JP4151977B2 - 先読み装置、先読み方法、および先読みプログラム - Google Patents
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Description
この入出力待ち時間による性能低下を抑える方法として、外部記憶装置からデータを予め先読み(プリフェッチ)する技術が各種提案されている。
まず、先読み手順を生成していない状態でプログラム10が実行されると、履歴記録部222は、プログラム10が実行中に発行したデータ読み出しの履歴をプロファイルとして記録する(S300)。履歴記録部222は、プログラム10がオペレーティングシステム200に対して発行する、例えばファイル20のオープン(open)、クローズ(close)、読み出し(read)、書き込み(write)、ファイルのアクセスポインタの移動(lseek)、およびオープンしているファイルの識別子の複製(dup2)等のハードディスクドライブ2040の入出力処理について、引数、戻り値、スレッド識別子、実行に要した時間等を履歴として記録してよい。また、本実施形態に係る履歴記録部222は、プログラム10の複数の命令処理と、それぞれの命令処理に用いられるデータをそれぞれ読み出す複数のデータ読出処理とを実行したタイミングを履歴に記録する。すなわち例えば履歴記録部222は、プログラム10がデータ読み出しを発行したタイミングと、オペレーティングシステム200が当該データ読み出しに対しプログラム10へデータを返送したタイミングとの間の期間をプログラム10がデータ読出処理を実行した期間として履歴に記録する。そして、各データ読み出しが完了したタイミングから次のデータ読み出しが開始されるまでの間の期間を、直前に完了したデータ読み出しにより読み出されたデータを用いる命令処理の期間とみなして履歴に記録する。
S310の前処理として、先読み生成部230は、履歴記録部222が記録した履歴を読み出し、履歴に記録された複数のデータ読み出しを時系列順に並べる。ここで先読み生成部230は、読み出しの対象となるファイル20毎にデータ読み出しを時系列順に並べてよい。なお、本実施形態に係る先読み生成部230は、履歴記録部222が記録したデータ読み出しのうち、ハードディスクドライブ2040に対する読出命令が発行されないデータ読み出しを除外し、ハードディスクドライブ2040に対する読出命令が発行されるデータ読み出しについて上記の系列を作成する。すなわち、ハードディスクドライブ2040がクラスタ等のブロック単位でアクセスされる記憶装置である場合、先読み生成部230は、1または複数のファイル20を記録した各ブロックのうち、既に読み出されたブロックからデータを読み出すデータ読み出しを除外し、未だ読み出されていないブロックからデータを読み出すデータ読み出しについて上記の系列を作成する。
先読み開始タイミング決定部259は、複数の先読み同士がそれぞれ逐次実行されることを前提として、複数のデータ読出処理のそれぞれについて、当該データ読出処理に対し先読み開始タイミング決定部259により決定された読出開始タイミングにおいて当該データ読出処理に対応する先読みが完了しているように複数の先読みの先読み開始タイミングを決定する。
まず、先読み最適化部247は、先読みP1の処理に用いてもよい空き時間free_timeを求める(6行目から8行目)。この空き時間free_timeは、先読みP1の開始タイミングから次の先読みP2の最終開始タイミングまでの間の時間、および、先読みP1の開始タイミングから先読みP1に対応するデータ読み出しが発行されるタイミングまでの間の時間のうち、より小さい値となる。
情報処理装置1900は、プログラム10を実行することにより、プログラム10に記述された複数の命令処理(S1005)と、複数のデータ読み出し処理(S1010)とを交互に繰り返す(S1000、S1015)。これにより情報処理装置1900は、プログラム10に記述された情報処理を行う。
20 ファイル
30 バッファ
200 オペレーティングシステム
205 プログラム
210 先読み装置
220 データ読出中継部
222 履歴記録部
224 計測部
230 先読み生成部
240 先読み手順決定部
245 順序決定部
247 先読み最適化部
250 分割部
255 タイミング決定部
257 読出開始タイミング決定部
259 先読み開始タイミング決定部
265 プリフェッチ部
267 先読み手順取得部
269 プリフェッチ実行部
900 基準データ量テーブル
910 先読みグループテーブル
920 先読み手順テーブル
930 ファイル管理テーブル
1900 情報処理装置
2000 CPU
2010 ROM
2020 RAM
2030 通信インターフェイス
