JPH10301847A

JPH10301847A - データ記憶装置

Info

Publication number: JPH10301847A
Application number: JP9113191A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Ono; 賢一大野
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1997-04-30
Filing date: 1997-04-30
Publication date: 1998-11-13

Abstract

(57)【要約】【課題】無駄にキャッシュメモリを用いることなく上
位装置からのアクセスに応じて必要なセグメントへ割当
てること。【解決手段】上位装置から送信されるデータを記憶す
る記憶媒体６と、この記憶媒体６に併設され上位装置に
よって書き込まれたデータ又は読み出されるデータを所
定のセグメント長のキャッシュデータとして記憶するキ
ャッシュメモリ８と、上位装置の記憶媒体６に対するデ
ータの書き込み又は読み出しのアクセスに応じて当該デ
ータをキャッシュメモリ８に格納する制御部２とを備え
ている。しかも、制御部２は、上位装置からのアクセス
の種別に基づいて当該アクセスの種別毎に予め定められ
たセグメント長でキャッシュメモリのセグメント長を割
当てるセグメント割当て手段４を備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、データ記憶装置に
係り、とくに、コンピュータで利用するデータを記憶す
るデータ記憶装置に関する。データ記憶装置は、磁気デ
ィスク装置、光磁気ディスク装置等の書換可能な直接ア
クセス記憶装置をいい、さらに、光ディスク装置など書
換不可の直接アクセス装置を一部に含む。すなわち、デ
ータ記憶装置の記憶媒体は、磁気ディスク、光磁気ディ
スク、光ディスク等であり、この場合、キャッシュメモ
リに半導体メモリを用いると好適である。また、ＰＣカ
ードやＣＰＵに併設されるＲＡＭなどの半導体メモリに
も応用される。さらに、磁気ディスク装置を複数用いた
ディスクアレイシステムで用いることもできる。

【０００２】

【従来の技術】従来より、磁気ディスク装置などのデー
タ記憶装置では、書き込みや読み出しを高速化するた
め、キャッシュメモリを用いている。これは、磁気ディ
スクよりもアクセスが高速な媒体をキャッシュメモリと
して用い、このキャッシュメモリにデータが格納されて
いる場合にはこのキャッシュメモリからデータを読み出
すことでアクセスを高速化するものである。

【０００３】たとえば、特開平４−１８０１４０号公報
には、アクセスブロック長平均値によるセグメント容量
の決定手段が記載されている。この公報の手段は、アク
セスブロック長平均値を尺度としてセグメント容量を決
定している。つまり、順次アクセスに焦点を絞り、アク
セスブロック長平均値の何倍かをセグメント容量に割当
てれば、それだけキャッシュヒット率が上がるというね
らいである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな上述した従来のセグメント容量の決定手段では、順
次アクセス以外のアクセス方法で上位装置が動作する
と、キャッシュメモリの容量を無駄に使用するセグメン
ト決定方法になってしまう、という不都合があった。具
体的には、従来のキャッシュセグメント数の変更方法
は、クライアント数か頻繁に変わるサーバや、ネットワ
ーク上での使用に対して、キャッシュの有効活用がなさ
れていない。

【０００５】例えば、リアクセスというアクセス方法
は、同じ領域に何度もリードライトを行う動作であり、
この場合、セグメント長はアクセスブロック長しか必要
ないため、それ以上のキャッシュメモリは無駄となる。

【０００６】さらに、先読み、掃き出し動作を行わない
環境でのリードライトの場合、一回のコマンド内で読み
書きの処理を完結しなければならないので、そのコマン
ドのアクセスブロック長以上のキャッシュメモリは無駄
となる。

【０００７】

【発明の目的】本発明は、係る従来例の有する不都合を
改善し、特に、無駄にキャッシュメモリを用いることな
く上位装置からのアクセスに応じて必要なセグメントへ
割当てることのできるデータ記録装置を提供すること
を、その目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明では、上
位装置から送信されるデータを記憶する記憶媒体と、こ
の記憶媒体に併設され上位装置によって書き込まれたデ
ータ又は読み出されるデータを所定のセグメント長のキ
ャッシュデータとして記憶するキャッシュメモリと、上
位装置の記憶媒体に対するデータの書き込み又は読み出
しのアクセスに応じて当該データをキャッシュメモリに
格納する制御部とを備えている。しかも、制御部が、上
位装置からのアクセスの種別に基づいて当該アクセスの
種別毎に予め定められたセグメント長でキャッシュメモ
リのセグメント長を割当てるセグメント割当て手段を備
えた、という構成を採っている。これにより前述した目
的を達成しようとするものである。本発明では、セグメ
ント割当て手段は、上位装置からのアクセスの種別に基
づいて、当該アクセスの種別毎に予め定められたセグメ
ント長で、キャッシュメモリのセグメント長を割当て
る。このため、リアクセスや連続領域へのアクセスや、
１回だけのアクセスなど、そのアクセスの種別（属性）
に基づいて、各アクセスに応じたキャッシュメモリのセ
グメント長を割当てる。このため、キャッシュメモリの
容量を無駄にすることなく、効率の良いキャッシュを実
現する。

【０００９】また、本発明では、制御部が、上位装置か
らのアクセスの属性を順次記憶するキャッシュ制御テー
ブルと、このキャッシュ制御テーブルの内容の変化に基
づいてアクセスの属性に応じてキャッシュメモリのセグ
メント長を割当てるテーブル利用セグメント割当て手段
とを備えた、という構成を採ることができる。上位装置
からのアクセスの属性を順次キャッシュ制御テーブルに
格納し、このキャッシュ制御テーブルの変化に応じて、
キャッシュメモリのセグメント構成を変化させる。この
ため、上位装置の構成の変化や、上位装置での使用アプ
リケーションの変化などに逐次適切に対応したキャッシ
ュを自動的に実現する。

