JP2003241978A - デバイスドライバの負荷分散方法および負荷分散システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】システム全体の処理能力の有効利用を図りなが
ら、デバイスドライバとタスク部がバランス良く動作す
るように制御するデバイスドライバの負荷分散方法およ
び負荷分散システムを提供することである。 【解決手段】リアルタイムＯＳを用いたシステムにおけ
るデバイスドライバ２３の負荷分散方法において、デバ
イスドライバ２３、複数のタスク部２２、アイドルタス
ク２５の順に処理優先度を付け、アイドルタスク２５実
行時に実行回数を累積するように設定し、一定時間内に
おける前記複数のタスク部２２およびアイドルタスク２
５の処理の前後の前記実行回数の差を求め、タスクの負
荷状態を前記実行回数に反比例する関係として求めるこ
と。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、リアルタイム・オ
ペレーティング・システム（以下「リアルタイムＯＳ」
という）を用いたデバイスドライバの負荷分散方法およ
び負荷分散システムに関する。

【０００２】

【従来技術】リアルタイムＯＳは、システムコールと呼
ばれるユーザープログラムから依頼されたタスクの起動
や終了等を処理するサブルーチン・コールと、カーネル
と呼ばれるリアルタイムＯＳ自身がユーザープログラム
とは独立してタスクの切り替え等を起動する中核プログ
ラムとからなり、主として制御、通信、周辺装置等に組
み込まれたマイクロプロセッサのＯＳとして用いられ、
一般のＯＳではマン・マシン・インタフェースが重視さ
れるのに対して、リアルタイムＯＳではマン・マシン・
インタフェースよりも実行速度の方が重視される。

【０００３】また、マイクロプロセッサによって制御さ
れる幾つかの周辺装置は、それぞれの状態情報がメモリ
の固定番地に割り付けられた制御レジスタに格納されて
いる。これらの周辺装置の内、割り付けられた制御レジ
スタに格納された状態情報が一旦別のメモリ番地に退避
された後、再びその退避情報が元の制御レジスタに戻さ
れたとき、退避前の状態に戻って動作することができる
周辺装置を時分割使用可能なハードウェアとして定義さ
れる。このようなハードウェアの典型的な例としては、
外付けの補助記憶装置の１つであるシリコン・ディスク
等に用いられるフラッシュ・メモリがある。

【０００４】図６は、従来の一般的なリアルタイムＯＳ
を用いたシステムにおけるリアルタイムＯＳ部１１、タ
スク部１２、デバイスドライバ１３の関連図である。一
般に、リアルタイムＯＳを用いたシステムにおいては、
通常のタスク部１２はリアルタイムＯＳ部１１の管理下
におかれ、リアルタイムＯＳ部１１の機能により適切に
タスク部１２の切り替えが行われる。また、外部デバイ
ス１４に対しデータ入出力等を行うデバイスドライバ１
３については、リアルタイムＯＳ部１１の一部として動
作しているため、通常のタスク部１２とは異なり、デバ
イスドライバ１３が明示的にタスク部１２に制御を譲る
まで優先して処理を続ける構成となっている。

【０００５】プリエンプティブなマルチタスクでは、リ
アルタイムＯＳが一定時間置おきにタスクを強制的に切
り替え、アプリケーションがリアルタイムＯＳに制御を
返すか否かに関係なく、何をやっている途中であっても
リアルタイムＯＳが勝手に切り換える。プログラムには
優先度という属性がある。

【０００６】メモリの管理やプリエンプティブ・マルチ
タスクのタスク切り替えをアプリケーション・タスクか
ら見えないところでできるようにするために、リアルタ
イムＯＳがアプリケーション・タスクよりも権限の高い
モードで動く特権モードになっている。

【０００７】アプリケーション・タスク内の並列処理を
行うためにリアルタイムＯＳが持つ機能がスレッドであ
る。技術的にいうと、リアルタイムＯＳが資源（主にメ
モリ）を与える単位がプロセスであり、中央演算装置
（ＣＰＵ）を使う単位がスレッドである。

