JP2011128665A - 電子機器およびメモリ管理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】仮想記憶方式のメモリ管理を採用している電子機器において、初期化処理後の定常処理の開始を遅延させないようにする。
【解決手段】コントローラ１は、プログラム２１を実行するＣＰＵ１１と、主記憶装置１２と補助記憶装置１３とを使用した仮想記憶方式でプログラムを管理するメモリ管理ユニット１１ａとを有する。そのＣＰＵ１１は、内部デバイス２用の１または複数の初期化プログラム２１を実行し、初期化プログラム２１による初期化が完了したときにメモリ管理ユニット１１ａに、仮想記憶方式で保持されている初期化プログラム２１を主記憶装置１２から削除させ、その後、内部デバイス２の定常処理プログラム２１の実行を開始する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子機器およびメモリ管理方法に関するものである。

近年の電子機器の多くは、コンピュータシステムを内蔵した組み込みシステムを有し、そのようなコンピュータシステムにおいて、Ｌｉｎｕｘ（登録商標）などの組み込み用のオペレーティングシステムが使用されるものもある。したがって、そのような電子機器においても、オペレーティングシステムによりページング方式等の仮想記憶方式でメモリ管理が行われることがある。

仮想記憶方式では、メモリ管理ユニットが、プロセッサからのプログラム／データのリード／ライトに使用される仮想アドレス空間と、主記憶装置上での物理アドレス空間との間のマッピング、補助記憶装置から主記憶装置へのプログラム／データのロードなどを行う。

また、仮想記憶方式によるメモリ管理では、主記憶装置（通常、ＲＡＭ：Random Access Memory）の空きメモリがファイルＩ／Ｏ用キャッシュとして利用される。また、ページング方式の場合、主記憶装置のメモリ領域は、ページという固定長の単位で分割管理される。これらの「ページ」に補助記憶装置のプログラムやデータを保持すること、あるいはその保持されているプログラムやデータは、ページキャッシュと呼ばれる。

ページング方式では、プロセッサでの処理に必要なプログラムやデータが、主記憶装置のページキャッシュにない場合には、補助記憶装置から主記憶装置へロードされる。これを「ページイン」という。そして、次々とプログラムやデータが主記憶装置へロードされていくと、次第に、主記憶装置の空きページが少なくなり、新たにプログラムやデータをロードするための空きページが十分確保されなくなると、オペレーティングシステムは、処理に不要なページキャッシュを検索し、メモリ管理ユニットを使用して、不要なページキャッシュを主記憶装置から追い出す。これを「ページアウト」という。

この仕組みにより、主記憶装置の物理的容量を超えるメモリ領域をプロセッサ（つまり、オペレーティングシステム）が扱うことができる。

主記憶装置の空きページが不十分になりページアウトが発生した後、さらに主記憶装置へのプログラムやデータのロードが継続的に必要になると、ページアウトとページインが繰り返され、主記憶装置と補助記憶装置との間のページ転送量、およびオペレーティングシステムによるページアウトさせるページの検索の処理負荷が増加するため、コンピュータシステムの処理能力が急激に低下する。この現象はスラッシングと呼ばれる。

このようなスラッシングの防止を目的とする技術が、例えば特許文献１において提案されている。

特開平８−２７２６８４号公報

このようなスラッシングが起きないようにするには、一般的に、主記憶装置の物理容量を増やすが、組込み型の電子機器の場合、主記憶装置の物理的容量は、内部デバイス（電子機器の機能を実現するためのデバイス）を動作させるアプリケーションプログラムを実行可能な最低限の程度とされるため、主記憶装置の物理的容量が比較的小さく、スラッシングが発生しやすい。

そのようなアプリケーションプログラムにより実行される処理は、電子機器の起動後、初期化処理から定常処理へと時間の経過とともに遷移していく。この初期化処理に用いられるプログラムコードは、起動時の初期化処理でしか使われないものが多く、そのプログラムコードが主記憶装置にページキャッシュとして存在し続けると、スラッシングが発生しやすくなり、後続の定常処理の開始が遅延したり、後続の定常処理自体が遅延したりする可能性がある。

