JP2603369B2 - ローカルキャッシュに共通のページ間の一貫性を確保する方法 - Google Patents

ローカルキャッシュに共通のページ間の一貫性を確保する方法

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JP2603369B2 JP3042612A JP4261291A JP2603369B2 JP 2603369 B2 JP2603369 B2 JP 2603369B2 JP 3042612 A JP3042612 A JP 3042612A JP 4261291 A JP4261291 A JP 4261291A JP 2603369 B2 JP2603369 B2 JP 2603369B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はコンピュータ記憶装置の
ある面の管理に関するものであり、更に詳しくいえば、
ローカルデータキャッシュを有する分散システムにおけ
るプロセッサ境界内でロッキングおよびキャッシュ無効
化を包括的に同時に管理する方法に関するものである。
【０００２】
【関連技術の説明】定義された分散システム、ＣＰＵ、
およびいくつかのオペレーティング構成部品本発明の目
的のための「分散システム」は、ＤＡＳＤ指向外部記憶
装置サブシステムに対する共用されたアクセスを有する
２つまたはそれ以上のプロセッサを含む。そのようなシ
ステムの各ＣＰＵすなわちプロセッサは典型的にはロー
カルオペレーティングシステム（ＯＳ）、ＲＡＭ指向内
部記憶装置、プロセッサの内部記憶装置から作動的に形
成された命令キャッシュおよびデータキャッシュ、アク
セスを共用される外部記憶装置、ロックマネジャーおよ
びキャッシュ資源マネジャーを含む。
【０００３】ＣＰＵで実行するアプリケーション（プロ
セス／タスク）はＯＳにより読出し操作と書込み操作を
発生する。次に、読出し操作と書込み操作は、データキ
ャッシュ内に常駐しているか、または共用されている外
部記憶装置からデータキャッシュに更新して入れられる
ページへの登録簿にロック可能であるアクセス経路を設
定するために、データキャッシュマネジャーおよびロッ
ク資源マネジャーを利用する。
【０００４】内部記憶装置および外部記憶装置 記憶装置の費用は、速度の向上とともに劇的に増大する
から、多くのコンピュータ装置は物理的記憶装置サブシ
ステムをいくつかの性能レベルに分ける。それらのレベ
ルのうちいくつか、例えばＤＡＳＤおよびテープは、ア
クセスを共用された周辺Ｉ／Ｏ装置として処理されてお
り、非同期経路を介してアクセスされる。ＲＡＭやキャ
ッシュのような別のレベルはシステム・ハードウェアに
より直接取扱われ、内部記憶装置の一部として同期経路
を介してアクセスされる。
【０００５】「内部記憶装置」という用語は、１回の読
み出し転送および書込み転送に対してランダムにアドレ
スできる記憶装置の部分を指定する。アイビーエム（Ｉ
ＢＭ）システムにおいては、内部記憶装置は拡張部分
（「拡張記憶装置」）を除き、バイトアドレス可能であ
る。拡張記憶装置はブロックすなわちページごとにアド
レス可能（４０９６バイト／ページ）でランダムにアク
セスされる。それはＬＲＵ実記憶装置により支援される
ページング記憶装置として管理される。最後に、「外部
記憶装置」は記憶装置のうち、ランダムにはアドレス可
能でなく、ＤＡＳＤを基にして直接にアクセスしなけれ
ばならない大容量記憶装置を指す。
【０００６】仮想アドレスおよび仮想外部記憶装置アド
レス １９９０年２月９日に出願された「アーギュメントとし
て仮想外部記憶装置アドレスを用いるデータキャッシュ
を管理する方法(A METHOD for MANAGING A DATA CACHE
USING VIRTUAL EXTERNAL STORAGE ADDRESSES AS ARGUME
NTS)」という名称の係属中の米国特許出願No.07/477,70
4 には、データの論理ビュー（仮想名）を乱すことなし
に、およびその論理ビューに物理的支援記憶装置すなわ
ち実支援記憶装置を割当てることなしに、非常に大容量
の仮想外部アドレス空間（ＶＥＳＡ）に、キャッシュを
介してマップされているアドレスページを管理する方法
が記載されている。
【０００７】この未決の米国特許出願においては、同義
語の問題と、キャッシュ内のページの種々の論理ビュー
（ページ編成されたファイル）に共通のページの多重コ
ピーを避けるために、２つのレベルのアドレス迂回（イ
ンダイレクション）が用いられる。ここで用いるページ
というのは、仮想外部記憶装置アドレス（ＶＥＳＡ）に
マップされ、それから外部記憶装置内の物理的アドレス
にマップされた線形空間内のページのアドレスに従って
