JPH0635802A - 複数キャッシュ付きディスク制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】ディスク制御装置２内に、キャッシュ２４１，
２４２，２４３と、各キャッシュに対応するディレクト
リ２３１，２３２，２３３を設け、配下に接続されてい
るディスクドライブ３１，３２，３３を、正常に使用可
能なキャッシュメモリと同じ数のグループに分けて、デ
ータを格納するキャッシュメモリをグループ別に割り当
てる。 【効果】一部のキャッシュが障害を起こしたり、オンラ
イン中にキャッシュを保守したりする場合でも、キャッ
シュの利用を継続できるので、ディスク制御装置の障害
時，保守時まで考えたトータルな性能を向上できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、キャッシュ付きディス
ク制御装置に係り、特に、キャッシュの障害時、保守時
まで含めて考えたトータルの性能，信頼性（パフォーマ
ビリティ）を向上させるのに好適な制御装置、並びに、
制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ディスク制御装置内にキャッシュメモリ
を設け、頻繁にアクセスされるデータをキャッシュに格
納しておき、それらのデータへのアクセス要求に対して
は、ディスクドライブをアクセスせずに、キャッシュか
らデータを読みだすことによって、アクセスタイムを低
減することが従来から行なわれている。また、キャッシ
ュメモリは、以下のようにバッファメモリとしても活用
されている。例えば、ディスクドライブからデータを読
みだす際に、一度キャッシュにデータを転送して、後で
上位ホストコンピュータへ非同期にデータを転送する。
あるいは、二台のディスクドライブの内容を完全に一致
させる目的で、マスタードライブのデータを予備ドライ
ブへコピーする際に、マスタードライブのデータをキャ
ッシュに転送して、それを予備ドライブへ書き込む。

【０００３】このキャッシュ付きディスク制御装置にお
いて、キャッシュメモリや、そのディレクトリメモリに
障害が発生すると、特開昭60−79447 号公報に記載のよ
うに、キャッシュ全体を切り離していた。

【０００４】また、ディスク入出力処理を中断しないで
キャッシュをオンライン中に保守するためには、特開平
3−84643号公報に記載のように、保守作業の間は、キャ
ッシュ全体を切り離していた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来のキャッシュ
付きディスク制御装置では、キャッシュやディレクトリ
が故障したときや、キャッシュのオンライン保守を実行
している間は、キャッシュ全体を切り離している。その
ため、その間のディスク入出力処理は全て直接ディスク
をアクセスすることによって行なわれる。従って、キャ
ッシュを使用しているときと比べて性能低下が大きい。
また、非同期データ転送やディスクコピー処理を実行す
ることができなくなるので、これらの機能の信頼性も低
い。

【０００６】本発明の目的は、キャッシュ付きディスク
制御装置の、障害時，保守時まで含めて考えたトータル
な性能，信頼性を向上させることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明では、複数個のキャッシュメモリと各キャッ
シュに対応するディレクトリを有し、配下に接続されて
いる複数のディスクドライブを、正常に使用可能なキャ
ッシュメモリと同じ数のグループに分けて、データを格
納するキャッシュメモリをグループ別に割り当てること
を特徴とする。

【０００８】また、前記複数のキャッシュメモリのうち
の一部の切り離し・組み込み要求を指示できるサービス
プロセッサに接続され、前記サービスプロセッサを介し
ての、保守員による前記キャッシュの切り離し要求に対
して、指定されたキャッシュの使用を禁止すると共に、
その後、保守員によるキャッシュの組み込み要求に対し
て、再びキャッシュの使用を許可することを特徴とす
る。

【０００９】

【作用】本発明におけるディスク制御装置では、複数の
キャッシュメモリと、キャッシュメモリ毎に対応するデ
ィレクトリを有しているので、ある一個のキャッシュや
ディレクトリに障害が起こっても、残りのキャッシュや
ディレクトリを使うことができる。従って、全て直接デ
ィスクドライブをアクセスする従来方式に比べて、性能
低下を抑えることができる。また、非同期データ転送や
ディスクコピー処理を継続することができるので、これ
らの機能の信頼性も高められる。

【００１０】また、配下の各ディスクドライブに対し
て、データを格納するキャッシュメモリが一意に決まっ
ているので、ある任意のデータがいずれかのキャッシュ
メモリに格納されているか否かを判定する際に、データ
がどのディスクドライブに属するものであるかという情
報だけから、調べるべきディレクトリをひとつに絞り込
むことができる。従って、ディレクトリが複数あること
に伴って生じるデータ探索のオーバヘッドは極めて小さ
くて済む。

