JP2003323340A - 記憶サブシステムの制御方法および記憶サブシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 記憶装置を構成する複数のディスクグループ
間でのキャッシュメモリの使用量の偏りを防止して、記
憶サブシステム全体の性能を向上させる。 【解決手段】 ディスク制御装置１０２の共有メモリ１
２５内に、キャッシュメモリ部１２２を構成するキャッ
シュ全セグメント数２０１と、サブシステム全体のキャ
ッシュ使用量を示す使用セグメントカウンタ２０２と、
磁気ディスクグループ単位のセグメント使用量を管理す
るグループ単位セグメントカウンタ２０３を設け、サブ
システム全体のキャッシュ使用率の大小に応じて、個々
のディスクグループのキャッシュ使用率の突出を抑止す
ることで、特定のディスクグループにキャッシュ使用率
が偏ることに起因する記憶サブシステム全体の性能低下
を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は記憶サブシステムの
制御技術および記憶サブシステムに関し、特に、キャッ
シュメモリ付きの記憶制御装置を備えた記憶サブシステ
ム等に適用して有効な技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】磁気ディスク制御装置におけるキャッシ
ュメモリは従来ＬＲＵ（ＬｅａｓｔＲｅｃｅｎｔｌｙ
Ｕｓｅｄ）管理方式によるもっとも利用されているデー
タをキャッシュメモリ上に蓄えることで性能向上を図っ
てきた。また特定ディスク単位にキャッシュメモリ上に
キャッシュメモリ全体の一部を常に割り当てる機能を提
供し、特定ディスクに対する入出力要求の性能向上を行
ってきた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】たとえば、ディスクア
レイを制御する磁気ディスク制御装置が管理する磁気デ
ィスク数が増加し続けており、サブシステム全体でのキ
ャッシュメモリの効率的な利用を考えていたＬＲＵ管理
方式では、特定の磁気ディスクに対するデータの入出力
要求が極めて高まった場合のサブシステム内の他ディス
クに対する性能への影響が考えられていなかった。

【０００４】このため入出力要求が高くキャッシュメモ
リ使用量が多くなる磁気ディスクがサブシステム内に含
まれていた場合、磁気ディスク制御装置が管理する磁気
ディスク数が増加すると他の磁気ディスクに対する入出
力要求への処理時間が延びてしまう傾向が出てきた。

【０００５】また特定の磁気ディスクに対して常にキャ
ッシュメモリを一部割り当てて性能向上を図り、他ディ
スクに影響を与えない機能も提供されてきたが、動的に
管理できていないことから一時的な負荷が高まる状況で
は回避できなかった。

【０００６】本発明の目的は、記憶装置を構成する複数
のディスクやディスクグループの各々の間でのキャッシ
ュメモリの使用量の偏りを防止して、記憶サブシステム
全体の性能を向上させることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、複数の記憶装
置と、この記憶装置と上位装置との間で授受される情報
が一時的に格納されるキャッシュメモリを備えた記憶制
御装置と、を含む記憶サブシステムの制御方法であっ
て、記憶サブシステム全体のキャッシュメモリの使用量
を評価する第１閾値と、記憶装置のグループの各々のキ
ャッシュメモリの使用量を評価する第２閾値とを設定
し、記憶サブシステム全体のキャッシュメモリの使用量
の大小に基づいて、記憶装置のグループ単位のキャッシ
ュメモリの使用量を動的に制限するものである。

【０００８】より具体的には、一例として、複数の磁気
ディスクと、磁気ディスクに対するデータ入出力要求を
発行する中央処理装置との間に介在し、複数の磁気ディ
スクを制御する磁気ディスク制御装置とを含む記憶サブ
システムにおいて、磁気ディスク制御装置内に中央処理
装置から要求された複数の磁気ディスクへの入出力デー
タを一時期的に蓄えるキャッシュメモリを有し、サブシ
ステム全体で使用されるキャッシュメモリ使用量と、任
意の複数の磁気ディスクからなる磁気ディスクグループ
単位で使用されるキャッシュメモリ使用量を管理し、入
出力要求に対してキャッシュメモリを新たに割り当てる
際に、サブシステム全体として最大限使用可能なキャッ
シュメモリ使用量の閾値Ｈと、磁気ディスクグループ単
位のキャッシュメモリ使用量の閾値Ｍを用い、サブシス
テム全体のキャッシュメモリ使用量と磁気ディスクグル
ープ単位のキャッシュメモリ使用量とを比較し、突出し
た磁気ディスクグループ単位のキャッシュメモリ使用量
を動的に制限するキャッシュメモリ管理技術を提供す
る。

