JP2003337711A - 情報処理装置および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】システムの利用状況や処理負荷等の実行時情報
をふまえて、スレッドなどの並行処理分割単位の属性を
選択し、応答性などのパフォーマンスを最適化したプロ
グラム実行環境を簡便に提供する。 【解決手段】処理全体を複数の処理単位に分割しこれら
を同時に動作させるプログラム実行環境において、シス
テム運用時にプログラムの実行状況を示す各種履歴情報
を取得する手段と、前記取得情報と設定条件との比較を
もってプログラムの並行処理単位の属性を決定する並行
処理単位属性決定手段とを備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はコンピュータ上で実
行されるプログラムの実行状態を最適化する方法に関す
るもので、特にマルチスレッドプログラムなど複数の並
行処理単位が同時に動作するようなプログラムの環境に
おいて個々の処理単位の属性を最適化する方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】コンピュータが行う処理の単位にはジョ
ブ、トランザクション、プロセス、スレッド、タスクな
どが知られており、いずれもプログラム内で複数の処理
を並行に実行させる場合の処理分割単位として使用でき
る。プログラムをこれらの処理単位に分割して各々を並
行して処理することは、プログラムの応答性やコンピュ
ータ資源の有効活用のために多用されている。

【０００３】複数のスレッドを同時実行させるプログラ
ムは、マルチスレッドプログラムと呼ばれる。マルチス
レッドプログラムの好例は、Web ブラウザである。Web
ブラウザ内で、アプレットあるいはイメージをロードし
ている間にページをスクロールしたり、動画を動かしな
がら音を出し、新規ページをロードしている間にバック
グラウンドでページを印刷したりという並行作業は、プ
ログラムのマルチスレッド化によって可能となってい
る。

【０００４】スレッドの実現方法はコンピュータの環境
によって異なる。例えばJavaプログラムにおいて（Java
はSun Microsystems社の登録商標）Javaスレッドの実現
方法は、Javaプログラムの実行基盤（プラットフォー
ム）となるオペレーティングシステム（OS）の管理する
並行分割単位（プロセスやタスク、あるいはスレッドな
ど）とJavaスレッドとの対応づけの違いで分類できる。
OSのタスクやプロセスに１対１でJavaスレッドを直接対
応づけるスレッド実装方式は、ネイティブスレッドまた
はカーネルスレッド方式と呼ばれている。これに対し
て、OSのカーネル空間の外側に位置するユーザ空間で、
すなわちOSから見るとアプリケーションの階層で、スレ
ッドを実装する方式が存在する。これはグリーンスレッ
ド方式と呼ばれる。カーネルスレッドがOSに依存するの
とは対照的に、OSに依存しない方式である。

【０００５】カーネルスレッドとグリーンスレッドは、
スレッドの走行環境ならびに利用資源の所在の違いによ
って区分するスレッドの属性といえるが、その他にも
「プリエンプテイブ（preemptive）」と「ノンプリエン
プテイブ（non-preemptive）」で区分されるスケジュー
リングポリシーなどのスレッド属性が存在し、これらの
スレッド属性はマルチスレッドプログラム全体としての
機能面や性能面を左右する長所と短所を合わせもつこと
が知られている。

【０００６】例えばカーネルスレッドとユーザースレッ
ドのうちカーネルスレッドには、スレッド切り替えがカ
ーネル空間への処理移行を伴う分遅いという欠点が存在
する反面、OSに直結した構造でOSのデバイス管理機構を
活かせるためにI/Oイベントへの応答性に優れている、
という利点が存在する。一方で、ユーザースレッドに
は、スレッド切り替えがカーネル空間への処理移行が不
要である分速いという利点の反面、I/Oの多重化に不向
き（I/0イベントへの応答性が保証しにくい）欠点が存
在し標準入力で処理が止まるとプログラム全体がブロッ
クされるという問題が生じやすい。

【０００７】このように利害得失を合わせもったスレッ
ド属性を、アプリケーションプログラムの特性に応じて
使い分けることができれば望ましい。このような要請を
ふまえ、カーネルスレッドとユーザースレッドの選択を
システム起動時に明示的に指定できるシステムやアプリ
ケーションプログラムでの明示的な選択が可能なシステ
ムが存在する。