図８は、電子機器の主記憶装置の、初期化処理および定常処理におけるメモリ使用量の推移の例を示す図である。図８に示すように、起動時から初期化処理が開始されると、オペレーティングシステム等といった常駐プログラムの他、初期化プログラムおよび初期化データが主記憶装置へロードされていく、その後、初期化が完了すると、定常処理プログラムおよび定常処理データがロードされていくが、図９に示すように、メモリ使用量の上限に達すると、スラッシングが発生する。スラッシングに起因して、初期化プログラムおよび初期化データが主記憶装置１０１から徐々にページアウトされていくにつれて、定常処理プログラムおよび定常処理データが補助記憶装置１０２から主記憶装置１０１へ徐々にページインされていく。このため、定常処理の開始が遅延するとともに、定常処理自体が遅延する。

上述の特許文献１に記載の技術では、十分な空きメモリがない場合、スラッシング防止のために、余剰メモリを有するジョブのメモリ解放を待つ。したがって、この技術を使用しても、後続処理の開始が遅延してしまう。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、初期化処理後の定常処理の開始を遅延させない電子機器およびメモリ管理方法を得ることを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明では以下のようにした。

本発明に係る電子機器は、内部デバイスと、内部デバイスを制御するコントローラとを備える。そして、コントローラは、プログラムを実行するプロセッサと、主記憶装置と補助記憶装置とを使用した仮想記憶方式でプログラムを管理するメモリ管理ユニットとを有する。そのプロセッサは、内部デバイス用の１または複数の初期化プログラムを実行し、初期化プログラムによる初期化が完了したときにメモリ管理ユニットに、仮想記憶方式で保持されている初期化プログラムを主記憶装置から削除させ、その後、内部デバイスの定常処理プログラムの実行を開始する。

これにより、初期化完了時に初期化プログラムを主記憶装置から削除するため、定常処理においてスラッシングが発生しくくなり、初期化処理後の定常処理の開始が遅延しないで済む。

また、本発明に係る電子機器は、上記の電子機器に加え、次のようにしてもよい。この場合、プロセッサは、初期化プログラムで初期化の完了を検出し、初期化を検出したときにメモリ管理ユニットに、仮想記憶方式で保持されている初期化プログラムを主記憶装置から削除させる。

また、本発明に係る電子機器は、上記の電子機器のいずれかに加え、次のようにしてもよい。この場合、複数の初期化プログラムは、初期化における複数のステージでそれぞれ実行される。そして、プロセッサは、複数のステージにおける各ステージが完了したときにメモリ管理ユニットに、仮想記憶方式で保持されている初期化プログラムを主記憶装置から削除させる。

これにより、初期化プログラムの合計サイズが大きくても、初期化処理時にスラッシングが発生しにくくなり、初期化処理後の定常処理の開始が遅延しないで済む。

また、本発明に係る電子機器は、上記の電子機器のいずれかに加え、次のようにしてもよい。この場合、初期化プログラムと定常処理プログラムとは、それぞれ独立したルーチンまたは関数とされている。

これにより、初期化プログラムと定常処理プログラムとを独立して主記憶装置へロードすることが可能であるため、初期化プログラムは初期化時にのみ主記憶装置へロードされ、定常処理プログラムは初期化完了後にのみ主記憶装置へロードされるため、主記憶装置のメモリ領域が効率よく使用される。

また、本発明に係る電子機器は、上記の電子機器のいずれかに加え、次のようにしてもよい。この場合、メモリ管理ユニットは、主記憶装置と補助記憶装置とを使用した仮想記憶方式でプログラムおよびデータを管理する。そして、プロセッサは、初期化プログラムを主記憶装置から削除させるときに、その初期化プログラムで使用した初期化データを併せて削除する。

