JPH1063576A

JPH1063576A - 階層ディスク装置およびその制御方法

Info

Publication number: JPH1063576A
Application number: JP8224792A
Authority: JP
Inventors: Yoshifumi Takamoto; 良史高本
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-08-27
Filing date: 1996-08-27
Publication date: 1998-03-06

Abstract

(57)【要約】【課題】階層化されたディスクキャッシュにおいて、
各キャッシュ間でデータの重複が発生しキャッシュの利
用効率が低下するのを抑える。【解決手段】階層化された制御装置のそれぞれに、自
制御装置の階層レベルを格納するメモリを設け、データ
の読み出し時に前記メモリ内の前記階層レベルを読み出
し、最上位制御装置でなければ自キャッシュにはデータ
を格納しない制御を行う。【効果】各キャッシュ間で格納されているデータの重
複が発生しないため、キャッシュの利用効率が向上す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ディスク制御装置
に係り、階層化されたディスクキャッシュの利用効率を
高め性能を向上させるの階層ディスク制御装置およびそ
の制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的に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。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
方法として、以下の２つの方法が知られている。

【０００３】第一の方法は、ディスク制御装置内にディ
スクキャッシュを設ける方法である。ディスクキャッシ
ュは、一度読み込まれたデータを半導体メモリであるデ
ィスクキャッシュに格納しておき、同一のデータに対し
て再度読み込み要求が発生したときにはディスクキャッ
シュからデータを取り出すことで、ディスク装置へのア
クセスを削減し高速化を行う方法である。キャッシュを
増やすほどヒット率が向上するため性能も向上するが、
容量当たりのコストが磁気ディスクに比べ高価であるた
め、通常は磁気ディスク容量の数１０分の１から数１０
０分の１の容量が設けられている。キャッシュ制御方法
は、最も頻繁にアクセスされる順に格納しておき、最も
アクセスされなかったデータの追い出しを行う。これを
ＬＲＵ処理といい、キャッシュ制御方法では一般的であ
る。これらの方法に関して、特開平６−２３１０４５号
公報に記載がある。

【０００４】第二の方法は、磁気ディスクを並列に制御
することで性能を向上させる方式である。D.Patterso
n、G.Gibson、and R.H.Kartzらによる″A Case for Red
undantArrays of Inexpensive Disks(RAID)、in ACM SI
GMOD Conference、Chicago、IL"、 PP.109-116 (June 1
988)（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。

【０００５】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。

【０００６】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し複数のディスクに並列に読
み書きすることで、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。

【０００７】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
単一ユーザの大規模データ入出力を高速化することが主
な目的であるが、ＲＡＩＤ５は多数ユーザの小規模デー
タ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。ＲＡＩ
Ｄ５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。一般的な
ディスクアレイは、前述のキャッシュ制御とディスクの
並列動作の両方を取り入れて性能を向上させている。

【０００８】一方で、大容量で低コストのディスクアレ
イの要求が強くなってきている。この場合、単一のディ
スクアレイコントローラに多数のディスク装置を接続す
る構成が考えられるが、ディスクアレイ制御装置内の制
御プロセッサの性能の限界のために容量は増加するが性
能は伸びなくなってしまう問題が発生する。制御プロセ
ッサはホストからの入出力要求を解釈実行するために設
けられる。制御しなければならないディスク装置の台数
に比例した処理性能が要求されることから、現状では数
台から数１０台規模のディスクアレイがほとんどであ
る。

【０００９】この問題を解決する方法として、制御装置
を階層化する方法が特開平７−４４３２２号公報に述べ
られている。これは制御装置を階層化することで、各制
御装置が制御しなければならない台数を削減することが
目的である。例えば、一つの制御装置で５台のディスク
装置を制御できるとする。最上位にこの制御装置を１つ
設け、その制御装置の複数の出力をそれぞれ異なる制御
装置の入力に接続する。こうすることで全体で多数台の
ディスク装置を制御することが可能になる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】特開平７−４４３２２
号公報で述べられている階層化されたディスクアレイ制
御装置において、キャッシュの適用方法が課題となる。
最も簡単な方法は、最上位の制御装置にのみキャッシュ
を持つことである。しかし、単一の制御装置に接続でき
るキャッシュ容量は多くないため、多数台のディスク装
置に対して小容量キャッシュでは十分な性能が期待でき
ない。そこで、階層化された制御装置の各々にキャッシ
ュを設ける方法が考えられる。この場合、各キャッシュ
が前述のＬＲＵ制御を行うことになる。階層化されたキ
ャッシュの各々で、最も最近サクセスされたデータを残
す制御を行うと、キャッシュ間で重複したデータが格納
されることになる。