【００１０】さらに、本発明では、制御部が、上位装置
からのアクセスの種別に基づいて記憶媒体にアクセスし
ている上位装置の数を予測する上位装置数予測手段と、
この上位装置数予測手段によって予測された上位装置毎
にキャッシュメモリのセグメント長を割当てる上位装置
別セグメント割当て手段とを備えた、という構成を採る
ことができる。上位装置数予測手段は、上位装置からの
アクセスの種別に応じて、現在記憶媒体にアクセスして
いる上位装置の数を予測する。そして、この上位装置数
（仮想上位装置数）に基づいて、各仮想上位装置毎にキ
ャッシュメモリを割当てる。すると、ネットワークに接
続されている場合であっても、各上位装置に対して均等
にキャッシュの効果を分配する。

【００１１】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１は本発明によるデータ記憶装
置の構成を示すブロック図である。図１に示すように、
データ記憶装置は、上位装置（ホスト）から送信される
データを記憶する記憶媒体６と、この記憶媒体６に併設
され上位装置によって書き込まれたデータ又は読み出さ
れるデータを所定のセグメント長のキャッシュデータと
して記憶するキャッシュメモリ８と、上位装置の記憶媒
体６に対するデータの書き込み又は読み出しのアクセス
に応じて当該データをキャッシュメモリ８に格納する制
御部２とを備えている。しかも、制御部２は、上位装置
からのアクセスの種別に基づいて当該アクセスの種別毎
に予め定められたセグメント長でキャッシュメモリのセ
グメント長を割当てるセグメント割当て手段４を備えて
いる。

【００１２】セグメント割り当て手段４が、アクセスの
種別毎に個別にキャッシュのセグメント長を定めるた
め、キャッシュメモリを無駄に用いることなくヒット率
をより高めることが可能となり、このため、上位装置か
らのアクセスがより高速に行われる。

【００１３】図２はセグメント割り当て手段４の詳細構
成を示すブロック図である。ある実施形態では、セグメ
ント割当て手段４は、上位装置のアクセス対象となる記
憶媒体６のアドレス情報と当該アクセスされるデータの
データ長とに基づいてアクセスの種別を分類するアクセ
ス種別分類機能１０と、このアクセス種別分類機能１０
によって分類されたアクセス種別毎にキャッシュメモリ
８の全容量と当該アクセスされたデータのデータ長とか
ら定まるセグメント長を記憶したセグメント長条件テー
ブル２４とを備える。

【００１４】アクセス種別分類機能１０は、上位装置か
らのアクセスの種別（属性）を判定する。図３は種別テ
ーブルの一例を示す説明図である。図３に示す例では、
アクセス種別分類機能１０は、データの読み出しを行う
アクセス（read系属性）を、Only属性、Area属性、Reac
cess属性、Read sequential属性、Read large属性とに
分類する。Only（オンリー）属性は１回だけの読み出し
アクセス（リードアクセス）であり、Area（エリア）属
性は近傍領域へのリードアクセスであり、Reaccess（リ
アクセス）属性は同一領域へのアクセスであり、Read s
equential（リード・シーケンシャル）属性は連続領域
へのリードアクセスであり、Read large（リード・ラー
ジ）属性はある一定の値よりも大きいデータを読み出す
リード・アクセスである。

【００１５】さらに、アクセス種別分類機能１０は、デ
ータの書き込みを行うアクセス（Write系属性）を、Wri
te属性、Write sequential属性、Write large属性とに
分類する。Write（ライト）属性は、書き込みアクセス
であり、Write sequential（ライト・シーケンシャル）
属性、は連続領域へのライトアクセスであり、Writelar
ge（ライト・ラージ）属性はある一定の値より大きいラ
イトアクセスである。その他、キャッシュ機能をオフに
した場合のFree属性を持つ。

【００１６】アクセス種別分類機能１０は、種々のアク
セスを例えば図３に示す９種類の属性で分類するため、
上位装置のアクセス対象となる記憶媒体６のアドレス情
報と、当該アクセスされるデータのデータ長とに基づい
てアクセスの種別を分類している。この実施形態では、
アドレス情報に基づいて、それが同一領域へのアクセス
なのか、連続領域へのアクセスなのか、または近傍領域
へのアクセスなのかを判定し、その判定結果に基づいて
アクセスの種別を定める。

【００１７】さらに、アクセス種別分類機能１０は、上
位装置からの複数回のアクセスの経過を監視すると共に
当該複数回のアクセスの経過情報に基づいて当該アクセ
ス種別を分類する機能を備える。これにより、例えばOn
ly（オンリー）属性（１回だけの読み出しアクセス）が
連続した領域に対して複数回生じたときに、この複数回
のアクセスの経過情報に基づいてRead sequential属性
であると判定する。

