JP2022104872A - バッファ保護における境界情報アクセスを提供する方法、システム、およびコンピュータ・プログラム - Google Patents

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Abstract

【課題】バッファ保護における境界情報アクセスを最適化するための方法、装置、およびシステムを提供する。【解決手段】バッファ保護における境界情報アクセスを提供するための方法、システム、および装置は、汎用レジスタと、ＢＩ（境界情報）レジスタ内の境界情報との間の１対１マッピングを提供することと、ロードした境界情報を将来の使用のためにＢＩレジスタにセーブすることと、プログラム実行に沿って維持されるＢＩレジスタ内の境界情報の整合性を提供することと、ＢＩレジスタのロード命令に関する１ビットの追加の制御によって、境界情報の事前ロードを提供することと、を含む。【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、境界情報（bound information）アクセスのための方法、装置、およびシステムの一実施形態に関し、より詳細には、限定ではないが、バッファ保護における境界情報アクセスを最適化するための方法、装置、およびシステムに関する。
ソフトウェアが誤ってまたは意図的に、割り当てられたサイズおよびメモリ・アドレスを超える方法でシステム・メモリにアクセスする場合に、メモリ安全性の脆弱性（たとえば、バッファ・オーバーフロー、競合状態、ページ・フォールト、ｎｕｌｌポインタ、スタック枯渇、ヒープ枯渇／破損、解放後使用（use after free）、または二重解放（double free）など）が発生する。
特定のオペレーティング・システムおよび他のプログラムで広範囲に使用されているＣおよびＣ＋＋などのプログラムは、複数のメモリ安全性エラーにつながる可能性があり、攻撃者はこれらを悪用して、たとえば、遠隔コード実行または権限昇格の欠陥などの危険で侵入的な結果を引き起こす可能性がある。たとえば、境界外のメモリを読み出すことによって、攻撃者はメモリ・アドレスなどの秘密の値を入手できる場合があり、これによって保護メカニズムが迂回される可能性がある。
そのため、メモリ安全性の脆弱性を効率的な方法で低減または排除することが可能な技術が必要である。
上記の背景技術の前述および他の問題、不利な点、および欠点を考慮して、開示する発明の例示的な態様は、バッファ保護における境界情報アクセスを最適化するための方法、装置、およびシステムを提供する。
本発明の一実施形態は、バッファ保護における境界情報アクセスを提供するための方法であって、汎用レジスタと、ＢＩ（境界情報）レジスタ内の境界情報との間の１対１マッピングを提供することと、ロードした境界情報を将来の使用のためにＢＩレジスタにセーブすることと、プログラム実行に沿って維持されるＢＩレジスタ内の境界情報の整合性を提供することと、ＢＩレジスタのロード命令に関する１ビットの追加の制御によって、境界情報の事前ロード（pro-active load）を提供することと、を含む、方法である。
本発明の一実施形態は、バッファ保護における境界情報アクセスを提供するためのシステムであって、コンピュータ命令を記憶するメモリと、プロセッサと、を含み、プロセッサは、コンピュータ命令を実行して、汎用レジスタと、ＢＩ（境界情報）レジスタ内の境界情報との間の１対１マッピングを提供することと、ロードした境界情報を将来の使用のためにＢＩレジスタにセーブすることと、プログラム実行に沿って維持されるＢＩレジスタ内の境界情報の整合性を提供することと、ＢＩレジスタのロード命令に関する１ビットの追加の制御によって、境界情報の事前ロードを提供することと、を行うように構成される、システムである。
本発明の一実施形態は、プログラム命令を具現化するコンピュータ可読記憶媒体を含むコンピュータ・プログラム製品であって、プログラム命令は、コンピュータによって読み取り可能かつ実行可能であり、コンピュータに、バッファ保護における境界情報アクセスを提供するための方法を実施させ、方法は、汎用レジスタと、ＢＩ（境界情報）レジスタ内の境界情報との間の１対１マッピングを提供することと、ロードした境界情報を将来の使用のためにＢＩレジスタにセーブすることと、プログラム実行に沿って維持されるＢＩレジスタ内の境界情報の整合性を提供することと、ＢＩレジスタのロード命令に関する１ビットの追加の制御によって、境界情報の事前ロードを提供することと、を含む、コンピュータ・プログラム製品である。
以上、本発明の特定の実施形態をかなり広範に概説することによって、本明細書におけるそれらの詳細な説明がより良く理解されるようにし、また、当技術分野への本発明の寄与がより良く評価されるようにした。当然ながら、以下に説明する、本明細書に添付した特許請求の範囲の主題を形成する、本発明の追加の実施形態が存在する。
本発明は、その適用において、以下の説明に記載したまたは図面に示した構成の詳細およびコンポーネントの配置に限定されないことを理解されたい。本発明は、記載した以外の実施形態が可能であり、様々な方法で実践および実施することが可能である。また、本明細書で使用する表現および用語、ならびに要約は、説明を目的としたものであり、限定と見なされるべきではないことを理解されたい。
したがって、本開示の基礎となる概念が、本発明のいくつかの目的を実行するための他の構成、方法、およびシステムの設計の基礎として容易に利用され得ることを当業者は理解するであろう。そのため、特許請求の範囲が、本発明の思想および範囲から逸脱しない限りにおいて、そのような同等の構成を含むものと見なされることが重要である。