【００１１】例えば、制御装置１に制御装置２、３が接
続された階層ディスクアレイであり、各制御装置に各々
キャッシュが設けられているとする。制御装置２、３に
は、それぞれ複数のディスク装置が接続されているとす
る。このとき、制御装置２に接続されたディスクへの読
み出し要求が発行された時、制御装置２はディスクから
データを読み込み、ＬＲＵ制御にしたがって自キャッシ
ュ内にデータを格納する。制御装置２はそのデータを上
位である制御装置１へ転送すると、制御装置１も制御装
置２と同様に自キャッシュ内にデータを格納する。この
場合、上位制御装置のみ格納していればよいデータを複
数のキャッシュで重複して格納する問題が発生する。な
お、特開平７−４４３２２ではキャッシュの制御方法に
ついては述べられていない。

【００１２】本発明の目的は、データを複数のキャッシ
ュで重複して格納することを抑制し、キャッシュを有効
に使用する手段を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、階層化された制御装置のそれぞれに、自制御装置の
階層レベルを格納するメモリを設け、データの読み出し
時に前記メモリ内の前記階層レベルを読み出し、最上位
制御装置でなければ自キャッシュにはデータを格納しな
い制御を行うようにする。また、書き込み時にはデータ
をキャッシュに格納するとともに、パリティ生成に必要
なデータが上位キャッシュにないかサーチし、存在すれ
ば上位制御装置から下位制御装置内のキャッシュにデー
タを転送しパリティ生成を行うようにする。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る階層ディスク
キャッシュ制御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。

【００１５】図１は、本発明による階層ディスクキャッ
シュ制御方法を適用するディスクアレイ制御装置の概略
構成図を示したものである。１０２は、ディスクアレイ
制御装置であり、１３７、１３８はディスクアレイ制御
装置１０２が入出力を行うディスク装置である。ディス
クアレイ制御装置１０２は、ホストプロセッサ１０１に
接続されている。ホストプロセッサ１０１からのディス
ク入出力要求をディスクアレイ制御装置１０２が受け取
り、ディスク装置（１３７、１３８）に対して入出力を
行う。ディスクアレイ制御装置１０２は、上位制御装置
１０３と複数の下位制御装置（１３９、１１２）から構
成されている。複数の下位制御装置（１３９、１１２）
はディスク装置（１３７、１３８）の入出力を行い、上
位制御装置１０３は、ホストプロセッサ１０１の入出力
要求を受けつけ解釈し、複数の下位制御装置（１０４、
１１２）に対して入出力要求の分配を行う。

【００１６】上位制御装置１０３は、制御プロセッサ１
０６（以下ＣＰＵと略す）、キャッシュコントロールメ
モリ１０７（以下ＣＣＭと略す）、マイクロプログラム
１０８、ホストインタフェース制御部１０４、上位キャ
ッシュ１０５、スイッチ１０９、インタフェース制御部
（１１０、１１１）から構成されている。上位制御装置
１０３の主な機能は、ホストプロセッサ１０１のディス
ク入出力要求を解釈し、その結果を複数の下位制御装置
（１３９、１１２）に分配することである。これらの制
御はＣＰＵ１０６によって行われ、この制御の手順や方
法が記されたものがマイクロプログラム１０８と呼ばれ
るソフトウエアである。

【００１７】マイクロプログラム１０８は通常は半導体
メモリに格納されており、ＣＰＵ１０６から読み出し・
実行が行われる。ホストインタフェース制御部１０４
は、ホストプロセッサ１０１との接続を制御し、入出力
要求を受け付け、データの送受信を行う。スイッチ１０
９は複数の下位制御装置（１３９、１１２）に入出力要
求を分配する機能を持つ。ＣＰＵ１０６からの指示で、
入出力要求をどの下位制御装置に分配するのかが決定さ
れる。インタフェース制御部（１１０、１１１）は下位
制御装置（１３９、１１２）との接続を制御し、入出力
要求の転送やデータの送受信を行う。上位制御装置１０
３には、入出力を高速化するための上位キャッシュ１０
５がある。

