JPH0659982A

JPH0659982A - 仮想記憶制御方法および装置

Info

Publication number: JPH0659982A
Application number: JP4212961A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Hosouchi; 昌明細内; Hisashi Katada; 久片田; Toshiaki Arai; 利明新井
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1992-08-10
Filing date: 1992-08-10
Publication date: 1994-03-04
Also published as: US5579507A

Abstract

(57)【要約】【構成】高速外部記憶装置から低速外部記憶装置への
転送を開始する高速外部記憶装置の空き容量の基準値を
２段階に設定し、空き容量に余裕のある場合でも、転送
領域選択手段により再利用可能な高速外部記憶領域を選
択し転送する。また、ページインにより利用可能となっ
た高速外部記憶領域を低速外部記憶装置への転送により
利用可能となった領域より優先して他の仮想記憶領域に
割当てる。【効果】高速外部記憶装置の利用率を落とさずに高負
荷時の高速外部記憶装置の空き領域の供給不足を解消す
るともに、低速外部記憶装置からの転送を削減すること
ができ、仮想記憶制御方式の計算機システムの性能を向
上させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、速度の異なる２つの外
部記憶装置を備える計算機システムにおける仮想記憶制
御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年の仮想記憶方式の計算機システムで
は、外部記憶装置として、磁気ディスク装置の他に磁気
ディスク装置より高速の拡張記憶装置を備えたものがあ
る。図２に、従来の拡張記憶装置を備えた仮想記憶制御
装置の構成を示す。

【０００３】図２において、１０１は主記憶装置、１０
２は拡張記憶装置、１０３は磁気ディスク装置、１０４
は仮想記憶、１０５は仮想記憶制御装置である。仮想記
憶制御装置１０５は、外部記憶装置（拡張記憶装置１０
２または磁気ディスク装置１０３）から主記憶装置１０
１へ仮想記憶の内容をページ単位に転送するページイン
制御部１１１、主記憶装置１０１から外部記憶装置へ仮
想記憶１０４の内容をページ単位に転送するページアウ
ト制御部１１２、主記憶装置１０１と外部記憶装置との
間で仮想記憶１０４の内容を空間単位に転送するスワッ
ピング制御部１１３、拡張記憶装置１０２から磁気ディ
スク装置１０３に仮想記憶１０４の内容を転送するマイ
グレーション制御部１１４、拡張記憶の領域を管理する
拡張記憶領域管理部１１５から構成される。ここで、仮
想記憶の内容をページ単位に外部記憶装置から主記憶装
置１０１へ取り込むことをページインといい、逆に主記
憶装置１０１から外部記憶装置へ追い出すことをページ
アウトという。また、仮想記憶の内容を拡張記憶装置１
０２から磁気ディスク装置１０３へ追い出すことをマイ
グレーションという。

【０００４】拡張記憶装置１０２を備えた計算機システ
ムにおける仮想記憶制御方式は、例えば特開昭６３−２
０５５２号号に記載されている。

【０００５】図３に、従来のマイグレーション方式のフ
ローチャートを示す。マイグレーション制御部１１４で
は、拡張記憶装置１０２の空き領域を仮想記憶のページ
に割当てるたびに（ステップ２０１）、拡張記憶装置１
０２の空き容量を調べ（ステップ２０２）、空き容量が
一定量以下になると、割当て済の拡張記憶装置１０２の
領域の一部を主記憶装置１０１の一部を介して磁気ディ
スク装置１０３に転送保存し、拡張記憶装置１０２の空
き領域を一定量以上に保つ（ステップ２０３）。ページ
アウト制御部１１２では、主記憶装置１０１からあるペ
ージを追い出そうとするとき、拡張記憶装置１０２に空
き領域があれば、当該ページにその空き領域を割当て、
主記憶装置１０１の当該ページ内容を拡張記憶装置１０
２へ出力する。拡張記憶装置１０２に空き領域がない場
合は磁気ディスク装置１０３へ出力する。ページイン制
御部１１１では、主記憶装置１０１に存在しない内容を
ページインしようとするとき、拡張記憶装置１０２を調
べ、そこにページインしようとするページ内容が存在す
れば、拡張記憶装置１０２から当該ページ内容を主記憶
装置１０１へデータを転送する。

【０００６】特開昭６３−１２８４５４号公報には、拡
張記憶領域管理部１１５の構造が記載されている。拡張
記憶装置１０２の各ページを管理する拡張記憶領域管理
テーブルは、使用中のテーブルエントリ１３１、１３２
のキュー１２３と、利用可能（空き）のテーブルエント
リ１３３〜１３５のキュー１２４とにキューイングされ
る。拡張記憶領域の割当時には、利用可能なエントリの
キュー１２４からはその先頭（図で右側）のエントリ１
３５ａが選択され、使用中のエントリのキュー１２３の
末尾（図で左側）に移される。また、マイグレーション
時には、使用中のキュー１２３の先頭のエントリ１３２
ｃが選択されて開放され、利用可能なキュー１２４の末
尾に移される。

【０００７】また、「拡張記憶を利用した仮想記憶制御
方式並びに性能評価」（情報処理学会ＯＳ研究会，１９
９１．３．１５）には、拡張記憶装置の実効容量拡大の
ため、ページイン時に拡張記憶装置の領域を解放するＯ
Ｓ重複ページ消去機能が記載されている。

