JP2001175486A

JP2001175486A - 計算機システム

Info

Publication number: JP2001175486A
Application number: JP36315499A
Authority: JP
Inventors: Masahide Sato; 雅英佐藤; Toshiaki Arai; 利明新井
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1999-12-21
Filing date: 1999-12-21
Publication date: 2001-06-29

Abstract

(57)【要約】【課題】複数ＯＳを共存させ、特別なハードウェアに
よるＯＳ間資源保護機構なしに、ＯＳ間の資源保護を実
現することのできる計算機システムを得る。【解決手段】ＯＳ間で資源を保護するために、通常、
最高の実行権限を有して動作するＯＳの実行権限レベル
を下げて動作させ、保護すべき資源にアクセスした場合
に例外が発生するようにプロセッサを設定する。これに
より、実行権限を下げて動作させているＯＳが、保護す
べき資源にアクセスしようとしたことがプロセッサに通
知される。例外が通知された場合のエミュレーション処
理を登録するために、ＯＳ毎の割り込みテーブルを設置
し、実行権限を下げて動作させるＯＳの割り込みテーブ
ルに例外が通知された場合に実行すべきエミュレーショ
ン処理を登録する。これにより、実行権限を下げて動作
させているＯＳが保護すべき資源にアクセスする前に、
本当にアクセスして良いかチェックしてからアクセスを
エミュレーションするため、保護すべき資源へのアクセ
スを制限できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、計算機システムに
係り、特に、１台の計算機上で複数のオペレーティング
システム（ＯＳ）を稼動させるマルチＯＳ動作環境にお
けるＯＳ間資源保護を図った計算機システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】通常の計算機システムは、計算機上に１
つのＯＳを動作させ、そのＯＳが計算機のプロセッサ、
メモリ、及び、二次記憶装置等の計算機資源を管理し、
計算機が効率よく動作できるように資源スケジュールを
実施している。そして、ＯＳのコード及びデータへのア
クセスは、各プログラムに与えられた実行権限により制
御されている。例えば、インテルアーキテクチャ（イン
テル・アーキテクチャ・ソフトウェア・デベロッパーズ
・マニュアル参照）の計算機は、計算機上で動作するプ
ログラムに対して、４段階の実行権限を与えることがで
き、これにより、上位レベルの実行権限を持つプログラ
ムのコードあるいはデータ領域を、下位レベルの実行権
限を持つプログラムから保護することができる。

【０００３】また、ＯＳには、様々な種類があり、バッ
チ処理に優れるものや、ＴＳＳ（Time sharing Syste
m）に優れているもの、ＧＵＩ(Graphical User Interf
ace)に優れているものなどが存在している。

【０００４】一方、このような様々なＯＳを1台の計算
機で同時に実行したいというニーズがある。例えば、大
型計算機においては、実際に業務に伴うオンライン処理
を実行するＯＳと、開発用のＯＳとを1台の計算機で同
時に稼動させたいという要求がある。また、ＧＵＩに優
れているＯＳと、実時間性に優れているＯＳとを同時に
稼動させたい等の要求もある。

【０００５】しかし、個々のＯＳは、単独で計算機資源
管理を実施することを仮定しており、複数のＯＳを共存
させるためには、何らかの機構が必要である。

【０００６】１台の計算機で複数のＯＳを動作させる機
構に関する従来技術として、例えば、「ＯＳシリーズ第
１１巻ＶＭ，岡崎世雄他著、共立出版株式会社発行」に
記載された大型計算機で実現されている仮想計算機方式
が知られている。この従来技術による仮想計算機方式
は、仮想計算機制御プログラムが全ハードウェア資源を
占有して管理し、それを仮想化して仮想計算機を構成す
るものである。そして、この仮想計算機を構成する制御
部は、物理メモリ、入出力機器装置、外部割込み等を仮
想化する。しかし、この仮想計算機方式は、計算機資源
を完全に仮想化して分割しようとするため、仮想計算機
を構成する制御部が複雑となり、また、仮想計算機の高
性能化のために、特別なプロセッサ機能やマイクロコー
ド等のハードウェア等の特殊なハードウェア機構が必要
であるという問題点を有している。

【０００７】また、１台の計算機で複数のＯＳのインタ
ーフェースを提供する方式として、マイクロカーネル方
式が知られている。マイクロカーネル方式は、マイクロ
カーネルの上に、ユーザに提供するＯＳ機能のインタフ
ェースを提供するＯＳサーバを構築し、ユーザにそのサ
ーバを経由して計算機資源を利用させるものである。こ
の従来技術は、ＯＳ毎のサーバを用意することにより、
ユーザに様々なＯＳ環境を提供することができる。しか
し、このマイクロカーネル方式は、ＯＳサーバをマイク
ロカーネルに合わせて新規に構築する必要があり、多く
の場合、現在あるＯＳをマイクロカーネル上で動作する
ように変更することになるが、スケジューリング、メモ
リ管理等のカーネルの中枢部分も変更することになり、
変更箇所が多く、また、変更箇所がＯＳの中枢部分に及
ぶため変更作業が複雑であるという問題点を有してい
る。

【０００８】前述した仮想計算機方式及びマイクロカー
ネル方式の問題点を解決ことのできる他の従来技術とし
て、例えば、特開平１１−１４９３８５号公報等に記載
された技術が知られている。この従来技術は、第１のＯ
Ｓが、第２のＯＳが必要とする物理メモリ、外部デバイ
ス等の計算機資源を予約し、どちらのＯＳからも独立し
た管理プログラムが外部割り込みを横取りして、割り込
み要因により、どのＯＳの割り込みハンドラを起動すべ
きかを決定し、ＯＳの実行状態により割り込みハンドラ
を起動するタイミングを決定して、それに基づいて各Ｏ
Ｓの割り込みハンドラを起動することにより、２つのＯ
Ｓを１台の計算機で動作させるというものである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】前述した特開平１１−
１４９３８５号公報記載の従来技術は、次のような問題
点を有している。