本発明に係るメモリ管理方法は、主記憶装置と補助記憶装置とを使用してメモリ管理ユニットによる仮想記憶方式で、プロセッサにより実行されるプログラムを管理するメモリ管理方法であって、プロセッサは、内部デバイス用の１または複数の初期化プログラムを実行し、初期化プログラムによる初期化が完了したときにメモリ管理ユニットに、仮想記憶方式で保持されている初期化プログラムを主記憶装置から削除させ、その後、内部デバイスの定常処理プログラムの実行を開始する。

これにより、初期化完了時に初期化プログラムを主記憶装置から削除するため、定常処理においてスラッシングが発生しにくくなり、初期化処理後の定常処理の開始が遅延しないで済む。

本発明によれば、電子機器において、初期化完了時に初期化プログラムを主記憶装置から削除するため、定常処理においてスラッシングが発生しにくくなり、初期化処理後の定常処理の開始が遅延しないで済む。

図１は、本発明の実施の形態に係る電子機器の構成を示すブロック図である。 図２は、実施の形態１における電子機器の起動後の動作を説明するフローチャートである。 図３は、実施の形態１における初期化処理時の初期化プログラムおよび初期化データのロードを示す図である。 図４は、実施の形態１における定常処理プログラムおよび定常処理データのロードを示す図である。 図５は、実施の形態１における電子機器の主記憶装置の、初期化処理および定常処理におけるメモリ使用量の推移の例を示す図である。 図６は、実施の形態２における電子機器の起動後の動作を説明するフローチャートである。 図７は、実施の形態２における電子機器の主記憶装置の、初期化処理および定常処理におけるメモリ使用量の推移の例を示す図である。 図８は、電子機器の主記憶装置の、初期化処理および定常処理におけるメモリ使用量の推移の例を示す図である。 図９は、初期化処理後に主記憶装置のメモリ使用量が上限に達した状態を示す図である。

以下、図に基づいて本発明の実施の形態を説明する。

実施の形態１．

図１は、本発明の実施の形態に係る電子機器の構成を示すブロック図である。図１において、コントローラ１は、内部デバイス２を制御する演算処理装置である。内部デバイス２は、電子機器の機能を実現するためのデバイスである。例えば、この電子機器が、プリンタ、コピー機、ファクシミリ機、複合機などの画像形成装置である場合には、プリントエンジン、スキャンエンジンなどが内部デバイス２となる。

図１に示すコントローラ１は、プロセッサとしてＣＰＵ（Central Processing Unit）１１、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory ）などの主記憶装置１２、およびハードディスクドライブなどの補助記憶装置１３を有する。補助記憶装置１３は、主記憶装置１２に比べ、リード速度・ライト速度が低いものの容量は大きい。また、補助記憶装置１３は、不揮発性の記憶装置である。

ＣＰＵ１１は、メモリ管理ユニット（ＭＭＵ：Memory Management Unit）１１ａを有し、仮想記憶方式のメモリ管理をサポートする。メモリ管理ユニット１１ａは、主記憶装置１２と補助記憶装置１３とを使用した仮想記憶方式でプログラム２１およびデータ２２を管理する。より具体的には、ＣＰＵ１１で動作するオペレーティングシステムとメモリ管理ユニット１１ａとにより、仮想記憶方式のメモリ管理が実現される。この実施の形態１における電子機器では、ページング方式でのメモリ管理が行われる。

ＣＰＵ１１は、メモリ管理ユニット１１ａを使用して、補助記憶装置１３に格納されているプログラム２１および／またはデータ２２を主記憶装置１２にロードする。そして、ＣＰＵ１１は、主記憶装置１２におけるプログラム２１のコード（つまり、命令）をフェッチし、そのコードを解釈し、必要なデータ２２をフェッチして、そのデータを使用してそのコードを実行する。

プログラム２１には、内部デバイス２の初期化に使用される１または複数の初期化プログラム、および初期化後の定常処理に使用される１または複数の定常処理プログラムが含まれる。

この実施の形態１では、初期化プログラムと定常処理プログラムとは、それぞれ独立したルーチンまたは関数とされており、主記憶装置１２へロードされる際に、別々のページにロードされるように初期化プログラムのサイズと定常処理プログラムのサイズが設定されている。例えば、初期化プログラムのコードのみを選択してリンカスクリプトを用いて初期化プログラムコードオブジェクトが同一ページ内にキャッシュされるように、初期化プログラムを作成すればよい。