【０００８】リアルタイムＯＳが、どのスレッドにＣＰ
Ｕをどれだけ割り当てるかを決めることをスケジューリ
ングという。スケジューリングのアルゴリズムにはスレ
ッドに順番に優先度を与えて優先度の高いものから実行
する方式がある。優先度には、プログラムを作るときに
設定する基本優先度と、実行時に刻々と変化する動的優
先度がある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記のような
リアルタイムＯＳ環境において、デバイスドライバ１３
が長い処理時間を要した場合、以下のような問題点があ
った。 （１）デバイスドライバ１３が制御を占有する時間を長
くすると、タスク部１２の動作が妨げられ、リアルタイ
ムＯＳが持つべきリアルタイム性を損ねる。 （２）逆に、デバイスドライバ１３が制御を占有する時
間を短くすると、デバイスドライバ１３が行う処理に時
間がかかり、デバイスドライバ１３の処理能力が低下す
る原因となる。 （３）さらに、デバイスドライバ１３とタスク部１２が
バランス良く動作するように調整するのは困難であり、
この調整が上手くいったとしても、システム全体の処理
能力が有効に利用される訳ではない。

【００１０】本発明の目的は、前記従来例の問題点に鑑
み、システム全体の処理能力の有効利用を図りながら、
デバイスドライバとタスク部がバランス良く動作するよ
うに制御するデバイスドライバの負荷分散方法および負
荷分散システムを提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記目的を達
成するために、以下の解決手段を採用する。 （１）リアルタイムＯＳを用いたシステムにおけるデバ
イスドライバの負荷分散方法において、デバイスドライ
バ、複数のタスク、アイドルタスクの順に処理優先度を
付け、アイドルタスク実行時に実行回数を累積するよう
に設定し、一定時間内における前記複数のタスクおよび
アイドルタスクの処理の前後の前記実行回数の差を求
め、タスクの負荷状態を前記実行回数に反比例する関係
として求めることを特徴とする。 （２）前記（１）記載のリアルタイムＯＳを用いたシス
テムにおけるデバイスドライバの負荷分散方法におい
て、デバイスドライバの動作時間を前記実行回数に比例
する関係として求めることを特徴とする。 （３）前記（２）記載のリアルタイムＯＳを用いたシス
テムにおけるデバイスドライバの負荷分散方法におい
て、前記デバイスドライバの動作時間に応じて前記デバ
イスドライバを動作し、前記動作時間終了後前記一定時
間休止することを特徴とする。 （４）リアルタイムＯＳを用いたシステムにおけるデバ
イスドライバの負荷分散方法において、デバイスドライ
バ、複数のタスク、アイドルタスクの順に処理優先度を
付け、アイドルタスク実行時にアイドルカウンタの値を
１増加するように設定し、一定時間内における前記複数
のタスクおよびアイドルタスクの処理の前後のアイドル
カウンタの差分値に基づいて休止カウンタ値を設定し、
前記休止カウンタ値がゼロ以外のとき前記デバイスドラ
イバの処理を優先し、前記休止カウンタ値を前記デバイ
スドライバの１処理毎に減算し、前記休止カウンタ値が
ゼロのとき前記複数のタスクを優先処理することを特徴
とする。 （５）デバイスドライバの負荷分散方法において、シス
テムメモリのリアルタイムＯＳ部が、デバイスドライ
バ、複数のタスク、アイドルタスクの順に処理優先度を
付け、それらの処理動作を制御する手順と、プログラム
メモリのタスク部が、前記リアルタイムＯＳ部の制御に
よって、複数のタスクおよびアイドルタスクを実行する
手順と、アイドルタスク部が前記タスクの実行後に前記
アイドルタスクを実行する毎にアイドルカウンタの値を
１累算する手順と、前記システムメモリのデバイスドラ
イバ部が前記タスク部の１回の動作の前後のタイミング
でアイドルカウンタの値を取込み、その値の差から次回
前記タスクを休止する回数または時間を求める手順と、
からなることを特徴とする。 （６）デバイスドライバの負荷分散システムにおいて、
デバイスドライバ、複数のタスク、アイドルタスクの順
に処理優先度を付け、それらの処理動作を制御するシス
テムメモリのリアルタイムＯＳ部と、前記タスクの実行
後に前記アイドルタスクを実行する毎にアイドルカウン
タの値を１累算するアイドルタスク部と、前記タスク部
の１回の動作の前後のタイミングでアイドルカウンタの
値を取込み、その値の差から次回前記タスクを休止する
回数または時間を求め、前記休止する回数または時間に
基づいて前記タスクを休止し外部デバイスを動作させる
デバイスドライバと、からなることを特徴とする。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を実施例とし
て図に基づいて詳細に説明する。