参照させられる。これに関して、参照されたページは、
それのＶＥＳＡアドレスを索引アーギュメントとして用
いて、キャッシュに書き込まれる。すなわち、ページは
キャッシュに書き込まれ、そのＶＥＳＡアドレスにより
索引させられる（順序づけられる）。それから、名称
（ＶＥＳＡアドレス）をそれに結びつけることにより多
数のビューを形成できる。これは、共通ページのコピー
を複製せねばならないこと、およびそれらのコピーをビ
ューに結びつけねばならないことが避けられる。
【０００８】資源マネジャー ロリン（Ｌｏｒｉｎ）およびデイテル（Ｄｅｉｔｅｌ）
著「オペレーティング・システム」、ザ・システム・プ
ログラミング・シリーズ(System ProgrammingSeries)
、アディソンーウェズレイ・パブリッシング社(Addiso
n-WesleyPublishing CO.) 発行、著作権１９８１年、の
資源管理についての第９章において指摘されているよう
に、「資源マネジャー」はＣＰＵについて定められたソ
フトウェアＯＳ構造であって、資源のアクセス可能性
と、システムにおけるそれの物理的表現とに関連する１
組の属性が与えられる。このロリンは、この面における
オペレーティングシステムの機能は、プロセスにより便
利に取扱われるアブストラクト資源で構成されるアブス
トラクトマシンを定めることであると指摘する。したが
って、資源の技術的および経済的な使用と一貫性は資源
マネジャーにより調整される。
【０００９】また、資源マネジャーは「モニタ」として
表すこともできることを理解すべきである。モニタは、
ある種の資源に関連する手順の集まりを含むソフトウェ
アＯＳ構成体でもある。それは資源の割当てと、それに
対する参照の制御とに対して責任がある。更に、各モニ
タは任意のテーブル、または、それが責任を負う資源に
ついての情報を含んでいるその他の構造とに対して独占
的にアクセスする。モニタの明確な特徴は、公用使用の
ために設計されているが、モニタを介する以外はアクセ
スできないようなデータ部分を含んでいることである。
【００１０】ロックおよびロック管理 ロリンによるロッキング機能は、プロセッサ以外の少な
くとも１つの選択されたシステム資源に対するプロセス
によるアクセスを直列化することである。本発明に関連
してモニタとしてのロックマネジャーは、他の資源の間
でキャッシュに格納されているページに対するアクセス
を制御するためのソフトウェア構成体である。これは、
一般にページおよび登録簿の間、および、とくに多数の
ローカルデータキャッシュを有する分散システム内の同
じページのバージョンの間での一貫性の必要により求め
られる。
【００１１】ＩＢＭシステム／３７０において用いられ
るＭＶＳのようなオペレーティングシステムは、システ
ム内の種々の資源に対するロックの階層を含む。ロック
は少なくとも名称と、有効範囲と、独占性(exclusives)
との関数である。有効範囲に関しては、グローバルロッ
クはシステム全体または資源全体に影響を及ぼす。これ
とは対照的に、記憶装置コンテキストにおけるローカル
ロックは１つのアドレス空間だけ、または１ページだ
け、あるいはページ群に影響を及ぼすことがある。ロッ
クは独占的とすることもできれば、共用とすることもで
きる。メモリすなわち記憶装置内のページにおける共用
ロックは読み出し操作とコピー操作に最もしばしば関連
させられ、一方、独占的ロックは書き込み／更新操作お
よび転送操作に関連させられる。また、ロックは有効範
囲、独占性、またはその両方においてレベルを昇格され
ることもあるし、降格されることもある。「アトミッ
ク」という用語は、現在のロック状態が次の状態へ移さ
れるか、または同じ状態を維持するかのどちらかである
ことをシステムが保証し、計画されていない中間状態が
可能でないことを意味する。
【００１２】タスクすなわちプロセスからキャッシュへ
のアクセス経路を設定する一部として、キャッシュマネ
ジャーは、認められた場合に応じて、ローカルマネジャ
ーまたはグローバルロックマネジャーをアクセスする。
アクセス要求の性質および有効範囲と、ロックの現在の
状態とによって、その要求は全体または修正型で許可さ
れることもあり、拒否されることもある。
【００１３】キャッシュマネジャーとロックマネジャー
を含む資源マネジャーはそれの資源の現在の制御状態を
示すために種々のテーブルを使用する。特定の任意の例
における許可、修正、または拒否に対するプロセスは、
ロックマネジャーがそれのテーブルをアクセスするこ
と、およびそれの現在の状態を解釈することを要求す
る。任意の面においてロック状態が変化したとすると、
ロックマネジャーはその変化を反映するためにロックテ
ーブルを変更せねばならない。
【００１４】ページレベルのロッキングは最もしばしば