【００１８】具体的には、アクセスが生じると、属性判
断のために、次の項目のチェック処理を行う。まず、ア
ドレス情報に基づいて、連続領域チェックおよび逆向き
連続領域チェックを行うことで、シーケンシャル（また
は、逆向きのシーケンシャル）であるか否かを判定す
る。さらに、アドレス情報により同領域へのアクセスか
否かを確認し、同領域へのアクセスの場合にはreaccess
属性であると判定する。また、アドレス情報に基づい
て、スキップアクセスチェックおよび逆向きスキップア
クセスチェックを行うことで、前後へ少し離れた領域へ
のアクセスであるか否かを判定し、さらに、オーバーラ
ップアクセスチェックを行うことで、一部が重なってい
る領域へのアクセスであるか否かを判定する。これらの
場合、Area属性となる。また、レングスチェックを行う
ことで、アクセス対象のデータ長を判定する。このデー
タ長が予め定められたセグメント最大値以上である場合
には、Read large属性、または、Write large属性とな
る。

【００１９】このようにアクセス種別分類機能１０が上
位装置からのアクセスの属性を判定すると、セグメント
割り当て手段４は、セグメント長条件テーブルの指定に
従って当該アクセスに応じたキャッシュメモリ８のセグ
メントを割り当てる。図４はセグメント長条件テーブル
の一例を示す説明図である。図４に示すように、各属性
毎に割り当てるべきセグメント長がキャッシュメモリの
容量との関係や予め定められたマージンによって定めら
れている。

【００２０】例えば、Reaccess属性は同一領域へのアク
セスなので、コマンドレングス（データ長）以上の領域
は不要であるため、length（レングス）値とする。すな
わち、アクセス種別分類機能１０は、複数回のアクセス
の経過情報に基づいて同一アドレスへ複数回アクセスが
あった場合に当該アクセス種別をリアクセスであると判
定する機能を備え、この場合、セグメント長条件テーブ
ルは、アクセス種別がリアクセスである場合には当該ア
クセスのデータ長をセグメント長とする条件情報を備え
る。これにより、リアクセスの場合にそのレングス値以
上のセグメントを割り当てることで無駄なキャッシュメ
モリの使用を防止する。

【００２１】また、Read/Write sequential属性は先読
み／掃き出しの部分を考えると無限に欲しいため、キャ
ッシュメモリ８での１セグメントが確保できる最大値ま
でとする。Read/Write large属性は、コマンドレングス
のセグメント長が望ましいがキャッシュ容量がそれに伴
わないため、１セグメントが確保できる最大値とする。
図４に示す例では、ＬＲＵ（Least Recently Used，使
用の新しさ）の値が「０」であり最新のアクセスである
場合にのみこのRead/Write large属性へセグメントを割
り当てることとしている。Write属性は、ホストからの
掃き出しスピードを考慮すると無限に欲しいため、最大
値とする。Free属性は、コマンドレングス以上は不要で
あるため、ength（レングス）値とする。Only属性とAre
a属性については、これから変化する属性なのでマージ
ンが必要となる。

【００２２】このように図４に示すセグメント長条件テ
ーブルに基づいて各アクセスに対してセグメント長を割
り当てると、アクセスの属性に応じて必要なデータ長の
キャッシュセグメントを割り当てることができ、このた
め、キャッシュメモリの容量を最大限有効に用いてホス
トからのアクセスを高速化することができる。

【００２３】記憶装置へのアクセスは、仮想ホストのア
クセスが変化したり、仮想ホスト数が増減するなど次々
と変化する。そこで、セグメント構成をどのタイミング
で変えるかが問題となる。ここでも、属性で判断を行
い、種類と数を使用する。具体的には、セグメント割当
て手段４は、上位装置からの複数回のアクセスの経過に
基づいてアクセス種別が変化したときに当該アクセスに
応じたキャッシュメモリ８のセグメント長を変更するセ
グメント長変更機能を備える。このセグメント長変更機
能により、様々に変化する記憶装置へのアクセスに、素
早く対応することが可能である。ある実施形態では、こ
のセグメント長変更機能は、アクセス種別が予め定めら
れた回数連続したときのキャッシュメモリのセグメント
構成の変更条件を記憶した図５に示すセグメント構成変
更条件テーブルを備える。この図５に示す例では、属性
数の増減や、ある属性の最大アクセスレングスが変化し
たときに、再度図４に示すセグメント長条件テーブルに
基づいてセグメント構成を更新する。

【００２４】図６は属性割当順番テーブルの一例を示す
説明図である。セグメント割当てを行うとき、割当て順
番に注意しなければならない。それは、大容量のキャッ
シュ領域を必要とするが一度だけでよいRead/Write lar
ge属性、後のコマンドまで考えてできるだけ容量か欲し
いRead/Write sequential属性などが存在するからであ
る。セグメント割当てを行うときは、これらの属性の特
徴を考慮して最適なセグメント構成にする必要がある。

【００２５】割当て順番は、図６に示すように、まず最
初に、１コマンドでセグメント構成から消えてしまうこ
とが予測できるRead/Write large属性を割当てる。次
に、容量の決まっているReaccess，Write，Free，Only
属性を割当てる。最後に、無限の容量が欲しいRead/Wri
te sequential，Area属性を割当てる。

【００２６】図７はデータ記憶装置が複数の上位装置に
接続された場合の例を示す説明図である。図７に示す例
では、制御部２は、キャッシュの制御を行うキャッシュ
制御部２Ａと全体制御を行うＣＰＵとを備えている。ま
た、記憶媒体６は、キャッシュメモリ８を介してバス５
４に接続されている。このバス５４には、複数の上位装
置（ホストコンピュータ）５１，５２，５３を備えてい
る。