本発明の例示的な態様は、図面を参照して、本発明の例示的な実施形態の以下の詳細な説明からより良く理解されよう。
本発明の一実施形態の例示的なシステムを示す図である。 本発明の一実施形態の境界情報テーブルの非限定的な例を示す図である。 本発明の一実施形態の境界情報レジスタ・ファイルおよび汎用レジスタ・ファイルを示す図である。 本発明の一実施形態の境界情報レジスタ・ファイルを示す図である。 本発明の一実施形態の境界情報レジスタ・ファイルの状態を示す図である。 本発明の一実施形態の複数のＢＩレジスタ・ファイルを示す図である。 本発明の一実施形態のＢＩレジスタ・ファイルの維持を示す図である。 Ｃ／Ｃ＋＋で使用される例示的なコンパイラ１８０を示す図である。 Ｃ／Ｃ＋＋における例示的なコンパイル時（compile time）１９０および実行時（run-time）１９２を示す図である。 本発明の一実施形態における例示的な命令を示す図である。 本発明の一実施形態における例示的なロード命令を示す図である。 本発明の一実施形態における例示的なストア命令を示す図である。 本発明の一実施形態における、境界情報をプリフェッチすべき場合またはすべきでない場合を示す図である。 本発明の一実施形態における、境界情報をプリフェッチすべき場合またはすべきでない場合の例を示す図である。 本発明の一実施形態を示す図である。 本発明の例示的な実施形態を内部に組み込むための例示的なハードウェア／情報ハンドリング・システムを示す図である。 本発明の例示的な実施形態による方法を実装するプログラムの機械可読命令を記憶するための信号保持記憶媒体を示す図である。 本発明の例示的な実施形態によるクラウド・コンピューティング・ノードを示す図である。 本発明の例示的な実施形態によるクラウド・コンピューティング環境を示す図である。 本発明の例示的な実施形態による抽象化モデル・レイヤを示す図である。
以下、図面の図を参照して本発明を説明し、図全体を通して、同様の参照番号は同様の部分を指す。一般的な慣行に準じて、図面の様々な特徴は必ずしも縮尺通りではないことを強調しておく。それどころか、様々な特徴の寸法は、明確にするために任意に拡大または縮小する場合がある。例示的な実施形態は、説明の目的で以下に提供しており、特許請求の範囲を限定するものではない。さらに、いずれのステップも、異なる順序で実行したり、組み合わせたり、同時に実行したりすることができることに留意されたい。また、図示した構成および実施形態はいずれも、修正したり組み合わせたりすることができる。
境界外のメモリ参照は、深刻なセキュリティの問題を引き起こし得る。バッファ・オーバーフロー脆弱性は、たとえば、モリス・インターネット・ワーム（１９８８）など、少なくとも３０年間問題となっている。バッファ・オーバーフロー・バグによって、バッファ・オーバーフロー・ベースのコード注入、リターン指向プログラミング（ＲＯＰ：Return-Oriented Programming）、「ＨｅａｒｔＢｌｅｅｄ」を含む、多くの形態の攻撃が可能になっている。
バッファ・オーバーフロー攻撃またはバッファ・オーバーフロー攻撃の影響に対処するためにいくつかの研究が行われており、たとえば、「スタック・カナリア」、Ｗ ＸＯＲ Ｘメモリ・ページ、ＡＳＬＲ、「シャドー・スタック」、および「制御フロー整合性（control flow integrity）」を保護するための他のアプローチなどがある。
Ｏｒａｃｌｅ（Ｒ）のシリコン・セキュアド・メモリ（ＳＳＭ）におけるメモリ内の「色」データは、「誤った色」を有するポインタによるアクセスを防ぐ。ＳＳＭにはいくつかの制限があり、たとえば、１４色のみであり、保護されるデータの粒度は６４バイトである。
ロードまたはストアの各メモリ参照がメモリ境界線内であるか否かをチェックすることは重要である。１つの既存の解決策は、ＩＮＴＥＬ（Ｒ）のメモリ保護拡張機能（ＭＰＸ：Memory Protection Extensions）システムである。ＭＰＸは、正確な境界チェックのために、新しいＩＳＡ（命令セット・アーキテクチャ）およびハードウェア・サポートを導入した。メモリ内で、ポインタ値を鍵として、各バッファの境界情報（ＢＩ）が記憶される／取り出される。コア内で、ポインタおよびそのＢＩはレジスタ内にあり、コンパイラによって追加された追加命令によってマッピングが維持される。元々の計算と、境界保護動作とが、同じハードウェア・リソースを共有する。メモリ安全性の脆弱性を除去または削減しようと試みる他の方法が存在する。
しかしながら、全てのこれらの他の解決策には、複数の命令を追加する必要があるという１つの大きな問題があり、実装にもコストがかかる。結果的に、境界チェックがオフにされた場合でも、命令の数は４倍以上増加し得、実行時間は２倍以上に増加する可能性がある。
ＩＮＴＥＬ（Ｒ）のＭＰＸは、正確な境界情報（ＢＩ）を用いて境界外参照からバッファを保護する。ＭＰＸは、ポインタ値のハッシュ化を介して、バッファのＢＩをＢＩテーブルに記憶する。ポインタがロードされるときに、ポインタのＢＩは汎用レジスタに入れられる。レジスタ内のＢＩをそのコンシューマであるロード／ストア命令に伝播させるために、ブックキーピング・コード（bookkeeping code）が追加される。ロード／ストアの前に境界チェック命令が挿入される。