【０００８】さらに、ＨＩＴＡＣマニュアル「センタ運
営」（ｐ１３１,６１８０−３−１０１−１０）には、
主記憶容量不足を起因としてスワップアウトされた空間
は、時間が経過するほどスワップ勧告値が大きくなりス
ワップインされやすくなるが、端末入力待ちを起因とし
てスワップアウトされた空間は、一般に時間が経過する
ほどスワップインされる確率は低下する性質を持つこと
が記載されている。なお、スワップアウトとは、多重仮
想空間方式において、１つの空間に割り当てられている
主記憶上のすべてのページを外部記憶装置へ追い出すこ
とをいい、スワップインとは、この逆の動作をいう。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来のマイグレーショ
ン方式では、拡張記憶装置の空き領域が一定量以下にな
るとマイグレーションが行われるが、マイグレーション
を開始する空き領域の量を少なく設定すると、負荷の変
動が大きい場合、高負荷時にページアウトの多発により
拡張記憶装置の空き領域がすぐに枯渇し、空き領域割当
て待ちまたは磁気ディスクへのページアウトが発生して
しまい、ページアウト遅延によりメモリ割当て待ち時間
が増大する。その結果、処理性能が低下する。逆に、マ
イグレーションを開始する空き領域の量を多く設定する
と、再利用不可能な拡張記憶装置の領域について磁気デ
ィスク装置から主記憶装置へのページインが多発し、ペ
ージイン時間が増大する。また、高負荷時の性能を向上
させるために拡張記憶の容量を増設すると、低負荷時に
利用可能領域が増大し、拡張記憶装置の有効利用が図れ
なくなってしまう。

【００１０】また、ページインにより解放された拡張記
憶装置の領域が他のページに割当てられた場合には特に
問題はないが、マイグレーションにより解放された領域
が他のページに割当てられた場合では、マイグレーショ
ンにより解放された領域のデータをページインするため
に磁気ディスク装置へのＩ／Ｏが発生し、性能低下をも
たらすという問題があった。

【００１１】多重仮想記憶方式において、端末入力待ち
を起因としたスワップアウトでは時間が経過するほどス
ワップインされる確率は低くなるが、主記憶容量不足を
起因としたスワップアウトでは時間が経過するほどスワ
ップインされやすくなる。従って、両者に同一のマイグ
レーションする拡張記憶装置の領域の選択アルゴリズム
を適用すると、その一方について拡張記憶装置からスワ
ップインされる割合が低下してしまう。

【００１２】本発明の目的は、拡張記憶装置の利用率を
落とさずに高負荷時の性能を向上させ、負荷の変動に対
して安定した性能を維持する仮想記憶制御装置を提供す
ることにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的達成のため、本
発明の仮想記憶制御方法は、主記憶装置と、低速外部記
憶装置と、高速外部記憶装置とを有する計算機システム
における仮想記憶制御方法であって、高速外部記憶装置
の空き領域を検査し、該空き容量が、予め定めた第１基
準量より小さければ該第１基準量以上の空き容量が生じ
るよう高速外部記憶装置から前記低速外部記憶装置へ仮
想記憶領域の内容を転送し、前記空き容量が、前記第１
基準量より大きく前記第１基準量より大きい予め定めた
第２の基準量より小さければ、高速外部記憶装置から前
記低速外部記憶装置へ仮想記憶領域の内容を予め定めた
量転送することを特徴とする。

【００１４】また、本発明の仮想記憶制御装置は、主記
憶装置と、高速外部記憶装置および低速外部記憶装置を
有する計算機システムの仮想記憶制御装置において、前
記主記憶装置上のデータを前記高速外部記憶装置に転送
する第１の転送手段と、前記高速外部記憶装置の空き容
量があらかじめ定められた第一の基準容量以下の場合に
あらかじめ定められた第一の量の前記高速外部記憶装置
の内容を前記低速外部記憶装置へ転送する第２の転送手
段と、前記高速外部記憶装置の空き容量が前記第一の基
準容量以上かつあらかじめ定められた第二の基準容量以
下の場合にあらかじめ定められた第二の量の前記高速外
部記憶装置の内容をあらかじめ定められた時間間隔をお
いて前記高速外部記憶装置から前記低速外部記憶装置へ
転送する第３の転送手段とを有することを特徴とする。

【００１５】本発明の仮想記憶制御方法および装置の他
の構成は、後述する実施例において詳述する。

【００１６】

【作用】本発明による仮想記憶制御では、高速外部記憶
装置の空き領域が一定量以上の場合でも規定量ずつ高速
外部記憶装置から低速外部記憶装置へ仮想記憶の内容を
追い出す。これによって、負荷の変動が激しくページア
ウトが集中した場合でも、あらかじめ負荷の低いときに
マイグレーション（高速外部記憶装置から低速外部記憶
装置へ転送）しておいた領域を割当てることにより、ペ
ージアウト遅延を短縮することができる。また、高速外
部記憶装置の容量の増設と比較すると、同程度のページ
アウト遅延で、低負荷時における高速外部記憶装置の使
用率を向上させることができる。

【００１７】また、高速外部記憶領域の内容がマイグレ
ーションにより低速外部記憶装置転送された後でもアド
レス変換テーブルに高速外部記憶装置のアドレスが残っ
ていれば、その領域が他の仮想記憶領域へ割当てられる
までは、アドレス変換テーブルに残っている高速外部記
憶装置の同じ領域を再び割当てることにより再利用が可
能となる。従って、アドレス変換テーブルの高速外部記
憶割り当て情報のフィールドが他の用途に利用されてい
るか否かの再利用可能フラグを、高速外部記憶管理テー
ブルに付加することにより、マイグレーションするとき
に、高速外部記憶領域管理テーブルを参照するだけで再
利用可能か否かを判別できる。

【００１８】さらに、第２基準容量に基づくマイグレー
ション時に、再利用可能な高速外部記憶装置の領域を選
択して低速外部記憶装置へマイグレーションすることに
より、マイグレーションを開始する空き容量を高く設定
しても、ページインの際に再利用の確率が向上し、低速
外部記憶装置からのページインを増加を抑止することが
できる。