【００２７】データ記憶装置が複数の上位装置に接続さ
れた場合、セグメント割当て手段４は、図２に示すよう
に、アクセス種別分類機能によって分類されたアクセス
種別に基づいて記憶媒体にアクセスしている上位装置の
数を仮想上位装置数として予測する仮想上位装置予測機
能１４と、この仮想上位装置予測機能１４によって予測
された仮想上位装置ごとにセグメント長条件テーブルを
参照してキャッシュメモリのセグメントを割当てる上位
装置別セグメント割当て機能１６とを備えている。この
ように、アクセスしている上位装置数を予測してキャッ
シュメモリの割当を行うため、各上位装置に対して均等
にキャッシュの効果を与えることができ、さらに、実際
のアクセス種別に基づいて上位装置数を予測するため、
接続されている上位装置数で均等にセグメントを割り当
てるよりも多い容量を各上位装置に割り当てることがで
き、このため、キャッシュメモリの容量を最大限有効に
用いることができる。

【００２８】この実施形態では、アクセス種別分類機能
１０は、上位装置からの複数回のアクセスの経過を監視
すると共に当該複数回のアクセスの経過情報に基づいて
当該アクセス種別を分類する機能と、このアクセス種別
分類機能によって分類されたアクセス種別のアクセスが
最近使用されたか否か（ＬＲＵ）を記録する機能とを備
えるとよい。この場合、上位装置別セグメント割当て機
能１６が、アクセスが最近使用されたか否かの情報（Ｌ
ＲＵ）に基づいて最近使用されたアクセス種別にキャッ
シュメモリのセグメントを割当てる機能を備える。する
と、各上位装置からのアクセスの変化に応じて動的に最
適なセグメント割当を行うことができる。

【００２９】また、複数の上位装置が同一のデータにア
クセスする場合には、キャッシュメモリのセグメントを
共有することが可能となる。すなわち、セグメント割当
て手段４は、上位装置別セグメント割当て機能によって
割当てるセグメントのデータが一致する場合には当該セ
グメントを複数の仮想上位装置で共有させる共有セグメ
ント割当て機能を備える。これにより、キャッシュメモ
リに同一のデータを格納することなく、他のアクセスに
割り当てることができる。

【００３０】次に、図７に示す構成での動作を説明す
る。図７に示す例では、現在アクセスしているであろう
上位装置（仮想ホスト）を予測する。この仮想ホストの
数、アクセス方法により、キャッシュメモリ８のセグメ
ント分割を可変にする。たとえば、３つの上位装置がそ
れぞれシーケンシャルアクセスを行った場合、図８に示
すキャッシュ制御テーブル３内に、３つの仮想ホストが
発生する。そして、それを認識したキャッシュ制御部２
Ａが、キャッシュメモリ８を３つの均等容量のセグメン
トに分けて、それぞれの仮想ホストに割当てる。

【００３１】キャッシュ制御テーブル３内の仮想ホスト
を判断するための解析情報を候補という。候補の内容に
は、ある一定のアクセスであることを判断するためのア
クセスの履歴がある。これには、累積アクセスを示すア
クセスデータ、初回のアクセスを示すファーストアクセ
ス、前回のアクセスを示すバックアクセスか存在する。
このアクセスデータによって一定のアクセスと判断した
とき、その仮想ホストの属性を変化させる。ただし、ア
クセスと無関係に、レングスの大きさ、キャッシュＯＮ
／ＯＦＦで決定してしまう属性も存在する。

【００３２】図３に示す属性の種類での解析情報（キャ
ッシュ制御テーブル）を図８に示す。キャッシュ制御テ
ーブルは、各アクセス毎に、アクセス・データ項目と、
ファースト・アクセス項目と、バック・アクセス項目
と、属性（アクセス種別）項目と、属性変化カウント項
目と、ＬＲＵデータ項目と、使用頻度項目と、Ｎ項目と
を備えている。

【００３３】アクセス・データ項目のＬＢＡ（Logical
Block Address，論理アブロックドレス）は、アクセス
開始アドレスを示し、レングスは、開始ＬＢＡからのブ
ロック数を示す。ファースト・アクセスはこの仮想ホス
トが最初にアクセスした内容を示す。バック・アクセス
は、当該仮想ホストの前回のアクセスの内容を示す。

【００３４】属性項目は、アクセスの種別を示す。リー
ド系の属性として、only属性は変化前のリードアクセス
を示し、Areaa癖素は近傍領域へのリードアクセスを示
し、Reaccess属性は同一領域へのリードアクセスを示
し、Read sequential属性は連続領域へのライトアクセ
スを示し、Read large属性はある一定の値より大きいレ
ングスのリードアクセスを示す。ライト系の属性とし
て、Write属性は、変化前のライトアクセスを示し、Wri
te sequential属性は連続領域へのライトアクセスを示
し、Write large属性はある一定の値より大きいレング
スのライトアクセスを示す。Free属性は、キャッシュ・
オフのとき、または他の目的の場合に使用する。

【００３５】属性変化カウント項目は、アクセスの種別
（属性）が変化する規定数までのカウントである。ここ
では、Rea（リアクセス用カウンタ）と、Rseq（リード
・シーケンシャル用カウンタ）と、Wseq（ライト・シー
ケンシャル用カウンタ）とを備える。

【００３６】ＬＲＵ(Least Recently Used)データ項目
は、その数が小さいほど最近使用されている。キャッシ
ュ制御部２Ａは、この数が一定の数になった場合、当該
アクセスのセグメント長の更新は行わない。使用頻度項
目は、数が小さいほど、頻繁に使用しているかまたは使
用していたことを示す。使用頻度は、次式により、ＬＲ
Ｕ＝０となったときに算出する。