【００１８】上位キャッシュ１０５は、ホストプロセッ
サ１０１から要求のあったデータを一時的に格納してお
くことでディスク装置（１３７、１３８）へのアクセス
を削減し入出力処理を高速化するために設けられる。Ｃ
ＣＭ１０７は上位キャッシュの制御方法に関する情報が
格納されている。

【００１９】下位制御装置（１３９、１１２）内は、上
位制御装置１０３との接続を制御するインタフェース制
御部（１１３、１２５）、下位制御装置（１３９、１１
２）を制御するＣＰＵ（１１４、１２６）とマイクロプ
ログラム（１１６、１２８）、ディスク装置（１３７、
１３８）のデータを一時的に格納する下位キャッシュ
（１２４、１３０）、下位キャッシュ（１２４、１３
０）に関する制御情報が格納されたＣＣＭ（１１５、１
２７）、ディスクコマンドを分配するスイッチ（１２
３、１３１）、ディスク装置（１３７、１３８）との接
続を制御するインタフェース制御（１１７〜１２１、１
３２〜１３６）、パリティ制御（１２２、１２９）から
構成されている。

【００２０】下位制御装置（１３９、１１２）の主な機
能は、性能と信頼性を向上させるディスクアレイ制御を
行うことである。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（分割）することで、データ転送性能を向上可能
である。

【００２１】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、ＲＡＩＤ
５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。

【００２２】ＲＡＩＤ１、３、５ではいずれの場合も、
データ格納時に冗長データも同時にディスクに書き込む
ことで信頼性も向上している。具体的には、ＲＡＩＤ１
の場合は、同一データを複数のディスクに書き込むこと
で冗長性を持たせている。またＲＡＩＤ３、５では、デ
ータ複数のディスクにストライピングするが、この時、
旧データと旧パリティと新データとの排他的論理和を新
パリティとしてディスクに書き込む。こうすることで、
いずれかのディスクが障害を起こしても、ＲＡＩＤ１、
３、５いずれの場合も障害を起こしたディスクのデータ
を回復することが可能である。

【００２３】例えば、ＲＡＩＤ３において以下のように
データが格納されているとする。ディスク１データ＝１０１０１０１０ディスク２データ＝１１１１００００ディスク３パリティ＝０１０１１０１０この状態でディスク２が障害を起こし読み書きができな
くなった場合、ディスク１とディスク３の排他的論理和
を演算する。ディスク１データ＝１０１０１０１０ディスク３パリティ＝０１０１１０１０論理和＝１１１１００００（ディス
ク２のデータ）このように、ディスク２のデータを再現することが可能
である。図１のパリティ制御（１２２、１２９）はパリ
ティの生成を行う機構である。

【００２４】本発明では図１に示すように、キャッシュ
が上位制御装置１０３と下位制御装置（１３９、１１
２）間で階層化されている。キャッシュを階層化するこ
との効果は、要求アクセス時間やコストに応じて、構成
を柔軟に変更できることである。一例として、上位のキ
ャッシュ１０５はコストが高いが高速な半導体メモリで
構成し頻繁にアクセスされるデータを保持しておき、下
位キャッシュは上位キャッシュに比べ遅いが低コストな
半導体メモリで構成するといったことが考えられる。デ
ィスク制御装置のほとんどはキャッシュが単一であった
ために、このような柔軟な構成をとることができなかっ
た。

【００２５】本発明の特徴は、キャッシュが階層化され
たディスクアレイ制御装置において、上位制御装置１０
３内と複数の下位制御装置（１０４、１１２）内にキャ
ッシュ（１０５、１２４、１３０）を設け、互いのキャ
ッシュに格納されたデータの重複を無くす制御を行うこ
とでキャッシュの利用効率を向上することである。

【００２６】図２および図３は、本発明における実施例
の概要を示している。図２では動作概要を示し、図３で
は効果を示している。２０１は上位キャッシュであり、
上位キャッシュ２０１には複数の下位キャッシュ（２０
５、２０６）が接続されており、階層キャッシュ構造に
なっている。ホストプロセッサから入力要求が発生した
場合の動作を示している。ディスク装置に格納されたデ
ータ２０４の入力要求が発生した場合、下位キャッシュ
にデータを格納するかどうかを階層レベルにより決定す
る。階層レベルとは、ホストプロセッサに最も近いキャ
ッシュを最上位（階層レベル＝０）２０８と定義し、そ
れ以外は階層レベル＝１（２０９、２１０）である。キ
ャッシュに格納する格納するかどうかは、自キャッシュ
が最上位キャッシュかどうか判定することで決定する。
下位キャッシュ２０５は、最上位キャッシュではないの
で、下位キャッシュ２０５には読み込まれたデータは格
納しない２１２。読み込まれたデータは上位キャッシュ
２０１に転送される。