【００１３】（実施例）図５は本発明の実施例のシステ
ム構成図である。

【００１４】本実施例のシステムは、図５に示すよう
に、複数のタスクを有するシーケンスプログラムが格納
されるプログラムメモリ２と、システムプログラムが格
納されるシステムメモリ３と、制御レジスタ２７と内部
メモリ２８とを有してシステムプログラムの制御により
シーケンスプログラムを実行する中央演算装置１と、フ
ラッシュ・メモリ２９を含む外部デバイス２４とからな
る。カーネル部分を含むリアルタイムＯＳは、システム
メモリ３から中央演算装置１にロードされ、制御レジス
タ２７を用いて周辺装置となる外部デバイス２４を駆動
し、タスクを切り替えながらシーケンスプログラムを実
行させる。

【００１５】図１は、本発明のリアルタイムＯＳを用い
たシステムのブロック構成図である。

【００１６】システムメモリ３のリアルタイムＯＳ部２
１には、デバイスドライバ２３が含まれる。

【００１７】プログラムメモリ２のタスク部２２には、
システムプログラムを構成し処理優先度を設定したタス
ク−ｎ〜タスク−１と、最下位の処理優先度をもつアイ
ドルタスク２５を新たに設ける。アイドルタスク２５
は、１つの値を記憶し、演算する機能を持つ。この値を
アイドルカウンタ２６で記憶する。

【００１８】また、デバイスドライバ２３は、アイドル
カウンタ２６の値を読み込むことができる。

【００１９】前記処理優先度は、デバイスドライバ２
３、タスク−ｎ〜タスク−１、アイドルタスク２５の順
に低くなるように設定されている。

【００２０】図２は、本発明のデバイスドライバ２３の
ブロック構成図である。

【００２１】デバイスドライバ２３は、外部デバイス２
４に対しデータの入出力等の本来の動作を行う動作部２
３１と、動作を休止して他のタスクに動作を譲る休止部
２３２に大別される。

【００２２】休止部２３２は、休止カウンタ２３３を備
える。この休止カウンタ２３３は、１つの値を記憶し、
演算する機能を持つ。また、アイドルカウンタ２６差分
値から次回休止カウンタ値を参照できるデータベースと
して、休止カウンタ決定データベース２３４を備える。