【００１０】前述したように、通常のＯＳは、単独で計
算機資源の管理を実施することを前提として構築されて
いるおり、ＯＳのコード及びデータ領域を保護するため
に、計算機の保護機構を使用し、ＯＳに最高レベルの実
行権限を与え、ユーザプログラムには、ＯＳよりも低い
実行権限を与えて動作させることにより、ＯＳをユーザ
プログラムから保護している。このようなＯＳを特開平
１１−１４９３８５号公報記載の方法で、１台の計算機
上に複数共存させ、各ＯＳに最高レベルの実行権限を与
えた場合、この従来技術は、特定のＯＳが使用する計算
機資源を他のＯＳから隠蔽するとはいえ、ハードウェア
的にアクセスを制限することができず、障害によって
は、特定のＯＳの障害が共存している他のＯＳの動作に
影響を与える場合があるという問題点を生じさせる。特
に、現用系とテスト系とを共存させた場合、通常、テス
ト系には障害要因が潜んでいる可能性が現行系よりも大
きいため、テスト系の障害が現用系にも影響することに
なり、この点が大きな問題となる。

【００１１】前述したように、１台の計算機上で共存し
ている複数のＯＳ間の保護を実現するためには、特別な
ハードウェア保護機構が必要となる。また、仮想計算機
方式で複数ＯＳを共存させる場合、高性能化のための特
別なハードウェア機構を持っていない計算機は、共存し
ているＯＳすべてに関してソフトウェア的なエミュレー
ション処理が必要となり、性能的に問題となる。

【００１２】本発明の第１の目的は、前述した従来技術
の問題点を解決し、高性能化のための特別なハードウェ
アなしに複数のＯＳを共存させることが可能な計算機環
境において、特別なハードウェアによるＯＳ間資源保護
機構なしにＯＳ間の資源保護を実現することのできる計
算機システムを提供することにある。

【００１３】また、本発明の第２の目的は、高性能化の
ための特別なハードウェアなしに複数のＯＳを共存させ
ることが可能な計算機環境、特に、現行系とテスト系と
が共存する環境において、テスト系のみにエミュレーシ
ョン処理を実施させることにより、現行系の性能を落と
すことなくＯＳ間の資源保護を行うことができる計算機
システムを提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明によれば前記目的
は、計算機資源のアクセス権を制限可能な実行権限レベ
ルを複数有し、１つの計算機上で、複数のオペレーティ
ングシステムが独自のアドレス空間と、オペレーティン
グシステム間共通のアドレス空間とを有し、プロセッサ
を複数のオペレーティングシステムにより共有して動作
する計算機システムにおいて、オペレーティングシステ
ムが実施する処理を代替するエミュレーション手段と、
オペレーティングシステムの実行権限レベルを変更する
ＯＳ実行権限設定手段と、オペレーティングシステムの
計算機資源へのアクセス可否情報が設定されているアク
セスチェックテーブルと、オペレーティングシステムが
計算機資源にアクセスしようとするときにアクセスチェ
ックテーブルを検査するアクセスチェック手段とを備
え、複数のオペレーティングシステムからアクセス可能
な計算機資源を保護することにより達成される。

【００１５】また、本発明によれば、前述において、オ
ペレーティングシステム起動時に当該オペレーティング
システムの実行権限を指定するＯＳ実行権限指定インタ
フェースを備えることにより、すでにロードされている
オペレーティングシステムに対して、そのオペレーティ
ングシステムの実行権限レベルを指定するＯＳ実行権限
指定インタフェースと、オペレーティングシステムの実
行権限を変更するＯＳ実行権限設定手段とをさらに備え
ることにより、また、オペレーティングシステムがアク
セス可能な計算機資源をアクセスチェックテーブルに登
録するアクセス情報設定手段を有し、オペレーティング
システム毎の計算機資源アクセス可否情報を登録するこ
とにより達成される。

【００１６】本発明は、前述の構成を備えることによ
り、ＯＳ間で資源を保護するために、通常、最高の実行
権限を有して動作するＯＳの実行権限レベルを下げて動
作させ、保護すべき資源にアクセスした場合に例外が発
生するようにプロセッサを設定することができ、これに
より、実行権限を下げて動作させているＯＳが、保護す
べき資源にアクセスしようとしたことをプロセッサに通
知することができる。

【００１７】また、本発明は、例外が通知された場合の
エミュレーション処理を登録するために、ＯＳ毎の割り
込みテーブルが設置されており、このテーブルに、実行
権限を下げて動作させるＯＳの割り込みテーブルに例外
が通知された場合に実行すべきエミュレーション処理を
登録する。これにより、実行権限を下げて動作させてい
るＯＳが保護すべき資源にアクセスする前に、本当にア
クセスして良いか否かをチェックしてからアクセスをエ
ミュレーションすることにより、保護すべき資源へのア
クセスを制限することができる。

【００１８】また、本発明は、特定のＯＳがアクセスで
きる資源を登録するアクセスチェックテーブル登録手段
を設けることにより、そのＯＳがアクセスする資源のア
クセス情報を登録しておくことができる。

