CN101107591B - 计算机系统和用于启动其中的基本程序的方法 - Google Patents

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Abstract

一种能够执行用于提供程序执行环境的基本程序的计算机系统。该系统包括：存储设备，用于为每个基本程序存储基本程序在启动过程中所必需的数据和指示与启动过程中所必需的数据相关的信息的配置数据。在计算机系统中，从存储设备中读取与将要启动的基本程序相关的配置数据，根据被写入配置数据中的信息从存储设备中获取启动过程中所必需的数据，将启动过程中所必需的数据存储在可以由将要启动的基本程序访问的、存储器设备中的存储空间中，并执行用于启动所指定的基本程序的处理。

Description

计算机系统和用于启动其中的基本程序的方法
技术领域
本发明涉及一种能够执行多个基本程序的计算机系统，以及一种用于执行计算机系统的基本程序的方法。
背景技术
为了提高处理速度而设置多个程序执行元件、例如CPU(中央处理单元)的近来的计算机系统已经得到开发。这样的具备多个程序执行元件的计算机系统具有多个不同的基本程序(操作系统)，并且原则上可以由程序执行元件执行。
然而，当执行多个不同的基本程序时，对计算机系统的硬件资源(例如硬盘设备、显示设备)的访问变得难以控制，并且用于稳定地运行系统的处理变得复杂化。
因此，利用其中已经去掉了所谓I/O系统的基本程序，并在基本程序当中共享单一的I/O系统，可以防止每个基本程序直接访问硬件资源。在此情况下，可以仅在I/O系统中控制对硬件资源的访问。
发明内容
发明所要解决的技术问题
然而，当从基本程序去掉I/O系统时，将发生这样的问题，即不能从硬盘设备等将启动基本程序时所必要的数据读入存储器。
在所谓的微内核技术中，将用于控制对硬件资源的访问的程序作为子系统与基本程序主体分开安装，并且将必要的最小功能作为基本程序主体安装，并且其中存在这样的技术：一旦基本程序启动就变得必要的数据由基本程序加载器(loader)管理(例如，参见日本专利申请公开No.6-324849)。
然而，在此技术中，将引导盘(boot volume)提供给存储器，并由基本程序内核读取将在系统启动时启动的程序数据。也就是说，必须为每个基本程序准备用于读取程序数据的引导加载器。此外，必须向存储器提供引导盘，并且在引导过程中使用大量存储器。
因此，当用于启动多个不同的基本程序时，用于启动基本程序的传统微内核方法在安装和处理方面不是很有效。
解决技术问题的技术方案
本发明是在考虑到上述状况的情况下而设计的，并且本发明的目的是提供一种计算机系统，它能够简单而有效地启动不具有I/O系统的基本程序。
本发明提供一种能够执行用于提供程序执行环境的基本程序的系统，该系统包括：存储设备，用于为每个基本程序存储基本程序在启动过程中所必需的数据和指示与启动过程中所必需的数据相关的信息的配置数据；资源管理器，用于控制对包括存储设备在内的硬件资源的访问请求；存储器设备，能够为每个基本程序设定存储空间，并且每个存储空间可以由至少一个基本程序访问；和启动辅助单元，用于从存储设备中读取与将要启动的基本程序相关的配置数据，根据被写入配置数据中的信息从存储设备中获取启动过程中所必需的数据，将启动过程中所必需的数据存储在可以由将要启动的基本程序访问的存储器设备中的存储空间中，并执行用于启动所指定的基本程序的处理。
附图说明
图1是示出本发明实施例的计算机系统的示例的方框图；
图2是示出本发明实施例的配置数据的内容示例的说明图；
图3是示出本发明实施例的用于启动基本程序的处理示例的流程图；
图4是示出本发明实施例的、基本程序在存储器节约优先模式下的启动处理示例的流程图；