【００２３】（動作）デバイスドライバ２３とアイドル
タスク２５に分けて動作を説明する。

【００２４】１）デバイスドライバ２３の動作 図３は本発明のデバイスドライバの動作フロー図であ
る。

【００２５】初期設定として、休止カウンタ２３３の値
を１とし、休止部２３２に進む（ステップＳ１）。

【００２６】休止部２３２では、休止カウンタ２３３の
値から１を引く（ステップＳ２）。

【００２７】休止カウンタ２３３の値が０（ゼロ）か判
断し、ＮＯなら動作部２３１のステップＳ８へ進み、Ｙ
ＥＳならステップＳ４へ進む（ステップＳ３）。

【００２８】アイドルカウンタ２６の値Ａを読み込み、
休止カウンタ決定データベース２３４に記憶する（ステ
ップＳ４）。

【００２９】「Ａ」は一定時間タスクに制御を渡す前の
アイドルカウンタの値を意味する。

【００３０】次に、リアルタイムＯＳ部２１に対し一定
時間、例えば数ミリ秒デバイスドライバ２３の休止を通
知し、タスク部２２に制御を譲る。この時、タスク部２
２の負荷状況に応じ、即ち、処理優先度の高い順にタス
ク−ｎ、タスク−（ｎ−１）、・・・、タスク−１の実
行要求があるか否かをチエックし、これら要求がなけれ
ば、最後に処理優先度の最も低いアイドルタスク２５が
動作し、アイドルカウンタ２６の値が増加する（ステッ
プＳ５）。

【００３１】一定時間（数ミリ秒）経過後デバイスドラ
イバ２３に制御が戻った後、再度アイドルカウンタ２６
の値Ｂを読み込み、休止カウンタ決定データベース２３
４に記憶する（ステップＳ６）。

【００３２】「Ｂ」は一定時間にタスク処理が終了した
直後のアイドルカウンタの値を意味する。

【００３３】次に休止カウンタ決定データベース２３４
を参照し、記憶してあったＡとＢの値から「Ｂ−Ａ＝」
を演算し、該休止カウンタ決定データベース２３４に予
め記憶している図２のアイドルカウンタ２６差分対次回
休止カウンタ値のテーブルからＢ−Ａの値に対応する値
を読み込み、この値を休止カウンタ２３３に入れる。そ
の後動作部２３１のステップＳ８に進む（ステップＳ
７）。

【００３４】動作部２３１では、デバイスドライバ２３
が行うべき外部デバイス２４に対する動作を分割して１
回分行う（ステップＳ８）。

【００３５】前記１回分の動作が完了したら、全ての動
作が完了したか否か判断し、完了していないと判断した
ときは休止部２３２のステップＳ２へ戻り、全ての動作
が完了したと判断したらデバイスドライバの動作を終了
する（ステップＳ９）。

【００３６】２）アイドルタスクの動作 図４は本発明を用いたアイドルタスクの動作をフローで
示したものである。

【００３７】初期設定として、アイドルカウンタ２６の
値を０とする（ステップＳ１１）。

【００３８】アイドルタスク２５は、リアルタイムＯＳ
部２１の制御により、他の全てのタスク部２２及びデバ
イスドライバ２３が休止状態の時に動作する。アイドル
タスク２５では、一定時間の空転を行い（ステップＳ１
２）、空転が終わるとアイドルカウンタ２６に１を加
え、空転動作に戻る（ステップＳ１３）。

【００３９】この空転とは、デバイスドライバの処理お
よびタスク−１〜ｎが休止中で、アイドルタスク２５が
動作している状態をいう。

【００４０】リアルタイムＯＳは、所定時間、例えば５
ミリ秒サイクルで、マルチタスクを時分割で行う。前記
所定時間内に、デバイスドライバの処理およびタスク−
１〜ｎをできるところまで行う。

【００４１】この所定時間内に、デバイスドライバの処
理およびタスク−１〜ｎが休止中で、アイドルタスク２
５の動作が終了したとき、アイドルカウンタ２６の値に
１加算し、次の所定時間の処理を行う。次の所定時間内
の処理が空転のとき、同じくアイドルカウンタ２６の値
に１加算し、その次の所定時間の処理を行う。

【００４２】換言すると、アイドルタスク２５以外のデ
バイスドライバ２３およびタスク部２２の負荷が小さい
場合は、アイドルタスク２５の動作割合が高まるためア
イドルカウンタ２６は早く増え、逆にアイドルタスク２
５以外のデバイスドライバ２３およびタスク部２２の負
荷が高い場合は、アイドルタスク２５の動作割合が低く
なるためアイドルカウンタ２６は増えにくくなる。