【００１１】また、本発明におけるオンライン中キャッ
シュ保守方式では、複数のキャッシュメモリのうちの一
部の切り離し・組み込みが可能であり、切離し中でも残
りのキャッシュメモリを継続して使用することができる
ので、保守中においても、性能低下や機能制限を抑える
ことができる。

【００１２】

【実施例】図１は本発明の一実施例を示すディスクサブ
システムのブロック図である。本実施例に示すディスク
サブシステムは、ＣＰＵ１，ディスク制御装置２，複数
のディスクドライブ３１，３２，３３から構成されてい
る。ディスク制御装置２は、ＣＰＵ１の要求に応じて、
ディスクドライブのデータの読みだし、書き込み処理を
行なう。

【００１３】ディスク制御装置２は制御プロセッサ２
１，制御メモリ２２，複数のキャッシュ２４１，２４
２，２４３、および、各キャッシュに対応して、その管
理情報を格納するディレクトリ２３１，２３２，２３３
を内蔵している。制御プロセッサ２１は必要に応じて制
御メモリ２２やディレクトリ２３１，２３２，２３３内
の情報を参照して、データ転送等の制御を実行する。以
下、まず、制御プロセッサ２１が参照する情報を説明す
る。

【００１４】図２は制御メモリ２２内の情報を示す説明
図である。制御メモリには、ドライブ−キャッシュ対応
テーブル４１とキャッシュ使用可否テーブル４２が格納
されている。

【００１５】ドライブ−キャッシュ対応テーブル４１
は、各ドライブのデータが格納されているキャッシュ番
号を示すテーブルであり、値が‘０’であるドライブ
は、一切のデータがキャッシュ上にはないことを表す。
即ち、図２の例では、ドライブ３１(＃１)のデータがキ
ャッシュ２４１(＃１)内にあり、ドライブ３２（＃２）
のデータは一切キャッシュ上にないことを表している。
本テーブルは、全ドライブに対して、‘０’に初期設定
しておく。

【００１６】キャッシュ使用可否テーブル４２は、各キ
ャッシュが正常に使用可能であるか否かを表すテーブル
であり、キャッシュごとに１ビットずつ割り当てられて
いて、‘１’で使用可、‘０’で使用不可を示す。本テ
ーブルは、全キャッシュに対して、‘１’に初期設定し
ておく。

【００１７】図３は図１のディレクトリ２３１内の情報
を示す図である。ディレクトリには、トラックアドレス
表５１，キャッシュ未使用容量５２，キャッシュ未使用
キュー５３が格納されている。

【００１８】トラックアドレス表５１は、全ディスクド
ライブの物理トラック毎の情報であり、各トラックのデ
ータが、ディレクトリ２３１に対応するキャッシュ２４
１上に格納されている場合は、そのキャッシュ上アドレ
スを示し、格納されていない場合は、‘ヌル（null）’
が設定される。本テーブルは全トラックに対して、‘ヌ
ル’を初期設定しておく。

【００１９】キャッシュ未使用容量５２は、ディレクト
リ２３１に対応するキャッシュ241の未使用のエリア、
即ち、ドライブのデータが格納されていないエリアの容
量を示す。キャッシュメモリの全容量を初期設定してお
く。

【００２０】キャッシュ未使用キュー５３は、ディレク
トリ２３１に対応するキャッシュ２４１の中で未使用で
あるアドレスを、キュー構造で並べたものである。この
キュー５３に登録されているアドレスの総数と、キャッ
シュ未使用容量５２は常に等しい。

【００２１】以下、本実施例における制御プロセッサ２
１の処理を、図４ないし図６のフローチャートを用いて
詳細に説明する。

【００２２】図４は、要求されたトラックデータがキャ
ッシュ上に格納されているか否かを判定するときの処理
手順である。この処理は、例えば、ＣＰＵ１からデータ
読みだし要求を受けたときに使われる。即ち、データ読
みだし要求を受けたとき、まず、この処理を行ない、キ
ャッシュ上に要求データがあれば、キャッシュから読み
だし、なければ、直接、ドライブから読みだす。

【００２３】まず、ステップ６０で、図２のドライブ−
キャッシュ対応テーブル４１を参照して、要求トラック
の属するドライブに対応するキャッシュ番号を読みだ
す。次に、ステップ６１で、その取得した値が‘０’で
あるか否かを判定する。値が‘０’である場合には、ど
のキャッシュにもドライブのデータが一切格納されてい
ないことを意味するので、データもキャッシュ上に格納
されていないと判定する（ステップ６４）。