【００１９】さらに、本発明は、ＯＳの起動時あるいは
動作時に、そのＯＳに与える実行権限レベルを指定する
実行権限設定手段を設けているので、共存する特定のＯ
Ｓに対して、実行権限レベルを指定することができる。

【００２０】さらに、本発明は、実行権限を下げて動作
するＯＳのためのエミュレーション処理を登録するエミ
ュレーション処理を登録することができ、これにより、
実行権限を下げたＯＳに対するエミュレーション処理を
設定することができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明による計算機システ
ムの一実施形態を図面により詳細に説明する。

【００２２】図１は本発明の実施形態による計算機シス
テムの構成を示すブロック図であり、まず、本発明の実
施形態による計算機システムの構成の概要を説明する。
図１において、１００は計算機、１０１はプロセッサ、
１０２は演算装置、１０３はコードセグメントレジス
タ、１０４はデータセグメントレジスタ、１０５はセグ
メントテーブルレジスタ、１０６は割り込みテーブルレ
ジスタ、１０７はページテーブルレジスタ、１０８はア
ドレス変換装置、１０９は主記憶装置、１１０は主記憶
装置の共通領域、１１１は第２ＯＳの領域、１１２は第
１ＯＳの領域、１１３は割り込みコントローラ、１１４
はＲＯＭ、１１５は割り込みバス、１１６はバス、１１
７は割り込み信号線、１１８はキーボード、１１９はデ
ィスプレイ、１２０は磁気ディスク装置、１２１、１２
２は外部機器、１３０はクロック割り込み生成器であ
る。

【００２３】計算機１００は、図１に示すように、プロ
セッサ１０１、主記憶装置１０９、バス１１６、割り込
み信号線１１７、割り込みコントローラ１１３、ブート
手順を格納している記憶装置（ＲＯＭ）１１４、割り込
みバス１１５、クロック割り込み生成器１３０を備えて
構成されている。このように構成される計算機１００に
おいて、割り込み信号線１１７は、外部入出力機器１１
８〜１２２と割り込みコントローラ１１３とを接続して
いる。割り込みコントローラ１１３は、外部機器が割り
込みを発生すると、割り込み信号線１１７を経由して信
号を受け取り、割り込みコントローラ１１３がこの信号
を数値化して、割り込みバス１１５を介してプロセッサ
１０１に渡す。また、クロック割り込み生成器１３０
は、周期的な割り込みを発生する。

【００２４】プロセッサ１０１は、演算装置１０２、コ
ードセグメントレジスタ１０３、データセグメントレジ
スタ１０４、セグメントテーブルレジスタ１０５、割り
込みテーブルレジスタ１０６、ページテーブルレジスタ
１０７、アドレス変換装置１０８を備えて構成されてい
る。

【００２５】セグメントテーブルレジスタ１０５は、セ
グメントテーブル１２７の仮想アドレスを格納してい
る。セグメントテーブル１２７の詳細は後述するが、プ
ログラムが動作するときに使用するメモリ領域の範囲に
関する情報を格納している。

【００２６】コードセグメントレジスタ１０３は、プロ
グラムが動作するときに使用される命令コードを格納し
ている領域の情報を有するセグメントテーブル内のエン
トリの番号及び命令を実行するときの実行権限レベルを
格納している。

【００２７】データセグメントレジスタ１０４は、プロ
グラムが動作するときに使用されるデータを格納してい
る領域の情報を有するセグメントテーブル内エントリの
番号及び当該領域をアクセスするための命令を実行する
ときに必要な実行権限レベルを格納している。

【００２８】計算機１００は、実行権限レベル０〜３の
４つの実行権限レベルを有しており、その権限は、レベ
ル０が最上位の実行権限レベルであり、レベル１、レベ
ル２、レベル３の順に実行権限が低くなる。すなわち、
命令実行の観点で実行権限レベルを見た場合、実行権限
レベル０は、計算機全体の制御をするシステム操作命令
を実行するための命令を実行するための権限レベルであ
り、プロセッサが提供している命令セットのすべてを実
行することができる権限レベルである。そして、その他
の実行権限レベルは、システム操作命令以外の命令を実
行する権限レベルである。また、メモリアクセスに関し
て見れば、実行権限レベル３のプログラムは、アクセス
のために必要な実行権限レベルが３のデータ領域に対し
てのみアクセス可能であり、実行権限レベル２のプログ
ラムは、アクセスのための権限レベルが、２と３のデー
タ領域にアクセスすることが可能であり、実行権限レベ
ル１のプログラムは、アクセスのための権限レベルが、
１と２と３のデータ領域にアクセス可能であり、実行権
限レベル０のプログラムは、アクセスのためのレベルが
どのレベルであってもデータ領域にアクセス可能であ
る。

【００２９】割り込みテーブルレジスタ１０６は、割り
込みテーブル１２３の仮想アドレスを指し示している。
割り込みテーブル１２３の詳細については後述するが、
割り込み番号毎の割り込みハンドラの開始アドレスを記
憶している。割り込みが発生すると、プロセッサ１０１
は、割り込みコントローラ１１３から数値化された割り
込み番号を受け取り、この番号をインデックスとして割
り込みテーブル１２３により割り込みハンドラアドレス
を取得し、割り込みハンドラに制御を渡す。また、割り
込みテーブル１２３は、計算機１００に接続されている
機器からの割り込みだけでなく、プロセッサ内で発生し
た例外についても、例外が発生したときの処理を登録し
ている。

【００３０】ページテーブルレジスタ１０７は、ページ
テーブル１２８を指し示している。ページテーブルレジ
スタは、ページテーブル１２８の物理アドレスを格納し
ている。