【０００９】これにより、従来技術では管理しきれてい
なかった複数の磁気ディスクやディスクグループに対す
るキャッシュメモリ割り当てにおいて、他磁気ディスク
やディスクグループに対する影響を考慮に入れたキャッ
シュメモリ管理技術を実現でき、記憶サブシステム全体
の性能向上が可能となる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しながら詳細に説明する。

【００１１】図１は本発明の一実施の形態である記憶サ
ブシステムを含むデータ処理システムの構成を示す図で
ある。

【００１２】本実施の形態の記憶サブシステムは、中央
処理装置であるＣＰＵ１０１等の上位装置との間におけ
るデータの授受を制御するディスク制御装置であるＤＫ
Ｃ１０２と、ディスク駆動装置であるＤＫＵ１０３と、
ＣＰＵ１０１とＤＫＣ１０２間を結合するケーブル１０
４と、ＤＫＣ１０２とＤＫＵ１０３間を結合するケーブ
ル１０５で構成される。

【００１３】上位装置であるＣＰＵ１０１内の構成とし
ては、オペレーティングシステム等を実行する演算処理
部（ＩＰ）１１１と、前記プログラム及び、プログラム
が処理するデータ等を格納する主記憶装置部（ＭＳ）１
１２と、外部入出力装置とのデータ転送を制御する及
び、入出力装置とのインタフェースを制御する入出力チ
ャネル部（ＣＨ）１１３と、これらデータ転送を制御す
るシステムコントローラ部（ＳＣ）１１４から構成され
る。

【００１４】またＤＫＣ１０２内の構成としては、ＣＰ
Ｕ１０１のチャネル制御部とインタフェースを制御する
ポート部（ＰＯＲＴ）１２１と、データを高速処理する
為のキャッシュメモリ部（ＣＡＣＨＥ）１２２と、ＤＫ
Ｃ１０２内のデータを管理する制御プロセッサ部１２３
と、これらデータ転送を制御データ転送制御部１２４
と、Ｉ／Ｏの制御やデータを管理する為の制御情報等を
格納する共有メモリ（ＳＭ）１２５から構成される。

【００１５】またＤＫＵ１０３内には、たとえば磁気デ
ィスク装置等からなり、データを格納する複数のディス
ク装置１３１が存在する。複数のディスク装置１３１は
必要に応じてＲＡＩＤ等のディスクアレイを構成するこ
とができる。

【００１６】図２は共有メモリ（ＳＭ）内のキャッシュ
管理領域とキャッシュメモリ部（ＣＡＣＨＥ）との関係
を示した図である。

【００１７】キャッシュメモリ部１２２はセグメントと
いう単位で分割され管理されている。この複数のセグメ
ント２３０，２３１，２３２，．．．の各々を共有メモ
リ１２５内の複数のセグメント制御ブロック（ＳＧＣ
Ｂ）２０４，２０５，２０６，．．．にて各セグメント
の使用状況を管理する。このセグメントとＳＧＣＢは一
対一で管理される。ＳＧＣＢ２０４，２０５，２０
６，．．．の各々にはセグメント使用状態２１４，２１
５，２１６，．．．と、セグメントアドレス２２４，２
２５，２２６，．．．を情報として持ち、対応する個々
のセグメントを管理する。