【００１９】また、高速外部記憶装置から主記憶装置へ
のページインでは、高速外部記憶装置の領域が解放され
他の仮想記憶領域に割当てられても、主記憶装置上に当
該仮想記憶領域の内容が存在するので、当該仮想記憶領
域のページアウトのときは高速外部記憶装置の別の領域
を割当てればＩ／Ｏは発生しない。これに対し、マイグ
レーションされた高速外部記憶装置の領域が他の仮想記
憶に割当てられてしまうと、低速外部記憶装置からペー
ジインする必要がある。従って、本発明では、ページイ
ンにより解放された高速外部記憶装置の領域を、高速外
部記憶装置から低速外部記憶装置へ転送したため利用可
能となった高速外部記憶装置の領域よりも優先して仮想
記憶領域に割当てる。これにより、マイグレーションを
開始する空き容量に関係なく、Ｉ／Ｏを減少させ、平均
ページイン時間を短縮することができる。

【００２０】また、高速外部記憶領域管理テーブルの使
用中のエントリのキューに対して、マイグレーションを
開始する位置を指示する第３ポインタ手段により、マイ
グレーションの判断が終了した再利用不可能な領域を管
理するテーブルエントリと、マイグレーションの判断を
していない領域を管理するテーブルエントリとを同一の
キューに配置することができ、マイグレーションのＣＰ
Ｕオーバヘッドを削減することができる。

【００２１】さらに、高速外部記憶領域管理テーブルの
利用可能なエントリのキューに対して、マイグレーショ
ンによって利用可能となったエントリの先頭位置を指示
する第６ポインタ手段により、ページインにより利用可
能となった高速外部記憶領域を、高速外部記憶装置から
低速外部記憶装置へ転送したため利用可能となった高速
外部記憶記憶領域よりも優先して割当てる処理を、利用
可能キューへのエントリの加入時の操作により容易に実
現することが実現でき、割当て処理のＣＰＵオーバヘッ
ドを削減することができる。

【００２２】また、高速外部記憶装置の容量が小さいと
きに、高速外部記憶装置からページインする可能性の低
い主記憶容量不足を起因としたスワップアウトを低速外
部記憶装置へ出力することにより、端末の入力待ちを起
因としたスワップアウトされたページの高速外部記憶装
置上に存在する時間を長くすることができ、高速外部記
憶装置から転送する割合を向上することができる。

【００２３】

【実施例】以下、この発明の一実施例を説明する。

【００２４】図１は本発明の仮想記憶制御システムを示
すブロック図である。仮想記憶装置１０４の各領域（ペ
ージ）は、主記憶装置１０１、特定命令によりアクセス
可能な高速外部記憶装置（半導体記憶装置）である拡張
記憶装置１０２、拡張記憶装置１０２に比べ低速な外部
記憶装置である磁気ディスク装置１０３のいずれか一つ
または複数の装置に割当てられる。割当てる装置の選択
制御は、仮想記憶制御装置１０５にて行う。

【００２５】仮想記憶制御装置１０５は、ページイン制
御部１１１、ページアウト制御部１１２、スワッピング
制御部１１３、マイグレーション制御部１１４、拡張記
憶領域管理部１１５、により構成される。スワッピング
制御部１１３は、スワップ原因判別部１１６を含む。ま
た、マイグレーション制御部１１４は、拡張記憶装置１
０２から磁気ディスク装置１０３への転送量を決定する
転送量調整部１１７と、拡張記憶装置１０２のうち磁気
ディスク１０３へ追い出す領域を選択する転送領域選択
部１１８とを含む。

【００２６】拡張記憶装置１０２は一定の大きさの領域
に分割され、各領域と一対一に対応付けられた拡張記憶
領域管理テーブルエントリ（ＥＳＴＥ）により管理され
る。ＥＳＴＥ１３１〜１３５は、後述するように拡張記
憶領域管理部１１５において、使用中の拡張記憶領域の
キュー１２３または利用可能（空き）拡張記憶領域のキ
ュー１２４に接続され管理される。ここで、使用中のキ
ュー１２３は、ページの内容により複数のキューに分割
しても良い。

【００２７】拡張記憶領域管理部１１５において、１３
１ａおよび１３１ｂは再利用可能領域のＥＳＴＥ、１３
２ａおよび１３２ｂは再利用不可能領域のＥＳＴＥ、１
３３ａおよび１３３ｂはマイグレーションにより解放さ
れた再利用可能領域のＥＳＴＥ、１３４ａおよび１３４
ｂはページインにより解放された領域のＥＳＴＥ、１３
５ａはマイグレーションにより解放された再利用不可能
領域のＥＳＴＥである。また、マイグレーションの開始
位置を示すポインタ１２１と、マイグレーションにより
解放された再利用可能な領域のキューの先頭のＥＳＴＥ
を示すポインタ１２２を有する。拡張記憶領域が再利用
可能か否かについては、後に詳述する。

【００２８】本発明は、拡張記憶装置１０２の空き容量
に応じて拡張記憶装置１０２から磁気ディスク装置１０
３への転送量を決定する点と、再利用可能な拡張記憶装
置の領域と再利用不可能な領域を同一の使用中キューに
配置しながら両者を区別可能にした点、マイグレーショ
ンにより解放された領域とページインにより解放された
領域を同一の利用可能キューに配置しながら両者を区別
可能にした点、およびスワップ原因に応じて転送先を変
更可能とした点とに特徴がある。