遭遇する態様の１つであって、実際的な興味のレベルで
ある。本発明の目的のために、「ページ」はたとえば要
求時ページング仮想記憶システム によりキャッシュさ
れ、スワップされ、および固定される、任意の固定サイ
ズまたは標準サイズの情報の単位である。
【００１５】キャッシュおよびキャッシュ無効化 「キャッシュ」はソフトウェア資源またはハードウェア
資源として形成できる。キャッシュはバッファ内のペー
ジの索引可能なＬＲＵ順序づけられた集まりとして定義
される。アクセス時間を最も短くするように、キャッシ
ュはデータまたは命令への経路中に通常位置させられ
る。ソフトウェア構造として実現されるとすると、プロ
セッサの内部記憶装置のどの場所にもキャッシュを配置
できる。あるいは、ハードウェアキャッシュの例を米国
特許第4,612,612 号に見出すことができる。ソフトウェ
アの態様またはハードウェアの態様の両方において、キ
ャッシュマネジャーがキャッシュ登録簿およびページテ
ーブルを介してキャッシュを制御する。
【００１６】関連して、「キャッシュ無効」という用語
は、モニタとしてのキャッシュマネジャーがキャッシュ
登録簿から「汚されたページ」を除去すること、または
その内部にある名づけられたページが無効であるという
指示を与えることを意味する。あるいは、キャッシュマ
ネジャーは更新されたページをキャッシュ内の現在のペ
ージに重ね書きさせることができる。
【００１７】ベースページが変更されると、陰の書き込
みが重ね書きよりもデータ移動が小さくなる。しかし、
ページ重ね書きの例を米国特許第4,843,542 号に見出す
ことができる。この米国特許には、ローカルキャッシュ
へ書き込む前に要求するプロセッサに更新ページを共用
ロックの相当ページを持つ全てのキャッシュにコピーさ
せることによって、主記憶装置を補助記憶装置として用
いている多重プロセッサ／仮想キャッシュ装置における
一貫性を得る技術が開示されている。
【００１８】ＩＭＳ ＩＭＳ（情報管理装置）は、外部記憶装置に格納され
て、２つまたはそれ以上のプロセッサに対して共用アク
セスモードで動作できる、階層的に編成された大規模な
データベースである。データの階層図および関係につい
ての正式な記述が、１９７７年にアカデミック・プレス
(Academic Rress)により発行された、サクティ・ゴーシ
ュ(Sakti Ghosh) 著「データ管理のためのデータベース
編成(Database Organization for Data Management) 」
の３３〜４１ページに行われている。ＩＭＳのプログラ
ミングが、１９８１年にアディソンーウェスレイ・パブ
リッシング・カンパニー(Addison-Wesley Publising Co
mpany) により発行された、シー・ジェー・デート(C.
J.Date)著「データベース・システム入門(An Introduct
ion to Database Systems) 」第３版、第３部「階層的
アプローチ(THE Hierarchical Approach) 」において記
述されている。
【００１９】重要なことであるが、プロセッサがローカ
ルに存在するＩＭＳシステムと、キャッシュマネジャー
およびロックマネジャーを有するような分散システムに
おいてプロセッサの境界にまたがってロック競合メッセ
ージとキャッシュ無効化メッセージを送ることが知られ
ている。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的はローカ
ルデータキャッシュを有する分散システムにおけるプロ
セッサ境界内でロッキングとキャッシュの無効化の管理
を全体的に同時に行うための方法を得ることである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】この目的は、２つまたは
それ以上のプロセッサに共通のページ（ブロック）レベ
ルロックマネジャーの通信（通知）機能の新規な使用に
より満される。この新規な使用は、ローカル（ソフトウ
ェア）データキャッシュにおいて共用されるページのア
クセスを直列化し、かつそれらのページの一貫性を確保
する。
【００２２】読み出し操作システムに対しては、各プロ
セッサ（キャッシュマネジャー）はシステムロックマネ
ジャーから指定されたページについての共用ロックを獲
得する。指定されたページはキャッシュからアクセス可
能であるか、またはＤＡＳＤ指向外部記憶装置からロー
カルキャッシュにコピーされる。
【００２３】同時書き込み操作システムの場合には、指
定されたページに対する共用ロックの全ての獲得者（キ
ャッシュマネジャー）はロックマネジャーにより通知さ
れ、そのページのコピーが対応するキャッシュマネジャ
ーにより（キャッシュ無効化された）対応するローカル