【００１８】また共有メモリ１２５内には磁気ディスク
グループ単位のセグメント使用量を管理するグループ単
位セグメントカウンタ２０３がある。また、全サブシス
テムのセグメント使用量を管理する使用セグメントカウ
ンタ２０２がある。各セグメントカウンタの加減算はセ
グメントを使用状態にする場合に加算され、セグメント
未使用状態にする場合に減算される。各磁気ディスクグ
ループ単位のグループ単位セグメントカウンタ２０３に
おけるセグメント使用量の加減算時に使用セグメントカ
ウンタ２０２も同時に加減算され、サブシステム全体の
セグメント使用量と磁気ディスクグループ単位のセグメ
ント使用量の比較を行う場合に使用される。

【００１９】またキャッシュメモリ部１２２の全体のセ
グメント数（実装数）が保持されるキャッシュ全セグメ
ント数２０１が共有メモリ１２５にあり、キャッシュ利
用率算出に使用される。

【００２０】図３はキャッシュセグメントの新規確保時
の処理の一例を示したフローチャートである。

【００２１】制御プロセッサ部１２３はＰＯＲＴ１２１
がＣＰＵ１０１より受領したデータ転送指示に対してキ
ャッシュメモリ部１２２上にデータが存在しているか判
断し、キャッシュメモリ部１２２上にデータ転送指示さ
れたデータが無い場合、キャッシュメモリ部１２２に利
用可能な空き領域があるか判断処理を開始する（ステッ
プ３０１）。

【００２２】まず、キャッシュ全セグメント数２０１、
サブシステム内の使用セグメントカウンタ２０２、前記
データ転送指示を受けたデータが属する特定グループの
グループ単位セグメントカウンタ２０３を共有メモリ１
２５から読み込み（ステップ３０２）、サブシステム内
キャッシュ利用率（（使用セグメントカウンタ２０２の
値）÷（キャッシュ全セグメント数２０１）×１００
％）、特定ディスクグループ内キャッシュ利用率（（グ
ループ単位セグメントカウンタ２０３の値）÷（キャッ
シュ全セグメント数２０１）×１００％）を算出する
（ステップ３０３）。

【００２３】次にサブシステム内キャッシュ利用率が閾
値Ｍ％（たとえば６０％）以上かを判定し（ステップ３
０４）、Ｍ％以上ならば更に閾値Ｈ％（たとえば７０
％）以上かを判定し（ステップ３０５）、Ｈ％以上なら
ば更に特定グループ内のキャッシュ利用率が閾値Ｌ％
（たとえば３０％）以上か判定し（ステップ３０６）、
Ｌ％未満であればデータ入出力要求の流入制限するため
に待ち時間Ｔ１（たとえば０．０５秒）の待ち状態を設
定し（ステップ３０８）、キャッシュ空きセグメント確
保後失敗処理（ステップ３１１）にて指定時間待ち状態
を維持し、待ち時間Ｔ１の時間経過後キャッシュ空きセ
グメント再確保処理へ進む。

【００２４】（ステップ３０６）の判定において、特定
グループ内のキャッシュ利用率が閾値Ｌ％以上の場合、
流入制限として待ち時間Ｔ２（たとえば１．０秒）の待
ち状態設定し（ステップ３０９）、キャッシュ空きセグ
メント確保後失敗論理（ステップ３１１）へ進む。

【００２５】また（ステップ３０５）の判定において、
サブシステム内キャッシュ利用率が閾値Ｈ％未満の場
合、特定グループ内キャッシュ利用率が閾値Ｌ％以上か
を判定し（ステップ３０７）、閾値Ｌ％以上の場合、流
入制限として待ち時間Ｔ２（たとえば１．０秒）の待ち
状態設定し（ステップ３０９）、キャッシュ空きセグメ
ント確保後失敗論理（ステップ３１１）へ進む。

【００２６】また（ステップ３０７）の判定において特
定グループ内キャッシュ利用率が閾値Ｌ％未満の場合、
流入制限を行わずキャッシュメモリ部１２２の空きセグ
メントを確保して割り当て（ステップ３１０）、キャッ
シュ空きセグメント確保後論理（ステップ３１２）へと
進む。