2040 ハードディスクドライブ
2050 フレキシブルディスク・ドライブ
2060 CD−ROMドライブ
2070 入出力チップ
2075 グラフィック・コントローラ
2080 表示装置
2082 ホスト・コントローラ
2084 入出力コントローラ
2090 フレキシブルディスク
2095 CD−ROM
Claims (13)
- プログラムがデータの読み出しを発行するのに先立ってファイルからバッファに当該データを先読みする先読み装置であって、
複数のプログラムのそれぞれについて、当該プログラムが実行中に発行したデータ読み出しの履歴を記録する履歴記録部と、
それぞれの前記プログラムについて、前記履歴に記録された複数の前記データ読み出しに対応する複数の先読みを生成する先読み生成部と、
それぞれの前記プログラムがデータ読み出しを発行したことに応じて、前記プログラムが読み出しを要求したデータ量の合計値を計測する計測部と、
それぞれの前記プログラムについて、前記履歴に基づいて、前記複数の先読みの実行順序を決定する順序決定部と、
それぞれの前記プログラムについて、前記複数の先読みを、時系列順に連続する1以上の先読みを含む複数のグループに分割する分割部と、
それぞれの前記プログラムについて、それぞれの前記グループに対応して、当該グループに含まれる前記1以上の先読みを開始するグループ開始タイミングを、前記履歴から決定した、当該グループに含まれる前記1以上の先読みに対応するデータ読み出しを開始するべき読出開始タイミングまでにデータがバッファに読み込まれるタイミングに決定する開始条件決定部と、
前記実行順序および前記グループ開始タイミングが決定された後にいずれかの前記プログラムが実行されたことに応じて、当該プログラムについてのそれぞれの前記グループについて、当該グループに対応する前記グループ開始タイミングに当該グループに含まれる前記1以上の先読みの実行を開始するプリフェッチ部と、
を備え、
前記開始条件決定部は、それぞれの前記プログラムについて、それぞれの前記グループに対応して、前記グループ開始タイミングを、前記データ量の合計値が満たすべき基準データ量の条件として決定し、前記複数のグループのそれぞれに対応する前記基準データ量および当該グループに含まれる前記1以上の先読みのパラメータを含む先読み順序を記憶装置内のテーブルに格納し、
前記計測部は、実行中の前記プログラムが読み出しを要求した前記データ量の合計値が次に実行すべき前記グループに対応する前記基準データ量を超えたことを条件として、前記プリフェッチ部を呼び出し、
前記プリフェッチ部は、
前記実行順序および前記グループ開始タイミングが決定された後にいずれかの前記プログラムが実行されたことに応じて、前記記憶装置に格納された前記複数のプログラムについての複数の前記先読み手順のうち、当該プログラムについての前記先読み手順を取得する先読み手順取得部と、
前記計測部の呼び出しに応じて、取得した前記先読み手順により次に実行すべき前記グループに含まれる前記先読みを実行するプリフェッチ実行部と
を有する先読み装置。 - 前記分割部は、先読みにより前記バッファに読み出され、前記プログラムにより前記バッファから読み出されていないデータによる前記バッファの使用量が、予め定められた上限値を超えないように前記複数の先読みを前記複数のグループに分割し、
前記開始条件決定部は、前記バッファの使用量が前記上限値を超えないようにそれぞれの前記グループについて前記グループ開始タイミングを決定する
請求項1に記載の先読み装置。 - 前記開始条件決定部は、前記バッファの使用量が予め定められた下限値未満となる場合に次のグループに含まれる前記先読みが開始されるように、それぞれの前記グループに対応する前記グループ開始タイミングを決定する請求項2に記載の先読み装置。
- 当該先読み装置は、前記プログラムを実行する情報処理装置上において、前記プログラムと並行して先読み用プログラムを実行することにより実現され、
前記プリフェッチ部は、前記情報処理装置上で動作するオペレーティングシステムにより実現される前記バッファであるファイルキャッシュに対し、それぞれの前記データ読み出しの対象となるデータを予めキャッシュさせることにより対応する前記先読みを実行する
請求項1に記載の先読み装置。 - 前記プリフェッチ部は、
前記計測部の呼び出しを受けたことに応じて前記ファイルキャッシュの使用量を取得し、
前記ファイルキャッシュの使用量が予め定められた基準使用量未満であることを条件として2以上の前記グループに含まれる前記先読みを順次実行する
請求項4に記載の先読み装置。 - 前記履歴記録部は、前記プログラムの複数の命令処理と、それぞれの命令処理に用いられるデータをそれぞれ読み出す複数のデータ読出処理とを実行したタイミングを前記履歴に記録し、