【０００８】しかしスレッド属性の指定契機がシステム
起動時のみでは、運用時の状況に応じて応答性などを最
適化するには限度があるという問題がある。このような
問題は、処理分割単位がここまで言及してきたスレッド
である場合に限ったものでなくプロセスやタスクである
場合にも同様に存在する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明におい
ては、システムの利用態様や処理負荷等の実行時情報を
ふまえて、スレッドなどの並行処理分割単位の属性を個
々の並行処理分割単位を起動する際に個別に選択的に決
定する手段を提供し、最適な並列分散処理を実現するプ
ログラム実行環境を提供することを目的とする。

【００１０】

【発明を解決するための手段】本発明において、実行を
監視されるプログラムを実行する運用計算機は、プログ
ラムと、これを実行するプログラム実行系、その実行の
際にシステムの利用態様や処理負荷等を検知するプログ
ラム走行状況検知部、を備えている。また、運用計算機
は、プログラム走行状況を記録するために実行履歴作成
部ならび実行履歴テーブルを備えている。

【００１１】これを監視する監視用計算機は、前記プロ
グラム走行状況検知部から送られる情報をもとに、起動
するスレッドの適切な属性を判定し決定するためにスレ
ッド属性決定部を備えている。また、監視用計算機は前
記スレッド属性決定部が参照する実行履歴テーブルやス
レッド属性選択基準テーブルをデータベースに備える。

【００１２】起動する個々のスレッドの属性を判断する
にあたって参照するのは、OSやOSの上で動作するインタ
プリタ実行系で使用しているシステム資源の使用量、あ
るいは、インタプリタ実行系が使用するライブラリモジ
ュールの使用頻度、など、運用中に経時変化し時々のシ
ステムのパフォーマンスへの影響が大きいと考えられる
実行時情報である。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図を参照して本発明の実施
の形態を説明する。図１は本発明の構成図である。運用
計算機（１）は監視計算機（２）とネットワーク（３）
で接続される。運用計算機（１）はプログラム（１２）
を実行するプログラム実行系（１１）を備え、また監視
計算機（２）との通信を行うための通信部（１３）を備
える。プログラム実行系（１１）としてはOSや、OSの上
で動作するJava等のインタプリタ実行系が考えられる。
プログラム実行系（１１）はその実行状況を検出するプ
ログラム実行系状況検出部（１１１）、実行履歴作成部
（１１２）ならび実行履歴テーブル（１１３）を備え
る。

【００１４】監視計算機（２）は運用計算機（１）と通
信を行う通信部（２３）、データベースを更新する登録
するＤＢ更新部（２１）、起動するスレッドの適切な属
性を判定し決定するスレッド属性決定部（２２）、およ
びデータベース（２５）からなる。そして監視計算機
（２）は管理者などがデータベース内の情報を更新する
ための標準入出力部（２４）を備える。

【００１５】図２はデータベースの構成である。データ
ベース（２５）は、実行履歴テーブル（２５１）とスレ
ッド属性選択基準テーブル（２５２）を持つ。実行履歴
テーブル（２５１）は、プログラム実行系（１１）の直
前の処理内容を示す情報を保持したテーブルである。図
３は、本発明の好ましい実施例による、実行履歴テーブ
ル（２５１）の構成を示した例である。この例では、直
前の処理内容を示す情報として、Java実行系で利用され
たクラス・メソッド名称（２５１１）とその実行時刻
（２５１２）、ならびに実行回数（２５１３）を対にし
て示してある。なお、Javaプログラムが実行したJavaの
クラス群（パッケージ）や個々のクラスの名称は、Java
実行系がインタプリタ実行系であり、名称などの意味情
報を原形に近い状態で保持した中間コードで処理するこ
とから、運用中の実行時においても容易に識別できる。

【００１６】スレッド属性選択基準テーブル（２５２）
は、各スレッド属性にとって適した実行状況を記述した
テーブルである。図４は、本発明の好ましい実施例によ
る、スレッド属性選択基準テーブル（２５２）の構成を
示した例である。この例では、スレッド属性として、カ
ーネルスレッドとユーザースレッドを想定している（２
５２１）。双方の属性のスレッドに適した実行系の状況
として、実行履歴の面でJavaプログラムにおける各クラ
スの実行回数の閾値、ならびに現在の状況の面で現在動
作中のスレッド数の閾値を、設定してある（２５２
２）。なお、Javaのクラス群（パッケージ）やクラスの
名称は、Javaプログラムの処理内容や利用資源を象徴す
るものとなっているので、その利用状況はプログラム実
行系の状況を推測する手がかりとして有用である。