ＭＰＸに関するさらなる問題は、ＢＩのロードが使用されない場合があり、ＢＩのために２レベルのメモリ・アクセスが存在するということである。他の従来の方法には、ＢＩエントリの過剰なロード要求につながるという問題があり、ＢＩが同一の命令でロードおよび使用されるので、レイテンシが隠蔽されない。
配列要素へのポインタ参照を含む配列要素への参照（たとえば、ｘ［ｉ］、＊ｐ＋＋、ｐ－＞ｆｏｏ）が境界外となる場合を検出する必要がある。
既存のプログラムを書き換えずに、大幅なスペースまたは時間のオーバーヘッドなく、これを行うことができる必要がある。
本発明は、従前の解決策のように命令の数を増加させるという問題なく、メモリ安全性の脆弱性に関する上記の問題を解決する。
本発明は、全てのバッファを保護する正確な保護と、バイトにまで達する精度とを提供する。本システムは、任意のポインタ演算が存在し、１つのアプリケーションで保護すべきバッファの数が数千から数百万に及び得る、メモリの問題を有し得るＣ／Ｃ＋＋アプリケーションおよび他のプログラムに適用可能である。
図１Ａは、本発明の一実施形態の例示的なシステムを示している。これは非限定的な例であり、他の構成も可能である。システム１００は、ＣＰＵ（中央処理装置）コア１０およびメモリ２０を含む。ＣＰＵコア１０は、命令フェッチおよびデコード１２、ＡＬＵ（算術論理演算ユニット）１４、汎用レジスタ・ファイル１６、境界レジスタ・ファイル１８、境界処理ユニット２０を含む。汎用レジスタ・ファイルはデータ・キャッシュ２２と通信し、境界レジスタ・ファイル１８は境界情報（ＢＩ）キャッシュ２４とリンクされる。メモリ２０内の境界情報テーブル２６へのアクセスによる速度低下を抑制するために、境界情報（または上下限（bounds）情報）キャッシュ２４を追加することができる。
図１Ｂは、本発明の一実施形態の境界情報テーブルの非限定的な例を示している。
ＢＩテーブル２６は、複数のＢＩエントリ２９を含む１次元テーブルであって、各ＢＩエントリが、ベース・アドレス・フィールド４０と、オブジェクト・サイズまたは長さフィールド４２とを含むものとして編成することができる。ＢＩテーブル２６の各ＢＩエントリをヒープ・オブジェクトに関連付けることができる。所与のオブジェクトに対応するＢＩテーブル２６の特定のＢＩエントリにアクセスすることは、１回のテーブル参照を含むことができる。１回のテーブル参照は、たとえば、オブジェクト割り当て中のポインタに埋め込むことが可能なインデックスを使用することを含むことができる。
図１Ａに戻ると、ＣＰＵコア１０は、パス２３および２５を介して、メモリ内のＢＩテーブル２６との間で情報を伝達する。この場合もやはり、これは単なる一例であるので、異なる構成を設けることもできる。
一般に、本発明は、境界情報（あるいは、たとえば、境界線（boundary）情報または上下限情報と呼ぶ）を保持するＢＩレジスタ１８を導入する。ロード／ストア命令に対する境界チェックのために境界情報をロードする場合、システム１００はこれをＢＩレジスタ１８にセーブする。
システム１００は、同じバッファからのロードの場合に、ＢＩをロードしないようにする。システム１００は、ＢＩレジスタ１８をハードウェアで維持することができる。本発明は、単に同じレジスタを使用するのではなく、同じバッファを指すポインタに対してＢＩレジスタ１８間でＢＩを伝播させることができる。本発明によってコードに追加される追加命令はない。システム１００は、メモリ２０からポインタをロードするときに、ＢＩレジスタ１８をロードする。本発明は、ＢＩをプリフェッチして、レイテンシを隠蔽し、ＢＩをより多くのポインタに伝播させることができ、無益なプリフェッチを回避するためにコンパイラによって支援される。
本発明は、ロード／ストアによってＢＩレジスタ１８を使用し、ＢＩレジスタ１８を用いた境界チェックがハードウェアで行われ、そのようなチェックに必要なコードの変更はない。
図２は、本発明の一実施形態の境界情報レジスタ・ファイルおよび汎用レジスタ・ファイルを示している。
図２を用いて、以下のようにＢＩレジスタ・ファイル１８をさらに詳述する。汎用レジスタ１６およびＢＩレジスタ１８の間に１対１マッピング（実質的に）４０が存在する。ＢＩＲｉ（または図示したＢＩＲｎ、ただしｎは整数）４４エントリは、ＩＤマッピングによって、汎用レジスタ情報ＧＰＲｉ（または図示したＧＰＲｎ、ただしｎは整数）４２に関する境界情報を保持する。
ＢＩレジスタ１８は、命令の中で直接使用されない。ＢＩレジスタ・ファイル１８は、命令の中で汎用レジスタ・ファイル１６のインデックスを用いて非明示的にアクセスされる。
図３は、本発明の一実施形態の境界情報レジスタ・ファイルを示している。
図３を参照すると、各ＢＩレジスタ１８は、３つのフィールド（インデックス４６、ＬＢ（下限）４８、ＵＢ（上限）５０）を有する。例に見られるように、上限（ＵＢ）５０は右端のセル５０である。インデックス４６については次の段落で説明する。
ポインタ内の「未使用ビット」を転用して、そのポインタを介してアクセス可能なアドレスの範囲をチェックまたは追跡する。たとえば、６４ビット・アーキテクチャでは、オブジェクト・ポインタは、一般的には４８ビット以下の情報を有する仮想アドレスを記憶するので、未使用ビットを有する。開示した技術はこれらの未使用ビットを活用して、（ａ）オブジェクトを割り当てるときに、境界テーブルのエントリを割り当てて上下限情報を記憶し、（ｂ）オブジェクト・ポインタの未使用ビット（たとえば、上位ビット）を転用して、境界テーブル・エントリのインデックスを記憶し、（ｃ）代入文またはポインタ演算を介して後続のアドレスを導出するときに、インデックスを自動的に伝播させ、ならびに／あるいは（ｄ）アドレス内のインデックス・ビットを使用して適切な上下限情報にアクセスすることによって、ロード命令およびストア命令に対してハードウェアで境界チェックを実行することができる。