【００２９】図４に、図１のハードウェアイメージを示
す。仮想記憶制御装置１０５は、主記憶装置１０１上に
存在する。図３において、主記憶装置１０１はＣＰＵ(C
entral Processing Unit)１０６の外部に接続されてい
るが、内蔵していてもよい。拡張記憶装置１０２および
磁気ディスク装置１０３の領域は、ページ単位の大きさ
に分割され、主記憶に配置しきれないデータを格納する
仮想記憶の記憶媒体として利用される。主記憶装置１０
１と拡張記憶装置１０２との間はＣＰＵ１０６を介し
て、拡張記憶措置１０２と磁気ディスク装置１０３との
間はＣＰＵ１０６およびＩＯＰ（Input Output Process
or)１０７および主記憶装置１０１またはＣＰＵ１０６
およびＩＯＰ１０７を介して転送する。

【００３０】仮想記憶装置１０４の各領域は、アドレス
変換テーブル１４１のエントリと１対１に対応してい
る。主記憶装置１０１上のデータ領域１４４の各ページ
は、主記憶領域管理テーブル１４２のエントリと１対１
に対応している。同様に、拡張記憶装置１０２上の各ペ
ージは、拡張記憶領域管理テーブル１４３のエントリと
１対１に対応している。

【００３１】アドレス変換テーブル１４１、主記憶領域
管理テーブル１４２、拡張記憶領域管理テーブル１４３
は、それぞれ主記憶装置１０１内に存在する。

【００３２】図５にアドレス変換テーブル１４１の構造
を示す。アドレス変換テーブル１４１の各エントリは、
実記憶アドレス１５１、拡張記憶アドレス１５２、磁気
ディスクアドレス１５３および拡張記憶割当済フラグ１
５４の各フィールドを有する。を有する。

【００３３】図６に主記憶領域管理テーブル１４２の構
造を示す。主記憶領域管理テーブル１４２の各エントリ
は、仮想アドレス１５５およびページ属性フラグ１５７
の各フィールドを有する。

【００３４】図７に拡張記憶領域管理テーブル１４３の
構造を示す。拡張記憶領域管理テーブル１４３の各エン
トリは、仮想アドレス１５５および再利用可能フラグ１
５６の各フィールドを有する。図５〜図７の各テーブル
は相互に参照できる。本実施例では、主記憶アドレスお
よび拡張記憶アドレスのかわりに、テーブルのエントリ
のアドレスや番号を用いている。主記憶領域管理テーブ
ル１４２のページ属性１５７は、アドレス変換テーブル
１４１上にあってもよい。

【００３５】図５に示したアドレス変換テーブル１４１
の拡張記憶アドレス１５２および拡張記憶割当て済フラ
グ１５４は、仮想記憶の領域が拡張記憶装置１０２が割
当てられたときセットされる。マイグレーションされた
とき、すなわち拡張記憶装置１０２からその領域が磁気
ディスク装置１０３へ追い出されたとき、拡張記憶割当
て済フラグ１５４はリセットされるが、拡張記憶アドレ
ス１５２はそのまま残される。これにより、拡張記憶装
置１０２の領域がマイグレーションされても、その領域
が他の仮想記憶に割当てられるまでの間に同じ仮想記憶
領域についてページインが起こると、その領域を再利用
し、Ｉ／Ｏを削減することができる。ある仮想記憶領域
のアドレス変換テーブルの拡張記憶アドレス１５２に対
応したＥＳＴＥが、その仮想記憶領域のアドレスを保持
していれば拡張記憶装置１０２の当該領域は再利用可能
である。

【００３６】テーブルの各エントリはページ単位に設け
られるため、テーブルの領域として多くの主記憶領域が
使われる。そこで、主記憶領域を節約するため、アドレ
ス変換テーブル１４１の拡張記憶アドレス１５２のフィ
ールドを他の用途に利用する場合がある。例えば、磁気
ディスク装置１０３を二重化した場合、二重化した磁気
ディスク装置のアドレスと拡張記憶アドレス１５２とで
同じフィールドを共有する。また、仮想入出力のバッフ
ァでは、磁気ディスクアドレスの代わりにファイル中の
位置とファイルの識別番号とをアドレス変換テーブル１
４１に格納する必要がある。この場合には、拡張記憶ア
ドレス１５２のフィールドをファイルの識別番号の格納
に利用する。

【００３７】拡張記憶アドレス１５２のフィールドを他
の用途に利用した場合、拡張記憶装置１０２が割当てら
れたときは拡張記憶アドレス１５２を保持しているが、
マイグレーションされると例えば磁気ディスクアドレス
１５３を保持する。このようにマイグレーションされた
場合は拡張記憶アドレス１５２を失ってしまうため、ア
ドレス変換テーブル１４１から以前割当てられていた拡
張記憶領域を求めることができず、拡張記憶領域の再利
用は不可能である。

【００３８】したがって、マイグレーションの対象とな
る領域として、再利用可能な領域を選択した方が、再度
拡張記憶装置１０２へページインする際に処理が簡略化
され、好ましい。再利用可能な領域のみを選択してマイ
グレーションするためには、再利用可能な領域と不可能
な領域を、マイグレーションに先だって判断する必要が
ある。そこで、拡張記憶領域管理テーブル１４３（図
７）の各エントリに、そのエントリに対応した領域に格
納するデータが、拡張記憶アドレス１５２の領域を他の
用途に利用しているか否かを示す再利用可能フラグ１５
６をもたせる。再利用可能フラグ１５６は、拡張記憶装
置１０２へページアウトするとき、二重化または仮想入
出力などのページの属性を示すフラグ１５７（図６）を
参照しセットする。