【００２７】ここで、下位キャッシュと同様に最上位キ
ャッシュかどうか判定する（２１１）。ここでは最上位
キャッシュであるため、キャッシュに読み込まれたデー
タは格納され（２０２）、そのデータは同時にホストプ
ロセッサに転送される。この時、最上位キャッシュが一
杯になった場合、自キャッシュ内のいずれかのデータの
追い出し処理を行う。追い出しデータとして選択された
データ２０３は、所定の下位キャッシュへ転送される
（２０７）。下位キャッシュでは、上位から転送された
データについては、格納するかどうかの判定は行わな
い。格納するかどうかの判定を行うのは、自キャッシュ
より上位にデータを転送する時のみであり、上位から転
送されたデータは無条件に格納する。これは、上位キャ
ッシュは、最も頻繁に使用されるデータのみを格納し、
下位キャッシュには上位キャッシュに格納しきれなかっ
たデータを格納することで、キャッシュのヒット率を向
上させるためである。

【００２８】図２の制御を行うことで、図３のような効
果が得られる。図３は、従来のキャッシュ制御と、本発
明の実施例における階層キャッシュの効果を比較した図
である。従来のキャッシュ制御は、全てのキャッシュに
おいてまったく同じ制御を行っているために、データの
重複が生じる。上位キャッシュ１１０１に１２個のデー
タが格納でき、下位キャッシュ（１１０２、１１０３）
にはそれぞれ６個のデータが格納できる場合を示してい
る。

【００２９】ホストプロセッサから入力要求が発生する
と、上位キャッシュ１１０１、下位キャッシュ（１１０
２、１１０３）それぞれで、最も最近アクセスされたデ
ータを残す制御を行う。そのため、キャッシュに格納さ
れたデータが重複するために、キャッシュを無駄に使用
することになる。本発明では、上位キャッシュ１１０４
には従来と同様に最も頻繁にアクセスされるデータを残
し、下位キャッシュ（１１０５、１１０６）には、上位
キャッシュ１１０４に転送したデータは格納しない制御
を行っているため、キャッシュに格納されるデータに重
複が生じない。そのため、従来は重複データが格納され
ていた領域は空き領域となり、この領域に新しいデータ
を格納することができるようになる。

【００３０】図４は、本発明における実施例のマイクロ
プログラム３０１の構造を示してる。上位制御装置１０
３と下位制御装置（１３９、１１２）ともに構成は同じ
である。３０２はコマンド制御、３０３は階層キャッシ
ュ制御、３０４はキャッシュ管理リスト、３０５はディ
スク読み込み＆先読み制御、３０６はディスク書き込み
＆まとめ書き制御、３０７は階層キャッシュ初期設定制
御である。自制御装置より上位の装置からの要求はコマ
ンド制御３０２で受け付けられ解釈される。その結果、
読み込み処理であればディスク読み込み＆先読み制御３
０５が呼び出され、書き込み処理であればディスク読み
込み＆先読み制御３０６が呼び出される。ディスク読み
込み＆先読み制御３０５、ディスク読み込み＆先読み制
御３０６内ではそれぞれ階層キャッシュ制御３０３が呼
びだされ自制御装置内のキャッシュ制御が行われる。そ
の際、キャッシュ管理リスト３０４が使用される。キャ
ッシュ管理リスト３０４は自キャッシュの使用リスト、
空きリストなどが格納されている。階層キャッシュ初期
設定制御３０７は、主に装置起動時に実行され、階層キ
ャッシュの制御に必要な情報を設定する。これらの情報
は次に説明する。