【００３１】アドレス変換装置１０８は、演算装置１０
２が要求する命令アドレスあるいはオペランドが格納さ
れているアドレスを受け取り、ページテーブルレジスタ
１０７が指しているページテーブル１２８の内容に基づ
いて、仮想アドレス−物理アドレス変換を実施する。さ
らに、アドレス変換装置１０８は、仮想アドレス−物理
アドレス変換の前に、演算装置が要求するアドレスへの
アクセス可否のチェックを行い、アクセス不可の場合、
例外としてプロセッサに通知する。

【００３２】計算機１００には、外部入出力装置とし
て、キーボード１１８、ディスプレイ１１９、磁気ディ
スク装置１２０、その他の外部機器１２１及び１２２が
接続されている。ディスプレイ１１９を除く機器は、割
り込み信号線１１７により割り込みコントローラ１１３
に接続されている。

【００３３】次に、計算機１００上で第１ＯＳと第２Ｏ
Ｓとの２つのＯＳが動作しているものとして、主記憶装
置１０９の内容について説明する。なお、ここでは、計
算機１００を起動すると、第１ＯＳが起動するように設
定されており、外部機器１２１、１２２は第２ＯＳによ
り管理される機器であるとする。

【００３４】第１ＯＳは、計算機１００の起動時に、そ
の他のＯＳ用、この場合、第２ＯＳ用に物理メモリ領域
を予約する。すなわち、第１ＯＳが、第２ＯＳ用に予約
された物理メモリ領域を利用できないように物理メモリ
領域を確保する。図１には、この予約した領域に第２Ｏ
Ｓがロードされている様子を示している。また、第１Ｏ
Ｓの初期化課程において、第１ＯＳから外部機器１２
１、１２２の利用する割り込み番号や入出力アドレス
が、すでに利用済みであるとして予約される。

【００３５】第１ＯＳは、全てのＯＳから参照可能な共
通領域１１０を持つ。その共通領域１１０には、割り込
みテーブル１２３、アクセスチェックテーブル１２９、
ＯＳ実行権限設定手段１２６、割り込みハンドラ１２
５、エミュレーション手段１２４等が格納されている。
また、第１ＯＳ領域１１２及び第２ＯＳ領域１１１に
は、それぞれ、各ＯＳが使用する仮想空間とその仮想空
間を構成する物理メモリ領域のマッピング情報とを有す
るページテーブル１２８、及び、構成した仮想空間をア
クセスするための実行権限レベル情報を有するセグメン
トテーブル１２７が存在する。なお、図１におけるセグ
メントテーブル１２７、ページテーブル１２８は、第２
ＯＳのテーブルであり、第１ＯＳのセグメントテーブ
ル、ページテーブルも第１ＯＳの領域１１２に存在する
が図の簡略化のため記載を省略している。

【００３６】図２はセグメントテーブルの構成を説明す
る図であり、次に、図２を参照して、本発明の実施形態
におけるセグメントテーブル１２７の構成について説明
する。

【００３７】セグメントテーブル１２７は、仮想空間内
の特定の領域へアクセスするための実行権限レベル及び
その領域の属性を記録したテーブルであり、エントリ番
号２０１が付与された複数のエントリを有している。

【００３８】図２において、ベースアドレス２０２は仮
想空間内の特定領域の開始アドレスを示し、リミット２
０３は領域長を示し、実行権限レベル２０４は当該領域
へのアクセスに必要な実行権限レベルを示している。タ
イプ２０５はその領域に格納する情報のタイプ、すなわ
ち、命令コードが格納されるのか、データが格納される
のかを示すタイプを示しており、図２に示す例では、命
令コード領域の場合にＣ、データ領域の場合にＤとして
表記している。２０６は、そのエントリが有効か否かを
示している。

【００３９】計算機１００は、プロセッサがプログラム
を実行する場合、そのプログラムを実行する前に、コー
ドセグメントレジスタ１０３に格納されているプロセッ
サが実行するプログラムコードＣが格納されている領域
のセグメント情報（セグメントテーブル１２７内に記録
されている情報）を示すセグメント内インデックスをロ
ードし、そのプログラムが参照するデータ領域のセグメ
ント情報を示すセグメント内インデックスをロードす
る。コードセグメントレジスタ１０３にローディングさ
れたセグメント情報の実行権限レベルが、そのプログラ
ムを実行するときの実行権限レベルとなる。計算機１０
０は、プロセッサ１０１がデータにアクセスする前に、
そのプログラムが有する実行権限レベルと、アクセスし
ようとするデータ領域をアクセスするための実行権限レ
ベルとを比較し、現在プログラムが有する実行権限レベ
ルがアクセスしようとするデータ領域をアクセスするた
めに必要な実行権限レベルと同等かそれ以上の場合にア
クセスを許可する。アクセスのために必要な実行権限レ
ベルより低い実行権限レベルの場合、アクセス例外とし
て、プロセッサに通知する。

【００４０】また、計算機１００は、実行権限レベル０
以外の実行権限を有するプログラムが、システムを制御
するシステム操作命令（例えば、データセグメントレジ
スタ１０４を操作する命令等）を実行しようとした場
合、命令実行前に、プログラムの実行権限レベルをチェ
ックし、実行権限レベルが０以外の場合、実行権限例外
として、プロセッサに通知する。この機構により、計算
機１００は、実行権限レベルの低いプログラムが、高い
実行権限を有するプログラムが使用する領域を破壊する
ことを防止する。