【００２４】一方、値が‘０’でない場合には、次に、
ステップ６２で、その番号に対応するディレクトリをア
クセスして、図２のトラックアドレス表５１内の要求ト
ラックに対応する個所を読みだす。そして、ステップ６
３で、その値が‘ヌル’か否かを判定する。値が‘ヌ
ル’である場合には、要求データはキャッシュ上に格納
されていないと判定する（ステップ６４）。また、‘ヌ
ル’ではなく、アドレス値が入っている場合は、要求デ
ータがキャッシュ上に格納されていると判定する（ステ
ップ６５）。

【００２５】処理によれば、キャッシュ上に任意のデー
タがあるか否かを判定する際に、制御メモリと最大一つ
のディレクトリをアクセスするだけでよいので、キャッ
シュが複数個あることによるオーバヘッドはほとんどな
い。

【００２６】次に、図５のフローチャートを用いて、キ
ャッシュにデータを格納するときの処理手順を説明す
る。

【００２７】まず、ステップ７０で、図２のドライブ−
キャッシュ対応テーブル４１を参照して、データ格納ト
ラックの属するドライブに対応するキャッシュ番号を取
得する。次に、ステップ７１で、その取得した値が
‘０’であるか否かを判定する。

【００２８】値が‘０’でない場合には、次に、ステッ
プ７２で、その番号に対応するディレクトリをアクセス
して、図２のトラックアドレス表５１内のデータ格納ト
ラックに対応する個所を読みだす。そして、ステップ７
３で、その値が‘ヌル’か否かを判定する。

【００２９】値が‘ヌル’である場合には、次にステッ
プ７４で、データを格納するアドレスを決定する。具体
的には、まず、図３の未使用キュー５３を調べ、空でな
ければ、その中から任意のアドレスを選択する。また、
未使用キュー５３が空の場合は、すでに使われているア
ドレスの中から適当なものを一つ選ぶ。この選択には、
例えば、参照されていない期間が最も長いデータのアド
レスを選ぶ方法がある。

【００３０】一方、トラック表にアドレス値が書かれて
いる場合は、そのアドレスをデータ格納アドレスとす
る。

【００３１】こうして、格納アドレスが決定したら、次
に、ステップ７５で、対応するキャッシュにデータを書
き込む。そして、ステップ７６で、対応するディレクト
リの図３に示した各情報を更新する。具体的には、ま
ず、トラックアドレス表５１については、データを書き
込んだトラックの対応個所に、データを書き込んだアド
レスを書き込むと共に、そのアドレスを使用していたト
ラックがある場合は、そのトラックの対応個所に、‘ヌ
ル’を書き込む。更に、未使用アドレスを新たに割り当
てた場合は、キャッシュ未使用容量５２を書き替えると
共に、未使用キュー５３からアドレスを削除する。

【００３２】ところで、ステップ７１の判定で、値が
‘０’である場合には、どのキャッシュにもドライブの
データが一切格納されていない。従って、データを格納
するキャッシュがまだ決まっていないことを意味する。
この場合には、次に、ステップ７７で、図２のキャッシ
ュ使用可否テーブル４２の対応ビットが‘１’である全
てのディレクトリを順にアクセスして、それぞれ図３の
キャッシュ未使用容量５２を読みだす。そして、ステッ
プ７８で、未使用容量５２が最大であるキャッシュを選
ぶ。最大の未使用容量を持つキャッシュが二台以上ある
場合は、その中のどのキャッシュを選んでも差し支えな
い。選択が済んだら、次に、ステップ７９で、図２のド
ライブ−キャッシュ対応テーブル４１内に、ドライブの
対応キャッシュ番号を書き込む。その後は、ステップ７
４以下の処理を行なう。

【００３３】次に図６のフローチャートを用いて、キャ
ッシュまたはディレクトリに障害が発生したときの処理
手順を説明する。

【００３４】まず、ステップ８０で、図２のキャッシュ
使用可否テーブル４２内の、障害を起こしたキャッシ
ュ，ディレクトリに対応するビットを‘０’にリセット
する。そして、ステップ８１で、図２のドライブ−キャ
ッシュ対応テーブル４１を調べて、障害を起こしたキャ
ッシュ，ディレクトリの番号が対応づけられている全て
のドライブに対して、その対応キャッシュ番号を‘０’
にリセットする。

【００３５】上記処理により、以降、障害を起こしたキ
ャッシュは図５の処理でデータを格納するキャッシュと
して選択されることは無くなる。また、そのキャッシュ
にデータが格納されていたドライブは、図５で説明した
処理により、新たに正常なキャッシュが割り当てられる
ことになる。