キャッシュから除去され、共用ロックが放棄された後で
独占的なロックが要求しているプロセッサ（キャッシュ
マネジャー）に対して許可され、プロセッサは変更され
たページをローカルキャッシュを介して外部記憶装置へ
書き込み、それからロック状態は共用へアトミックに降
格させられる。
【００２４】２つまたはそれ以上の書き込み要求（Ｐ１
更新がページＡを書込み、Ｐ２更新がページＡを消去す
るような）の間の競い合いの解決は、要求しているプロ
セッサの間またはそこで実行しているアプリケーション
の間のように、より高いレベルの論理ロッキング規約の
制定により管理される。
【００２５】前述した米国特許第4,843,542 号とは対照
的に、本発明の方法は、許可される見込みのある独占的
（書き込み）ロックの指定されたページについての共用
ロックを保持する全てのキャッシュへ通知するために、
グローバルロックマネジャーの条件付き同報通信（競合
についての通知）機能を用いる。この結果、ページのキ
ャッシュ無効化（消去）、独占的なロックの許可、ロー
カルキャッシュを介して外部記憶装置への更新ページの
書き込みと、ロックの共用状態への降格が行われる。
【００２６】本発明の方法は、目標ページのコピーを保
持しているキャッシュ以外のキャッシュへの指定された
更新ページの書き戻しを避ける。したがって、外部記憶
装置に含まれているページから個々のキャッシュへ行わ
れている最新化に依存しているとすると、キャッシュ資
源が節約されるであろう。
【００２７】
【実施例】以下、図面を参照して本発明を詳しく説明す
る。
【００２８】本発明の方法を実施するためのホストＣＰ
Ｕ環境 装置内の各ＣＰＵが、ＩＢＭＭＶＳオペレーティングシ
ステムを有するＩＢＭ／３６０または３７０の構成され
たＣＰＵであるような構成で本発明を実施できるから便
利である。ＩＢＭ／３６０の構成されたＣＰＵが米国特
許第3,400,371号明細書に詳しく記載されている。外部
記憶装置へのＣＰＵの共用アクセスを含む構成が米国特
許第4,207,600 号明細書に記載されている。
【００２９】ＭＶＳオペレーティングシステムがＩＢＭ
の出版物であるＧＣ２８ー１１５０、「ＭＶＳ／拡張さ
れたアーキテクチャ・システム・プログラミング・ライ
ブラリィ：「システム・マクロおよび機能」( “MVS/Ex
tended Architechture System Programming Libraly:
“System Macros and Facilities")第１巻にも記載され
ている。ローカルロック管理、割り込みまたはモニタに
よるサブシステム呼出し、およびタスクの延期および待
機のような標準的なＭＶＳサービスまたはその他のオペ
レーティングシステムサービスの詳細については省略す
る。それらのＯＳサービスは当業者には周知であると信
ぜられる。
【００３０】ＣＰＵと、キャッシュおよび記憶装置の間
のある関係 本発明のために、ページは４０９６というような固定さ
れた数のデータバイトで構成される。また、「バッフ
ァ」という用語は「ページ」と同義語である。
【００３１】まず、ＣＰＵに対する編成された記憶装置
の関係が示されている図１を参照する。図示のように、
ＣＰＵ１は経路１１と１３を介して内部記憶装置３と外
部記憶装置５をアクセスする。内部記憶装置３はプロセ
ッサ記憶装置２と拡張記憶装置４を含む。プロセッサ記
憶装置２の内容はバイトアドレス可能で、かつランダム
にアクセス可能である。記憶装置４の内容はページアド
レス可能で、かつランダムにアドレス可能である。外部
記憶装置５は１つまたは複数のＤＡＳＤを有し、ＣＰＵ
１で実行しているアプリケーションにより参照される情
報のページを記憶する。
【００３２】典型的には、ＣＰＵプロセッサを呼出すア
プリケーションは、キャッシュに対するページの仮想／
線形空間アドレスまたは実空間アドレスによりページを
参照する。これに関して、キャッシュ９はソフトウェア
またはハードウェアにより実現できる。ソフトウェアに
より実現されるものとすると、キャッシュは内部記憶装
置３の内部の任意の所に配置できる。ページをキャッシ
ュ９において利用できないとすると、拡張記憶装置４ま
たは外部記憶装置５をアクセスする必要がある。
【００３３】外部記憶装置のＩ／Ｏ境界を横切って多数
のページがアクセスされる場合には、それらのページを
前記米国特許第4,207,600 号明細書に開示されている方
法に従って処理できる。挿入句的に、内部記憶装置に対
してアクセスが行われると、アクセスが終るまでプロセ
ッサは待つ。Ｉ／Ｏ境界にまたがってアクセスが行われ
ると、プロセッサは別のタスクすなわちプロセスを呼出
し、その間にフェッチ（アクセス）の終了を待つ。
【００３４】本発明のグローバルロックマネジャーの属