図４は、本発明の一実施形態の境界情報レジスタ・ファイルの状態を示している。
下限ＬＢ４８および上限５０は、バッファに関するものである。ＢＩレジスタ・ファイル１８には３つの状態が存在する。第１の状態は「非ポインタ」であり、これは、ペアリングされた汎用レジスタ１６内のデータがポインタではないときである。「非ポインタ」状態は、例示的な境界情報ＢＩＲ１に見られるように、（－１，＊，＊）と表すことができる。
第２の状態は「インデックスのみ」状態であり、これは、ペアリングされた汎用レジスタ１６内のデータがポインタであるが、その境界情報がまだロードされていないときである。「インデックスのみ」状態は、例示的な境界情報ＢＩＲ２に見られるように、（インデックス，Ｎ／Ａ，Ｎ／Ａ）と表すことができる。「Ｎ／Ａ」は利用不可を表し、インデックス値が与えられている。
第３の状態は「ＢＩロード済み」状態であり、これは境界情報がロード済みであるときである。その場合、ＢＩレジスタ１８は、例示的な境界情報ＢＩＲ３に見られるように、（インデックス，ＬＢ，ＵＢ）を含む。その際、第３の状態は、インデックス４６、下限４８、および上限５０の境界情報値を含む。ＢＩレジスタ１８の状態を検出するための迅速な方法があると推測される。他の状態を追加することもでき、または状態を削除することができる。
ＢＩレジスタ・ファイル１８は、セーブ／リストアが存在するマシン・ステートの一部であり、またはセーブせずにコンテキストをリストアするときに、全てをＮＵＬＬ－ＢＩ（ＮＵＬＬ境界情報）に設定する。たとえば、インデックス０ｘ０をＮＵＬＬポインタ用に予約して（たとえば、ポインタ値「０」）、ＮＵＬＬポインタで呼び出されるｆｒｅｅをサポートすることができる。
図５は、複数のＢＩレジスタ・ファイルを示している。図１Ａのシステム１００に類似したシステム２００は、複数のＢＩレジスタ１８１～１８ｎを含むことができ、ここで、ｎは整数である。
図６Ａは、本発明の一実施形態のＢＩレジスタ・ファイルの維持を示している。図６Ｂは、Ｃ／Ｃ＋＋で使用可能な例示的なコンパイラ１８０を示している。図６Ｃは、Ｃ／Ｃ＋＋における例示的なコンパイル時１９０および実行時１９２を示している。
図６Ａを参照すると、ＢＩレジスタ・ファイル１８は、以下のようにして維持することができる。目標の１つは、ＢＩレジスタ・ファイル１８内の境界情報を初期化し、プログラム実行に沿って伝播させることである。これは、プログラム解析の補助なしの、実行時の一種のデータ・フローである。
アプローチは以下の通りである。ＢＩレジスタ・ファイル１８は、ハードウェアによって自動的に管理される。追加される命令はない。命令ごとに使用されるＢＩレジスタ・ファイル１８の検査がある。
ロード／ストアが実行された場合（１３０）、ソース・アドレス・ポインタとペアリングされたＢＩレジスタ・ファイル１８は、境界チェックのためにロードされるＢＩで初期化される（１３２）（図６Ｃの境界チェック用のハードウェア・インサート（hardware insert）の参照符号１９４も参照されたい）。たとえば、図３に戻ると、ＧＰＲ３＝ｌｏａｄ ＧＰＲ５の場合、ＢＩＲ５はこのロードの境界チェックに使用されるＢＩに設定される。
図６Ａに戻ると、レジスタに即値が割り当てられる場合（１３４）、結果レジスタ（result register）とペアリングされたＢＩレジスタ１８は、図４のＢＩＲ１に見られるように、値「－１」を有する「非ポインタ」状態に設定される（ステップ１３６）。たとえば、ＧＰＲ７＝１００の場合、ＢＩＲ７は「非ポインタ」に設定される。
１つのソース・レジスタを用いてレジスタが計算される場合（１３８）、システム１００は、ソース・レジスタのＢＩレジスタ・ファイル１８を結果レジスタのＢＩレジスタ・ファイル１８にコピーする（１４０）。たとえば、ＧＰＲ３＝ＧＰＲ７＋１０の場合、ＢＩＲ３にＢＩＲ７が割り当てられる。
２つ以上のソース・レジスタを用いてレジスタが計算される場合（１４２）、以下を行うことができる。ソース・レジスタのただ１つのＢＩレジスタ１８が「非ポインタ」でない場合、システム１００はそのＢＩレジスタを結果レジスタのＢＩレジスタにコピーする（１４４）。
たとえば、ポインタｑについて、ＧＰＲ３＝ＧＰＲ７＋ＧＰＲ８としてｐ．ｑ＝ｐ＋ｉｄｘであり、ｐがＢＩレジスタ１８内にＢＩを有する場合、ＢＩＲ３にＢＩＲ７が割り当てられる。
そうでなければ、システム１００は、「非ポインタ」をＢＩレジスタ１８に割り当てる（ステップ１４６）。たとえば、ＧＰＲ３＝ＧＰＲ７＋ＧＰＲ８として浮動小数点計算ｚ＝ｘ＋ｙの場合、ＢＩＲ３にＮＵＬＬ－ＢＩが割り当てられる。他の例は、Ｒ３＝Ｒ３ ｘｏｒ Ｒ３としてレジスタ＝０の場合であり、ＢＩＲ３に非ポインタが割り当てられる。さらに他の例は、ＧＰＲ３＝ＧＰＲ７－ＧＰＲ８としてポインタ減算オフセット＝ｐ－ｑの場合であり、ＢＩＲ３に非ポインタが割り当てられる。
レジスタがメモリからロードされる場合（１４８）、コンパイラ１８０がこのロードをポインタのロードとしてマークしていなければ、結果レジスタとペアリングされたＢＩレジスタ１８は、「非ポインタ」に設定される（１５０）。たとえば、ＧＰＲ３＝ｌｏａｄ ＧＰＲ７としてｉｎｔ ｘ＝＊ｐの場合、ＢＩＲ３に非ポインタが割り当てられる。他の例では、ＧＰＲ３＝ｐｏｉｎｔｅｒ－ｌｏａｄ ＧＰＲ７としてｉｎｔ ＊ｑ＝＊ｐの場合に、ＢＩＲ３に（インデックス、Ｎ／Ａ、Ｎ／Ａ）が割り当てられ、インデックスはＧＰＲ３内の未使用ビットから取り出される。