【００４３】このため、前記アイドルタスク２５以外の
デバイスドライバ２３およびタスク部２２の負荷が大き
い場合には、アイドルカウンタ２６のＡとＢの差が小さ
くなり、次回休止カウンタ値が大きくなり、外部デバイ
スの動作回数または動作時間が多くなり、反対に、前記
アイドルタスク以外のデバイスドライバ２３およびタス
ク部２２の負荷が小さい場合には、アイドルカウンタ２
６のＡとＢの差が大きくなり、次回休止カウンタ値が小
さくなり、外部デバイスの動作回数または動作時間が小
さくなる。

【００４４】（実施例の効果）ここでは、システムが動
作した全体の時間に対する、アイドルタスク２５以外の
タスク及びデバイスドライバ２３が動作した時間の割合
を、システム負荷と呼ぶこととする。

【００４５】本発明の実施例のシステムにおいて、シス
テム負荷が１４％（低い負荷）の場合、前記Ｂ−Ａの値
に応じて、平均して動作部１３回ごとに休止部１回の割
合で動作した。次に、システム負荷が４８％（やや高い
負荷）の場合、平均して動作部９回ごとに休止部１回の
割合で動作した。

【００４６】以上の動作結果から、システム負荷が低い
場合は、低速のデバイスドライバ２３が集中的に動作す
ることでデバイスドライバ２３の処理能力が高められ、
逆にシステム負荷が高い場合はデバイスドライバ２３の
動作が抑えられることにより、タスクの処理能力が高め
られ、システム全体としては負荷が分散されることにな
る。

【００４７】（他の実施の形態例）前記実施例以外の実
施の形態としては、図１において、デバイスドライバ２
３および外部デバイス２４を備えていないリアルタイム
ＯＳ部２１と、優先順位を有するタスク−１〜ｎと、ア
イドルタスク２５およびアイドルカウンタ２６とからな
るシステムが可能である。

【００４８】優先順位が同一の実行アプリケーション・
タスクが多く、ラウンドロビン方式によって各スレッド
のタイムスライスをデフォルトにしたような場合、前記
アプリケーション・タスクからなるマルチタスクおよび
アイドルタスクを時分割で実行する１サイクルに要する
前記所定時間内に、優先順位が同一の実行アプリケーシ
ョン・タスクの実行が１巡しないようなとき、タイムス
ライスが終了後優先度を再計算することもできるが、し
かし、実行されずに残る前記優先順位が同一の実行アプ
リケーション・タスクの実行を、前記実施例と同様に、
アイドルタスクの実行に伴ってカウントするアイドルカ
ウンタ２６の値の差分から次回休止カウンタ値に応じて
実行するように構成することも可能である。

【００４９】また、次回休止カウンタ値に応じて実行す
る対象は、どうしてもハングアップしては困るタスク、
またはあるスレッドを実行中に、より優先度の高いスレ
ッドが発生した場合そのスレッドに対応するタスクなど
がある。

【００５０】また、前記実施例では、Ｉ／Ｏマネジャと
してハードウエア・デバイス・ドライバを例示したが、
ネットワーク・ドライバ等も適用可能である。

【００５１】

【発明の効果】本発明は、処理速度の遅いデバイスの処
理を含めてシステムの持つ処理能力が有効に利用され、
システム全体として負荷を適切に分散することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のリアルタイムＯＳを用いたシステムの
ブロック構成図である。