【００４１】図３はページテーブルの構成を説明する図
であり、次に、図３を参照して、本発明の実施形態にお
けるページテーブル１２８の構成について説明する。

【００４２】ページテーブル１２８は、プロセッサ１０
１の仮想アドレス空間の仮想ページ毎に、それぞれの仮
想ページを記述する複数のエントリを有している。それ
ぞれのエントリは、仮想ページ番号３０１と、有効ビッ
ト３０２と、物理ページ番号３０３とにより構成されて
いる。有効ビット３０２は、その仮想ページに対応する
物理ページが割り当てられているか否か、すなわち、仮
想−物理アドレス変換が可能か否かを示している。例え
ば、図３におけるページテーブル１２８の仮想ページ番
号２に対応する有効ビット３０２は、“０”であり、
“１”にセットされていないため、仮想ページ番号２に
対応する物理ページは存在しないことを示している。そ
して、有効ビット３０２が“１”に設定されていない仮
想ページにアクセスが発生すると、プロセッサはページ
フォルトを発生する。

【００４３】物理ページ番号３０３は、仮想ページに対
応する物理ページ番号を格納している。アドレス変換装
置１０８は、ページテーブルレジスタ１０７の指してい
るページテーブル１２８を参照して、演算装置１０２が
生成する仮想アドレスを物理アドレスに変換する。プロ
セッサ１０１は、アドレス変換により得られた物理アド
レスにより主記憶装置１０９を参照する。

【００４４】ページテーブルを切り替えることにより、
主記憶１０９の中に独立した空間を構築することがで
き、第１ＯＳの空間及び第２ＯＳの空間を別々に構築す
ることが可能である。また、主記憶１０９内の共通領域
１１０については、両ＯＳのページテーブルの共通領域
に対応する部分に、同じ物理ページをマップするよう設
定しておくことにより、共通領域を実現することができ
る。

【００４５】図４は割り込みテーブルの構成を説明する
図であり、次に、図４を参照して、本発明の実施形態に
おける割り込みテーブル１２３の構成について説明す
る。

【００４６】割り込みテーブル１２３は、プロセッサ１
０１が受け取る割り込み番号毎４０１の割り込みハンド
ラの仮想アドレス４０２を記憶している。プロセッサ１
０１は、割り込みを受け取ると、受け取った割り込み番
号に対応する割り込みハンドラアドレスを、割り込みテ
ーブルレジスタ１０６が指す割り込みテーブル１２３か
ら取得し、そのアドレスに制御を移すことにより割り込
み処理を開始する。ここでいう割り込みとは、計算機１
００に接続されている外部機器からのデバイス割り込み
及び命令実行時にアクセス例外等でプロセッサに通知さ
れる例外を意味する。

【００４７】図５はアクセスチェックテーブルの構成を
説明する図であり、次に、図５を参照して、本発明の実
施形態におけるアクセスチェックテーブル１２９の構成
について説明する。

【００４８】アクセスチェックテーブル１２９は、ＯＳ
がアクセス可能である領域の先頭アドレスを示すアクセ
ス許可領域先頭アドレス５０２と、アクセス可能領域の
サイズを示すアクセス許可領域長５０３と、そのエント
リが有効であるか否かを示す有効ビット５０４とから構
成されている。なお、これらの５０２、５０３、５０４
をアクセスチェック情報と呼ぶ。また、アクセスチェッ
クテーブル５００は、１つ以上のエントリから構成され
ており、各エントリには、エントリ番号として、インデ
ックス５０１が付与されている。アクセス許可領域長５
０３は、アクセス許可領域の大きさをバイト単位で記録
している。

【００４９】このアクセスチェックテーブル１２９を用
いることにより、特定のＯＳが資源にアクセスしようと
した場合に、アクセスして良いか否かを判定することが
できる。また、アクセスチェックテーブル１２９の内容
については、予め決まっている内容に固定的に設定して
も構わないが、共存するＯＳからアクセスチェックテー
ブルの内容を設定するためのアクセスチェックテーブル
設定インタフェースを有するアクセスチェックテーブル
設定手段を設け、計算機上で共存しているＯＳからアク
セスチェック情報を登録する形態にしてもよい。

【００５０】図６は主記憶装置上に第１ＯＳ及び第２Ｏ
ＳがローディングされてこれらのＯＳが１台の計算機上
に共存している状態を示す図、図７は第２ＯＳが通常使
用するセグメントテーブルの構成を示す図、図８は本発
明の実施形態により使用する第２ＯＳのセグメントテー
ブルの構成を示す図、図９はセグメントテーブルの内容
の変更により、セグメントテーブルに格納されているセ
グメント情報で示される仮想空間の実行権限が変更され
ることを説明する図、図１０はアクセス例外が発生した
ときのエミュレーション処理の動作を説明するフローチ
ャート、図１１は実行権限例外が発生したときのエミュ
レーション処理の動作を説明するフローチャート、図１
２は第２ＯＳが構成する仮想空間の構成を示す図、図１
３はＯＳの実行権限レベルを変更するＯＳ実行権限設定
処理について説明する図であり、次に、図６〜図１３を
参照して、本発明の実施形態により、第１ＯＳと第２Ｏ
Ｓとを共存させ、両ＯＳから共用する資源に対して第２
ＯＳのアクセスを制限するＯＳ間資源保護を実現するこ
とについて説明する。

【００５１】図６に示すように、主記憶１０９には、第
１ＯＳ及び第２ＯＳで共通に使用する共通領域１１０
と、第２ＯＳ固有の領域１１１と、第１ＯＳ固有の領域
１１２とが形成される。第２ＯＳの領域１１１には、第
２ＯＳの命令コードが格納されている第２ＯＳ命令コー
ド領域７０９と第２ＯＳが参照するデータがされている
第２ＯＳデータ領域７１０とが設けられ、データ領域７
１０内には、第２ＯＳ用のセグメントテーブル７１１
と、ページテーブル７１２とが配置される。