【００３９】再利用可能フラグ１５６がセットされてい
なければ、拡張記憶装置１０２の空き領域に余裕がある
マイグレーションの場合、マイグレーションの対象から
外す。これにより再利用可能な領域のみをマイグレーシ
ョンできるため、マイグレーションを開始する空き容量
（第２基準空き容量）を高く設定しても、磁気ディスク
装置１０３からのページインの増加を防ぐことができ
る。

【００４０】次に、仮想記憶制御装置１０５の各制御部
の処理について説明する。まず、マイグレーション制御
部１１４の処理について説明する。

【００４１】図８に、マイグレーション処理のフローチ
ャートを示す。マイグレーションは、ページアウト処理
の完了時、または資源集中管理プログラムにより一定間
隔をおいて起動される。起動時の空き容量により、２段
階の処理に分かれる。このマイグレーション処理を説明
する前に、この処理に用いる拡張記憶制御テーブル１６
０の構成を図９により説明する。拡張記憶制御テーブル
１６１は、図１には示さなかったが、拡張記憶領域管理
部１５５内に設けられる。

【００４２】図９に示すように、拡張記憶制御テーブル
１６０は、マイグレーションを開始する空き容量の基準
値として、第１基準空き容量１６１と、第２基準空き容
量１６２の２つを持つ。その他、拡張記憶装置のページ
ングデータ格納容量１６３、拡張記憶装置の空き容量１
６４、使用中キュー１２３の末尾ポインタ１６６、マイ
グレーション開始ポインタ１２１、使用中キューの先頭
藻インタ１６５、利用可能キュー１２４の末尾ポインタ
１６８、マイグレーション開放領域先頭ポインタ１２
２、利用可能キュー１２４の先頭ポインタ１６７を持
つ。この拡張記憶制御テーブル１６０の各ポインタと拡
張記憶領域管理テーブル１４３（図７）の各エントリ
（１３１〜１３５）との関係も図９に示す。

【００４３】さて、図８のマイグレーション処理におい
て、まず、空き容量１６３が第１基準空き容量１６１以
下の場合は（ステップ３０１）、使用中領域のキュー１
２３の先頭のＥＳＴＥに対応した領域１３２ｃから（す
なわちページアウトされた時刻の古い順に）、第１レベ
ル空き容量と現在の空き容量との差の容量分だけ、拡張
記憶装置から主記憶を経由して磁気ディスク装置へデー
タを転送する（ステップ３０２）。転送後、当該領域が
再利用可能領域であれば（ステップ３０３）、利用可能
キューの末尾ポインタ１６８の示すＥＳＴＥ１３３ａの
次に末尾の領域として追加し、拡張記憶装置１０２の当
該領域を解放する（ステップ３０４）。また、再利用不
可能な領域のＥＳＴＥは、利用可能キュー１２４の先頭
ポインタ１６７の示すＥＳＴＥ１３５ａの前に先頭の領
域として追加する（ステップ３０５）。これにより、こ
の先頭の領域は、ページインにより解放された領域１３
４ａ，１３４ｂより優先して他の仮想記憶のページに割
当てられることになる。

【００４４】空き容量が第１基準空き容量１６１以上第
２基準空き容量１６２以下の場合は（ステップ３０
６）、一定の起動間隔をおいて一定量のマイグレーショ
ンを行う。前回のマイグレーション起動から起動間隔に
達していないときは、マイグレーションを行わない（ス
テップ３０７）。起動間隔は、数秒程度を想定している
が、マイグレーション処理のＣＰＵオーバヘッドと空き
容量の変動割合を考慮し設定する。１回の起動によりマ
イグレーションされる量は、ファイルへのＩ／Ｏを妨げ
ないようにするため、ぺージングＩ／Ｏによるチャネル
および磁気ディスクの使用率を１００％未満とする範囲
で設定する（ステップ３０８）。また、１回の起動によ
りマイグレーションされる量は、空き容量に応じて変更
してもよい。

【００４５】マイグレーション開始ポインタ１２１の指
すＥＳＴＥ１３１ｂから使用中キュー１２３を順に（図
では右から左に）たどって再利用可能か否かを調べ、再
利用可能な領域であれば磁気ディスク装置１０３に転送
する（ステップ３０９）。なお、使用中キュー１２３の
末尾には、後述するページアウト処理により新たなＥＳ
ＴＥが追加されていく。磁気ディスク装置１０３への転
送後、当該ＥＳＴＥを利用可能キュー１２４の末尾ポイ
ンタ１６８の示すＥＳＴＥ１３３ａの次に新たな末尾Ｅ
ＳＴＥとして追加し、転送した拡張記憶領域を解放する
（ステップ３１０）。再利用不可能な領域であれば、Ｅ
ＳＴＥはそのまま使用可能なキュー１２３に残す。マイ
グレーション完了後は、調べ終ったＥＳＴＥの次のＥＳ
ＴＥにマイグレーション開始ポインタ１２１を移動する
（ステップ３１１）。これにより、マイグレーション開
始ポインタ１２１の前（図では右側）には、再利用不可
能な領域のＥＳＴＥのみが残る。