图5是示出本发明实施例的指示初始读取数据的位置的数据示例的说明图；
图6是本发明实施例的、基本程序在速度优先模式下的启动处理示例的流程图。
具体实施方式
以下将参考附图阐述本发明的实施例。如图1所示，本发明实施例的计算机系统包括控制器11、存储器单元12、输入/输出单元13、外部存储器单元14、存储单元15、操作单元16和显示单元17。
控制器11、例如处理器从外部存储器介质读出程序，存储在外部存储器单元14中，并执行存储在存储器单元12中的程序。本实施例的控制器11包括多个程序执行元件，从而可以并行执行多个基本程序。控制器11读取基本程序并执行用于启动程序的加载程序。下面将详细阐述控制器11的操作。
存储器单元12是包括RAM(随机存取存储器)和其它存储器元件的存储器设备，保存由控制器11执行的程序。该程序可以在DVD-ROM或其它计算机可读记录介质上提供。存储器单元12还充当工作存储器，用于保存控制器11执行操作时所必需的数据。
输入/输出单元13是所谓的桥接芯片，被连接至控制器11、外部存储器单元14、存储单元15和操作单元16。输入/输出单元13根据从控制器11输入的指令，为控制器11输出的信号(输出信号)选择输出地址，并向所选择的输出地址选择性地输出来自控制器11的输出信号。输入/输出单元13还向控制器11输出从外部存储器单元14、存储单元15和操作单元16输入的信号。
外部存储器单元14从蓝光盘、DVD或其它外部记录介质读取所记录的信息，并经由输入/输出单元13将所记录的信息输出至控制器11。存储单元15是硬盘等，存储由控制器11执行的程序、由控制器11使用的数据等。在本实施例中，每个基本程序的配置数据被存储在存储单元15上。下面将详细阐述所述配置数据。外部存储器单元14和存储单元15对应于本发明的存储设备的示例。
操作单元16是由用户操作的游戏控制器、鼠标、键盘等，向控制器11输出与该操作相关的信息。
显示单元17是根据从控制器11输入的指令创建图像的图形处理板等，向外部连接的显示器(例如家庭电视设备)输出与所产生的图像相关的信息，并显示该图像。
下面将阐述控制器11的加载程序的操作。在控制器11中，已经执行了对应于I/O系统的设备驱动器(包括网络驱动器)、用于执行与文件系统相关的处理的程序、用于传输与网络通信相关的数据和其它类型数据的堆栈(LIFO，后进先出)或管道(FIFO，先进先出)、以及其它用于执行维护的程序等等。
基本程序从加载程序接收对指示在启动基本程序时所必需的初始读取数据的位置的请求，并根据该请求向加载程序输出指示数据位置的数据。在基本程序中安装处理器通信处理，以便进行与其它处理器的通信。
当从用户接收指令时，控制器11读取加载程序并开始执行加载程序。执行加载程序的控制器11作为一种加载处理而运行。在本实施例中，加载处理与I/O系统处理(I/O处理)通信并从外部存储器单元14、存储单元15等读取数据。I/O处理对应于用于控制对硬件资源的访问请求的资源管理器。
加载处理向I/O处理请求读取与将要启动的基本程序相关联地存储的存储单元15中的配置数据。如图2所示，配置数据涉及用于识别基本程序的信息(ID)，包含与执行环境的资源相关的信息，该信息包括CPU时间CT、所使用的存储器量MS、虚拟地址空间大小VS、以及与引导设备相关的信息B(指定引导设备以及吞吐量、延迟、高速缓冲存储器大小信息和其它与引导设备相关的信息)。作为启动基本程序中所涉及的信息，配置数据还包括数据指定列表L和启动内核参数P(运行标准设定等)，所述数据指定列表L用于指定在启动过程中将被读入存储器的数据(下面称之为“初始读取数据”；所述数据指定列表L还包括与每种数据的大小有关的信息(SIZ))。