【００１７】この構成の変形例として、ネットワーク
（３）のかわりにデータバスを利用し、運用計算機
（１）と監視計算機（２）上のモジュールを１つの計算
機上に配置し、同一の計算機で実行することも考えられ
る。また、図１のように実行履歴テーブル（１１２）、
（２５１）が運用計算機（１）上と、監視計算機（２）
の両方に存在する場合と、片側にしか存在しない場合も
考えられる。また、図３の実行履歴テーブル（２５１）
の例では、直前の処理内容を示す情報として、実行した
クラスとその実行時刻を示してあるが、これに限ったも
のではない。スレッド属性選択基準テーブル（２５２）
についても掲載情報は図４の例に限ったものではない。

【００１８】次に図５のスレッド属性決定手順のフロー
を用いて本発明の動作を説明する。プログラム（１２）
の実行を開始するに際して、スレッド属性選択基準テー
ブル（２５２）を設定する（ステップ１０００）。設定
は監視計算機に備わった標準入出力部（２４）を通じて
管理者の手入力などによって実施される。設定した結果
の例が図４に相当する。

【００１９】プログラム（１２）の実行が開始すると、
プログラム走行状況検知部（１１１）がその時々の実行
内容に関わる情報を取得して（ステップ１０１０）、実
行履歴作成部（１１２）を起動する。実行履歴作成部
（１１２）は、プログラム走行状況検知部（１１１）か
らの情報を、実行履歴テーブル（１１３）を更新する。
（ステップ１０２０）。監視計算機は、実行履歴テーブ
ル（１１３）の更新分をネットワーク（３）経由で定期
的に受信して、監視計算機（２）上のデータベース更新
部（２１）を用いてデータベース（２５）内の実行履歴
テーブル（２５１）を最新の内容に更新しておく。

【００２０】プログラム走行状況検知部（１１１）は、
スレッド起動命令がプログラムから発行されたと判断し
た場合は（ステップ１０７０）、スレッド属性決定部
（２２）にスレッド起動命令が発行されたことを通知す
る。

【００２１】スレッド属性決定部（２２）は、スレッド
属性選択基準テーブル（２５２）を参照し、スレッド属
性決定に必要な情報をプログラム実行系状況検出部（１
１１）を通じてネットワーク（３）経由で取得する。そ
して、スレッド属性決定部（２２）は、前記取得情報を
スレッド属性選択基準テーブル（２５２）の設定内容と
比較して、起動するスレッドの属性を適切なものに決定
し（ステップ１０８０）、その決定内容をプログラム実
行系（１１）にネットワーク（３）経由で通知する。前
記通知を受けたプログラム実行系（１１）は、通知され
た属性でスレッドを起動する（ステップ１０４０、ステ
ップ１０９０）。

【００２２】スレッド属性選択基準テーブル（２５２）
が図４の例は、スレッド数とクラスの使用状況がスレッ
ド属性の決定に必要となることを示している。この例に
おいて、プログラム実行系状況検出部（１１１）を通じ
て取得したスレッド数が100未満であり、さらに、実行
履歴テーブル（２５１）の最新内容が図３の例の内容で
あれば、クラスAの最近実行回数5回以上とスレッド数が
100未満という図４のスレッド属性選択基準テーブル
（２５２）記載の条件をともに満足するので、起動する
スレッドの属性をカーネルスレッドと決定する。一方
で、プログラム実行系状況検出部（１１１）を通じて取
得したスレッド数が100以上であれば、起動するスレッ
ドの属性をユーザースレッドと決定する。

【００２３】前記手順では、スレッド属性決定を実行履
歴と現在のリソース量の両方をもとに行ったが、変形例
として、スレッド属性選択基準テーブル（２５２）にど
ちらか一方の記載しか存在しない場合は、本フローで存
在しない情報の取得を行っている部分を省略するだけで
よい。

【００２４】なお、スレッド属性選択基準テーブル（２
５２）の設定ならびに更新を行うタイミングとして、前
記手順に示したようにプログラム実行開始直前のシステ
ム起動時に行ってもよいし、その他にはエラーが生じて
異常終了した際に毎回行ってもよいし、予め管理者が設
定した時間毎に定期的に行ってもよい。さらには、管理
者が必要と判断した場合にのみ行うことが考えられる。

【００２５】本発明に係るシステムは、Java、Ｃ及びC+
+を含む種々のコンピュータプログラミング言語で記述
された全てのマルチスレッド化プログラムに適用し得る
ものである。また、並行処理単位はスレッドに限らず、
プロセスやタスクなどで並行処理を行うプログラムにも
同様に適用し得るものである。