【００５２】第１ＯＳ領域１１２には、第１ＯＳの命令
コードが格納されている第１ＯＳ命令コード領域７１３
と第１ＯＳが参照するデータがされている第１ＯＳデー
タ領域７１４とが設けられ、データ領域７１０内には、
第２ＯＳ用のセグメントテーブル７１５と、ページテー
ブル７１６とが配置される。

【００５３】また、共通領域１１０には、図１により説
明したように、割り込みテーブル１２３、割り込みハン
ドラ１２５、ＯＳ実行権限設定手段１２６が配置される
と共に、さらに、第２ＯＳエミュレーション手段７０７
と、第２ＯＳアクセスチェックテーブル７０８とが配置
されている。割り込みテーブル１２３の各エントリに
は、割り込みが発生した場合に実行する処理のスタート
アドレスとして、割り込みハンドラ１２５、及び、第２
ＯＳエミュレーション手段７０７を実行するためのアド
レスが登録されている。

【００５４】第２ＯＳが構成する仮想空間は、図１２に
示すように、ユーザプログラム命令コード領域１３０
１、ユーザプログラムデータ領域１３０２、ＯＳ命令コ
ード領域１３０３、ＯＳデータ領域１３０４、共通領域
１３０５から構成される。そして、図１２に示すような
仮想空間を構成したとき、第２ＯＳが通常使用するセグ
メントテーブル７１１は図７に示すように構成される。

【００５５】図７に示す第２ＯＳが通常使用するセグメ
ントテーブル７１１において、エントリ８１０は、ＯＳ
命令コード領域１３０３のセグメント情報を格納してお
り、エントリ８１１は、ＯＳデータ領域１３０４の、エ
ントリ８１２、８１３は、共通領域１３０５の、エント
リ８１４は、ユーザプログラム命令コード領域１３０１
の、エントリ８１５は、ユーザプログラムデータ領域１
３０２の各セグメント情報を格納している。

【００５６】本発明の実施形態は、第２ＯＳのセグメン
トテーブル７１１を図８に示すように変更して使用す
る。図８に示すテーブルの図７に示すテーブルとの相違
は、図７に示すテーブルのエントリ８１０に対応する図
８のテーブルのエントリ９１０の実行権限レベル８０４
の内容を“１”にしていることである。エントリ９１０
の実行権限レベルを“０”から“１”に変更することに
より、第２ＯＳがＯＳ領域、すなわち、エントリ８１
１、８１２、８１３で記述されている領域をアクセスし
ようとした場合、プロセッサに対して、アクセス例外、
あるいは、実行権限例外として通知されることになる。
なお、セグメントテーブル内の実行権限レベル８０４を
変更するのは、図１及び図６に示しているＯＳ実行権限
設定手段１２６である。

【００５７】セグメントテーブルの内容を図７に示す内
容から図８に示す内容に変更することにより、セグメン
トテーブルに格納されているセグメント情報で示される
仮想空間の実行権限は、図９に示すように変更されるこ
とになる。

【００５８】次に、前述したように、第２ＯＳの実行権
限を変更した場合に発生するアクセス例外、及び、実行
権限例外発生時の第２ＯＳのエミュレート処理につい
て、図１０、図１１に示すフローを参照して説明する。
まず、図１０に示すフローを参照して、はアクセス例外
が発生したときのエミュレーション処理について説明す
る。なお、エミュレート処理は、図６に示す第２ＯＳエ
ミュレーション手段により実施される。

【００５９】（１）まず、例外が発生した命令のデコー
ド処理を実施する。そして、このデコード処理におい
て、例外が発生した命令の命令語、参照レジスタ、参照
アドレス等を取得する（ステップ１１０１）。

【００６０】（２）次に、例外発生命令を実行しようと
したときの命令実行権限レベルを、コードセグメントレ
ジスタあるいはセグメントテーブルから取得する。その
後、ステップ１１０１の処理で取得した参照アドレスが
指す領域を含むセグメントに対するデータ参照権限レベ
ルを、データセグメントレジスタあるいはセグメントテ
ーブルから取得する（ステップ１１０２、１１０３）。

【００６１】（３）ステップ１１０２の処理で取得した
実行権限レベルが“１”であるか否かをチェックし、実
行権限レベルが“１”以外の場合、他の例外処理に制御
を移す（ステップ１１０４、１１０９）。

【００６２】（４）ステップ１１０４の判定で、実行権
限レベルが“１”であった場合、その例外発生命令が実
行権限を“１”に変更したセグメント内に格納されてい
る命令であるか否かをチェックし、その命令が実行権限
レベルを“１”に変更したセグメント内の命令でなかっ
た場合、他の例外処理に制御を移す（ステップ１１０
５、１１０９）。

【００６３】（５）ステップ１１０５の判定で、その命
令が実行権限レベルを“１”に変更したセグメント内の
命令であった場合、その例外発生命令の参照データが、
アクセスチェックテーブル７０８に登録されている領域
内であるか否かをチェックし、その例外発生命令の参照
データがアクセスチェックテーブルに登録されていない
場合、他の例外処理に制御を移す（ステップ１１０６、
１１０９）。

【００６４】（６）ステップ１１０６の判定で、その例
外発生命令の参照データが、アクセスチェックテーブル
７０８に登録されている領域内であった場合、例外発生
命令を実際に実行するエミュレート処理を実行する（ス
テップ１１０７）。