【００３７】新使用頻度＝（旧使用頻度＋旧ＬＲＵ）／２

【００３８】Ｎ（Nomination）項目は、候補情報有効ビ
ットである。

【００３９】セグメント割当てを行うとき、キャッシュ
制御テーブル内の全ての候補を使用したのでは効率が悪
い。それは、キャッシュ制御テーブル内には古い候補
（ゴミ候補）が含まれ、その候補の仮想ホストは、もう
アクセスしてこないことが予測できるからである。そこ
で、ゴミ候補を使用しないために、候補のＬＲＵの小さ
い順に検索を行い、その互いのＬＲＵの差が大きい部分
まで、又は、割当て最大セグメント数までを使用候補と
する。

【００４０】仮想ホストに対してセグメントを割り付け
る際に、決め手となるのは属性である。属性は、仮想ホ
ストのアクセス種を示したものなので、これにより仮想
ホストがどれくらいのキャッシュ容量を必要としている
か判断できる。図４に示したように、Reaccess属性は同
領域へのアクセスなので、コマンドレングス以上の領域
は不要。Read/Write sequential属性は先読み／掃き出
しの部分を考えると無限に欲しい。Read/Write large属
性は、コマンドレングス欲しいがキャッシュ容量がそれ
に伴わない。Write属性は、掃き出しスピードを考慮す
ると無限に欲しい。Free属性は、コマンドレングス以上
は不要、Only属性とArea属性については、これから変化
する属性なのでマージンが必要となる。

【００４１】複数の仮想ホストが１つのセグメントを使
用することを、ここでは、セグメント共有という。これ
は、一度しか使われないデータと予測できる属性に対し
て有効である。そうすることにより、キャッシュ領域を
有効活用できるほかに、セグメント割当ての実行回数を
減らすことができる。ただし、先読みデータの破壊、連
続掃き出し位置の破壊を起こさないために、アクセス種
が未確定の変化前属性に限定して行う。

【００４２】空きキャッシュセグメントに対しての先読
みデータを予測する機能を、先読み範囲予測という。先
読みデータは、記憶装置に将来発行されると予測する複
数リードコマンド分の範囲である。セグメントを割当て
た候補で先読み範囲予測が可能な属性は、Read sequent
ial属性とArea属性である。

【００４３】Read sequential属性は、連続な領域への
アクセスを予測する属性、Area属性は、近傍領域へのア
クセスを子測する属性なので、先読み範囲を予測でき
る。Read sequential属性は、アクセスしているコマン
ドＬＢＡから後ろを全て先読み子測する。Area属性は、
他候補Area属性のaccess data, first accessから前方
近傍範囲、後方近傍範囲を計算して平均値を求める。そ
して、その平均値をアクセスしているコマンドＬＢＡに
加えて、先読み範囲とする。ただし、キャッシュ制御テ
ーブル内のArea属性にアクセス中の候補しか存在しない
か、又は、純粋な前読み／後読みの場合は、アクセス中
候補の前方近傍範囲と後方近傍範囲のみで先読み範囲を
予測する。

【００４４】

【実施例１】次に、一定の条件下での実施例を説明す
る。本実施例１では、リードキャッシュ、ライトキャッ
シュともにオンとする。属性発生候補使用回数（属性変
化カウントの規定値）は、Read sequential属性、Write
sequential属性、Reaccess属性ともに３回とする。最
大指標頻度は７Ｆｈであり、キャッシュメモリのアドレ
スはアドレス０から３ＦＣｈブロックまでとする。Only
属性のマージンは２０ｈブロック、Write属性カレント
容量を１００ｈブロック、large属性発生開始ブロック
数を２００ｈブロック、Area属性発生平均使用頻度を４
０ｈとする。さらに、使用最大候補ＬＲＵを０Ｆｈ、割
当最大セグメント数を１６、１ブロックのバイト数を２
０２ｈとする。

【００４５】図９は本実施例１でのキャッシュ制御テー
ブルの一例を示す説明図である。各項目の役割は図８に
示したキャッシュ制御テーブルと同様である。図９に示
すキャッシュセグメント項目は、キャッシュ制御部２Ａ
が割り当てたキャッシュセグメントの内容を示し、Cseg
はキャッシュセグメント番号、Bsegはバッファセグメン
ト番号、Adrはバッファセグメント相対アドレス、Block
はキャッシュセグメントのブロック数（セグメント長）
を示す。

【００４６】さらに、ＣＳ（Chache Segment）項目は、
キャッシュセグメントを保持している候補（仮想上位装
置またはアクセス）であることを示すビットであり、Ｍ
Ｓ（Modify Segment）はセグメント構成変更（モディフ
ァイ）時の使用候補を示すビットである。このＭＳ項目
は、共有セグメントを含まない。

【００４７】図９はシーケンシャルリードの例を示す説
明図であり、まず、コマンド１のリードにより、Only属
性が発生する。このとき、コマンドのレングスが１０ｈ
なので、符号３ａで示すように、２０ｈのマージンを加
算した３０ｈがセグメントの容量となる。

【００４８】コマンド２のリードでは、属性判断チェッ
ク項目の連続領域チェックでシーケンシャルだと判断す
る。そこで、属性変化カウントのリードシーケンシャル
（Rseq）のカウントをインクリメントする。コマンド３
のリードでは、コマンド２と同じくシーケンシャルと判
断した後、属性変化カウントが候補使用回数３の条件に
なったので、インクリメントを中止して属性を変化させ
る（符号３ｂ）。ここで、候補０はRead sequential属
性になる。