【００２６】以上、本発明の一実施形態について説明し
たが、本発明は上述した実施形態に限定されるものでは
ない。本発明は、上述した説明から可能な範囲で、ま
た、本発明の実施形態から導かれる範囲で、種々の変形
例が可能である。例えば、上述した実施形態は、ソフト
ウエアを含むものであるが、本発明は、ハードウエアと
ソフトウエアとの組み合わせ、又はハードウエアのみに
よって実装され得るものである。本発明は、様々なプロ
グラミング言語によって実装することができる。

【００２７】

【発明の効果】本発明によると、カーネルスレッドとユ
ーザースレッドといったスレッド属性を個々のスレッド
の起動時にシステムの運用状況に合わせて更新し最適化
することが可能になる。しかも、プログラムのコーディ
ングの変更や再コンパイル等を行うことなくスレッド属
性を容易に変更することが可能になる。結果として、本
発明によると、マルチスレッドプログラムの走行状況を
最適化する効果を提供できる。並行処理単位はスレッド
に限らず、プロセスやタスクなどによる並行処理を同様
に最適化する効果を提供できる。

【００２８】とくに本発明をJava実行系に適用する効果
は顕著である。Java実行系に対する運用中の動的最適化
技術においては、従来技術の最適化対象が単一の並行処
理単位内の高速化にとどまるという限定的なものである
のに対して、本発明をJava実行系に適用した場合にはそ
の最適化対象を複数の処理単位による並行処理環境全体
に拡大することができる。さらには、I/O応答性とシス
テム資源利用状況に最適化項目を拡大できる。また、Ja
vaプログラムが実行したJavaのクラス群（パッケージ）
や個々のクラスの名称を実行時情報として活用できるた
め、最適化が容易にかつ的確に行える効果も生まれる。
Java実行系がインタプリタ実行系であり、名称などの意
味情報を原形に近い状態で保持した中間コードで処理す
ることから、運用中の実行時において容易に識別でき、
しかもその名称が処理内容や利用資源を象徴しているた
めである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の構成を示す図である。

【図２】 データベースの構成を示す図である。

【図３】 実行履歴テーブルの構成を示す図である。

【図４】 スレッド属性選択基準テーブルの構成を示す
図である。

【図５】 スレッド属性決定手順を示したフローであ
る。

【符号の説明】

１…運用計算機、２…監視計算機、３…ネットワーク、
１１…プログラム実行系、１１１…プログラム実行系状
況検出部、１１２…実行履歴作成部、１１３…実行履歴
テーブル、１２…プログラム、１３…通信部、２１…Ｄ
Ｂ更新部、２２…異常判定部、２３…通信部、２４…標
準入出力部、２５…データベース、２５１…実行履歴テ
ーブル、２５２…スレッド属性選択基準テーブル。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 里山 元章 神奈川県川崎市麻生区王禅寺1099番地 株 式会社日立製作所システム開発研究所内 (72)発明者 中野 正樹 神奈川県川崎市麻生区王禅寺1099番地 株 式会社日立製作所システム開発研究所内 (72)発明者 川▲崎▼ 進一郎 神奈川県川崎市麻生区王禅寺1099番地 株 式会社日立製作所システム開発研究所内 Ｆターム(参考） 5B098 GA02 GA05 GC01

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】処理全体を複数の処理単位に分割しこれら
   を同時に動作させるプログラム実行環境において、シス
   テム運用時にプログラムの実行状況を示す各種履歴情報
   を取得する手段と、前記取得情報と設定条件との比較を
   もってプログラムの並行処理単位の属性を決定する並行
   処理単位属性決定手段とを有することを特徴とする情報
   処理装置。
2. 【請求項２】処理全体を複数の処理単位に分割しこれら
   を同時に動作させるプログラム実行環境において、シス
   テム運用時にプログラムの実行状況を示す各種履歴情報
   を取得ならびに蓄積工程と、前記取得情報と設定条件と
   の比較をもってプログラムの並行処理単位の属性を決定
   する工程とを有することを特徴とする情報処理方法。
3. 【請求項３】請求項１において、並行処理単位がスレッ
   ドであり、並行処理単位属性決定手段が前記スレッドを
   ユーザースレッドとして起動するかカーネルスレッドと
   して起動するかを決定することを特徴とする情報処理装
   置。