しかしながら、ロードがコンパイラ１８０によってロード済みの境界情報として特別にマークされている場合（１５２）、結果レジスタとペアリングされたＢＩレジスタ１８は、「ＢＩロード済み」として設定される（１５４）。たとえば、ＧＰＲ３＝ｐｏｉｎｔｅｒ－ＢＩ－ｌｏａｄ ＧＰＲ７としてｉｎｔ ＊ｑ＝＊ｐの場合、ＧＰＲ３内のポインタの境界情報がロードされ、ＢＩＲ３に割り当てられる。ＧＰＲ３内のポインタの境界情報は、ＧＰＲ３内の「インデックス・ビット」からの情報を使用してロードされる。これは一種のＢＩのプリフェッチである。プリフェッチを示す１ビットを使用するように既存のロード命令を変更するか、またはＢＩプリフェッチ命令、たとえば、ＧＰＲｉ＝ＢＩ＿Ｌｏａｄ ＧＰＲｉを導入する場合、ＩＳＡサポートが必要になる。
「ｃｒｅａｔｅＢＩ」（境界情報の作成）が呼び出された場合（１５６）、アドレス・ポインタとペアリングされたＢＩレジスタにそのＢＩが設定される（１５８）。このステップはより良い性能のためのオプションであり、追加のＩＳＡサポートが必要になる。
図３および図６Ａに戻ると、ＢＩレジスタ・ファイル１８は以下のように使用される。ロード／ストア命令は、アドレス・レジスタ（ＧＰＲｎ）４２とペアリングされたＢＩレジスタ（ＢＩＲｎ）４４の使用を試みる（ステップ１６０）。システム１００は、ＢＩＲｎ４４がＢＩロード済みであって、ＢＩＲｎ４４がアドレス・ポインタと同じインデックスを含むか否かをチェックする（１６２）。チェックの結果がｙｅｓの場合、ＢＩＲｎ内のＬＢおよびＵＢを境界チェックに使用する（１６４）。そうでなければ、境界情報のロード要求が発行されなければならない（１６６）。
インデックスのチェックは、以下の理由で必要である。ポインタが境界外にある場合、その未使用ビット内のインデックス値は変更され得る。チェックによって、そのようなケースを検出することができる。
図７は、本発明の一実施形態における例示的な命令を示している。命令終了時の結果は、列ＢＩＲｐ、ＢＩＲｑ、およびＢＩＲｒ（ポインタｐ、ｑ、ｒ）に示している。
図８Ａは、本発明の一実施形態における例示的なロード命令４０２を示している。図８Ｂは、本発明の一実施形態における例示的なストア命令４１２を示している。
図９Ａは、本発明の一実施形態における、境界情報をプリフェッチすべき場合またはすべきでない場合を示している。
境界情報をプリフェッチすべき場合を以下に示す。ＢＩロードの回数を削減するかまたはレイテンシを隠蔽する可能性がある場合、境界情報のフェッチは有益である。
図９Ａは、境界情報をプリフェッチすべき場合の判定の開始を含む（５０２）。システム１００は、ステップ５０４において、ＢＩロードの回数を削減するのに有益であるか否かを判定する。システム１００が「ｙｅｓ」と判定した場合、境界情報はプリフェッチされるべきである（５０８）。システム１００が「ｎｏ」と判定した場合、境界情報はプリフェッチされるべきではない（５１０）。
システム１００はまた、ステップ５０６において、レイテンシを隠蔽する場合に有益であるか否かを確かめる。システム１００が「ｙｅｓ」と判定した場合、境界情報はプリフェッチされるべきである（５０８）。システム１００が「ｎｏ」と判定した場合、境界情報はプリフェッチされるべきではない（５１０）。
図９Ｂは、本発明の一実施形態における、境界情報をプリフェッチすべき場合またはすべきでない場合の例を示している。
例１（６０２）では、ロードの回数が削減される。［１］のロードがマークされている場合、Ｒｐの境界情報がＢＩＲｐにロードされる。ＢＩＲｐが［２］でＢＩＲｑにコピーされ、［４］でＢＩＲｔにコピーされる。［３］および［５］のロードは、ＢＩのロード要求なしに、そのＢＩレジスタ１８を境界チェックに使用することができる。［１］のロードがマークされていない場合、［３］および［５］の両方のロードはＢＩのフェッチが必要になる。それらは異なるレジスタを使用する。
境界情報をプリフェッチすべきでない場合を例２（６０４）に示す。例２（６０４）では、［１］のロードはプリフェッチされるべきではない。ＢＩ要求の回数は同じままである。［４］のロードの初回の実行は、ＢＩＲｐで初期化される。ＢＩＲｐは、ループ実行に沿って、［４］に伝播される。［４］のロードの以降の実行では、ＢＩがロードされなくなる。レイテンシの隠蔽はそれほど多くない。［１］と［４］との間には２つの単純な命令しかない。［１］でロードされたＢＩは使用されない場合があり、［４］は分岐内にあり、実行されない場合がある。
図１、図６Ｂおよび図６Ｃに戻って、コンパイラ１８０の判定方法を以下に示す。基本的に、コンパイラ１８０は静的データ・フロー解析を実行して、ポインタのロードがマークされるべきか否かを見極める。判定は単にパフォーマンスの問題であり、正確性の問題ではない。ヒューリスティックス（heuristics）を使用して問題を単純化し、未知の要因に対処する。
システム１００は、以下のようにして、ポインタの各ロードに別々に対処するためにアプローチを選択する。システムは、このロードによって支配され、影響を受けるプログラムのサブグラフのみを考慮する。ロードがＢＩのプリフェッチ用にマークされている場合、このサブグラフではＢＩが１回ロードされる。このロードがマークされていない場合、システム１００は、このサブグラフに必要なＢＩロードの回数をカウントする。システム１００は、パス可能性（path possibility）を考慮に入れる。そのため、システムは比較および判定を行う。ポインタの未使用ビットに記憶されたインデックスは常に同じままであると仮定する。ハードウェアによるＢＩの伝播は常に成功する。
