライ
ピングを行う。ＲＡＩＤ３は単一ユーザの入出力を高速
化することが主な目的であるが、ＲＡＩＤ５は複数ユー
ザの入出力を並列に実行することが主な目的である。従
って、ＲＡＩＤ３は特に大規模なデータ入出力が要求さ
れる画像等を処理するマルチメディアや科学技術計算に
用いられる。ＲＡＩＤ５は多数ユーザのサービスを行う
オンライン・トランザクションたデータベース処理に用
いられる。以上のなかで、特に本実施例が有効なタイプ
はＲＡＩＤ３である。ＲＡＩＤ３は、単一データを必ず
複数のディスク装置にストライピングするため、ディス
クアレイのタイプの中では転送性能を高速化しやすい特
徴を持つ。

【００２２】（仮想記憶と実記憶の割り当ての概要）図
２，３は、仮想記憶領域３０１と主記憶領域１０１のペ
ージ構造を示す。図２はディスクアレイ装置１１１から
入出力を行なう場合の仮想記憶領域３０１と主記憶領域
１０１へのページ構造である。また図３は、ディスクア
レイ装置１１１より低速なデータ転送を行うディスク記
憶装置２０から入出力を行なう場合の仮想記憶領域３０
１と主記憶領域１０１へのページ構造である。

【００２３】仮想記憶領域３０１は、本実施例では、同
一のサイズの複数の小ページに分かれている。箇々で
は、このページのサイズは４ＫＢとする。主記憶領域１
０１は、このサイズを有する小ページと、これらより大
きいサイズ、例えば、１６ＫＢの大ページに分かれてい
る。このように主記憶領域１０１が大ページを有するの
は、大ページを使用する方が、ＯＳが管理すべきページ
の総数が減らせるためである。主記憶領域１０１が小ペ
ージを含むのは、従来の小ページを使用するユーザプロ
グラムをこの計算機システムで実行可能にするためであ
る。仮想記憶領域３０１は、ユーザプログラムが利用で
きる領域３０１Ａと、ＯＳが利用できる領域３０１Ｂに
分かれている。主記憶領域１０１も同様に、ユーザプロ
グラムが利用できる領域３０２Ａと、ＯＳが利用できる
領域３０２Ｂに分かれている。

【００２４】図２，３において、３０７と３０８は、仮
想記憶領域３０１に設けられ、ユーザプログラムが要求
した二つの入出力バッファ領域を示す。本実施例では、
ユーザプログラムからの要求にしたがって、その要求が
指定する大きさのバッファ領域が確保される。また、３
０３と３０４は、これらの二つの仮想の入出力バッファ
領域に対して割り当てられた主記憶領域上の入出力バッ
ファ領域を示す。これらのバッファ領域は、主記憶領域
内のユーザプログラムに解放された領域３０２Ａに形成
される。本実施例では、仮想の入出力バッファ３０７
は、実の大ページのサイズ１６ＫＢより小さい大きさ、
例えば８Ｋバイトの大きさであると仮定すると、この仮
想の入出力バッファ３０７には、実の二つの４ＫＢペー
ジからなる実の入出力バッファ領域３０３が割り当てら
れる。仮想の入出力バッファ３０８は、実の大ページの
サイズ１６ＫＢ以上の大きさ、例えば、６４ＫＢの大き
さであると仮定すると、この仮想の入出力バッファ３０
８には、実の４つ１６ＫＢページからなる実の入出力バ
ッファ領域３０３が割り当てられる。

【００２５】このように本実施例では、ユーザが要求し
た仮想の入出力バッファに対して、そのサイズが大きい
ときには、大ページからなる実の入出力バッファ領域が
割り当てられる。このようにして、本実施例では、ユー
ザプログラムが要求したバッファのサイズが大きいとき
に、それに割り当てられる実のバッファ領域を構成する
ページ数が少なくなるようにしている。仮想記憶領域３
０１や主記憶領域３０２はページと呼ばれる単位で確保
／開放が行なわれる。従って大規模な領域を確保する場
合には、確保するバイト数／ページサイズ（回）のペー
ジ取得処理を必要とする。したがって、ページ数が少な
いほど、ユーザプログラムが要求した入出力バッファを
構成するページの取得あるいはページ固定に要する時間
を短縮できる。