【００４６】次に、ページアウト制御部１１２の処理に
ついて説明する。図１０に、本実施例のページアウト処
理のフローチャートを示す。

【００４７】拡張記憶装置１０２に空き領域があるかど
うかを調べ（ステップ４０１）、空き領域がなければ磁
気ディスク装置１０３に主記憶の内容を転送する（ステ
ップ４０２）。空き領域があれば、利用可能キュー１２
４の先頭のＥＳＴＥ１３５ａに対応した領域を割当て
て、そのＥＳＴＥを使用中キュー１２３の末尾ポインタ
１６６の示すＥＳＴＥ１３３ａの次に移動し（ステップ
４０３）、割当てた領域に主記憶の内容を転送する（ス
テップ４０４）。このとき、ページインにより解放され
た領域を管理するＥＳＴＥが、マイグレーションにより
解放された領域を管理するＥＳＴＥよりキューの前方に
位置するため、利用可能キュー１２４の先頭のＥＳＴＥ
の示す拡張記憶領域を割当てることにより、マイグレー
ションによって解放された領域よりページインにより解
放された領域が優先して割り当てられる。ページインに
よって解放された拡張記憶領域は、その拡張記憶領域が
他の仮想記憶領域に割当てられても、先に当該拡張記憶
領域に存在したページは主記憶装置に取り込まれてお
り、そのページへのアクセスは何ら問題なく、そのペー
ジのページアウト時も、ＣＰＵ命令により高速に実行さ
れる。しかし、マイグレーションによって解放された拡
張記憶領域が他の仮想記憶領域に割当られると、マイグ
レーションにより追い出されたページは磁気ディスク装
置にのみ存在することになるので、当該ページへのアク
セス時にはＩ／Ｏ命令により主記憶装置へ転送しなけれ
ばならない。そのため、マイグレーションによって解放
された拡張記憶領域を拡張記憶装置に残すことにより、
ページングＩ／Ｏを削減することができる。

【００４８】また、拡張記憶アドレス１５２のフィール
ドを他の用途に利用しているか否かをアドレス変換テー
ブル１４１のページ判別フラグ１５７等により調べ（ス
テップ４０５）、利用していなければ再利用可能フラグ
１５６をセットする（ステップ４０６）。転送後は、主
記憶領域を解放する（ステップ４０７）。

【００４９】次に、ページイン制御部１１１の処理につ
いて説明する。図１１に、本実施例のページイン処理の
フローチャートを示す。

【００５０】主記憶領域を仮想記憶領域に割当てたのち
（ステップ５０１）、ページインするデータが拡張記憶
装置１０２に存在するかどうか、すなわち、拡張記憶装
置１０２を割当て済（使用中キュー１２３内）または再
利用可能（利用可能なキュー１２４内）であるかどう
か、を調べる（ステップ５０２）。存在しなければ磁気
ディスクからページインする（ステップ５０３）。存在
すれば、当該ページのデータを拡張記憶装置１０２から
主記憶装置１０１に転送後（ステップ５０４）、転送し
た拡張記憶領域に対応したＥＳＴＥを使用中のキューか
ら利用可能キュー１２４のマイグレーション解放領域ポ
インタ１２２が示すＥＳＴＥ（図７の１３３ｂ）の前の
位置に移動する（ステップ５０５）。この操作により、
利用可能キュー１２４において、ページインにより解放
された領域のＥＳＴＥ１３４ａおよび１３４ｂは、マイ
グレーションにより解放された領域のＥＳＴＥ１３３
ａ、１３３ｂの前方に配置される。以降、拡張記憶領域
を割当てる場合は、利用可能キュー１２４の先頭のＥＳ
ＴＥに対応した領域を割当てることにより、ページイン
により解放された領域をマイグレーションにより解放さ
れた領域より優先して割当てることができる。

【００５１】また、ページインする拡張記憶領域を管理
するＥＳＴＥをマイグレーション開放領域ポインタ１２
２が指していれば、換言すれば、マイグレーション解放
領域ポインタ１２２が指しているＥＳＴＥの領域のデー
タがページインされた場合（ステップ５０６）、マイグ
レーション開放領域ポインタ１２２を次のマイグレーシ
ョンにより解放された拡張記憶領域を管理するＥＳＴＥ
に移動する（ステップ５０７）。

【００５２】最後に、スワップ制御部１１３の処理につ
いて説明する。図１２に、本発明のスワップ処理のフロ
ーチャートを示す。

【００５３】拡張記憶装置１０２の容量が十分存在し、
スワップアウトされたデータがマイグレーションされる
までの時間が十分確保される場合は（ステップ６０
１）、メモリ不足を原因としてスワップアウトされたデ
ータの殆どがマイグレーションされる前にスワップイン
されることが期待できる。このような場合では、スワッ
プアウトする原因にかかわらず、拡張記憶装置１０２に
空き領域があれば（ステップ６０２）拡張記憶装置へス
ワップアウトし（ステップ６０３）、空き領域がない場
合のみ磁気ディスク装置にスワップアウトする（ステッ
プ６０４）。

【００５４】一方、拡張記憶装置の容量が十分でない場
合は、資源集中管理から起動時に入力パラメタとして受
け取ったスワップアウトの原因を調べる（ステップ６０
５）。メモリ不足を原因としてスワップアウトされるデ
ータであれば、拡張記憶装置に割当て可能であっても、
磁気ディスク装置へ出力する（ステップ６０６）。端末
入出力待ちなどその他の原因であれば、拡張記憶装置１
０２に空き領域があれば拡張記憶装置へスワップアウト
する（６０３）。

【００５５】拡張記憶の容量が十分であるか否かは、以
下の基準により判断する。メモリ不足を原因としてスワ
ップアウトされたデータがスワップインされるまでの平
均時間が、拡張記憶装置に出力されてからマイグレーシ
ョンされるまでの時間より短ければ、拡張記憶装置から
スワップインされることが期待できる。拡張記憶装置に
出力されてからマイグレーションされるまでの時間は、
拡張記憶容量／ページアウト頻度で近似できる。従っ
て、メモリ不足を原因としてスワップアウトされたデー
タがスワップインされるまでの平均時間と、拡張記憶装
置へのページアウト頻度を測定し、拡張記憶容量が、
（メモリ不足を原因としてスワップアウトされたデータ
がスワップインされるまでの平均時間）＊平均ページア
ウト頻度より少なければ、拡張記憶装置からスワップイ
ンされることが期待できないので磁気ディスクに出力
し、他のデータの拡張記憶装置からの入力の可能性を増
やす。