ＢＩのプリフェッチによって影響を受けるサブグラフの構築は、次の通りである。ポインタのロードがターゲット、すなわち、ルート・ロードであると仮定し、Ｓ０：ｐｔｒ＝ｌｏａｄ ａｄｄｒである。システム１００は制御フロー・グラフをトリミングし、このロードＳ０によって支配されるノードのみを残す。
プリフェッチの影響は、この範囲を超える可能性があるが、無視される。システム１００は、このロードの結果レジスタｐｔｒのためにプリフェッチされるＢＩレジスタを使用し得る全てのロード／ストア命令を探索する。
システム１００は、ポイント・ツー解析（points-to analysis）を、何らかのカスタマイズと共に適用することができる。たとえば、ポインタのメモリ・オブジェクトの代わりに、ポインタのＢＩが解析される。ＢＩルートと呼ぶ、Ｓ０でｐｔｒのために生成されるものが関心対象である。他のＢＩは無視することができる。ポイント・ツー解析は、ポインタ変数と、プログラム実行中にそれらが指すメモリ位置との間の関係を識別するのに役立つコンパイル時技術である。
システム１００は、制御フロー・グラフをトリミングし、ポイント・ツー・セットがＢＩルートを含み、残存しているノードのみを残すことができる。ロード／ストアのアドレスはコンシューマである。
Ｓ０グラフと表記する結果グラフが、以下に示すように、次のステップに使用される。例示的な命令の詳細は次のようになる。下記の状態セットに関して、基本的にコンパイラは静的データ・フロー解析を実行して、ポインタのロードがプリフェッチ用にマークされるべきであるか否かを見極める。制御フロー・グラフの走査の間、ノードを記述するために３つの参照記号に依存する。「ｖ：ポイント・ツー要素のポインタ、ｍｏ：ポイントされるメモリ・オブジェクト、ｐ：［０，１］内の値または状態｛確定，不確定｝とすることができるパス可能性情報」。
状態セット：タプル（ｖ，ｍｏ，ｐ）内の要素
ｖ：ポイント・ツー要素のポインタ
ｍｏ：ポイントされるメモリ・オブジェクト
ｐ：［０，１］内の値または状態｛確定、不確定｝とすることができるパス可能性情報
開始ノード：ｐｔｒ１＝ｌｏａｄ ａｄｄｒ
ＧＥＮ＝｛（ｐｔｒ１，ｂｉ－ｏｂｊ，１）｝
演算命令：ｐｔｒ２＝ｏｐ（ｐｔｒ１，他のオペランド）
ＫＩＬＬ＝｛（ｐｔｒ２，ｍｏ，ｐ）｜（ｐｔｒ２，ｍｏ，ｐ）はＩＮ内にある｝
ＧＥＮ＝｛（ｐｔｒ２，ｍｏ，ｐ’）｜（ｐｔｒ１，ｍｏ，ｐ）はＩＮ内にあり、ｐ’は現在のパスである｝
ロード／ストア命令：ｌｏａｄ ａｄｄｒｅｓｓまたは ｓｔｏｒｅ ａｄｄｒｅｓｓ
ＢＩレジスタ１８のみを使用すると仮定する。チェックによって異なる境界情報がロードされる場合、その境界情報はここでは関心事項ではない。
伝達関数（transfer function）：ＯＵＴ＝ＩＮ－ＫＩＬＬ＋ＧＥＮ
マージ関数：（ｐｔｒ，ｍｏ，ｐ１）および（ｐｔｒ，ｍｏ，ｐ２）が２つのパスによるものである場合、結果は（ｐｔｒ，ｍｏ，ｐ１＋ｐ２）となる
プリフェッチを行わない場合、システム１００は以下を計算する。システム１００は、ＢＩをロードするのに必要なロード／ストアであって、ＢＩレジスタ１８からではないものを探索する。システム１００は、ルート・ロードに近いロード／ストアから開始し、広がっていく。システム１００は、他のロード／ストアに起因してＢＩレジスタを使用する可能性のあるロード／ストアを識別する。全てのロード／ストアを網羅できるまで、システム１００は繰り返す。例示的な非限定的な命令は以下の通りである。
ｗｏｒｋ＿ｇｒａｐｈ＝Ｓ０グラフ；
ｓａｖｅｄ＝０；
ｗｈｉｌｅ（ｗｏｒｋ＿ｇｒａｐｈはまだＳ０以外のロード／ストアを含む）｛
ｉｄｏｍ＿ｓｅｔ＝｛ｓ０によって直接支配されるｗｏｒｋ＿ｇｒａｐｈ内のロード／ストア｝
Ｆｏｒ 命令ｓｉ：ｉｄｏｍ内のｌｏａｄ ａｄｄｒまたはｓｔｏｒｅ ａｄｄｒ｛
ｐはｓｉのパス可能性である；
｛（ａｄｄｒ，ｂｉ－ｏｂｊ，ｐ）｝のＫＩＬＬをｓｉに追加する
ｓａｖｅｄ＋＝ｐ
｝
データ・フローを再度実行する；
ｗｏｒｋ＿ｇｒａｐｈ＝ｗｏｒｋ＿ｇｒａｐｈ－ｉｄｏｍ＿ｓｅｔ－ｂｉ－ｏｂｊを使用せず、到達しない全てのロード／ストア；
｝
Ｉｆ（ｓａｖｅｄ＞１）ＢＩのプリフェッチ用にｓ０にマークする
図１０は、本発明の一実施形態を示している。図示した以下のステップはいずれも、並行して、または異なる順序で実行することができる。
システム１００は、汎用レジスタ１６と、ＢＩレジスタ１８内の境界情報（ＢＩ）との間の１対１マッピングを提供する（ステップ７０２）。
システム１００は、ロードした境界情報を将来の使用のためにＢＩレジスタ１８にセーブする（７０４）。システム１００は、プログラム実行に沿って維持されるＢＩレジスタ１８内の境界情報の整合性を提供する（７０８）。
システム１００は、ＢＩレジスタ１８のロード命令に関する１ビットの追加の制御によって、境界情報の事前ロードを提供する（ステップ７１０）。コンパイラ１８０は、境界情報の事前ロードの候補ロードを決定する。
システム１００は、メモリ帯域幅要求を最小化するか、またはロード・レイテンシを隠蔽するように境界情報のロードを管理する。システムは、静的プログラム解析によって有益なケースを選択する。システム１００は、境界情報のロードが削減されるか否かに基づいて、境界情報のプリフェッチを決定する。システム１００は、レイテンシを隠蔽するという決定に基づいて、境界情報のプリフェッチを決定する。境界情報レジスタ１８内の境界情報は、初期化され、プログラム実行に沿って伝播される。