【００４９】そして、セグメント構成変更条件テーブル
のRead sequential属性数の増減の条件により、セグメ
ント構成を変更する（符号３ｃ）。割当ては、図４に示
すセグメント長条件テーブルによると、残り全容量とな
る。

【００５０】

【実施例２】ランダムリードの実施例を図１０に示す。
まず、コマンド１のリードにより、Only属性が発生す
る。このとき、コマンドのレングスが１０ｈなので、２
０ｈのマージンを加算した３０ｈがセグメントの容量と
なる。

【００５１】コマンド２のリードでは、属性判断チェッ
ク項目のどれにも一致しないので、新しい候補と判断す
る。そして、候補の属性が変化前属性のOnly属性であ
る。そこで、セグメント共有が可能なので、この候補は
コマンド１のセグメントを共有する（符号３ｄ）。

【００５２】コマンド３のリードでは、同じくランダム
だと判断した後、レングスが２０ｈなのでこの候補が４
０ｈのセグメントを作成する。そして、このセグメント
を候補０と候補１とが共有する（符号３ｅ）。

【００５３】

【実施例３】いろいろなコマンドから近傍アクセスの実
施例を図１１乃至図１６に示す。この実施例３では、図
４に示すセグメント長条件テーブルに基づく容量計算
は、図１５に示すフローチャートにより行われる。この
図１５に示すフローチャートでは、図１６に示す容量計
算配列を用いる。さらに、この実施例３では、アクセス
の種別を判定する属性検索処理を図１７に示すフローチ
ャートを用いて行う。この図１７に示すフローチャート
では、図１８に示す検索配列を用いる。アクセスを調べ
るには、この図１８に示す検索配列のチェック属性に対
してチェック項目が当てはまるかを調べることにより行
う。チェックが成功した場合、候補の属性はその項目の
変化可能属性へ変わる可能性がある。変化前属性（Onl
y，Write）に対するチェックが成功した場合、それぞれ
の候補が持つ属性変化カウントをインクリメントする。
そして、この属性変化カウントがあらかじめ決められた
値以上になると、インクリメント動作をやめて属性を変
化させる。

【００５４】Area属性の場合は、用意してある属性変化
項目にはないが、近傍アクセスが頻繁に行われた場合
に、Only属性の代わりとして発生する。この状態での初
回アクセスの候補は、Only属性ではなくArea属性とな
る。

【００５５】図１１に示すように、コマンド１のリード
により、Only属性が発生する。このとき、コマンドのレ
ングスが１０ｈなので、２０ｈのマージンを加算した３
０ｈがセグメントの容量となる。コマンド２のライトで
は、属性判断チェックをより具体的に表した図１４に示
すフローチャートの該当候補検索から計算すると、ライ
トコマンドでの最後の条件の無条件一致の部分で条件が
成立して、Write属性と判断する。セグメント割当て
は、モディファイから候補０が３０ｈ、Write属性の容
量はカレント値（１００ｈ）となる（符号３ｆ）。

【００５６】図１２乃至図１３に示すコマンド３からコ
マンド７までのシーケンスで、Readsequential属性が２
つできる。このセグメント割当ては、モディファイの容
量計算配列から計算すると、まず、Write属性を割当
て、次に、２つあるRead sequential属性を割当てる。
それぞれのキャッシュ容量は残り全容量／２となる（符
号３ｇ）。さらに、図１３に示すコマンド８からコマン
ド１２までのシーケンスで、Reaccess属性が発生する。
Reaccess属性のセグメント容量はアクセスレングスのみ
なので、１ブロックとなる（符号３ｈ）。

【００５７】図１４に示すコマンド１３は、レングスが
１０００ｈブロックであり、large属性発生開始ブロッ
ク数２００ｈを越えているので、Read large属性とな
る。このとき、セグメント構成は、モディファイの容量
計算配列から計算すると、この候補４だけのセグメント
となる。ただし、large種は、ＬＲＵ＝０のとぎだけし
かセグメント割当てを行わないので、次のコマンド１４
が発行されたときには、セグメントを割当てない（符号
３ｊ）。

【００５８】図１５に示すコマンド１４からコマンド１
６は、近傍アクセスである。このとき、全てのOnly属性
とArea属性を合わせた平均使用頻度がArea属性発生使用
頻度になったので、ここでの属性は、Only属性ではなく
Area属性とする（符号３ｋ）。そして、図１６に示すコ
マンド１７からコマンド３１までは、近傍アクセスが続
く。ＬＲＵが１０となったため、候補０から４までのア
クセス（仮想上位装置）に対してはセグメントを割当を
行わない（符号３ｍ）。もし、次のコマンド３２が現在
存在する候補との該当候補検索で、条件が一致するよう
な候補がない場合、次のコマンド３２では、前方近傍範
囲＝８、後方近傍範囲＝８を先読みするような先読み予
想を行う。

【００５９】次に、図１７および図１８を用いてセグメ
ント長の割当ておよびその変更の処理の流れを説明す
る。まず、図１８に示す容量計算配列（容量配列）の項
目をその優先順位に従って順次ｐｔｒに入力する（Ｓ１
１）。このステップＳ１１での属性検索ループでアクセ
スの属性が定まると、次に、予め定められた候補数の上
限値（nomimax）を順次検索し（Ｓ１２）、さらに、そ
のアクセス属性が候補となるか否かを判定する（Ｓ１
３）。候補となる場合には、容量計算配列の計算方法に
従って容量の計算を行い（Ｓ１４）、さらにこのセグメ
ント長の結果をチェックして（Ｓ１５）、追加、共有、
不足に分岐する。追加する場合には、アドレスを計算し
て（Ｓ１６）、tagセグメントの情報を計算する（Ｓ１
７）。共有する場合には、セグメント共有情報を格納す
る（Ｓ１８）。追加と共有の場合には、次の候補の容量
計算処理を行う。一方、不足する場合には、容量不足ス
テータスとし（Ｓ１９）未使用キャッシュ領域に当該情
報を格納する（Ｓ２０）。