【００５６】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、負荷の
変動が激しい場合において高速外部記憶装置を有効利用
し高速外部記憶装置の容量を増やさずとも高負荷時の高
速外部記憶装置の空き領域の供給不足を解消できるとと
もに、低速外部記憶装置からの転送を削減することがで
き、仮想記憶制御方式の計算機システムの性能を向上さ
せることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の仮想記憶制御システムの構成を示すブ
ロック図

【図２】従来の仮想記憶制御システムの構成を示すブロ
ック図

【図３】従来のマイグレーション制御方式を示したフロ
ーチャート

【図４】本発明の仮想記憶制御システムのハードウェア
イメージ図

【図５】アドレス変換テーブルの構成を示す図

【図６】主記憶管理テーブルの構成を示す図

【図７】拡張記憶管理テーブルの構成を示す図

【図８】本発明のマイグレーション制御方式を示したフ
ローチャート

【図９】拡張記憶制御テーブルおよび拡張記憶領域管理
テーブルの関連図

【図１０】本発明のページアウト制御方式を示したフロ
ーチャート

【図１１】本発明のページイン制御方式を示したフロー
チャート

【図１２】本発明のスワップ制御方式を示したフローチ
ャート

【符号の説明】

１０１…主記憶装置、１０２…拡張記憶装置、１０３…
磁気ディスク装置、１０４…仮想記憶装置、１０５…仮
想記憶制御装置、１０６…ＣＰＵ（中央処理装置）、１
０７…ＩＯＰ（入出力処理装置）、１１１…拡張記憶領
域管理部、１１２…ページイン制御部、１１３…ページ
アウト制御部、１１４…スワッピング制御部、１１５…
マイグレーション制御部、１１６…スワップ原因判別
部、１１７…転送量調整部、１１８…転送拡張記憶領域
選択部、１２１…マイグレーション開始ポインタ、１２
２…マイグレーション解放領域ポインタ、１２３…使用
中の拡張記憶領域を管理するテーブルのキュー、１２４
…利用可能な拡張記憶領域を管理するテーブルのキュ
ー、１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃ、１３１ｄ、１３１
ｅ…使用中の再利用可能な拡張記憶領域を管理するテー
ブル、１３２ａ、１３２ｂ、１３２ｃ、１３２ｄ…使用
中の再利用不可能な拡張記憶領域を管理するテーブル、
１３３ａ、１３３ｂ、１３３ｃ、１３３ｄ…マイグレー
ションにより解放された再利用可能な拡張記憶領域を管
理するテーブル、１３４ａ、１３４ｂ、１３４ｃ、１３
４ｄ…ページインにより解放された拡張記憶領域を管理
するテーブル、１３５ａ、１３５ｂ…マイグレーション
により解放された再利用不可能な拡張記憶領域を管理す
るテーブル、１４１…アドレス変換テーブル、１４２…
主記憶管理テーブル、１４３…拡張記憶管理テーブル、
１４４…主記憶中のデータ格納領域、１５１…実記憶ア
ドレス、１５２…拡張記憶アドレス、１５３…磁気ディ
スクアドレス、１５４…拡張記憶割当て済フラグ、１５
５…仮想記憶アドレス、１５６…再利用可能フラグ、１
５７…ページ属性フラグ、１６０…拡張記憶制御テーブ
ル、１６１…第１基準空き容量、１６２…第２基準空き
容量、１６３…拡張記憶装置のページングデータ格納容
量、１６４…拡張記憶装置の空き容量、１６５…使用中
キューの先頭の拡張記憶管理テーブルを示すポインタ、
１６６…使用中キューの末尾の拡張記憶管理テーブルを
示すポインタ、１６７…利用可能キューの先頭の拡張記
憶管理テーブルを示すポインタ、１６８…利用可能キュ
ーの末尾の拡張記憶管理テーブルを示すポインタ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】主記憶装置と、低速外部記憶装置と、高速
外部記憶装置とを有する計算機システムにおける仮想記
憶制御方法であって、高速外部記憶装置の空き領域を検査し、該空き容量が、予め定めた第１基準量より小さければ該
第１基準量以上の空き容量が生じるよう高速外部記憶装
置から前記低速外部記憶装置へ仮想記憶領域の内容を転
送し、前記空き容量が、前記第１基準量より大きく前記第１基
準量より大きい予め定めた第２の基準量より小さけれ
ば、高速外部記憶装置から前記低速外部記憶装置へ仮想
記憶領域の内容を規定量転送することを特徴とする仮想
記憶制御方法。
【請求項２】前記規定量は、前記空き容量に応じて可変
としたことを特徴とする請求項１記載の仮想記憶制御方
法。
【請求項３】高速外部記憶装置の空き容量の前記第１基
準量についての検査は、少なくとも主記憶装置から高速
外部記憶装置への仮想記憶領域の内容の転送後に起動
し、前記第２基準量についての検査は、少なくとも予め
定められた一定時間間隔毎に起動することを特徴とする
請求項１記載の仮想記憶制御方法。
【請求項４】前記第１基準量より大きく前記第１基準量
より大きい予め定めた第２の基準量より小さいときに行
う転送の対象となる高速外部記憶装置の領域として、再
利用可能な領域を選択することを特徴とする請求項１記
載の仮想記憶制御方法。
【請求項５】主記憶装置と、高速外部記憶装置および低
速外部記憶装置を有する計算機システムの仮想記憶制御