性 本発明の本質は、正しく定められた機能のセットを有す
る分散システムにおけるグローバルロックマネジャーが
キャッシュの一貫性とアクセスの直列化を達成できるこ
との認識である。興味のある機能および属性は、共用及
び独占使用ロックと、ロック状態のアトミックな変更
と、ロック要求を待ち行列に入れること、およびロック
許可とロックの競合をロックホルダ（獲得者）と要求者
へ通知することを含む。
【００３５】共用（読み出し）ロック状態は多数の同時
操作ロックホルダを許すが、同時の独占的（書き込み／
更新）ロックは除外する。共用ロックが要求しているキ
ャッシュマネジャー（プロセッサ）に対して許可できな
いとすると、許可の拒絶が通知され、後の許可のために
その要求は待ち行列に入れられる。
【００３６】独占使用ロック状態は１つのロックホルダ
だけを許可し、同じページに対する他の全ての共用ロッ
クまたは独占的ロックを除外する。独占的なロックを要
求しているキャッシュマネジャー（プロセッサ）に対し
て許可できないとすると、許可の拒絶が通知され、後の
許可のためにその要求は待ち行列に入れられる。
【００３７】ロック状態のアトミックな変更によりロッ
クホルダが、現在のロック状態を中断することなしにロ
ックの状態を変更することが可能となる。
【００３８】ロックマネジャーサービスを直列に順序づ
けることの要求を許可する待ち行列化機能と、ロックマ
ネジャーがロック状態および競合の変化に応答するため
に用いる通知または条件付き同報通信の機能とを、同じ
ページすなわち同じ資源のロックホルダと要求者へ通知
できる。
【００３９】グローバルロックマネジャーとローカルキ
ャッシュマネジャーの間の関係 次に、第１のプロセッサ内にあるグローバルロックマネ
ジャーのロックテーブル１５と、分散システム内の対応
するＣＰＵ（プロセッサ１、２、３）に設けられている
ローカルキャッシュマネジャー１７、１９、２１との間
のいくつかの関係が示されている図２〜１１を参照す
る。ロックマネジャーは分散システムのロック状態を資
源名と、ロックの種類と、ロックホルダの識別子とによ
り記録する。装置のロック状態が変わるたびにテーブル
をロックマネジャーにより更新せねばならない。関連し
て、各キャッシュマネジャーはキャッシュ内にあるペー
ジの名称の登録簿と、それの最後の参照情報を維持す
る。後者は、キャッシュが一杯で、新しいページがその
中でスワップされる時に、古くなった１つまたは複数の
ページを除去するためのＬＲＵにおいて用いられる。ペ
ージは、ＤＡＳＤ２３と２５で利用できる共用されてい
る外部記憶装置から、ＤＡＳＤをプロセッサ１〜３へ結
合する経路２７を介してキャッシュへコピーされ、また
はリフレッシュされることに注目されたい。
【００４０】本発明の目的のために、ロックマネジャー
をプロセッサ１の内部に設けることができ、かつそうす
ると便利である。また、プロセッサ２と３内のローカル
キャッシュマネジャーの間のプロセッサ１内のロックマ
ネジャーとの通信は外部記憶装置内の「郵便受け」によ
り好ましく表現できる。すなわち、外部記憶装置内のア
ドレスは、メッセージの送信または受信のために、ロッ
クマネジャーとキャッシュマネジャーにより定期的にポ
ールされる。高速の通信方法は、前記米国特許第3,400,
371 号および第4,207,609 号に記載されているシステム
３７０アーキテクチャに記載されているように、ＣＰＵ
の間に直接経路を設けるためのチャネル間アダプタを用
いることにより、分散システムまたは疎結合システムの
定義を変えるだろう。
【００４１】ロックと、ロックの管理とはシステム内の
種々の論理レベルにおいて起り得ることを理解すべきで
ある。たとえば、アクセスを確実に行うため、トランザ
クション処理のため、および書き込み先行記録関係デー
タベース装置における細分性を変えるためにアプリケー
ションレベルにおけるロックが米国特許第4,716,528号
明細書に記載されている。本発明の焦点は分散システム
におけるデータキャッシュ指向ページレベルロッキング
および一貫性である。
【００４２】アルゴリズム的に表された本発明の方法 本発明の方法は下記のアルゴリズム的方策を意図するも
のである。 （ａ）ページを読み出し、かつキャッシュする時は常
に： １．キャッシュ登録簿索引オーダーとして仮想外部記憶
装置アドレス（ＶＥＳＡ）を用いて、ページがキャッシ
ュ内にないことを確かめる。 ２．ＶＥＳＡをロック名として用いて共用ロックを得
る。 ３．ロックが許可されないとすると、それが許可される
ことを示す信号を待つ。 ４．ページをキャッシュへ読み込み、キャッシュ登録簿
を更新する。 ５．プロセッサで実行しているアプリケーションへペー
ジを送る。
【００４３】（ｂ）ページが書き込まれ、キャッシュさ