【００３１】図５は、階層キャッシュの制御に必要な情
報が格納されたＣＣＭ（１０７、１１５、１２７）のデ
ータ構造を示している。これらの情報は、装置起動時に
階層キャッシュ初期設定制御３０７によって設定され
る。４０１は階層レベルフィールドであり、ホストプロ
セッサに最も近いキャッシュが階層レベル０であり、そ
れ以外は階層レベル１である。キャッシュ制御モード４
０２は、キャッシュの先読みやまとめ書き制御を行うか
どうかのフラグが設定されている。キャッシュ使用上限
値４０３とキャッシュ使用下限値４０４は、キャッシュ
のあふれや先読み制御をどの時点で行うかの数値が格納
されている。キャッシュの使用状況がキャッシュ使用上
限値に達したら、下位制御装置またはディスク装置へデ
ータを転送し、未使用領域を増やす。また、キャッシュ
使用下限値を下回ったら下位制御装置またはディスク装
置からデータの先読みを行いキャッシュに格納されてい
るデータを増やす。キャッシュ使用リストポインタ４０
５とキャッシュ未使用リストポインタは図４のキャッシ
ュ管理リスト３０４へのポインタを示しており、キャッ
シュの確保や開放を行う際に使用される。

【００３２】図６は、図４のマイクロプログラム３０１
内のコマンド制御３０２のフローを示している。ステッ
プ５０１は、上位装置から転送されたディスク入出力コ
マンド受付処理である。ステップ５０２はコマンドの判
定を行う。ここでは、コマンドが入力要求なのか出力要
求なのかが判定され、入力要求（ＲＥＡＤ）であればス
テップ５０３に進み、出力処理（ＷＲＩＴＥ）であれば
ステップ５０６に進む。

【００３３】ステップ５０３は、ディスク読み込み＆先
読み制御を行う。この処理は後で詳細に説明する。ステ
ップ５０４は、ステップ５０３で読み込まれたデータに
対してキャッシュ制御を行う。ステップ５０５は上位装
置へ終了報告を行う。ステップ５０６は、上位装置から
転送されたデータの階層キャッシュ制御を行う。ステッ
プ５０７はディスク書き込み＆まとめ書き制御を行う。
この処理は後で詳細に説明する。ステップ５０８は、上
位装置へ終了報告を行う。

【００３４】図７は、図４の階層キャッシュ制御３０３
のフローを示している。ステップ６０１はコマンド判定
処理であり、出力要求か入力要求かを判定する。入力要
求であればステップ６０２に進み出力要求であればステ
ップ６０９に進む。ステップ６０２では、ＣＣＭ（図１
の１０７、１１５、および、１２７）内の階層レベルフ
ィールド（図５の４０１）の読み出しを行う。このフィ
ールドには、最上位キャッシュであれば０が、それ以外
のキャッシュであれば１が格納されている。ステップ６
０３は自キャッシュが最上位キャッシュかそうでないか
の判定を行う。最上位キャッシュであればステップ６０
４に進み、そうでなければステップ６０６に進む。ステ
ップ６０４では、ＬＲＵ処理を行う。ＬＲＵ処理とは、
キャッシュがフルになった時にどのデータを追い出すか
を決定するアルゴリズムであり、キャッシュの管理に一
般に用いられている。

【００３５】ステップ６０４では、読み込み要求に対し
て転送されたデータを最優先にキャッシュに格納するた
め、もしその時キャッシュがフルになっていた場合、い
ずれかのデータをキャッシュから追い出す処理を行わな
う。ステップ６０５では、上位装置へデータを転送す
る。

【００３６】ステップ６０６、６０７は、自キャッシュ
が最上位キャッシュではなかった時の処理である。最上
位キャッシュでなかった場合は、キャッシングしない制
御を行う。これは、さらに上位にキャッシュが存在する
ため上位のキャッシュに格納されていれば自キャッシュ
にデータを格納する必要がないためである。ステップ６
０６では、上位装置にデータを転送する。ステップ６０
７ではキャッシュ領域を解放する。

【００３７】ステップ６０４、６０５、６０６、６０７
により、自キャッシュが最上位キャッシュであればキャ
ッシュに格納し、そうでなければキャッシュには格納し
ない処理を実現してる。この判定のためにＣＣＭ内に階
層レベルを示す情報がキャッシュ毎に格納されている。

【００３８】ステップ６０９は書き込み処理の場合に実
行され、通常のＬＲＵ処理が行われる。この階層キャッ
シュ制御により、階層化されたキャッシュ構成におい
て、各キャッシュ間に重複するデータをなくすことがで
き、キャッシュの利用効率を向上することが可能にな
る。