【００６５】（７）例外処理を終了して例外発生命令の
次の命令に制御を移すための復帰アドレスを設定する処
理を実行する（ステップ１１０８）。

【００６６】前述した処理において、ステップ１１０９
へ制御が渡るのは、そのＯＳがアクセスする資源がアク
セスチェックテーブルに登録されていない場合、あるい
は、実行権限レベルを変更したことにより発生したアク
セス例外ではなく、プログラムのバグ等の要因で発生し
たアクセス例外が発生した場合である。このような例外
が発生した場合の例外処理がステップ１１０９である。

【００６７】図１０により説明したアクセス例外処理を
実行することにより、アクセス可否をチェックすること
ができ、アクセスチェックテーブルに、アクセス許可資
源を登録することにより、登録されていない資源へのア
クセスを禁止することができる。

【００６８】次に、実行権限例外が発生したときのエミ
ュレーション処理について、図１１に示すフローを参照
して説明する。

【００６９】（１）まず、例外が発生した命令のデコー
ド処理を実施する。そして、このデコード処理におい
て、例外が発生した命令の命令語、参照レジスタ、参照
アドレス等を取得する（ステップ１２０１）。

【００７０】（２）次に、例外発生命令を実行しようと
したときの命令実行権限レベルを、コードセグメントレ
ジスタあるいはセグメントテーブルから取得する（ステ
ップ１２０２）。

【００７１】（３）ステップ１２０２の処理で取得した
実行権限レベルが“１”であるか否かをチェックし、実
行権限レベルが“１”以外の場合、他の例外処理に制御
を移す（ステップ１２０３、１２０７）。

【００７２】（４）ステップ１２０３の判定で、実行権
限レベルが“１”であった場合、その例外発生命令が実
行権限を“１”に変更したセグメント内に格納されてい
る命令であるか否かをチェックし、その命令が実行権限
レベルを“１”に変更したセグメント内の命令でなかっ
た場合、他の例外処理に制御を移す（ステップ１２０
４、１２０７）。

【００７３】（５）ステップ１２０４の判定で、その例
外発生命令が実行権限レベルを“１”に変更したセグメ
ント内の命令であった場合、例外発生命令を実際に実行
するエミュレート処理を実行する（ステップ１２０
５）。

【００７４】（６）例外処理を終了して例外発生命令の
次の命令に制御を移すための復帰アドレスを設定する処
理を実行する（ステップ１２０６）。

【００７５】前述した処理において、ステップ１２０７
へ制御が渡るのは、実行権限レベルを変更したことによ
り発生した実行権限例外ではなく、プログラムのバグ等
の要因で発生した実行権限例外が発生した場合である。
このような例外が発生した場合の例外処理がステップ１
２０７である。

【００７６】図１０、図１１により説明した処理を実行
することにより、実行権限レベルを“１”に変更したプ
ログラム（本発明の実施形態では、第２ＯＳ）は、実行
権限レベルを“１”に下げて実行することができ、さら
に、アクセスチェックテーブルに登録していない資源に
対してアクセスを禁止することができる。

【００７７】次に、図１３を参照して、ＯＳの実行権限
レベルを変更するＯＳ実行権限設定処理について説明す
る。

【００７８】図１３には、ＯＳ実行権限設定手段１４０
１が共通領域に配置され、ＯＳ実行権限設定手段１４０
１が、ＯＳ実行権限指定インフェース１４０２を有して
いることが示されている。インタフェース１４０２は、
計算機上で共存しているＯＳから特定ＯＳの実行権限を
指定するためのインタフェースであり、その入力とし
て、どのＯＳの実行権限を設定するかを示すＯＳ識別子
と、設定すべき実行権限レベルとを必要とする。

【００７９】入力値として、ＯＳ識別子と実行権限レベ
ルとを与えらたＯＳ実行権限設定手段１４０１は、実行
権限レベルを設定すべきＯＳのセグメントテーブル内の
命令を格納する領域の情報を格納するエントリに対し
て、その実行権限レベルを入力されたレベルに設定し、
さらに、割り込みテーブルに対して、実行権限レベルを
変更することにより発生する例外に対する処理として、
エミュレーション処理を実行するための命令アドレスを
設定する。ここで、変更するセグメントテーブルエント
リについては、予め、判っているものとする。ＯＳ実行
権限設定手段１４０１により、１台の計算機上で共存し
ているＯＳから、特定のＯＳに対して、実行権限レベル
を変更することが可能となる。なお、前述で説明したＯ
Ｓ実行権限設定処理は、１台の計算機上で共存し、現在
実行中のＯＳから、現在実行していないもう一方のＯＳ
に対して実施可能であるが、特定のＯＳ起動時の初期化
処理として、前述したインタフェースを使用することに
より、実行権限を設定することが可能である。

【００８０】前述した本発明の実施形態によれば、１台
の計算機上で２つのＯＳが共存する環境において、ＯＳ
の実行権限を設定するＯＳ実行権限設定手段を設け、１
つのＯＳの実行権限を下げて実行し、実行権限を下げた
ＯＳの処理をエミュレーションすることにより、共存す
るＯＳ間で共用する計算機資源に対するアクセスを制限
することができる。そして、本発明の実施形態によれ
ば、もう一方のＯＳに関しては、エミュレーション処理
を行わせずにそのまま実行させることができ、性能に関
しても、高速化のための特別ハードウェアを必要としな
い。特に、共存させるＯＳとして、通常使用する現用系
ＯＳと、テスト系ＯＳとを共存させた場合、テスト系Ｏ
Ｓに障害要因が潜んでいる場合が一般的に多く、テスト
系ＯＳからの資源アクセスを制限することにより、テス
ト系ＯＳの障害が現用系ＯＳに波及することを防止する
ことができる。このように、テスト系ＯＳの処理のみエ
ミュレーション処理を実行することにより、現用系ＯＳ
に関する性能劣化も防止することができる。