れた時は常に： １．ＶＥＳＡについての独占的ロックを獲得する。ペー
ジが既にキャッシュされているとすると、ロック状態を
共用から独占使用へアトミックに変換せねばならない。 ２．ロックが直ちに許可されなかったとすると、それが
許可されるまで待つ。この期間中に他のキャッシュが無
効にされる。 ３．ページの内容をキャッシュ内に置く。 ４．ページの新しい内容をＤＡＳＤ補助記憶装置へ書き
込む。 ５．ロック状態を独占使用から共用へ変える。同じペー
ジを更新することを求めている別のプロセスが、ロック
状態の変化中に独占ロックを得られないようにするため
に、それはアトミックに行わなければならない。
【００４４】（ｃ）ページが書き込まれて、キャッシュ
させられない時は常に： １．ＶＥＳＡについての独占ロックを得る。 ２．ロックが直ちに許可されなかったとすると、それが
許可されるまで待つ。この期間中に他のキャッシュが無
効にされる。 ３．ページの新しい内容をＤＡＳＤ補助記憶装置へ書き
込む。 ４．ロック状態を独占使用からフリーへ変える。
【００４５】（ｄ）ページがキャッシュから捨てられた
時は、常に： １．ページを捨て、キャッシュ登録簿を更新する。 ２．ＶＥＳＡでロックを放棄する。
【００４６】（ｅ）ページが要求され、キャッシュ内で
見出された時は常に： １．キャッシュ登録簿をＶＥＳＡによりアクセスする。 ２．ページを要求しているアプリケーションへコピーす
る。
【００４７】（ｆ）競合の通知が共用ロックのロックホ
ルダにより受信された時は常に： １．ＶＥＳＡによりキャッシュ登録簿をアクセスし、他
の任意の参照が対象とするページに関して処理されてい
るかどうかを確かめる。 ２．全ての活動的な要求が終るまで待つ。 ３．キャッシュとキャッシュ登録簿からページを除去す
る。 ４．ＶＥＳＡについてのロックを放棄する。
【００４８】（ｇ）競合の通知が独占的ロックのロック
ホルダにより受信された時は常に： １．ＶＥＳＡによりキャッシュ登録簿をアクセスし、他
の任意の書き込み参照が対象とするページに関して処理
されているかどうかを確かめる。 ２．全ての活動的な要求が終るまで待つ。 ３．キャッシュとキャッシュ登録簿からページを除去す
る。 ４．ＶＥＳＡについてのロックを放棄する。
【００４９】本発明の方法の図示された実例 ロック要求に おいて活動およびデータの動きが、同じロ
ックテーブル、キャッシュマネジャー、および共用され
ている外部記憶装置アーキテクチャの引き続く説明にお
いて現れるであろうような、いくつかの読み出し／書き
込みシナリオにより本発明の方法を説明することにす
る。
【００５０】ここで図２を参照する。グローバルロック
テーブルと、すべてのキャッシュマネジャーの登録簿が
クリアされていると仮定する。プロセッサ１で実行され
ているアプリケーションがページＡを読み出すことを希
望したと仮定する。キャッシュマネジャー１７により維
持されている登録簿へのアクセスはそれが存在しないこ
とを明らかにする。この点において、キャッシュマネジ
ャーはグローバルロックマネジャーから共用ロックを求
める。ページＡについての共用ロックがプロセッサ１
（キャッシュマネジャー１７）に対して許可されると、
ロックテーブル１５への入力が行われる。それから、第
３図に示すように、ＤＡＳＤ２３から要求しているキャ
ッシュへページＡがスワップインされる。
【００５１】ここで、プロセッサ２で実行されているア
プリケーションもページＡを読み出すことを希望してい
ると仮定する。ページＡがそれのローカルキャッシュ登
録簿１９内にないことをプロセッサは同様に見出す。要
求が許可され、ロックテーブル１５において入力の修正
が行われると、ページＡはＤＡＳＤ２３からキャッシュ
１９内へ同様にスワップインされる。これが図４に示さ
れている。
【００５２】次に、プロセッサ２で実行しているアプリ
ケーションがページＡを修正することを意図すると仮定
する。ページはローカルキャッシュ１９内に容易に配置
される。それと同時に、キャッシュマネジャー１９がプ
ロセッサ２によりページＡに対して独占的なロックを要
求する。ロックマネジャーが応答するまでプロセッサ２
は実際に待つ。ロックマネジャーは、ページＡに関して
競合が存在することをプロセッサ１のキャッシュマネジ
ャー１７へまず通知する。プロセッサ１はどのような処
理も終り、ページＡをローカルキャッシュ１７から除去
し（キャッシュ無効化）、そのページにおけるそれの共
用ロックを解放する。この点で、ロックマネジャーはペ
ージＡにおける独占的なロックをプロセッサ２のキャッ
シュマネジャー１９に対して許可する。この作業の状態
が図５に示されている。
【００５３】この後で、プロセッサ２は（それで実行し
ているアプリケーションにより）ページＡを修正すなわ
ち更新し、変更されたページをＤＡＳＤおよびプロセッ