【００２７】また（ステップ３０４）の判定においてサ
ブシステム内キャッシュ利用率が閾値Ｍ％未満の場合、
流入制限を行わずキャッシュメモリ部１２２の空きセグ
メントを確保して割り当て（ステップ３１０）、キャッ
シュ空きセグメント確保後論理（ステップ３１２）へと
進む。

【００２８】図４はキャッシュメモリ部１２２のセグメ
ントの再確保要求時の処理の一例を示すフローチャート
である。

【００２９】キャッシュメモリ部１２２のセグメント新
規確保時に流入制限として待ち状態を設定された場合、
待ち状態を終了後、セグメント再確保要求される（ステ
ップ４０１）。

【００３０】まずサブシステム内のキャッシュセグメン
ト数、サブシステム内の使用セグメントカウンタ２０
２、グループ単位セグメントカウンタ２０３を共有メモ
リ１２５から読み込み（ステップ４０２）、サブシステ
ム内キャッシュ利用率、特定グループ単位キャッシュ利
用率を算出する（ステップ４０３）。

【００３１】次にサブシステム内キャッシュ利用率がＵ
％（たとえば７５％）未満を判定し（ステップ４０
４）、Ｕ％未満の場合、キャッシュメモリ部１２２のセ
グメントを確保し（ステップ４０５）、キャッシュ空き
セグメント確保後論理（ステップ４０６）へ進む。

【００３２】（ステップ４０４）の判定時においてサブ
システム内キャッシュ利用率がＵ％以上の場合、待ち時
間Ｔ３（たとえば０．０５秒）を設定し（ステップ４０
７）、待ち状態に入る。待ち時間Ｔ３経過を判定し（ス
テップ４０８）、待ち時間経過後に（ステップ４０２）
へ進み再度キャッシュ利用状態をチェックし、キャッシ
ュメモリ部１２２のセグメント利用可能か否かの判断論
理へ進みセグメントが確保されるまで繰り返される。

【００３３】図５，図６，図７，図８はキャッシュメモ
リ部１２２の利用率を表した棒グラフの一例である。

【００３４】サブシステム全体のキャッシュ利用率と各
ディスクグループ内のキャッシュ利用率を示しており、
サブシステム全体のキャッシュ利用率を全体と表し、各
ディスクグループを＃１，＃２，＃３，＃４であらわし
ている。

【００３５】図５はサブシステム全体のキャッシュ利用
率がＭ％を下回る場合であり、この条件では各ディスク
グループにおいてキャッシュメモリ部１２２のセグメン
トを無条件に確保可能である。

【００３６】図６はサブシステム全体のキャッシュ利用
率がＭ％〜Ｈ％の間にあり、各ディスクグループ内のキ
ャッシュ利用率はＬ％を下回る場合であり、この条件で
は各ディスクグループにおいてキャッシュメモリ部１２
２のセグメントを無条件に確保可能である。

【００３７】図７はサブシステム全体のキャッシュ利用
率がＭ％〜Ｈ％の間にあり、＃３ディスクグループ内の
キャッシュ利用率のみがＬ％を上回る場合である。この
条件では＃１、＃２、＃４の各ディスクグループにおい
てキャッシュメモリ部１２２のセグメントを無条件に確
保可能である。

【００３８】しかし＃３のディスクグループにおいては
キャッシュメモリ部１２２のセグメント確保時に待ち時
間Ｔ２（たとえば１．０秒）の待ち状態を経過したのち
再度セグメント確保可能か判断され、サブシステム全体
のキャッシュ利用率によりセグメント確保可能か判断さ
れる。

【００３９】図８はサブシステム全体のキャッシュ利用
率がＨ％を上回り、＃３ディスクグループ内のキャッシ
ュ利用率のみがＬ％を上回る場合である。この条件では
＃１、＃２、＃４の各ディスクグループにおいてキャッ
シュメモリ部１２２のセグメントを待ち時間Ｔ１（たと
えば０．０５秒）の待ち状態を経過したのち再度セグメ
ント確保可能か判断され、サブシステム全体のキャッシ
ュ利用率によりセグメント確保可能か判断される。＃３
のディスクグループにおいてはキャッシュメモリ部１２
２のセグメント確保時に待ち時間Ｔ２（たとえば１．０
秒）の待ち状態を経過したのち再度セグメント確保可能
か判断され、サブシステム全体のキャッシュ利用率によ
りセグメント確保可能か判断される。