【００２６】図２，３に示した、他の入出力バッファ３
０９ Ａ，３０９Ｂ，３１０Ａ，３１０Ｂは、ユーザプ
ログラムが要求した入出力動作をディスクアレイ装置１
１１または通常のディスク記憶装置２０が実行した後、
データをＯＳに転送可能になった時点でＯＳに要求した
ときにＯＳが確保した入出力バッファ領域の例を示す。
これらのバッファは、ユーザプログラムが要求したデー
タをディスク記憶装置から読み出したデータを、ユーザ
プログラムに対して割り当てた実の入出力バッファ３０
３あるいは３０４へデータを転送する前に一時的にＯＳ
２０９内に格納するために使用される。これらのＯＳ内
のバッファ３０９ Ａ，３０９Ｂあるいは３１０Ａ，３
１０Ｂは、ＯＳ利用領域３０２Ｂ内のリソース領域３０
２ＢＲに確保される。

【００２７】入出力バッファ３１０Ａ，３１０Ｂは、ユ
ーザプログラムが要求した入出力動作をアレイディスク
記憶装置１１１が実行した後、データをＯＳに転送可能
になった時点でＯＳに要求したときにＯＳが確保した、
ＯＳが管理する入出力バッファ領域の例を示す。本実施
例では、ＯＳは、ディスク記憶装置１１１または２０が
要求したバッファを確保するに当り、そのディスク記憶
装置が、高速にデータ転送を行えるアレイディスク装置
であるときには、そのディスク記憶装置が要求したバッ
ファのサイズが大ページのサイズ以上であるか否かを判
別し、もし、その要求サイズが、大ページサイズ以上で
あるときには、大ページを優先的にそのバッファに使用
する（図２入出力バッファ３１０Ｂ）。もし、その要求
サイズが、大ページサイズより小さいときには、小ペー
ジを優先的に使用する（図２入出力バッファ３１０
Ａ）。一方、バッファを要求したディスク記憶装置が、
高速にデータ転送を行えない通常のディスク装置である
ときには、そのディスク記憶装置が要求したバッファが
大ページのサイズ以上であるか否かに依らず、小ページ
を優先的にそのバッファに使用する（図３入出力バッフ
ァ３０９ Ａ，３０９Ｂ）。

【００２８】一般に、１６ＫＢページにより構成された
バッファ領域３１０は、４ＫＢページを使用して構成さ
れたバッファ領域３０９よりページ数が少ないので、そ
れらのページの取得処理と固定処理に要する時間が少な
くて済む。本実施例では、高速なデータ転送を実行でき
るアレイディスクが要求したバッファ領域に、これらの
大ページを優先的に使用する。これにより、アレイディ
スク装置による高速なデータ転送の転送開始までの時間
を増大しないようにしている。もともと、リソース領域
３０２ＢＲは、システムが起動される時に確保されるメ
モリ領域であり、システムに対し一つしか存在せず、こ
の領域を複数のユーザや入出力要求が共有して使用する
ことになる。そのため、一定量のメモリを効率的に使用
する必要がある。この領域は、ユーザが利用可能な主記
憶領域３０２Ａより小さい領域であるため、大ページの
数も有限である。したがって、本実施例では、このよう
な限定された大ページが低速のデータ転送により長時間
専有されないように、大ページを割り当ているディスク
記憶装置を限定している。それにより、システム全体の
データ転送速度が低下しないようにしている。

【００２９】（入出力処理の詳細）図４は、ユーザプロ
グラム２０１のディスクアレイ装置１１１あるいは通常
ディスク記憶装置２０からデータを入力する動作の例を
示している。