したがって、本発明は、システム１００が全てのバッファを保護し、精度がバイトにまで達する正確な保護を提供しつつ、なおも境界情報のロード要求を削減することができる。本発明は、任意のポインタ演算を含み、１つのアプリケーションで保護すべきバッファの数が数千から数百万に及び得る、Ｃ／Ｃ＋＋アプリケーションなどのレガシー・プログラムに適用可能である。
したがって、上述のように、ハードウェア・コンポーネントはＢＩレジスタ１８である。汎用レジスタ１６と、ＢＩレジスタ１８内のＢＩとの間の１対１マッピングが自動的に提供される。システム１００は、ロードした境界情報を将来の使用のためにＢＩレジスタ１８にセーブする。ＢＩレジスタ１８内の境界情報の整合性が、プログラム実行に沿って自動的に維持される。ロード命令に関する１ビットの追加の制御によって、ＢＩの事前ロードがサポートされる。
ソフトウェア・コンポーネントは、境界情報の事前ロードの候補ロードを決定するコンパイラ１８０を含む。コンパイラ１８０はさらに、境界情報のロード要求を削減するか、またはロード・レイテンシを隠蔽する。システム１００は、静的プログラム解析によって有益なケースを選択する。
図１～図１０の異なる図に示した異なる特徴は、異なる例の間で、組み合わせたり、変更したり、切り替えたりすることができる。システム１００および２００は単に例示の目的で、非限定的な例として示している。他の任意の構成を使用することができる。たとえば、図１～図１０に示したシステム１００および２００は、図１１～図１５に示すハードウェアおよびソフトウェアに実装することもできる。
図１１はこのシステムの他のハードウェア構成を示しており、その中に本発明による情報ハンドリング／コンピュータ・システム１１００があり、これは好ましくは、ソフトウェア・インテリジェンス・アズ・ア・サービスのためのソフトウェア・プログラムの形態で本発明の技術を実装することが可能な少なくとも１つのプロセッサまたは中央処理装置（ＣＰＵ）１１１０を有する。
ＣＰＵ１１１０は、システム・バス１１１２を介して、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）１１１４、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）１１１６、入力／出力（Ｉ／Ｏ）アダプタ１１１８（ディスク・ユニット１１２１およびテープ・ドライブ１１４０などの周辺機器をバス１１１２に接続するため）、ユーザ・インターフェース・アダプタ１１２２（キーボード１１２４、マウス１１２６、スピーカー１１２８、マイクロフォン１１３２、または他のユーザ・インターフェース・デバイス、あるいはそれらの組合せをバス１１１２に接続するため）、情報ハンドリング・システムをデータ処理ネットワーク、インターネット、イントラネット、パーソナル・エリア・ネットワーク（ＰＡＮ）などに接続するための通信アダプタ１１３４、ならびにバス１１１２をディスプレイ・デバイス１１３８またはプリンタ１１３９（たとえば、デジタル・プリンタなど）あるいはその両方に接続するためのディスプレイ・アダプタ１１３６に相互接続される。
上述のハードウェア／ソフトウェア環境に加えて、本発明の異なる態様は、上記の方法を実行するためのコンピュータ実装方法を含む。一例として、この方法は、上記で論じた特定の環境で実装され得る。
そのような方法は、たとえば、機械可読命令のシーケンスを実行するように、デジタル・データ処理装置によって具現化されるコンピュータを動作させることによって実装され得る。これらの命令は、様々なタイプの信号保持媒体に存在し得る。
したがって、本発明のこの態様は、本発明の方法を実行するために、ＣＰＵ１１１０および上記のハードウェアを組み込んだデジタル・データ・プロセッサによって実行可能な機械可読命令のプログラムを有形に具現化する信号保持記憶媒体を含む、プログラムされた製品を対象とする。
この信号保持記憶媒体は、たとえば、高速アクセス・ストレージなどに代表されるような、ＣＰＵ１１１０内に含まれるＲＡＭなどを含み得る。
あるいは、命令は、ＣＰＵ１１１０によって直接または間接的にアクセス可能な、フラッシュ・メモリ１２１０または光ストレージ・ディスケット１２２０（図１２）などの他の信号保持記憶媒体１２００に含まれ得る。
フラッシュ・メモリ１２１０、光ディスク１２２０、コンピュータ／ＣＰＵ１１１０、または他の場所のいずれに含まれるかにかかわらず、命令は様々な機械可読データ記憶媒体に記憶され得る。
したがって、本発明は、システム、方法、またはコンピュータ・プログラム製品、あるいはそれらの組合せであり得る。コンピュータ・プログラム製品は、本発明の態様をプロセッサに実行させるためのコンピュータ可読プログラム命令をその上に有するコンピュータ可読記憶媒体（または複数の媒体）を含み得る。