前記開始条件決定部は、
前記複数の命令処理同士および前記複数のデータ読出処理同士がそれぞれ逐次実行されることを前提として、それぞれの前記データ読出処理を開始すべき読出開始タイミングを、当該データ読出処理により読み出したデータを用いる前記命令処理を開始する前に当該データ読出処理を完了させ、かつ、当該データ読出処理を当該命令処理以前に実行される他の前記命令処理と並行に行わせるように決定する読出開始タイミング決定部と、
前記複数の先読み同士がそれぞれ逐次実行されることを前提として、前記複数のデータ読出処理のそれぞれについて、当該データ読出処理の前記読出開始タイミングにおいて当該データ読出処理に対応する前記先読みが完了しているように前記複数の先読みの先読み開始タイミングを決定する先読み開始タイミング決定部と、
を有し、
前記順序決定部は、
2以上の前記先読みが前記ファイルを記憶する記憶装置上の連続する2以上の領域のそれぞれからデータを読み出すものであり、かつ、当該2以上の先読みを当該連続領域のデータを前記バッファに先読みする1つの前記先読みに置き換えてもいずれの前記データ読出処理の完了タイミングも当該データ読出処理により読み出されたデータを用いる命令処理の開始タイミングより遅らせないことを条件として、当該2以上の先読みを当該連続領域のデータを前記バッファに先読みする1つの前記先読みに置き換える先読み最適化部
を有する請求項4に記載の先読み装置。 - 前記分割部は、
それぞれの前記グループについて、連続する1以上の前記先読みを順次当該グループに加えていき、
前記先読みにより前記バッファに読み出され、前記プログラムにより前記バッファから読み出されていないデータによる前記バッファの使用量が予め定められた上限値を超え、かつ、前記グループに最後に加えられた前記先読みが完了してから前記計測部が次の前記先読みを実行させるべく前記先読みプログラムを呼び出すまでの間に前記データ読み出しが発行される旨の履歴が記録されていることを条件として、当該次の先読みを当該グループの次の前記グループに加える
請求項6に記載の先読み装置。 - 前記順序決定部は、2以上の前記先読みが前記ファイルを記憶する記憶装置上の連続する2以上の領域のそれぞれからデータを読み出すことを条件として、当該2以上の先読みを当該連続領域のデータを前記バッファに先読みする1つの前記先読みに置き換える請求項1に記載の先読み装置。
- 前記プリフェッチ部は、少なくとも1つの前記先読みによりファイルから前記バッファにデータを読み出すのに要した時間が予め定められた基準時間未満であることを検出したことを条件として、前記実行順序が当該先読みより後の前記先読みの実行を中止する請求項1に記載の先読み装置。
- 情報処理装置上で実行されるプログラムがデータの読み出しを発行するのに先立ってファイルからバッファに当該データを先読みする先読み方法であって、
前記情報処理装置が、複数のプログラムのそれぞれについて、当該プログラムが実行中に発行したデータ読み出しの履歴を履歴記録部に記録する履歴記録段階と、
前記情報処理装置が、それぞれの前記プログラムについて、前記履歴に記録された複数の前記データ読み出しに対応する複数の先読みを生成する先読み生成段階と、
それぞれの前記プログラムがデータ読み出しを発行したことに応じて、前記情報処理装置が、前記プログラムが読み出しを要求したデータ量の合計値を計測する計測段階と、
前記情報処理装置が、それぞれの前記プログラムについて、前記履歴に基づいて、前記複数の先読みの実行順序を決定する順序決定段階と、
前記情報処理装置が、それぞれの前記プログラムについて、前記複数の先読みを、時系列順に連続する1以上の先読みを含む複数のグループに分割する分割段階と、
前記情報処理装置が、それぞれの前記プログラムについて、それぞれの前記グループに対応して、当該グループに含まれる前記1以上の先読みを開始するグループ開始タイミングを、前記履歴から決定した、当該グループに含まれる前記1以上の先読みに対応するデータ読み出しを開始するべき読出開始タイミングまでにデータがバッファに読み込まれるタイミングに決定する開始条件決定段階と、
前記実行順序および前記グループ開始タイミングが決定された後にいずれかの前記プログラムが実行されたことに応じて、前記情報処理装置が、当該プログラムについてのそれぞれの前記グループについて、当該グループに対応する前記グループ開始タイミングに当該グループに含まれる前記1以上の先読みの実行を開始するプリフェッチ段階と、
を備え、
前記開始条件決定段階は、それぞれの前記プログラムについて、それぞれの前記グループに対応して、前記グループ開始タイミングを、前記データ量の合計値が満たすべき基準データ量の条件として決定し、前記複数のグループのそれぞれに対応する前記基準データ量および当該グループに含まれる前記1以上の先読みのパラメータを含む先読み順序を記憶装置内のテーブルに格納し、