用于指定引导设备的信息是用于识别使得基本程序被读取的设备的信息，例如识别外部存储器单元14或存储单元15。可以将署名信息和其它认证信息事先添加在配置信息中，并且加载处理可以使用该认证信息来验证配置数据是否有效。当确定数据无效时(验证失败)时，取消启动基本程序的处理。
加载处理还执行图3所示的处理。也就是说，参照与所使用的存储器量MS相关的信息，加载处理在存储器单元12中保留存储区域(S1)。加载处理接着获取与基本程序的大小相关的信息(S2)。加载处理在存储器单元12中为I/O系统保留高速缓冲存储器(S3)。然后确定高速缓冲存储器的大小是否小于在步骤S2中所获取的基本程序的大小(S4)。当在配置数据内的、与引导设备相关的信息中指示了高速缓冲存储器的大小时，可以保留高速缓冲存储器的指定量，并在步骤S4中判断所指示的大小是否小于在步骤S2中所获取的基本程序的大小。
然后，作为加载处理的一个步骤，当高速缓冲存储器的大小小于基本程序的大小时，控制器11以存储器节约优先模式开始启动处理(S5)。当步骤S4中的高速缓冲存储器的大小不小于基本程序的大小时，控制器11以速度优先模式开始启动处理(S6)。
下面将描述存储器节约优先模式下的启动处理(步骤S5)和速度优先模式下的启动处理(步骤S6)。
首先，参考图4描述存储器节约优先模式下的启动处理。在存储器节约优先模式下，加载处理指示I/O处理从由配置数据指定的引导设备中读取基本程序，并且I/O处理从引导设备中读取基本程序(S11)。加载处理将由I/O处理读取的基本程序存储在存储器单元12中所保留的存储区域中(S11)。参照数据指定列表L，加载处理指示I/O处理从引导设备中读取包括在所述列表中的初始读取数据，并且I/O处理从引导设备中读取初始读取数据(S12)。加载处理开始执行基本程序，并且所述基本程序启动(S13)。当基本程序启动时，作为加载程序的处理的加载处理产生请求，以指定将要向基本程序输出的初始读取数据的位置(S14)。
响应于该请求，在基本程序中输出与初始读取数据的位置相关的信息(S15)。加载处理从基本程序接收与初始读取数据的位置相关的信息。如图5所示，该位置信息与指定初始读取数据的每个类型的信息相关联，并指示该位置在存储器上的起始地址的值。
加载处理将在步骤S12中所读取的初始读取数据存储在存储器单元12中的存储区域的指定位置处(S16)。然后基本程序使用该存储区域中的初始读取数据继续启动处理(S17)。用于UNIX(商标)的初始读取数据的示例包括应初始启动的处理的程序数据(“init”等)和配置数据(“rc”等)。
下面将描述速度优先模式下的启动处理。在速度优先模式下，如图6所示，加载处理指示I/O处理从由配置数据指定的引导设备的起始块中拷贝和读取尽可能多地向存储器单元12中所保留的高速缓冲存储器读取的数据。根据这些指示，I/O处理从引导设备的起始块中拷贝尽可能多地向高速缓冲存储器读取的数据(S21)。
然后加载处理开始读取基本程序的处理。由于基本程序的数据已经被读取至高速缓冲存储器，因此高速缓冲存储器中的基本程序被存储在在步骤S1中存储器单元12中所保留的存储区域中(S22)。I/O处理和加载处理可以并行执行，并且I/O处理不必一定在加载处理开始读取基本程序的处理的阶段完成基本程序的读取。
参照数据指定列表L，加载处理指示I/O处理从引导设备中读取包括在所述列表中的初始读取数据，并且I/O处理从引导设备中读取初始读取数据(S23)。即使在读取初始读取数据时，至少一些可能已经提前被加载到高速缓冲存储器中，从而可以减少读取时间。
然后加载处理启动基本程序(S24)。当基本程序启动时，加载处理向基本程序输出请求，请求指定初始读取数据的位置(S25)。然后基本程序输出与初始读取数据的位置相关的信息(S26)。