ＣＰＵ１１は、電子機器のオペレーティングシステムの起動後に、初期化プログラムを実行し、その初期化プログラムによる初期化が完了したときにメモリ管理ユニット１１ａに、仮想記憶方式で保持されている初期化プログラムを主記憶装置１２から削除させ、その後、内部デバイス２の定常処理プログラムの実行を開始する。この実施の形態１では、ＣＰＵ１１は、初期化プログラムを主記憶装置１２から削除させるときに、その初期化プログラムで使用した初期化データを併せて削除する。

次に、上記電子機器の動作について説明する。

図２は、実施の形態１における電子機器の起動後の動作を説明するフローチャートである。図３は、実施の形態１における初期化処理時の初期化プログラムおよび初期化データのロードを示す図である。図４は、実施の形態１における定常処理プログラムおよび定常処理データのロードを示す図である。図５は、実施の形態１における電子機器の主記憶装置の、初期化処理および定常処理におけるメモリ使用量の推移の例を示す図である。

まず、電子機器が起動すると、ＣＰＵ１１は、オペレーティングシステムを主記憶装置１２へロードし実行する（ステップＳ１）。オペレーティングシステムの起動後、ＣＰＵ１１は、オペレーティングシステムに従ってメモリ管理ユニット１１ａで仮想記憶方式のメモリ管理を開始する。

次に、ＣＰＵ１１は、内部デバイス２の初期化処理を行う（ステップＳ２）。初期化処理では、内部デバイス２の初期設定、内部デバイス２の起動時に予め指定されている処理などが行われる。ＣＰＵ１１は、オペレーティングシステムに従って、オペレーティングシステムなどに予め登録されているスケジュールに沿って初期化プログラム２１ａを順次実行する。このとき、図３に示すように、初期化プログラム２１ａは、メモリ管理ユニット１１ａにより補助記憶装置１３から主記憶装置１２へ順次ロードされていく。同様に、初期化プログラム２１ａで使用されるデータ（初期化データ２２ａ）も補助記憶装置１３から主記憶装置１２へ順次ロードされていく。したがって、図５に示すように、初期化時には、主記憶装置１２のメモリ使用量が主記憶装置１２のメモリ容量近くまで上昇していく。なお、図３におけるデータ３１は、オペレーティングシステムなどの常駐データである。

そして、ＣＰＵ１１は、初期化プログラム２１ａを実行していき、初期化プログラム２１ａで初期化の完了を検出すると、メモリ管理ユニット１１ａを使用して、主記憶装置１２における初期化プログラム２１ａおよび初期化データ２２ａを削除する（ステップＳ３）。このとき、ＣＰＵ１１は、メモリ管理ユニット１１ａで、初期化プログラム２１ａおよび初期化データ２２ａを含むページ、つまり、データ３１を含むページ以外のすべてのページを、空きページの有無に拘わらず強制的にページアウトさせる。このページアウト動作により、図５に示すように、主記憶装置１２のメモリ使用量は減少し、空きページが増加する。

なお、このステップＳ３の動作は、初期化プログラム２１ａの最後に記述しておいてもよいし、初期化後に最初に実行される定常処理プログラム２１ｂの最初に記述しておいてもよいし、オペレーティングシステムなどに予めスケジューリングしておいてもよい。

また、ＣＰＵ１１は、初期化の完了を検出すると、定常処理プログラム２１ｂの実行を開始する（ステップＳ４）。このとき、ＣＰＵ１１のメモリ管理ユニット１１ａは、図５に示すように、まず、主記憶装置１２における初期化プログラム２１ａおよび初期化データ２２ａの削除（つまり、ページアウト）を完了させ、その後、図４に示すように定常処理プログラム２１ｂを主記憶装置１２へロードする。