【００３９】図８は、キャッシュ管理リスト３０４のデ
ータ構造を示している。４０５は図５におけるキャッシ
ュ使用リストポインタであり、４０６はキャッシュ未使
用リストポインタである。キャッシュ使用リストポイン
タ４０５には、自キャッシュ内で使用されている領域が
リスト形式で格納されており、各リスト内は次のリスト
へのポインタ７０３、使用領域識別子７０４が格納され
ている。リストの最後の次のリストへのポインタ７０３
はリストの最後を示す値が格納される。このリストは、
参照されるとリストの最も最後にリストチェインを切り
替える制御が行われる。

【００４０】これにより、最も最近アクセスされた領域
はリストの最も最後におかれ、最も長くアクセスされな
かった領域はキャッシュ使用リストポインタ４０５に最
も近いリストにチェインされている。そのため、キャッ
シュがフルになり、いずれかの領域を解放しなくてはな
らなくなったときにはキャッシュ使用リストポインタ４
０５に最も近いリストが選択することでＬＲＵ制御を実
現している。キャッシュ未使用リストポインタ４０６に
示されるリストは、使用されていないキャッシュ領域が
チェインされており、キャッシュを確保する場合にはリ
ストの先頭か領域が選択される。

【００４１】図９は、ディスク読み込み＆先読み制御の
フローを示している。ステップ８０１では上位装置より
要求されたデータがキャッシュに格納されているかどう
かの判定を行う。これは図８のキャッシュ使用リストを
サーチすることで実現できる。ステップ８０２でもしキ
ャッシュにデータが格納されていたら（キャッシュヒッ
ト）処理を終了させる。キャッシュに格納されていなけ
れば（キャッシュミスヒット）ステップ８０３に進む。
ステップ８０３では、キャッシュ領域を確保する。これ
は、図８のキャッシュ未使用リストポインタが示してい
るリストを選択することで実現できる。ステップ８０４
ではディスク入力要求を生成し、ディスク装置からデー
タの入力を行う。ステップ８０５は先読み制御である
が、この処理はバックグラウンドで実行される。先読み
処理の中断は、図５キャッシュ使用上限値４０３に達し
たとき、または次の入力コマンドが発生したときであ
る。

【００４２】図１０は、ディスク書き込み＆まとめ書き
制御のフローを示している。ステップ９０１では、上位
装置から転送されたデータを格納するためのキャッシュ
領域を確保する。これはキャッシュ未使用リストポイン
タ４０６に示されるリストを選択することで実現でき
る。ステップ９０２では、自キャッシュ内のディスクへ
書き込んでいないデータ量がＮを超えたかどうかを判定
している。もし、Ｎを超えていたらディスクへの書き込
みを実行する。これは、小データの場合に、要求が発生
する毎にディスクへの書き込みを行っていると処理時間
が増加するため、ある程度まとまった単位でディスクへ
の書き込みを行うことで性能を向上させるための処理で
ある。ステップ９０３、９０４はパリティ生成を行うた
めの処理である。

【００４３】前述の通り、ディスクアレイではパリティ
を生成しディスクに格納することで信頼性を向上させて
いる。パリティの生成には、旧データ、旧パリティ、新
データが必要であり、ステップ９０３ではこれらのデー
タが上位キャッシュにないかサーチする。これは、本発
明はデータを重複しないようにキャッシュ制御を行って
いるため、最新データが上位装置に存在する可能性があ
るためである。もし、上位キャッシュ、自キャッシュに
パリティ生成に必要なデータが存在しない場合は、下位
装置へアクセスしデータを集める。ステップ９０４では
旧データ、旧パリティ、新データの排他的論理和をと
り、パリティを生成する。ステップ９０５では、書き込
みデータ（新データ）とパリティを所定のディスクへ書
き込むことで処理が終了する。

【００４４】図１１では、図４における階層キャッシュ
初期設定制御３０７によって、図１におけるＣＣＭ（１
０７、１１５、１２７）内の階層レベルフィールド（図
５の４０１）にどの様な値が格納されるかを示してい
る。これまでの実施例では２階層のキャッシュで説明し
てきたが、図１１に示すように、３階層、あるいはそれ
以上でも本発明の効果が得られる。最上位制御装置１０
０１に接続された中間制御装置（１００２、１００
３）、さらに中間制御装置（１００２、１００３）に接
続された最下位制御装置（１００４、１００５）のよう
な構成の場合、階層レベルフィールドは次のようにな
る。