加载处理从基本程序接收与初始读取数据的位置相关的信息。与位置相关的信息与图5所示的存储器节约优先模式下的信息相同。加载处理将在步骤S23中所读取的初始读取数据存储在存储器单元12中的存储区域的指定位置处(S27)。然后基本程序使用该存储区域中的初始读取数据继续启动处理(S28)。
在本实施例中，响应于所保留的高速缓冲存储器的大小，来切换数据读取单元，以使数据在存储器节约优先模式下被个别读取或在速度优先模式下被一齐读取(即，提前写入高速缓冲存储器的尽可能多的数据)。
在本实施例中，分别在单独的线程(thread)中执行与读取基本程序相关的步骤S11、22中的加载处理和I/O处理的处理、以及与读取初始读取数据相关的步骤S12、24中的处理。可以异步地读取基本程序和初始读取数据。
也可以在单独的线程中异步地执行用于读取初始读取数据的处理和用于启动基本程序的处理(步骤S13和步骤S25)。
根据本实施例，初始读取数据可以被写入可以由正在启动的基本程序访问的存储区域，并且可以使用初始读取数据执行用于启动基本程序的处理。因此，在本实施例中，可以简单而有效地启动不具有I/O系统的基本程序。
配置数据可以与基本程序一起被存储在由外部存储器单元14读取的外部存储介质中。在此情况下，控制器11检测出外部存储介质已经被设置于外部存储器单元14中，开始执行加载程序，并启动加载处理。然后加载处理为I/O处理保留高速缓冲存储器，当所保留的高速缓冲存储器的大小大于预定阈值时开始速度优先模式下的处理，并从外部存储介质的起始块向I/O处理拷贝和读取向高速缓冲存储器读取的尽可能多的数据。在图4和6所示的处理中，描述了在启动基本程序之前提前读取配置数据。然而，也可以在启动基本程序的处理开始之后读取配置数据。在此情况下，在启动基本程序的处理开始之后读取由配置数据指示的初始读取数据。
然后，加载处理从高速缓冲存储器读取配置数据和基本程序数据，并且根据配置数据在存储器单元12中保留存储区域。加载处理将基本程序存储在存储器单元12中所保留的存储区域中，并且，参照包括在所读取的配置数据中的数据指定列表L，向I/O处理读取包括在列表中的初始读取数据。
然后，加载处理启动基本程序并请求与初始读取数据的位置相关的信息。加载处理从基本程序接收与初始读取数据的位置相关的信息，并将初始读取数据存储在存储器单元12中的存储区域的指定位置处。
另一方面，当所保留的高速缓冲存储器的大小小于预定阈值时，在存储器节约优先模式下，向I/O系统读取配置数据，并且根据配置数据在存储器单元12中保留存储区域。然后，加载处理向I/O系统读取基本程序数据，并且将基本程序数据存储在所保留的存储区域中。
然后，加载处理启动基本程序并请求与初始读取数据的位置相关的信息。加载处理从基本程序接收与初始读取数据的位置相关的信息，向I/O系统读取初始读取数据，并将数据存储在存储器单元12中的存储区域的指定位置处。
在上面的描述中，根据所保留的存储器的大小，来选择存储器节约优先模式或速度优先模式作为用于执行启动的读取方法。替代地，也可以根据基本程序的引导设备的吞吐量或延迟或其它与速度有关的信息(可以作为与引导设备有关的信息被写入配置数据中)来进行上述选择。例如，可以使用这样的配置，其中当引导设备的吞吐量小于预定阈值(当速度低时)、以及当可以保留具有足够的大小从而可以一次读取多组初始读取数据的高速缓冲存储器时，以速度优先模式执行启动。而当引导设备的吞吐量大于或等于预定阈值(当速度高时)、以及当即使以低速也无法保留具有足够的大小从而可以一次读取多组初始读取数据的高速缓冲存储器时，以存储器节约优先模式执行启动。

Claims (4)

1.一种能够执行用于提供程序执行环境的基本程序的计算机系统，包括：