【００３０】ステップ２０２では、通常のディスク記憶
装置２０内のファイル２０７Ａあるいはディスクアレイ
装置１１１内のファイル２０７Ｂを読み込むに先だっ
て、仮想記憶上の入出力バッファ領域の取得をＯＳに要
求する。この要求に応答して、ＯＳ内の仮想記憶割り当
てプログラム１０５では、入出力管理プログラム１０６
が、例えば、図２に示した領域３０７あるいは３０８を
取得する。

【００３１】図５は、仮想記憶領域管理リスト４０７を
示している。このリストは、仮想記憶管理プログラム１
０３が仮想ページをユーザプログラムが要求したバッフ
ァに割り当てるのに使用する。このリストは、未使用領
域を示すリスト４０１と使用中の領域を示すリスト４０
２から構成される。リストはページ単位に一つのデータ
構造を持っている。データ構造は、次のページへのポイ
ンタ４０３、ページ番号４０４、ページサイズ指定４０
６等が格納される。未使用領域を示すリスト４０１と使
用中の領域を示すリスト４０２のデータ構造は同一であ
る。

【００３２】ページサイズ指定４０６は、主記憶領域３
０２を割り当てるページサイズを指定する。主記憶割り
当てプログラム１０７は本フィールドを参照すること
で、どのページサイズを割り当てるか決定することがで
きる。仮想記憶領域を新たに確保する場合は、未使用領
域リストから要求ページ分をリストから外し、使用中領
域リストに追加することで実現する。

【００３３】図４に戻り、ステップ２０３ではファイル
２０７の読み込み準備のためにファイルオープンコマン
ドをＯＳに発行する。このオープンコマンドに対してＯ
Ｓがファイルオープン処理を行い、ファイル２０７Ａあ
るいは２０７Ｂが通常ディスク記憶装置２０あるいはデ
ィスクアレイ装置１１１のどこに格納されているかとい
った情報をＯＳよりユーザプロセス１０２に通知する。

【００３４】ステップ２０４では、実際にファイル２０
７Ａあるいは２０７Ｂをステップ２０２で取得したバッ
ファ領域３０３または３０４に格納する読み出し要求を
ＯＳに発行する。このとき、ＯＳは、この要求に応答し
て、そのファイル要求で要求された読み出し動作の実行
を指示する入出力コマンドをディスクアレイ装置１１１
または通常のディスク記憶装置２０に対して発行する。

【００３５】このコマンドを実行したアレイディスク記
憶装置１１１あるいは通常のディスク記憶装置２０は、
要求されたデータをＯＳに転送可能な状態になると、Ｏ
Ｓにデータ転送要求割り込みを送出し、バッファの取得
を要求する。ＯＳはＯＳ内のリソース領域３０２ＢＲに
一時的にバッファ３１０または３０９を後に詳述する方
法で取得する。これにより取得したバッファ３１０また
は３０９に対して、アレイディスク記憶装置１１１ある
いは通常のディスク記憶装置２０はデータを転送可能に
なる。バッファ３１０または３０９にデータが格納され
ると、ＯＳはユーザが取得した領域３０７あるいは３０
８に対してデータ転送を開始する。しかし、この時点で
は領域３０７あるいは３０８の主記憶領域が取得されて
いないためページフォールトが発生し、主記憶領域の取
得を主記憶割り当てプログラム１０７に要求し後に詳述
する方法で取得する。以上の動作により、ユーザはアレ
イディスク記憶装置１１１あるいは通常のディスク記憶
装置２０内のデータを参照することが可能になる。

【００３６】ステップ２０５では、ファイルクローズに
よってディスク入出力のために取得した資源を開放す
る。

【００３７】（ＯＳ内バッファ領域用のページサイズの
選択の詳細）本実施例では、前述のステップ２０４の後
に、ＯＳが、このバッファ３０９あるいは３１０を取得
するときに、それらのバッファに使用するページのサイ
ズを、データ読み出しを行った装置が高速にデータ転送
を実行するアレイディスク装置であるかあるいはそうで
ない通常のディスク記憶装置であるかに応じて選択する
ようになっている。以下、その詳細を図９を参照して説
明する。