例えば、定常処理では、コントローラ１は、内部デバイス２に対する動作要求（例えばユーザ操作などによる動作要求）の有無を監視し、そのような動作要求に対応する動作を内部デバイス２に実行させる。また、定常処理では、コントローラ１は、内部デバイス２の状態を監視し、内部デバイス２の状態に応じて予め指定されている処理を実行する。

このようにして、電子機器の起動後に、初期化処理を経て定常処理が実行開始される。

以上のように、上記実施の形態１によれば、コントローラ１は、プログラム２１を実行するＣＰＵ１１と、主記憶装置１２と補助記憶装置１３とを使用した仮想記憶方式でプログラム２１を管理するメモリ管理ユニット１１ａとを有する。そのＣＰＵ１１は、内部デバイス２用の１または複数の初期化プログラム２１ａを実行し、初期化プログラム２１ａによる初期化が完了したときにメモリ管理ユニット１１ａに、仮想記憶方式で保持されている初期化プログラム２１ａを主記憶装置１２から削除させ、その後、内部デバイス２の定常処理プログラム２１ｂの実行を開始する。

これにより、初期化完了時に初期化プログラム２１ａを主記憶装置１２から削除するため、定常処理においてスラッシングが発生しくくなり、初期化処理後の定常処理の開始が遅延しないで済む。なお、ページキャッシュされている初期化プログラム２１ａにおいて定常処理で使用可能なプログラムコードが含まれる可能性があるが、必要なプログラムコードを補助記憶装置１３から再度ロードした方が、スラッシングに起因する遅延より、遅延量が少なくて済む。

実施の形態２．

実施の形態２に係る電子機器では、ＣＰＵ１１が、初期化の途中で、それまでに使用した初期化プログラム２１ａ及び初期化データ２２ａを主記憶装置１２から削除する（つまり、強制的にページアウトする）。

なお、実施の形態２に係る電子機器の構成は、実施の形態１のものと同様であるので、その説明を省略する。ただし、実施の形態２では、以下に示すように、コントローラ１は動作する。ここでは、初期化ステージの数が２である場合について説明する。なお、初期化ステージの数が３以上である場合、同様に各ステージ終了時に、初期化プログラム２１ａ及び初期化データ２２ａを主記憶装置１２から削除すればよい（つまり、強制的にページアウトすればよい）。

また、実施の形態２では、初期化処理が複数のステージに分けられており、各ステージで使用される初期化プログラム２１ａ（および初期化データ２２ａ）が別々に用意される。ここでは、初期化ステージの数が２であるので、複数存在する初期化プログラム２１ａが、ステージ＃１およびステージ＃２の２つのグループに分けられる。

図６は、実施の形態２における電子機器の起動後の動作を説明するフローチャートである。図７は、実施の形態２における電子機器の主記憶装置１２の、初期化処理および定常処理におけるメモリ使用量の推移の例を示す図である。

実施の形態２では、オペレーティングシステムの起動後（ステップＳ１）、ステージ＃１の初期化プログラム２１ａが実行され、ステージ＃１の初期化処理が実行される（ステップＳ１１）。ステージ＃１の初期化プログラム２１ａでステージ＃１の初期化処理の完了が検出されると、ステージ＃１の初期化プログラム２１ａ及び初期化データ２２ａが、実施の形態１と同様にして主記憶装置１２から削除される（つまり、強制的にページアウトされる）（ステップＳ１２）。これにより、図７に示すように、主記憶装置１２のメモリ使用量が減少し、空きページが増加する。

次に、ステージ＃２の初期化プログラム２１ａが実行され、ステージ＃２の初期化処理が実行される（ステップＳ１３）。ステージ＃２の初期化プログラム２１ａでステージ＃２の初期化処理の完了が検出されると、ステージ＃２の初期化プログラム２１ａ及び初期化データ２２ａが、実施の形態１と同様にして主記憶装置１２から削除される（つまり、強制的にページアウトされる）（ステップＳ１４）。これにより、図７に示すように、主記憶装置１２のメモリ使用量が減少し、空きページが増加する。