【００８１】前述した本発明の実施形態は、共存するＯ
Ｓが２つであるとして説明したが、本発明は、共存する
ＯＳが３つ以上である場合にも、第２ＯＳ、第３ＯＳに
対して、実行権限を下げることにより、同等の効果を得
ることができる。

【００８２】また、前述した本発明の実施形態は、第２
ＯＳのみの実行権限を下げることにより、第２ＯＳから
の資源アクセスを制限したが、第２ＯＳと同様に、第１
ＯＳの実行権限を下げることにより、共存するＯＳ間で
共用する資源のアクセスを両ＯＳから制限することも可
能である。

【００８３】また、前述した本発明の実施形態は、本発
明を単一のプロセッサを有する計算機に適用したとして
説明したが、本発明は、複数のプロセッサを持つ計算機
にに対しても同様に適用することが可能である。

【００８４】さらに、前述した本発明の実施形態は、Ｏ
Ｓがアクセスする資源として、主記憶装置を対象として
説明したが、本発明は、インテルアーキテクチャのＩ／
Ｏ空間のような主記憶装置以外の資源を有する計算機に
対しても適用することができ、主記憶装置と同様に、主
記憶装置以外の資源を同様な方法で保護することが可能
となる。

【００８５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、複
数ＯＳを共存させる計算機環境において、高性能化のた
めの特別なハードウェアなしに、かつ、特別なハードウ
ェアによるＯＳ間資源保護機構なしに、ＯＳ間の資源保
護を実現することができ、特に、現行系とテスト系とが
共存する環境において、テスト系のみにエミュレーショ
ン処理を実施することにより、現行系の性能を落とすこ
となくＯＳ間での資源保護を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態による計算機システムの構成
を示すブロック図である。

【図２】セグメントテーブルの構成を説明する図であ
る。

【図３】ページテーブルの構成を説明する図である。

【図４】割り込みテーブルの構成を説明する図である。

【図５】アクセスチェックテーブルの構成を説明する図
である。

【図６】主記憶装置上に第１ＯＳ及び第２ＯＳがローデ
ィングされてこれらのＯＳが１台の計算機上に共存して
いる状態を示す図である。

【図７】第２ＯＳが通常使用するセグメントテーブルの
構成を示す図である。

【図８】本発明の実施形態により使用する第２ＯＳのセ
グメントテーブルの構成を示す図である。

【図９】セグメントテーブルの内容の変更により、セグ
メントテーブルに格納されているセグメント情報で示さ
れる仮想空間の実行権限が変更されることを説明する図
である。

【図１０】アクセス例外が発生したときのエミュレーシ
ョン処理の動作を説明するフローチャートである。

【図１１】実行権限例外が発生したときのエミュレーシ
ョン処理の動作を説明するフローチャートである。

【図１２】第２ＯＳが構成する仮想空間の構成を示す図
である。

【図１３】ＯＳの実行権限レベルを変更するＯＳ実行権
限設定処理について説明する図である。

【符号の説明】

１００計算機１０１プロセッサ１０２演算装置１０３コードセグメントレジスタ１０４データセグメントレジスタ１０５セグメントテーブルレジスタ１０６割り込みテーブルレジスタ１０７ページテーブルレジスタ１０８アドレス変換装置１０９主記憶装置１１０共通領域１１１第２ＯＳ領域１１２第１ＯＳ領域１１３割り込みコントローラ１３０クロック生成器１１６バス１１７割り込み信号線

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】計算機資源のアクセス権を制限可能な実
行権限レベルを複数有し、１つの計算機上で、複数のオ
ペレーティングシステムが独自のアドレス空間と、オペ
レーティングシステム間共通のアドレス空間とを有し、
プロセッサを複数のオペレーティングシステムにより共
有して動作する計算機システムにおいて、オペレーティ
ングシステムが実施する処理を代替するエミュレーショ
ン手段と、オペレーティングシステムの実行権限レベル
を変更するＯＳ実行権限設定手段と、オペレーティング
システムの計算機資源へのアクセス可否情報が設定され
ているアクセスチェックテーブルと、オペレーティング
システムが計算機資源にアクセスしようとするときにア
クセスチェックテーブルを検査するアクセスチェック手
段とを備え、複数のオペレーティングシステムからアク
セス可能な計算機資源を保護することを特徴とする計算
機システム。
【請求項２】オペレーティングシステム起動時に当該
オペレーティングシステムの実行権限を指定するＯＳ実
行権限指定インタフェースを備えることを特徴とする請
求項１記載の計算機システム。
【請求項３】すでにロードされているオペレーティン
グシステムに対して、そのオペレーティングシステムの
実行権限レベルを指定するＯＳ実行権限指定インタフェ
ースと、オペレーティングシステムの実行権限を変更す
るＯＳ実行権限設定手段とをさらに備えることを特徴と
する請求項１または２記載の計算機システム。
【請求項４】オペレーティングシステムがアクセス可
能な計算機資源をアクセスチェックテーブルに登録する
アクセス情報設定手段を有し、オペレーティングシステ
ム毎の計算機資源アクセス可否情報を登録することを特
徴とする請求項１、２または３記載の計算機システム。