前記計測段階は、実行中の前記プログラムが読み出しを要求した前記データ量の合計値が次に実行すべき前記グループに対応する前記基準データ量を超えたことを条件として、前記プリフェッチ段階を呼び出し、
前記プリフェッチ段階は、
前記実行順序および前記グループ開始タイミングが決定された後にいずれかの前記プログラムが実行されたことに応じて、前記情報処理装置が、前記記憶装置に格納された前記複数のプログラムについての複数の前記先読み手順のうち、当該プログラムについての前記先読み手順を取得する先読み手順取得段階と、
前記計測段階の呼び出しに応じて、前記情報処理装置が、取得した前記先読み手順により次に実行すべき前記グループに含まれる前記先読みを実行するプリフェッチ実行部と
を有する先読み方法。 - 前記分割段階は、先読みにより前記バッファに読み出され、前記プログラムにより前記バッファから読み出されていないデータによる前記バッファの使用量が、予め定められた上限値を超えないように前記複数の先読みを前記複数のグループに分割し、
前記開始条件決定段階は、前記バッファの使用量が前記上限値を超えないようにそれぞれの前記グループについて前記グループ開始タイミングを決定する
請求項10に記載の先読み方法。 - プログラムがデータの読み出しを発行するのに先立ってファイルからバッファに当該データを先読みする先読み装置用の先読みプログラムであって、
当該プログラムは、前記先読み装置を、
複数のプログラムのそれぞれについて、当該プログラムが実行中に発行したデータ読み出しの履歴を記録する履歴記録部と、
それぞれの前記プログラムについて、前記履歴に記録された複数の前記データ読み出しに対応する複数の先読みを生成する先読み生成部と、
それぞれの前記プログラムがデータ読み出しを発行したことに応じて、前記プログラムが読み出しを要求したデータ量の合計値を計測する計測部と、
それぞれの前記プログラムについて、前記履歴に基づいて、前記複数の先読みの実行順序を決定する順序決定部と、
それぞれの前記プログラムについて、前記複数の先読みを、時系列順に連続する1以上の先読みを含む複数のグループに分割する分割部と、
それぞれの前記プログラムについて、それぞれの前記グループに対応して、当該グループに含まれる前記1以上の先読みを開始するグループ開始タイミングを、前記履歴から決定した、当該グループに含まれる前記1以上の先読みに対応するデータ読み出しを開始するべき読出開始タイミングまでにデータがバッファに読み込まれるタイミングに決定する開始条件決定部と、
前記実行順序および前記グループ開始タイミングが決定された後にいずれかの前記プログラムが実行されたことに応じて、当該プログラムについてのそれぞれの前記グループについて、当該グループに対応する前記グループ開始タイミングに当該グループに含まれる前記1以上の先読みの実行を開始するプリフェッチ部と、
して機能させ、
前記開始条件決定部は、それぞれの前記プログラムについて、それぞれの前記グループに対応して、前記グループ開始タイミングを、前記データ量の合計値が満たすべき基準データ量の条件として決定し、前記複数のグループのそれぞれに対応する前記基準データ量および当該グループに含まれる前記1以上の先読みのパラメータを含む先読み順序を記憶装置内のテーブルに格納し、
前記計測部は、実行中の前記プログラムが読み出しを要求した前記データ量の合計値が次に実行すべき前記グループに対応する前記基準データ量を超えたことを条件として、前記プリフェッチ部を呼び出し、
前記プリフェッチ部は、
前記実行順序および前記グループ開始タイミングが決定された後にいずれかの前記プログラムが実行されたことに応じて、前記記憶装置に格納された前記複数のプログラムについての複数の前記先読み手順のうち、当該プログラムについての前記先読み手順を取得する先読み手順取得部と、
前記計測部の呼び出しに応じて、取得した前記先読み手順により次に実行すべき前記グループに含まれる前記先読みを実行するプリフェッチ実行部と
を有する先読みプログラム。 - 前記分割部は、先読みにより前記バッファに読み出され、前記プログラムにより前記バッファから読み出されていないデータによる前記バッファの使用量が、予め定められた上限値を超えないように前記複数の先読みを前記複数のグループに分割し、
前記開始条件決定部は、前記バッファの使用量が前記上限値を超えないようにそれぞれの前記グループについて前記グループ開始タイミングを決定する
請求項12に記載の先読みプログラム。
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