【図２】本発明のデバイスドライバ２３のブロック構成
図である。

【図３】本発明のデバイスドライバの動作フロー図であ
る。

【図４】本発明を用いたアイドルタスクの動作をフロー
で示したものである。

【図５】本発明の実施例のシステム構成図である。

【図６】従来の一般的なリアルタイムＯＳを用いたシス
テムにおけるリアルタイムＯＳ部、タスク部、デバイス
ドライバの関連図である。

【符号の説明】

１ 中央演算装置 ２ プログラムメモリ ３ システムメモリ ２１ リアルタイムＯＳ部 ２２ タスク部 ２３ デバイスドライバ ２４ 外部デバイス ２５ アイドルタスク ２６ アイドルカウンタ ２７ 制御レジスタ ２８ 内部メモリ ２９ フラッシュ・メモリ ２３１ 動作部 ２３２ 休止部 ２３３ 休止カウンタ ２３４ 休止カウンタ決定データベース

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】リアルタイムＯＳを用いたシステムにおい
   て、デバイスドライバ、複数のタスク、アイドルタスク
   の順に処理優先度を付け、アイドルタスク実行時に実行
   回数を累積するように設定し、一定時間内における前記
   複数のタスクおよびアイドルタスクの処理の前後の前記
   実行回数の差を求め、タスクの負荷状態を前記実行回数
   に反比例する関係として求めることを特徴とするデバイ
   スドライバの負荷分散方法。
2. 【請求項２】請求項１記載のデバイスドライバの負荷分
   散方法において、デバイスドライバの動作時間を前記実
   行回数に比例する関係として求めることを特徴とするデ
   バイスドライバの負荷分散方法。
3. 【請求項３】請求項２記載のデバイスドライバの負荷分
   散方法において、前記デバイスドライバの動作時間に応
   じて前記デバイスドライバを動作し、前記動作時間終了
   後前記一定時間休止することを特徴とするデバイスドラ
   イバの負荷分散方法。
4. 【請求項４】リアルタイムＯＳを用いたシステムにおい
   て、デバイスドライバ、複数のタスク、アイドルタスク
   の順に処理優先度を付け、アイドルタスク実行時にアイ
   ドルカウンタの値を１増加するように設定し、一定時間
   内における前記複数のタスクおよびアイドルタスクの処
   理の前後のアイドルカウンタの差分値に基づいて休止カ
   ウンタ値を設定し、前記休止カウンタ値がゼロ以外のと
   き前記デバイスドライバの処理を優先し、前記休止カウ
   ンタ値を前記デバイスドライバの１処理毎に減算し、前
   記休止カウンタ値がゼロのとき前記複数のタスクを優先
   処理することを特徴とするデバイスドライバの負荷分散
   方法。
5. 【請求項５】システムメモリのリアルタイムＯＳ部が、
   デバイスドライバ、複数のタスク、アイドルタスクの順
   に処理優先度を付け、それらの処理動作を制御する手順
   と、プログラムメモリのタスク部が、前記リアルタイム
   ＯＳ部の制御によって、複数のタスクおよびアイドルタ
   スクを実行する手順と、アイドルタスク部が前記タスク
   の実行後に前記アイドルタスクを実行する毎にアイドル
   カウンタの値を１累算する手順と、前記システムメモリ
   のデバイスドライバ部が前記タスク部の１回の動作の前
   後のタイミングでアイドルカウンタの値を取込み、その
   値の差から次回前記タスクを休止する回数または時間を
   求める手順と、からなることを特徴とするデバイスドラ
   イバの負荷分散方法。
6. 【請求項６】デバイスドライバ、複数のタスク、アイド
   ルタスクの順に処理優先度を付け、それらの処理動作を
   制御するシステムメモリのリアルタイムＯＳ部と、前記
   タスクの実行後に前記アイドルタスクを実行する毎にア
   イドルカウンタの値を１累算するアイドルタスク部と、
   前記タスク部の１回の動作の前後のタイミングでアイド
   ルカウンタの値を取込み、その値の差から次回前記タス
   クを休止する回数または時間を求め、前記休止する回数
   または時間に基づいて前記タスクを休止し外部デバイス
   を動作させるデバイスドライバと、からなることを特徴
   とするデバイスドライバの負荷分散システム。