【００３８】図９は、主記憶割り当てプログラム１０７
の処理フローを示している。

【００３９】主記憶割り当てプログラム１０７は、前述
のステップ２０４の後にディスク記憶装置から発行され
るデータ転送要求割り込み７０１またはページフォール
ト７１０により起動される。

【００４０】ステップ７０２ではこの割り込みを契機と
する主記憶領域割り当ての受け付け・解析処理を行う。
その後、ページサイズ選択プログラム１０８を起動す
る。

【００４１】このプログラム１０８では、ステップ７０
９において、この割り込みがリソース領域の確保を要求
するか否かを判定する。

【００４２】この割り込みの発行元を、上記データ転送
要求割り込み時にステータスとして格納されるディスク
装置の識別子（システムＩＤ）をもとに解析可能であ
る。この割り込みの発行元が、ディスク記憶装置である
ときには、この割り込みは、リソース領域の確保を要求
すると判定する。

【００４３】その結果、この割り込みがリソース領域の
確保を要求するとき、ステップ７０３では、この割り込
みを発行したディスク記憶装置が高速転送可能な装置か
否かを判定する。この判定は上記割り込み発行元の識別
子と図１１に示す、ＯＳが管理する２次記憶装置のテー
ブルにより判定される。このテーブルには、システム内
の種々のディスク記憶装置に割り当てられたシステムＩ
Ｄ（９０１）に対応して、その種類９０２と、その装置
のデータ転送速度９０３が格納されている。ステップ７
０３では、具体的には、割り込み発行元のデータ転送速
度が所定値、例えば、１０以上であるか否かを判定し、
１０以上であれば、高速転送装置と判定する。この判定
方法に代わり、ディスク記憶装置の種類９０２に基づい
て、割り込み発行元がアレイディスク記憶装置であるか
を判定し、もしそうであるときには、高速転送装置判定
する方法でもよい。割り込み発行元が高速転送可能なデ
バイスであるときには、ステップ７０８に進む。そうで
なければ、ステップ７０６に進む。

【００４４】ステップ７０８ではさらに割り当て要求が
大容量かどうかを判定する。この判定は、割り込み要求
に付随して割り込み要求元のディスク記憶装置から指定
されるデータ転送量に基づいて判定する。本実施例で
は、データ転送量が、所定値。例えば、大ページサイズ
以上のときには、大容量転送要求と判断する。

【００４５】大容量の入出力要求であると判定される
と、ステップ７０４に進む。そうでなければステップ７
０６に進む。ステップ７０４は、ディスクアレイに対す
る入出力時に実行され、主記憶領域中の大ページサイズ
の確保を行うために、後述する大ページサイズの空きリ
スト５０３（図７）をサーチする。ここで空きがあれ
ば、ステップ７０５に進み、後述する使用中リスト５０
４（図７）に追加することで高速転送可能なデバイス用
に割り当てたことになる。また、２種類以上のページサ
イズを有するシステムでは、最も小さなページサイズ以
外のページを選択することで本実施例の効果を出すこと
ができる。

【００４６】ステップ７０６では、基本的に、後述する
小ページサイズの空きリスト５０１（図７）をサーチす
る。小ページサイズの空きが見つかれば、後述する使用
中リスト５０２（図７）に追加し、領域の確保を行う。
この処理により、高速転送可能なディスクアレイ装置等
に対する入出力時には、優先的に大ページサイズが割り
当てられるため、ページ割り当て処理の負荷が軽くする
ことができる。さらに、大容量の入出力要求であって
も、性能の低いデバイスへは小ページサイズを割り当て
ることで、リソース領域を効率的に使用することができ
るようになる。