【００４５】最上位制御装置１００１は０、中間制御装
置（１００２、１００３）は１、最下位制御装置（１０
０４、１００５）は１に設定することで、各階層間でデ
ータが重複することは無くなる。これまでは装置が正常
に動作している場合を述べてきたが、ダイナミックに階
層レベルを変更したほうが良い場合がある。装置あるい
はキャッシュに障害が発生した場合である。最上位制御
装置１００１内のキャッシュが障害を起こした場合は、
その次の階層のキャッシュ（図１１では中間制御装置１
００２、１００３）が最上位キャッシュ（階層レベルフ
ィールド＝０）に設定される。これにより、障害時にお
いても本発明の効果を十分に得ることができるようにな
る。

【００４６】

【発明の効果】本発明では、階層化されたキャッシュで
構成されるディスクアレイにおいて、下位キャッシュで
は、上位にデータを転送する時は自キャッシュにデータ
を格納しない制御を行う。これにより上位キャッシュ
は、最も頻繁に使用されるデータのみを格納され、下位
キャッシュには上位キャッシュに格納しきれなかったデ
ータを格納されることになるため、キャッシュのヒット
率を向上させるためである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における実施例の全体図を示す図であ
る。

【図２】本発明の実施例における動作概要を示す図であ
る。

【図３】本発明の実施例における効果を示す図である。

【図４】本発明の実施例におけるマイクロプログラム構
成を示す図である。

【図５】本発明の実施例におけるキャッシュ制御メモリ
（ＣＣＭ）構造を示す図である。

【図６】本発明の実施例におけるコマンド制御フローを
示す図である。

【図７】本発明の実施例における階層キャッシュ制御フ
ローを示す図である。

【図８】本発明の実施例におけるキャッシュ管理リスト
構造を示す図である。

【図９】本発明の実施例におけるディスク読み込み＆先
読み制御フローを示す図である。

【図１０】本発明の実施例におけるディスク書き込み＆
制御フローを示す図である。

【図１１】本発明の実施例における階層レベルを示す図
である。

【符号の説明】

１０１ホストプロセッサ、１０２ディスクアレイ制御装置、１３７、１３８ディスク装置、１０３上位制御装置、１３９、１１２下位制御装置、１０５上位キャッシュ、１２４、１３０下位キャッシュ、１０７、１１５、１２７キャッシュ制御メモリ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ホストプロセッサに接続された最上位制御
装置と、前記最上位制御装置に接続された複数の下位制
御装置と、前記複数の下位制御装置に接続された複数の
ディスク装置と、前記最上位制御装置および前記複数の
下位制御装置に設けられたディスクキャッシュからなる
階層ディスク装置であって、前記下位制御装置は、前記ホストプロセッサからの読み
込みデータを、ディスクキャッシュに格納すること無く
前記上位制御装置へ転送する手段と、前記最上位制御装置は、前記読み込みデータを、ディス
クキャッシュに格納し、かつ、前記ホストプロセッサへ
転送する手段を有する階層ディスク装置。
【請求項２】複数のディスク装置を並列に動作させると
ともに、冗長データを格納するディスクアレイ制御装置
であって、ホストプロセッサに接続された最上位制御装
置と、前記最上位制御装置に接続された複数の下位制御
装置と、前記複数の下位制御装置に接続された複数のデ
ィスク装置と、前記最上位制御装置および前記複数の下
位制御装置に設けられたディスクキャッシュからなる階
層ディスク装置において、前記ホストプロセッサからのデータ読み込み時に前記階
層レベルが最上位制御装置かどうかを、前記最上位制御
装置および前記複数の下位制御装置が有する階層レベル
を示す識別子から判断し、最上位制御装置でなければ前記読み込みデータをディス
クキャッシュに格納しない制御を行うことを特徴とする
階層ディスクキャッシュ制御方法。
【請求項３】前記ホストプロセッサからデータの書き込
み要求が発生した時、冗長データを生成する制御装置
は、上位制御装置に対して最新のデータが存在するかど
うか検索し、存在すれば上位制御装置のディスクキャッシュからから
下位制御装置のディスクキャッシュに前記データを転送
することを特徴とする請求項２記載の階層ディスクキャ
ッシュ制御方法。
【請求項４】前記最上位制御装置のキャッシュが障害を
起こした場合、前記最上位制御装置に接続された複数の
下位制御装置の前記識別子を、最上位制御装置を示す識
別子に変更することを特徴とする請求項２記載の階層デ
ィスクキャッシュ制御方法。