【００６０】図１９はアクセス属性判定処理の一例を示
すフローチャートであり、図２０はそのフローチャート
で用いる検索配列の一例を示す説明図である。まず、属
性の検索（Ｓ１）およびセグメント候補の特定ループ
（Ｓ２）を行う。セグメント候補となったものが検索中
の属性か否かを確認し（Ｓ３）検索中の属性である場合
に、該当アクセスか否かを確認する（Ｓ４）。該当アク
セスである場合には、候補情報を取り出す（Ｓ５）。

【００６１】上述したように本実施形態によると、仮想
ホストに対する適切なセグメント容量の選択を行うた
め、キャッシュメモリ内の無駄な領域をなくすことがで
きる。これにより、メモリ使用効率を上げることによる
性能向上を可能とする。しかも、複数ホストを接続した
バス上の記憶装置といった環境で使用しても、キャッシ
ュによる性能向上効果を最大限に発揮することができ
る。

【００６２】

【発明の効果】本発明は以上のように構成され機能する
ので、これによると、セグメント割当て手段が、上位装
置からのアクセスの種別に基づいて、当該アクセスの種
別毎に予め定められたセグメント長で、キャッシュメモ
リのセグメント長を割当てるため、リアクセスや連続領
域へのアクセスや、１回だけのアクセスなど、そのアク
セスの種別（属性）に基づいて、各アクセスに応じたキ
ャッシュメモリのセグメント長を割当てることができ、
キャッシュメモリの容量を無駄にすることなく、効率の
良いキャッシュを実現し、従って、上位装置からのアク
セスを高速にすることができる従来にない優れたデータ
記憶装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態の概略構成を示すブロック図であ
る。