装置において、前記主記憶装置上のデータを前記高速外部記憶装置に転
送する第１の転送手段と、前記高速外部記憶装置の空き容量があらかじめ定められ
た第一の基準容量以下の場合にあらかじめ定められた第
一の量の前記高速外部記憶装置の内容を前記低速外部記
憶装置へ転送する第２の転送手段と、前記高速外部記憶装置の空き容量が前記第一の基準容量
以上かつあらかじめ定められた第二の基準容量以下の場
合にあらかじめ定められた第二の量の前記高速外部記憶
装置の内容をあらかじめ定められた時間間隔をおいて前
記高速外部記憶装置から前記低速外部記憶装置へ転送す
る第３の転送手段とを有することを特徴とする仮想記憶
制御装置。
【請求項６】前記低速外部記憶装置へ転送する前記高速
外部記憶装置の内容の前記第２の量を、前記高速外部記
憶装置の空き容量に応じて変更する転送量調整手段を有
することを特徴とする請求項５記載の仮想記憶制御装
置。
【請求項７】前記高速外部記憶装置として特定命令によ
りアクセス可能な半導体記憶装置である拡張記憶装置を
用いるとともに、前記低速外部記憶装置として磁気ディ
スク装置を用いる請求項５記載の仮想記憶制御装置。
【請求項８】各仮想記憶領域が前記主記憶装置、前記高
速外部記憶装置および前記低速外部記憶装置のいずれの
記憶装置のいずれの領域に割り当てられているかを管理
するアドレス変換テーブルと、前記高速外部記憶装置の
各領域がどの仮想記憶領域に割り当てられているかを示
す割り当て情報を各エントリに格納して管理する高速外
部記憶領域管理テーブルとを有し、各領域が再利用可能
か否かを表わす再利用可能フラグを前記高速外部記憶領
域管理テーブルに設け、前記第１の転送手段が転送を行
う際、当該再利用可能フラグを設定し、前記第３の転送
手段が転送を行う際、前記再利用可能フラグを参照して
再利用可能な使用中領域を選択して当該データを前記低
速外部記憶装置へ転送することを特徴とする請求項５記
載の仮想記憶制御装置。
【請求項９】前記高速外部記憶装置の各領域が再利用可
能か否かは、前記アドレス変換テーブルにおいて、前記
第２または第３の転送手段が前記高速外部記憶装置から
前記低速外部記憶装置への転送を行う際に仮想記憶領域
の高速外部記憶領域への割り当て情報が消失するか否か
により決定されることを特徴とする請求項８記載の仮想
記憶制御装置。
【請求項１０】前記高速外部記憶領域管理テーブルの使
用中領域のエントリを連結した使用中キューを構成する
手段と、該使用中キューの先頭を指示する第１ポインタ
手段と、前記使用中キューの末尾を指示する第２ポイン
タ手段と、前記第３の転送手段が再利用可能か否かの検
査を開始するエントリを指示する第３ポインタ手段とを
有し、前記第１転送手段による転送を受けた高速外部記
憶領域のエントリは前記使用中キューの末尾に接続され
るとともに、前記第２の転送手段による転送の対象とし
て前記使用中キューの先頭のエントリから順に選択され
ることを特徴とする請求項８記載の仮想記憶制御装置。
【請求項１１】前記高速外部記憶装置上のデータを前記
主記憶装置へ転送する第４の転送手段と、前記高速外部
記憶領域管理テーブルの利用可能領域のエントリを連結
した利用可能キューを構成する手段と、該利用可能キュ
ーの先頭を指示する第４ポインタ手段と、前記利用可能
キューの末尾を指示する第５ポインタ手段と、前記第３
の転送手段が転送を開始する高速外部記憶領域のエント
リを指示する第６ポインタ手段とを有し、前記第３の転
送手段により転送された高速外部記憶領域のエントリは
前記利用可能キューの末尾に接続され、前記第４の転送
手段が転送した高速外部記憶領域のエントリは前記利用
可能キューの第６ポインタ手段が指示するエントリの直
前に挿入され、前記第１の転送手段による転送先の高速
外部記憶領域としては前記利用可能キューの先頭のエン
トリの高速外部記憶領域が割り当てられることを特徴と
する請求項８または１０記載の仮想記憶制御装置。
【請求項１２】主記憶装置と、高速外部記憶装置および
低速外部記憶装置を有する計算機システムの仮想記憶制
御装置において、前記主記憶装置へ転送した仮想記憶領域の内容を保持し
ていた前記高速外部記憶装置の領域を、前記高速外部記
憶装置から前記低速外部記憶装置へ転送した仮想記憶領
域の内容を保持していた前記高速外部記憶装置の領域よ
りも優先して、他の仮想記憶領域に割当てる手段を有す
る仮想記憶制御装置。
【請求項１３】前記高速外部記憶装置と前記低速外部記
憶装置とを仮想記憶の記憶媒体とし、前記主記憶領域が
不足した場合に前記主記憶装置から前記高速外部記憶装
置へデータを転送するスワッピング手段と、前記高速外
部記憶装置から前記低速外部記憶装置へのデータ転送手
段とを有する計算機システムの仮想記憶制御装置におい
て、スワップアウトの原因を判別する手段を有し、前記高速
外部記憶装置の容量が予め定められた容量以下の場合、
前記判別手段により端末の入力待ちを起因としてスワッ
プアウトされたと判断されたページは前記高速外部記憶
装置に出力し、前記判別手段により主記憶容量不足を起
因としてスワップアウトが必要と判断されたページは前
記低速外部記憶装置へ出力する手段を有することを特徴
とする仮想記憶制御装置。