サ２のキャッシュ１９へ書き戻す。それからローカルキ
ャッシュマネジャー１９がページＡについてのロックを
独占的から共用へ降格することをロックマネジャーに要
求する。ロックが降格された時の作業の状態が図６に示
されている。
【００５４】また更に、プロセッサ１と２で実行してい
るアプリケーションがページＡを更新して異なる情報を
表すことをそれぞれ意図していると仮定する。たとえ
ば、ページＡの現在の値が０の列であったと仮定する。
また、プロセッサ１はページＡを１の列であるように書
き替え、プロセッサ２が２の列であるようにページＡを
書き換えると仮定する。ページＡについての共用ロック
と、０の列としてページＡのコピーを有するキャッシュ
とを有するプロセッサ２の作業の最初の状態が図７に示
されている。
【００５５】このプロセスは、プロセッサ２のキャッシ
ュ１９がそれのロックを共用からロックマネジャーから
の独占へ促進することを最初に要求したとの仮定から始
まる。（注意：競合メッセージが全ての共用ロックホル
ダへ送られる。この例には何もないから過程は省かれ
る。）独占的なロックに対するプロセッサ１の要求は待
ち行列に入れられる。それからプロセッサ２の要求が許
可される（状態が図８に示されている）。それから、プ
ロセッサ２がページＡを２の列としてキャッシュ１９と
ＤＡＳＤ２３へ書き込む。これが図９に示されている。
【００５６】この点で、プロセッサ２はそれのロックの
独占からロックマネジャーからの共用への降格を確実に
行う。ここで、ロックマネジャーは待ち行列に入れられ
たプロセッサ１からの独占的ロック要求を処理すること
により、プロセッサ２のキャッシュマネジャー１９へペ
ージＡについての競合について通知する。それからプロ
セッサ２はページＡのそれのコピーを無効にする。プロ
セッサ１のキャッシュマネジャー１７へページＡにおけ
る独占的なロックが与えられる。それから、プロセッサ
１がページＡを１の列としてそれのローカルキャッシュ
とＤＡＳＤ２３へ書き込む。次に、プロセッサ１はペー
ジＡにおけるそれのロックの独占的な使用から共用への
降格を確実に行う。以上説明した状態が図１０と１１に
それぞれ示されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】大規模なメインフレームＣＰＵに関連して記憶
装置の構成図。
【図２】ページの非同期コピーのページアクセスとキャ
ッシュ無効化の並行管理に関して、分散システムにおけ
る多重ＣＰＵの全体的なロックマネジャーのロックテー
ブルとローカルキャッシュマネジャーの間の関係を示す
図。
【図３】ページの非同期コピーのページアクセスとキャ
ッシュ無効化の並行管理に関して、分散システムにおけ
る多重ＣＰＵの全体的なロックマネジャーのロックテー
ブルとローカルキャッシュマネジャーの間の関係を示す
図。
【図４】ページの非同期コピーのページアクセスとキャ
ッシュ無効化の並行管理に関して、分散システムにおけ
る多重ＣＰＵの全体的なロックマネジャーのロックテー
ブルとローカルキャッシュマネジャーの間の関係を示す
図。
【図５】ページの非同期コピーのページアクセスとキャ
ッシュ無効化の並行管理に関して、分散システムにおけ
る多重ＣＰＵの全体的なロックマネジャーのロックテー
ブルとローカルキャッシュマネジャーの間の関係を示す
図。
【図６】ページの非同期コピーのページアクセスとキャ
ッシュ無効化の並行管理に関して、分散システムにおけ
る多重ＣＰＵの全体的なロックマネジャーのロックテー
ブルとローカルキャッシュマネジャーの間の関係を示す
図。
【図７】ページの非同期コピーのページアクセスとキャ
ッシュ無効化の並行管理に関して、分散システムにおけ
る多重ＣＰＵの全体的なロックマネジャーのロックテー
ブルとローカルキャッシュマネジャーの間の関係を示す
図。
【図８】ページの非同期コピーのページアクセスとキャ
ッシュ無効化の並行管理に関して、分散システムにおけ
る多重ＣＰＵの全体的なロックマネジャーのロックテー
ブルとローカルキャッシュマネジャーの間の関係を示す
図。
【図９】ページの非同期コピーのページアクセスとキャ
ッシュ無効化の並行管理に関して、分散システムにおけ
る多重ＣＰＵの全体的なロックマネジャーのロックテー
ブルとローカルキャッシュマネジャーの間の関係を示す
図。
【図１０】ページの非同期コピーのページアクセスとキ
ャッシュ無効化の並行管理に関して、分散システムにお
ける多重ＣＰＵの全体的なロックマネジャーのロックテ
ーブルとローカルキャッシュマネジャーの間の関係を示
す図。
【図１１】ページの非同期コピーのページアクセスとキ
ャッシュ無効化の並行管理に関して、分散システムにお
ける多重ＣＰＵの全体的なロックマネジャーのロックテ
ーブルとローカルキャッシュマネジャーの間の関係を示