存储设备，用于为每个基本程序存储基本程序在启动过程中所必需的数据和指示与启动过程中所必需的数据相关的信息的配置数据；
资源管理器，用于控制对包括存储设备在内的硬件资源的访问请求；
存储器设备，能够为每个基本程序设定存储空间，并且每个存储空间能够由至少一个基本程序访问；
启动辅助单元，用于从存储设备中读取与将要启动的基本程序相关的配置数据，根据被写入配置数据中的信息从存储设备中获取启动过程中所必需的数据，将启动过程中所必需的数据存储在能够由将要启动的基本程序访问的存储器设备中的存储空间中，并执行用于启动所指定的基本程序的处理；和
读取器，用于从引导设备读取将要启动的基本程序；其中
所述启动辅助单元在所述存储器设备中保留存储区域；
所述启动辅助单元在所述存储器设备中保留高速缓冲存储器；并且
用于从引导设备读取基本程序的所述读取器在引导过程中在所保留的高速缓冲存储器的大小不小于所述基本程序的大小时，利用速度优先模式读取基本程序，而在所保留的高速缓冲存储器的大小小于所述基本程序的大小时，利用存储器节约模式读取所述基本程序，在所述速度优先模式下，由能够与所述读取器同时被执行的所述启动辅助单元将所述基本程序读取至高速缓冲存储器并接着从高速缓冲存储器存储在所述存储器设备中的保留的存储区域中，在所述存储器节约模式下，所述基本程序在没有被读取至所述高速缓冲存储器的情况下被存储在所述存储器设备中的保留的存储区域中。
2.权利要求1的计算机系统，其中所述启动辅助单元使指定在启动过程中所必需的数据的位置的请求通过基本程序与启动辅助单元之间的通信向基本程序输出，并且在执行用于启动所指定的基本程序的处理时，通过基本程序与启动辅助单元之间的通信从基本程序接收在启动过程中所必需的数据的位置的指示，并根据所述指示，将从存储设备获取的数据存储在存储器设备中。
3.一种使用计算机系统启动不能直接访问硬件资源的基本程序的方法，该计算机系统包括：
存储设备，用于为每个基本程序存储基本程序在启动过程中所必需的数据和指示与启动过程中所必需的数据相关的信息的配置数据；
资源管理器，用于控制对包括存储设备在内的硬件资源的访问请求；
存储器设备，能够为每个基本程序设定存储空间，并且每个存储空间能够由至少一个基本程序访问；和
读取器，用于从引导设备读取将要启动的基本程序，
其中所述方法包括以下步骤：
从存储设备中读取与将要启动的基本程序相关的配置数据；
根据被写入配置数据中的信息从存储设备中获取启动过程中所必需的数据；
将启动过程中所必需的数据存储在能够由将要启动的基本程序访问的、存储器设备中的存储空间中；以及
在所述存储器设备中保留存储区域；
在所述存储器设备中保留高速缓冲存储器；
在所保留的高速缓冲存储器的大小不小于所述基本程序的大小时，在引导过程中利用速度优先模式读取所述基本程序，而在所保留的高速缓冲存储器的大小小于所述基本程序的大小时，利用存储器节约模式读取所述基本程序，在所述速度优先模式下，由能够与所述读取器同时被执行的所述启动辅助单元将所述基本程序读取至高速缓冲存储器并接着从高速缓冲存储器存储在存储器设备中的保留的存储区域中，在所述存储器节约模式下，所述基本程序在没有被读取至所述高速缓冲存储器的情况下被存储在所述存储器设备中的保留的存储区域中；以及
执行用于启动所指定的基本程序的处理。
4.权利要求3的启动基本程序的方法，其中使指定在启动过程中所必需的数据的位置的请求向基本程序输出，并且在执行用于启动所指定的基本程序的处理时，从基本程序接收在启动过程中所必需的数据的位置的指示，并根据所述指示，将从存储设备获取的数据存储在存储器设备中。
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