【００４０】以上説明したように、本実施の形態では、
サブシステム全体におけるキャッシュ利用率が既定の閾
値を超過した場合に、たとえばキャッシュメモリの割当
処理の待ち時間を調整することで、突出したディスクグ
ループ単位のキャッシュ使用量を動的に制限するので、
特定のディスクグループにキャッシュメモリの使用量が
集中することに起因するシステム全体の性能低下を確実
に防止できる。

【００４１】また、サブシステム全体におけるキャッシ
ュ利用率、および個々のディスクグループのキャッシュ
利用率の各々を管理するための閾値を複数段階に設定す
ることで、サブシステム全体および個々のディスクグル
ープにおける負荷の状況に応じてキャッシュ使用量をき
め細かく管理でき、キャッシュメモリの可用性を向上さ
せることが可能になる。

【００４２】これにより、従来技術では管理しきれてい
なかった複数の磁気ディスクやディスクグループに対す
るキャッシュ割り当てにおいて、他磁気ディスクやディ
スクグループに対する影響を考慮に入れたキャッシュメ
モリ管理を実現でき、記憶サブシステム全体の性能向上
が可能となる。

【００４３】本願の特許請求の範囲に記載された発明を
見方を変えて表現すれば以下の通りである。

【００４４】複数の磁気ディスクと、複数の磁気ディス
クを制御する磁気ディスク制御装置と、磁気ディスクに
対するデータ入出力要求を発行する中央処理装置からな
るサブシステムにおいて、磁気ディスク制御装置内に中
央処理装置から要求された複数の磁気ディスクへ入出力
データを一時期的に蓄えるキャッシュを有し、サブシス
テム全体で使用されるキャッシュ使用量と、任意の複数
磁気ディスクからなる磁気ディスクグループ単位で使用
されるキャッシュ使用量を管理し、入出力要求に対して
キャッシュを新たに割り当てる際に、サブシステム全体
として最大限使用可能なキャッシュ使用量の閾値Ｈと、
磁気ディスクグループ単位のキャッシュ使用量の閾値Ｍ
を用い、サブシステム全体のキャッシュ使用量と磁気デ
ィスクグループ単位のキャッシュ使用量と比較し、突出
した磁気ディスクグループ単位のキャッシュ使用量を動
的に制限することを特徴とするキャッシュ管理方式。

【００４５】以上本発明者によってなされた発明を実施
の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施
の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しな
い範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

【００４６】たとえば、流入制限のための待ち時間Ｔ１
〜Ｔ３の値は、上述の実施の形態に例示した値にかぎら
ず、種々変更可能である。

【００４７】

【発明の効果】記憶装置を構成する複数のディスクやデ
ィスクグループの各々の間でのキャッシュメモリの使用
量の偏りを防止して、記憶サブシステム全体の性能を向
上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態である記憶サブシステム
を含むデータ処理システムの構成例を示す概念図であ
る。

【図２】本発明の一実施の形態である記憶サブシステム
を構成する記憶制御装置における共有メモリ（ＳＭ）内
のキャッシュ管理領域とキャッシュメモリ部（ＣＡＣＨ
Ｅ）との関係を示した概念図である。