【図２】図１に示したセグメント割当て手段の詳細構成
を示すブロック図である。

【図３】属性種別テーブルの一例を示す説明図である。

【図４】セグメント長条件テーブルの一例を示す説明図
である。

【図５】セグメント構成変更条件テーブルの一例を示す
ブロック図である。

【図６】属性割当順番テーブルの一例を示す説明図であ
る。

【図７】他の実施形態の構成を示すブロック図である。

【図８】図７に示したキャッシュ制御テーブルの詳細を
示す説明図である。

【図９】実施例１のキャッシュ制御テーブルの一例を示
す説明図である。

【図１０】実施例２のキャッシュ制御テーブルの一例を
示す説明図である。

【図１１】実施例３のコマンド１からコマンド２まで実
行されたキャッシュ制御テーブルの一例を示す説明図で
ある。

【図１２】実施例３のコマンド３からコマンド４まで実
行されたキャッシュ制御テーブルの一例を示す説明図で
ある。

【図１３】実施例３のコマンド５からコマンド１２まで
実行されたキャッシュ制御テーブルの一例を示す説明図
である。

【図１４】実施例３のコマンド１３が実行されたキャッ
シュ制御テーブルの一例を示す説明図である。

【図１５】実施例３のコマンド１４が実行されたキャッ
シュ制御テーブルの一例を示す説明図である。

【図１６】実施例３のコマンド１５からコマンド１６ま
で実行されたキャッシュ制御テーブルの一例を示す説明
図である。

【図１７】セグメントの割当ておよび変更を実行する処
理の流れを示すフローチャートである。

【図１８】図１７に示したフローチャートで用いる容量
計算配列の一例を示す説明図である。

【図１９】アクセスの種別を判定する処理の流れを示す
フローチャートである。

【図２０】図１９に示したフローチャートで用いる検索
配列の一例を示す説明図である。

【符号の説明】

２制御部２Ａキャッシュ制御部２ＢＣＰＵ３キャッシュ制御テーブル４セグメント割当て手段６記憶媒体８キャッシュメモリ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】上位装置から送信されるデータを記憶す
る記憶媒体と、この記憶媒体に併設され前記上位装置に
よって書き込まれたデータ又は読み出されるデータを所
定のセグメント長のキャッシュデータとして記憶するキ
ャッシュメモリと、前記上位装置の前記記憶媒体に対す
るデータの書き込み又は読み出しのアクセスに応じて当
該データを前記キャッシュメモリに格納する制御部とを
備えたデータ記憶装置において、前記制御部が、前記上位装置からのアクセスの種別に基
づいて当該アクセスの種別毎に予め定められたセグメン
ト長で前記キャッシュメモリのセグメント長を割当てる
セグメント割当て手段を備えたことを特徴とするデータ
記憶装置。
【請求項２】前記セグメント割当て手段が、前記上位
装置のアクセス対象となる前記記憶媒体のアドレス情報
と当該アクセスされるデータのデータ長とに基づいてア
クセスの種別を分類するアクセス種別分類機能と、この
アクセス種別分類機能によって分類されたアクセス種別
毎に前記キャッシュメモリの全容量と当該アクセスされ
たデータのデータ長とから定まるセグメント長を記憶し
たセグメント長条件テーブルとを備えたことを特徴とす
る請求項１記載のデータ記憶装置。
【請求項３】前記アクセス種別分類機能が、前記上位
装置からの複数回のアクセスの経過を監視すると共に当
該複数回のアクセスの経過情報に基づいて当該アクセス
種別を分類する機能を備えたことを特徴とする請求項２
記載のデータ記憶装置。
【請求項４】前記アクセス種別分類機能が、前記複数
回のアクセスの経過情報に基づいて同一アドレスへ複数
回アクセスがあった場合に当該アクセス種別をリアクセ
スであると判定する機能を備え、前記セグメント長条件テーブルが、前記アクセス種別が
リアクセスである場合には当該アクセスのデータ長をセ
グメント長とする条件情報を備えたことを特徴とする請
求項３記載のデータ記憶装置。
【請求項５】前記セグメント割当て手段が、前記上位
装置からの複数回のアクセスの経過に基づいてアクセス
種別が変化したときに当該アクセスに応じた前記キャッ
シュメモリのセグメント長を変更するセグメント長変更
機能を備えたことを特徴とする請求項３記載のデータ記
憶装置。
【請求項６】前記セグメント長変更機能が、前記アク
セス種別が予め定められた回数連続したときの前記キャ
ッシュメモリのセグメント構成の変更条件を記憶したセ
グメント構成変更条件テーブルを備えたことを特徴とす
る請求項５記載のデータ記憶装置。
【請求項７】前記セグメント割当て手段が、前記アク
セス種別分類機能によって分類されたアクセス種別に基
づいて前記記憶媒体にアクセスしている前記上位装置の
数を仮想上位装置数として予測する仮想上位装置予測機
能と、この仮想上位装置予測機能によって予測された前
記仮想上位装置ごとに前記セグメント長条件テーブルを
参照して前記キャッシュメモリのセグメントを割当てる
上位装置別セグメント割当て機能とを備えたことを特徴
とする請求項２記載のデータ記憶装置。
【請求項８】前記アクセス種別分類機能が、前記上位
装置からの複数回のアクセスの経過を監視すると共に当
該複数回のアクセスの経過情報に基づいて当該アクセス
種別を分類する機能と、このアクセス種別分類機能によ
って分類されたアクセス種別のアクセスが最近使用され
たか否かを記録する機能とを備え、前記上位装置別セグメント割当て機能が、前記アクセス
が最近使用されたか否かの情報に基づいて最近使用され
たアクセス種別に前記キャッシュメモリのセグメントを
割当てる機能を備えたことを特徴とする請求項７記載の
データ記憶装置。
【請求項９】前記アクセス種別分類機能が、前記上位
装置からの複数回のアクセスの経過を監視すると共に当
該複数回のアクセスの経過情報に基づいて当該アクセス
種別を分類する機能と、このアクセス種別分類機能によ
って分類されたアクセス種別の使用頻度を記録する機能
とを備え、前記上位装置別セグメント割当て機能が、前記アクセス
種別の使用頻度に基づいて使用頻度の高いアクセス種別
から使用頻度の低いアクセス種別の順に前記キャッシュ
メモリのセグメントを割当てる機能を備えたことを特徴
とする請求項７記載のデータ記憶装置。
【請求項１０】前記セグメント割当て手段が、前記上
位装置別セグメント割当て機能によって割当てるセグメ
ントのデータが一致する場合には当該セグメントを前記
複数の仮想上位装置で共有させる共有セグメント割当て
機能を備えたことを特徴とする請求項７記載のデータ記
憶装置。
【請求項１１】前記アクセス種別分類機能が、前記上
位装置からのアクセスのアドレスが連続又は近接してい
るときに当該アクセスを連続又は近接アクセス種別であ
ると判定する機能を備え、前記セグメント割当て手段が、前記アクセス種別分類機
能によって連続又は近接アクセス種別と判定されたアク
セスに対して当該アクセスから先読み範囲を予測すると
共に当該先読み範囲を当該連続又は近接アクセス種別に
割当てる先読み範囲割当て機能を備えたことを特徴とす
る請求項２記載のデータ記憶装置。
【請求項１２】上位装置から送信されるデータを記憶
する記憶媒体と、この記憶媒体に併設され前記上位装置
によって書き込まれたデータ又は読み出されるデータを
所定のセグメント長のキャッシュデータとして記憶する
キャッシュメモリと、前記上位装置の前記記憶媒体に対
するデータの書き込み又は読み出しのアクセスに応じて
当該データを前記キャッシュメモリに格納する制御部と
を備えたデータ記憶装置において、前記制御部が、前記上位装置からのアクセスの属性を順
次記憶するキャッシュ制御テーブルと、このキャッシュ
制御テーブルの内容の変化に基づいて前記アクセスの属
性に応じて前記キャッシュメモリのセグメント長を割当
てるテーブル利用セグメント割当て手段とを備えたこと
を特徴とするデータ記憶装置。
【請求項１３】上位装置から送信されるデータを記憶
する記憶媒体と、この記憶媒体に併設され前記データを
所定のセグメント長のキャッシュデータとして記憶する
キャッシュメモリと、前記上位装置の前記記憶媒体に対
する書き込み又は読み出しのアクセスに応じて前記デー
タを前記キャッシュメモリに格納する制御部とを備えた
データ記憶装置において、前記制御部が、前記上位装置からのアクセスの種別に基
づいて前記記憶媒体にアクセスしている上位装置の数を
予測する上位装置数予測手段と、この上位装置数予測手
段によって予測された上位装置毎に前記キャッシュメモ
リのセグメント長を割当てる上位装置別セグメント割当
て手段とを備えたことを特徴とするデータ記憶装置。