【００４７】ステップ７１１はページフォールトによる
主記憶割り当て要求かどうか判定を行なう。この判定
は、リソース領域の判定と同様に割り込みのステータス
を参照することで可能である。ステップ７１２では主記
憶を大ページサイズか小ページサイズのどちらに割り当
てるかを判定する。この判定には図５の空き仮想記憶領
域管理リストを参照することにより可能である。図５ポ
インタ４０２は仮想記憶を取得しているページのリスト
を示している。ページフォールトの割り込みステータス
から、どこの仮想記憶ページがページフォールトを起こ
したかを判断することができる。この情報をもとにポイ
ンタ４０２から仮想記憶のリストをサーチしページフォ
ールトを起こしたページを求める。リスト中にはページ
サージが記述されたフィールド４０６があり、このフィ
ールドに大ページサイズか小ページサイズのどちらを割
り当てるかが記述されている。このフィールドへは仮想
記憶領域を新たに割り当てる時、仮想記憶領域の大きさ
を判断し領域が所定の値より大きければ大ページサイズ
の割り当て要求を格納し、そうでなければ小ページサイ
ズの割り当て要求を格納する。つまり、主記憶領域は仮
想記憶領域より後で取得されるため、仮想記憶領域を割
り当てる際、仮想記憶割り当てプログラム１０５があら
かじめ割り当てたい主記憶ページサイズをフィールド４
０６に格納する。このフィールドを参照することで、図
９ステップ７１２の判断を行なうことができる。その結
果、大ページサイズの取得要求であればステップ７０４
へ、小ページサイズの取得要求であればステップ７０６
を実行する。この処理により、ユーザの取得した入出力
バッファ（図４入出力バッファ３０３，３０４）を取得
する容量により、所定の値より大きければ大ページサイ
ズへ小さければ小ページサイズの主記憶領域に割り当て
ることが可能になる。主記憶のページ管理の詳細は以降
で説明する。

【００４８】（主記憶のページの管理）図６は、主記憶
管理リスト群１１０５を示している。ポインタリスト１
１００は２つの主記憶管理リストへのポインタを含む。
一つは、ユーザが確保可能なユーザ領域主記憶管理リス
ト１１０３へのポインタ１１０１であり、もう一つはリ
ソース領域リスト１１０４へのポインタ１１０２であ
る。リソース領域は、ユーザが直接割り当てることはな
く、ＯＳがシステム動作に必要な時に割り当てる領域で
ある。１１０１、１１０２はＯＳが主記憶の割り当て／
解放時に用途に応じて切り換えて使用する。

【００４９】図７は、ユーザが割り当てることができる
主記憶領域管理リスト１１０３を示している。５０１は
小ページサイズ領域の空きリストへのポインタ、５０２
は小ページサイズ領域の使用中リストへのポインタが格
納されている。５０３は大ページサイズ領域の空きリス
トへのポインタ、５０４は大ページサイズ領域の使用中
リストへのポインタが格納されている。リストはページ
単位に一つのデータ構造を持っている。リストのデータ
構造は、次のページへのポインタ５０５、ページ固定ビ
ット５０６、ページ番号５０７等が格納される。未使用
領域を示すリスト５０１、５０３と、使用中の領域を示
すリスト５０２、５０４のデータ構造は同一である。主
記憶領域を新たに確保する場合は、未使用領域リスト５
０１、５０３から要求ページ分をリストから外し、使用
中領域リスト５０２、５０４に追加することで実現す
る。使用中リスト５０２、５０４の中で、ページ固定ビ
ット５０６が立っているページは、ＯＳが剥奪すること
はない。

【００５０】図８は、リソース領域の主記憶領域管理リ
スト１１０４を示している。構造は図７と同等である。
１２０１は小ページサイズ領域の空きリストへのポイン
タ、１２０２は小ページサイズ領域の使用中リストへの
ポインタが格納されている。１２０３は大ページサイズ
領域の空きリストへのポインタ、１２０４は大ページサ
イズ領域の使用中リストへのポインタが格納されてい
る。リストはページ単位に一つのデータ構造を持ってい
る。リストのデータ構造は、次のページへのポインタ１
２０５、ページ固定ビット１２０６、ページ番号１２０
７等が格納される。未使用領域を示すリスト１２０１、
１２０３と、使用中の領域を示すリスト１２０２、１２
０４のデータ構造は同一である。主記憶領域を新たに確
保する場合は、未使用領域リスト１２０１、１２０３か
ら要求ページ分をリストから外し、使用中領域リスト１
２０２、１２０４に追加することで実現する。使用中リ
スト１２０２、１２０４の中で、ページ固定ビット１２
０６が立っているページは、ＯＳが剥奪することはな
い。