【００３６】実施例によれば、キャッシュメモリが複数
個あり、その一部が障害を起こした場合、そのキャッシ
ュを利用していたドライブは、残りの正常なキャッシュ
に切り替えることができるので、性能の大幅な低下やキ
ャッシュを必要とする機能の停止を防ぐことができる。

【００３７】さて、次に、本発明のオンライン中キャッ
シュ保守方式の一実施例を説明する。

【００３８】図７は、キャッシュオンライン保守方式を
実現するディスクサブシステムのブロック図である。基
本的には図１の構成と同じである。ディスク制御装置２
２２は複数のプロセッサ２１，２１２を持ち、また、サ
ービスプロセッサ４と接続されている。

【００３９】図８は、図７のディレクトリ２５１内の情
報を示す説明図である。図３に示したトラックアドレス
表５１，キャッシュ未使用容量５２，キャッシュ未使用
キュー５３に加え、キャッシュ使用中フラグ５４を格納
している。

【００４０】キャッシュ使用中フラグ５４は、制御プロ
セッサ当たり１ビットのフラグで、各プロセッサが、キ
ャッシュ使用前に‘１’をセットし、キャッシュ使用終
了後に‘０’にリセットする。

【００４１】以下、図９を用いて、オンライン中キャッ
シュ保守手順を説明する。

【００４２】保守員は、サービスプロセッサ４を介し
て、ディスク制御装置２２２へ要求を出す。

【００４３】まず、ステップ９０で、保守対象のキャッ
シュ（ここでは、仮にキャッシュ２４１とする）の切り
離し要求を出す。

【００４４】ディスク制御装置２２２では、これを受諾
すると、ステップ９１で、図２のキャッシュ使用可否テ
ーブル４２内の、保守対象のキャッシュ２４１に対応す
るビットを‘０’にリセットする。この処理により、こ
れ以降、ディスク制御装置２２２では、図５の処理で、
データを格納するキャッシュとしてキャッシュ241を選
択することは無くなる。

【００４５】次に、ステップ９２で、保守対象のキャッ
シュ２４１を使用中である制御プロセッサがいないこと
を確認する。具体的には、対応するディレクトリ２５１
内のキャッシュ使用中フラグ５４（図８）が、全ての制
御プロセッサに関して‘０’であることを確認する。そ
の確認が済んだら、次に、ステップ９３で、図２のドラ
イブ−キャッシュ対応テーブル４１を調べて、保守対象
のキャッシュ２４１（＃１）が対応づけられている全て
のドライブに対して、その対応キャッシュ番号を‘０’
にリセットする。この処理により、保守対象のキャッシ
ュ２４１にデータが格納されていたドライブは、図５で
説明した処理により、新たに別のキャッシュが割り当て
られることになる。

【００４６】以上の処理の後、ディスク制御装置２２２
は、サービスプロセッサ４に対して、保守対象のキャッ
シュ２４１の切り離しが完了したことを報告する。

【００４７】保守員は、その完了報告を受けると、ステ
ップ９４で、キャッシュ２４１の修理，交換等のハード
的な保守作業を行なう。そして、その後、ステップ９５
で、保守対象のキャッシュ２４１の組み込み要求を出
す。

【００４８】ディスク制御装置２２２では、これを受諾
すると、まず、ステップ９６で、保守対象のキャッシュ
２４１のイニシャライズ処理を行なう。この処理には、
対応するディレクトリ２５１のイニシャライズも含まれ
る。次に、ステップ９７で、図２のキャッシュ使用可否
テーブル４２内の、保守対象のキャッシュ２４１に対応
するビットを‘１’にセットする。この処理により、デ
ィスク制御装置２２２では、キャッシュ２４１の使用を
再開する。

【００４９】以上の処理の後、ディスク制御装置２２２
は、サービスプロセッサ４に対して、保守対象のキャッ
シュ２４１の組み込みが完了したことを報告する。

【００５０】このオンライン中キャッシュ保守方式によ
れば、複数のキャッシュメモリのうちの一部の切り離し
・組み込みが可能であり、切離し中でも残りのキャッシ
ュメモリを継続して使用することができるので、保守中
においても、性能低下や機能制限を抑えることができ
る。

【００５１】なお、サービスプロセッサ４を使用せず
に、ＣＰＵ１からのキャッシュ切り離し、組み込み要求
を利用して、図９で説明した手順により、オンライン中
のキャッシュ保守を実現することも可能である。

【００５２】

【発明の効果】本発明によれば、複数のキャッシュやデ
ィレクトリのうちいくつかが障害を起こしても、残りの
正常なキャッシュ，ディレクトリを使って、障害前と同
じ機能を実現できる。また、オンライン中にキャッシュ
を保守する場合でも、部分的に一部のキャッシュを切り
離したり、組み込んだりすることができる。従って、デ
ィスク制御装置の障害時、保守時まで考えたトータルな
性能を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すディスクサブシステム
のブロック図。