そして、すべてのステージの初期化が完了すると、実施の形態１と同様にして、定常処理プログラム２１ｂの実行が開始される（ステップＳ４）。

以上のように、上記実施の形態２によれば、複数の初期化プログラム２１ａは、初期化における複数のステージでそれぞれ実行される。そして、ＣＰＵ１１は、複数のステージにおける各ステージが完了したときにメモリ管理ユニット１１ａに、仮想記憶方式で保持されている初期化プログラム２１ａを主記憶装置１２から削除させる。

これにより、初期化プログラム２１ａの合計サイズが大きくても、初期化処理時にスラッシングが発生しにくくなり、初期化処理後の定常処理の開始が遅延しないで済む。

なお、上述の各実施の形態は、本発明の好適な例であるが、本発明は、これらに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の変形、変更が可能である。

例えば、上記各実施の形態では、初期化プログラム２１ａとともに初期化データ２２ａを主記憶装置１２から削除しているが、初期化プログラム２１ａのみを主記憶装置１２から削除するようにしてもよい。

また、上記各実施の形態では、仮想記憶方式としてページング方式を使用しているが、セグメント方式などの他の方式を使用するようにしてもよい。

本発明は、例えば、組み込みシステムを有する電子機器に適用可能である。

１ コントローラ
２ 内部デバイス
１１ ＣＰＵ（プロセッサの一例）
１１ａ メモリ管理ユニット
１２ 主記憶装置
１３ 補助記憶装置
２１ プログラム
２１ａ 初期化プログラム
２１ｂ 定常処理プログラム
２２ データ
２２ａ 初期化データ
２２ｂ 定常処理データ

Claims (6)

1. 内部デバイスと、前記内部デバイスを制御するコントローラとを備える電子機器において、
   前記コントローラは、
   プログラムを実行するプロセッサと、
   主記憶装置と補助記憶装置とを使用した仮想記憶方式で前記プログラムを管理するメモリ管理ユニットとを有し、
   前記プロセッサは、前記内部デバイス用の１または複数の初期化プログラムを実行し、前記初期化プログラムによる初期化が完了したときに前記メモリ管理ユニットに、前記仮想記憶方式で保持されている前記初期化プログラムを前記主記憶装置から削除させ、前記初期化プログラムを削除させた後、前記内部デバイスの定常処理プログラムの実行を開始すること、
   を特徴とする電子機器。
2. 前記プロセッサは、前記初期化プログラムで前記初期化の完了を検出し、前記初期化を検出したときに前記メモリ管理ユニットに、前記仮想記憶方式で保持されている前記初期化プログラムを前記主記憶装置から削除させることを特徴とする請求項１記載の電子機器。
3. 前記複数の初期化プログラムは、前記初期化における複数のステージでそれぞれ実行され、
   前記プロセッサは、前記複数のステージにおける各ステージが完了したときに前記メモリ管理ユニットに、前記仮想記憶方式で保持されている前記初期化プログラムを前記主記憶装置から削除させること、
   を特徴とする請求項１記載の電子機器。
4. 前記初期化プログラムと前記定常処理プログラムとは、それぞれ独立したルーチンまたは関数とされていることを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の電子機器。
5. 前記メモリ管理ユニットは、主記憶装置と補助記憶装置とを使用した仮想記憶方式で前記プログラムおよびデータを管理し、
   前記プロセッサは、前記初期化プログラムを前記主記憶装置から削除させるときに、その初期化プログラムで使用した初期化データを併せて削除すること、
   を特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の電子機器。
6. 主記憶装置と補助記憶装置とを使用してメモリ管理ユニットによる仮想記憶方式で、プロセッサにより実行されるプログラムを管理するメモリ管理方法において、
   前記プロセッサは、前記内部デバイス用の１または複数の初期化プログラムを実行し、前記初期化プログラムによる初期化が完了したときに前記メモリ管理ユニットに、前記仮想記憶方式で保持されている前記初期化プログラムを前記主記憶装置から削除させ、前記初期化プログラムを削除させた後、前記内部デバイスの定常処理プログラムの実行を開始すること、
   を特徴とするメモリ管理方法。

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