【００５１】図１０は、ページ固定処理のフローを示し
ている。ページ固定は、ディスク装置などの２次記憶装
置に対するデータ転送時に、ＯＳによって主記憶領域の
ページが剥奪されることを防ぐ。ステップ８０１では、
ページ固定を行うべきページをサーチする。ステップ８
０２では、主記憶領域の使用中リストのページ固定ビッ
ト５０６をＯＮにする。この操作を取得したバッファ領
域分行うことで、ページ固定が完了する。

【００５２】

【発明の効果】本発明によれば、高速なディスクアレイ
装置のデータ転送速度を向上させるソフトウェア制御が
可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるページ選択処理を実行する計算機
システムの概略構成図。

【図２】仮想記憶領域と主記憶領域の関係を示す図。

【図３】仮想記憶領域と主記憶領域の関係を示す図。

【図４】ユーザプログラムのフローチャート。

【図５】仮想記憶領域管理リストを示す図。

【図６】主記憶領域管理リストへのポインタを示す図。

【図７】ユーザ領域主記憶管理リストを示す図。

【図８】リソース領域の主記憶領域の管理リストを示す
図。

【図９】主記憶管理プログラムのページサイズ選択プロ
グラムのフローチャート。

【図１０】主記憶領域のページ固定処理のフローチャー
ト。

【図１１】ＯＳが管理する二次記憶装置管理テーブルを
示す図。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】異なるサイズを有する複数のページにより
   構成された主記憶装置と、複数の二次記憶装置とを有
   し、いずれかの二次記憶装置から要求されたデータ転送
   要求に応答して、その２次記憶装置と上記主記憶装置と
   の間のデータ転送に使用するバッファ領域を該主記憶上
   に確保し、確保されたバッファ領域を介して、上記いず
   れかの２次記憶装置と上記主記憶装置との間のデータ転
   送を行う計算機システムにおいて、 上記いずれかの２次記憶装置の転送速度が相対的に大き
   いとき、該主記憶装置を構成する複数のページの内、相
   対的にサイズの大きな空きページを、相対的にサイズの
   小さい空きページより優先して該バッファ領域に使用
   し、 上記いずれかの２次記憶装置の転送速度が相対的に小さ
   いとき、該主記憶装置を構成する複数のページの内、相
   対的にサイズの小さなページを、相対的にサイズの大き
   な空きページより優先して該バッファ領域に使用する主
   記憶ページ選択方法。
2. 【請求項２】上記いずれかの２次記憶装置の転送速度が
   相対的に大きく、該いずれかの２次記憶装置がバッファ
   領域のサイズが所定値より小さい場合には、該主記憶装
   置を構成する複数のページの内、相対的にサイズの小さ
   空きなページを該バッファ領域に使用し、 上記いずれかの２次記憶装置の転送速度が相対的に大き
   く、該バッファ領域のサイズが所定値より小さい場合に
   は、該主記憶装置を構成する複数のページの内、相対的
   にサイズの小さ空きなページを、相対的にサイズの大き
   な空きページより優先して該バッファ領域に使用し、 上記いずれかの２次記憶装置の転送速度が相対的に小さ
   いときには、該いずれかの２次記憶装置がバッファ領域
   のサイズが所定値以上か否かに依らないで、該主記憶装
   置を構成する複数のページの内、相対的にサイズの小さ
   なページを該バッファ領域に使用する請求項１記載の主
   記憶ページの選択方法。
3. 【請求項３】上記所定値は、最大ページサイズに等しい
   請求項２記載の主記憶ページ選択方法。