す図。
【符号の説明】
１ ＣＰＵ ２ プロセッサ記憶装置 ３ 内部記憶装置 ５ 外部記憶装置 ９ キャッシュ １１，１２ 経路
フロントページの続き (72)発明者 ジェラルド、パークス、ボズマン アメリカ合衆国ニュージャージー州、オ ークランド、ラマポ、バレー、ロード、 609 (72)発明者 アレキサンダー、スタッフォード、レッ ト アメリカ合衆国ニューヨーク州、マホパ ック、マックグレゴール、402 (72)発明者 ジェームズ、ジョセフ、マイヤーズ アメリカ合衆国カリフォルニア州、サン フランシスコ、ナンバー、６、コロンバ ス、アベニュ、950 (72)発明者 ウィリアム、ハロルド、テツラフ アメリカ合衆国ニューヨーク州、マウン ト、キスコ、フォックス、デン、ロー ド、37 (56)参考文献 特開 平２−27465（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−247751（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−130849（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】共用外部記憶装置を有し、各プロセッサ
    が、オペレーティング・システムと、プログラム及びデ
    ータページのための内部記憶装置と、ローカルキャッシ
    ュ及びキャッシュマネジャーと、上記内部記憶装置に置
    かれたプログラムを実行し、上記プログラムにおける読
    み出し命令及び書き込み命令に応じ、上記読み出し命令
    及び書き込み命令で指定されたページが上記ローカルキ
    ャッシュに存在するか否かをオペレーティング・システ
    ムに上記キャッシュマネジャーから確認させ、存在しな
    い場合には、上記オペレーティング・システムに共用外
    部記憶装置をアクセスさせ、上記共用外部記憶装置に存
    在する上記指定されたページを上記ローカルキャッシュ
    にコピーさせる手段とを有するシステムにおいて、対応
    するプロセッサのローカルキャッシュに共通のページへ
    のアクセスを直列化し、一貫性を確保する方法であっ
    て、 （ａ）第１のプロセッサの所定のオペレーティング・シ
    ステムによって、ロックマネジャーを定義するステップ
    であって、上記ロックマネジャーは、共用ロック及び独
    占的ロックを条件付きで許可し、そのロックの状態をア
    トミックに変更し、ロック要求を待ち行列に入れ、ロッ
    クの許可を要求元へ通知し、ロックが競合していること
    を全てのロックホルダに通知し、上記条件付き許可は、
    読み出し命令または書き込み命令を実行し、上記命令に
    よって指定されたページがキャッシュに現に格納されて
    いる、または格納中であるプロセッサのキャッシュマネ
    ジャーにのみに、上記ロックマネジャーによって与えら
    れる許可または通知である、ステップと、 （ｂ）要求プロセッサのオペレーティング・システムを
    通じて発行された読み出し命令の各々に応じて、要求プ
    ロセッサのキャッシュマネジャーによって上記ロックマ
    ネジャーから指示されたページについて共用ロックを獲
    得し、上記要求プロセッサのローカルキャッシュ中の指
    定されたページをアクセスするか、または、上記指定さ
    れたページを共用外部記憶装置から上記要求プロセッサ
    のローカルキャッシュにコピーするステップと、 （ｃ）要求プロセッサのオペレーティング・システムを
    通じて発行された書き込み命令の各々に応じて、ロック
    マネジャーによって指定されたページ上の共用ロックの
    ロックホルダになっている要求プロセッサ以外のプロセ
    ッサのキャッシュマネジャーにのみ通知し、通知された
    ローカルキャッシュから指定されたページのコピーを削
    除し、共用ロックを放棄し、要求プロセッサのキャッシ
    ュマネジャーに指定されたページ上の独占的ロックを許
    可し、要求プロセッサのローカルキャッシュを通じて変
    更されたまたは置き換えられたページを共用外部記憶装
    置に書き、要求プロセッサのキャッシュマネジャーのロ
    ック状態を独占的から共用に降格するステップとを含む
    上記方法。
  2. 【請求項２】ロック状態のアトミックな変更には、現在
    のロック状態を放棄せずに、現在のロックホルダによっ
    てロック状態を変更することを含む、請求項１に記載の
    方法。
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