【図２】本発明における制御メモリ内の構成を示す説明
図。

【図３】本発明におけるディレクトリ内の構成を示す説
明図。

【図４】要求されたトラックデータがキャッシュ上に格
納されているか否かを判定するときの処理フローチャー
ト。

【図５】キャッシュにデータを格納するときの処理手順
のフローチャート。

【図６】キャッシュまたはディレクトリに障害が発生し
たときの処理手順のフローチャート。

【図７】本発明の第２の実施例を実現するディスクサブ
システムのブロック図。

【図８】本発明におけるディレクトリ内の構成を示す説
明図。

【図９】オンライン中キャッシュ保守の処理手順のフロ
ーチャート。

【符号の説明】 １…ＣＰＵ、２…ディスク制御装置、３１，３２，３３
…ディスクドライブ、２１…制御プロセッサ、２２…制
御メモリ、２３１，２３２，２３３…ディレクトリ、２
４１，２４２，２４３…キャッシュメモリ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 白柳 芳朗 神奈川県小田原市国府津2880番地 株式会 社日立製作所小田原工場内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数のキャッシュメモリと、前記キャッシ
   ュメモリ毎に対応するディレクトリを有し、配下に接続
   されている複数のディスクドライブを、正常に使用可能
   な前記キャッシュメモリと同じ数のグループに分けて、
   データを格納する前記キャッシュメモリをグループ別に
   割り当てることを特徴とする複数キャッシュ付きディス
   ク制御装置。
2. 【請求項２】請求項１において、前記複数のキャッシュ
   メモリと、前記キャッシュメモリ毎に対応するディレク
   トリを有し、配下の各ディスクドライブに対して、デー
   タを格納する前記キャッシュメモリが一意に決まってい
   て、ある任意のデータがいずれかの前記キャッシュメモ
   リに格納されているか否かを判定する際に、前記データ
   がどの前記ディスクドライブに属するものであるかとい
   う情報だけから、調べるべき前記ディレクトリをひとつ
   に絞り込む複数キャッシュ付きディスク制御装置。
3. 【請求項３】請求項１において、複数のキャッシュメモ
   リを有し、上位のホストコンピュータと配下のディスク
   ドライブ、あるいは前記ディスクドライブ間のデータ転
   送において、前記キャッシュのうちの一つをバッファメ
   モリとして使用しているときに、そのキャッシュが故障
   して使用不可能になった場合、別の正常な前記キャッシ
   ュメモリを使用して、前記データ転送を再試行する複数
   キャッシュ付きディスク制御装置。
4. 【請求項４】請求項１において、前記キャッシュ上にデ
   ータが存在しない前記ディスクドライブ内のデータを新
   規にキャッシュに格納する際、前記各キャッシュの使用
   されていない残容量を調べ、残容量の最も多いキャッシ
   ュを割当て、以後、前記ディスクドライブのデータは全
   て前記キャッシュに格納するキャッシュ割当て方式。
5. 【請求項５】請求項４において、前記複数のキャッシュ
   メモリのうちの一部が故障して使用不可能になったと
   き、故障した前記キャッシュにデータが格納されていた
   ディスクドライブについては、前記キャッシュ上にデー
   タが存在しないディスクドライブとして再設定してお
   き、以後新たに前記ディスクドライブのデータをキャッ
   シュに格納する際に、前記キャッシュ割当て方式を適用
   して、残りの正常なキャッシュの一つを割り当てる複数
   キャッシュ付きディスク制御装置。
6. 【請求項６】請求項３において、前記キャッシュ付きデ
   ィスク制御装置は、前記複数のキャッシュメモリのうち
   の一部の切り離し・組み込み要求を指示できるサービス
   プロセッサに接続され、前記サービスプロセッサを介し
   ての、保守員による前記キャッシュの切り離し要求に対
   して、指定されたキャッシュの使用を禁止すると共に、
   前記キャッシュにデータが格納されていたディスクドラ
   イブについては、キャッシュ上にデータが存在しないデ
   ィスクドライブとして再設定しておき、以後新たに前記
   ディスクドライブのデータをキャッシュに格納する際に
   は、キャッシュ割当て方式を適用して、残りの正常なキ
   ャッシュの一つを割り当て、その後、保守員による前記
   キャッシュの組み込み要求に対して、再び前記キャッシ
   ュの使用を許可して、キャッシュ割当ての対象とするデ
   ィスク制御装置のオンライン中キャッシュ保守方式。