【図３】本発明の一実施の形態である記憶サブシステム
の制御方法におけるキャッシュセグメントの新規確保時
の処理の一例を示したフローチャートである。

【図４】本発明の一実施の形態である記憶サブシステム
の制御方法におけるキャッシュセグメントの再確保要求
時の処理の一例を示したフローチャートである。

【図５】本発明の一実施の形態である記憶サブシステム
の制御方法におけるキャッシュメモリ部の利用率の関係
の一例を示す概念図である。

【図６】本発明の一実施の形態である記憶サブシステム
の制御方法におけるキャッシュメモリ部の利用率の関係
の一例を示す概念図である。

【図７】本発明の一実施の形態である記憶サブシステム
の制御方法におけるキャッシュメモリ部の利用率の関係
の一例を示す概念図である。

【図８】本発明の一実施の形態である記憶サブシステム
の制御方法におけるキャッシュメモリ部の利用率の関係
の一例を示す概念図である。

【符号の説明】

１０１…中央処理装置（ＣＰＵ）、１０２…ディスク制
御装置（ＤＫＣ）（記憶制御装置）、１０３…ディスク
駆動装置（ＤＫＵ）、１０４…ＣＰＵ−ＤＫＣ間接続ケ
ーブル、１０５…ＤＫＣ−ＤＫＵ間接続ケーブル、１１
１…演算処理部（ＩＰ）、１１２…主記憶装置部（Ｍ
Ｓ）、１１３…入出力チャネル部（ＣＨ）、１１４…シ
ステムコントローラ部（ＳＣ）、１２１…ポート部（Ｐ
ＯＲＴ）、１２２…キャッシュメモリ部（ＣＡＣＨ
Ｅ）、１２３…制御プロセッサ部、１２４…データ転送
制御部、１２５…共有メモリ（ＳＭ）、１３１…ディス
ク装置（記憶装置）、２０１…キャッシュ全セグメント
数、２０２…使用セグメントカウンタ（第１記憶手
段）、２０３…グループ単位セグメントカウンタ（第２
記憶手段）、２０４〜２０６…セグメント制御ブロック
（ＳＧＣＢ）、２１４〜２１６…セグメント使用状態、
２２４〜２２６…セグメントアドレス、２３０〜２３７
…セグメント。

フロントページの続き (72)発明者 黒川 勇 神奈川県小田原市中里322番地２号 株式 会社日立製作所ＲＡＩＤシステム事業部内 (72)発明者 川口 勝洋 神奈川県小田原市中里322番地２号 株式 会社日立製作所ＲＡＩＤシステム事業部内 Ｆターム(参考） 5B005 JJ13 MM11 QQ04 UU42 VV03 5B065 BA01 CA12 CE12 CH02

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の記憶装置と、前記記憶装置と上位
   装置との間で授受される情報が一時的に格納されるキャ
   ッシュメモリを備えた記憶制御装置と、を含む記憶サブ
   システムの制御方法であって、 前記記憶サブシステム全体の前記キャッシュメモリの使
   用量を評価する第１閾値と、前記記憶装置のグループの
   各々の前記キャッシュメモリの使用量を評価する第２閾
   値とを設定し、 前記記憶サブシステム全体の前記キャッシュメモリの使
   用量の大小に基づいて、前記記憶装置のグループ単位の
   前記キャッシュメモリの使用量を動的に制限することを
   特徴とする記憶サブシステムの制御方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の記憶サブシステムの制御
   方法において、前記第１閾値として複数の値が多段階に
   設定され、前記記憶サブシステム全体の前記キャッシュ
   メモリの使用量を多段階に評価して各段階毎に前記記憶
   装置のグループ単位の前記キャッシュメモリの使用量を
   動的に制限することを特徴とする記憶サブシステムの制
   御方法。
3. 【請求項３】 複数の記憶装置と、前記記憶装置と上位
   装置との間で授受される情報が一時的に格納されるキャ
   ッシュメモリを備えた記憶制御装置と、を含む記憶サブ
   システムであって、 前記記憶制御装置は、前記記憶サブシステム全体の前記
   キャッシュメモリの使用量を管理する第１記憶手段と、
   前記記憶装置のグループの各々の前記キャッシュメモリ
   の使用量を管理する第２記憶手段と、前記記憶サブシス
   テム全体の前記キャッシュメモリの使用量の大小に基づ
   いて前記記憶装置のグループ単位の前記キャッシュメモ
   リの使用量を動的に制限する制御論理とを含むことを特
   徴とする記憶サブシステム。