コンピュータ可読記憶媒体は、命令実行デバイスによる使用のために命令を保持および記憶可能な有形のデバイスとすることができる。コンピュータ可読記憶媒体は、たとえば、限定はしないが、電子ストレージ・デバイス、磁気ストレージ・デバイス、光学ストレージ・デバイス、電磁ストレージ・デバイス、半導体ストレージ・デバイス、またはこれらの任意の適切な組合せであり得る。コンピュータ可読記憶媒体のより具体的な例の非網羅的なリストには、ポータブル・コンピュータ・ディスケット、ハード・ディスク、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、消去可能プログラム可能読み取り専用メモリ（ＥＰＲＯＭまたはフラッシュ・メモリ）、スタティック・ランダム・アクセス・メモリ（ＳＲＡＭ）、ポータブル・コンパクト・ディスク読み取り専用メモリ（ＣＤ－ＲＯＭ）、デジタル・バーサタイル・ディスク（ＤＶＤ）、メモリ・スティック（Ｒ）、フロッピー（Ｒ）・ディスク、命令が記録されたパンチ・カードまたは溝の隆起構造などの機械的にコード化されたデバイス、およびこれらの任意の適切な組合せが含まれる。コンピュータ可読記憶媒体は、本明細書で使用する場合、たとえば、電波または他の自由に伝搬する電磁波、導波管もしくは他の伝送媒体を伝搬する電磁波（たとえば、光ファイバ・ケーブルを通過する光パルス）、または有線で伝送される電気信号などの一過性の信号自体であると解釈されるべきではない。
本明細書に記載のコンピュータ可読プログラム命令は、コンピュータ可読記憶媒体からそれぞれのコンピューティング／処理デバイスに、あるいは、たとえば、インターネット、ローカル・エリア・ネットワーク、ワイド・エリア・ネットワーク、もしくは無線ネットワーク、またはそれらの組合せなどのネットワークを介して外部コンピュータまたは外部ストレージ・デバイスにダウンロードすることができる。ネットワークは、銅線伝送ケーブル、光伝送ファイバ、無線伝送、ルータ、ファイアウォール、スイッチ、ゲートウェイ・コンピュータ、またはエッジ・サーバ、あるいはそれらの組合せを含み得る。各コンピューティング／処理デバイスのネットワーク・アダプタ・カードまたはネットワーク・インターフェースは、ネットワークからコンピュータ可読プログラム命令を受信し、コンピュータ可読プログラム命令を転送して、それぞれのコンピューティング／処理デバイス内のコンピュータ可読記憶媒体に記憶する。
本発明の動作を実行するためのコンピュータ可読プログラム命令は、アセンブラ命令、命令セット・アーキテクチャ（ＩＳＡ）命令、機械命令、機械依存命令、マイクロコード、ファームウェア命令、状態設定データ、あるいは、Ｓｍａｌｌｔａｌｋ（Ｒ）、Ｃ＋＋などのオブジェクト指向プログラミング言語、および「Ｃ」プログラミング言語または類似のプログラミング言語などの従来の手続き型プログラミング言語を含む、１つまたは複数のプログラミング言語の任意の組合せで書かれたソース・コードまたはオブジェクト・コードであり得る。コンピュータ可読プログラム命令は、完全にユーザのコンピュータ上で、部分的にユーザのコンピュータ上で、スタンドアロン・ソフトウェア・パッケージとして、部分的にユーザのコンピュータ上かつ部分的にリモート・コンピュータ上で、あるいは完全にリモート・コンピュータまたはサーバ上で実行され得る。後者のシナリオでは、リモート・コンピュータは、ローカル・エリア・ネットワーク（ＬＡＮ）またはワイド・エリア・ネットワーク（ＷＡＮ）を含む任意のタイプのネットワークを介してユーザのコンピュータに接続され得、または（たとえば、インターネット・サービス・プロバイダを使用してインターネットを介して）外部コンピュータへの接続がなされ得る。いくつかの実施形態では、たとえば、プログラマブル論理回路、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）、またはプログラマブル・ロジック・アレイ（ＰＬＡ）を含む電子回路は、本発明の態様を実行するために、コンピュータ可読プログラム命令の状態情報を利用してコンピュータ可読プログラム命令を実行することによって、電子回路を個人向けにし得る。
本発明の態様は、本発明の実施形態による方法、装置（システム）、およびコンピュータ・プログラム製品のフローチャート図またはブロック図あるいはその両方を参照して本明細書で説明している。フローチャート図またはブロック図あるいはその両方の各ブロック、およびフローチャート図またはブロック図あるいはその両方におけるブロックの組合せが、コンピュータ可読プログラム命令によって実装できることは理解されよう。
これらのコンピュータ可読プログラム命令は、コンピュータまたは他のプログラム可能データ処理装置のプロセッサを介して実行される命令が、フローチャートまたはブロック図あるいはその両方の１つまたは複数のブロックにおいて指定された機能／動作を実装するための手段を作り出すべく、汎用コンピュータ、専用コンピュータ、または他のプログラム可能データ処理装置のプロセッサに提供されてマシンを生成し得る。
また、これらのコンピュータ可読プログラム命令は、命令が記憶されたコンピュータ可読記憶媒体が、フローチャートまたはブロック図あるいはその両方の１つまたは複数のブロックにおいて指定された機能／動作の態様を実装する命令を含む製造品を構成するように、コンピュータ可読記憶媒体に記憶され、コンピュータ、プログラム可能データ処理装置、または他のデバイス、あるいはそれらの組合せに特定の方法で機能するように指示することが可能であり得る。
また、コンピュータ可読プログラム命令は、コンピュータ、他のプログラム可能装置、または他のデバイス上で実行される命令が、フローチャートまたはブロック図あるいはその両方の１つまたは複数のブロックにおいて指定された機能／動作を実装するように、コンピュータ、他のプログラム可能データ処理装置、または他のデバイスにロードして、コンピュータ、他のプログラム可能装置、または他のデバイス上で一連の動作ステップを実行させることによって、コンピュータ実装処理を生成し得る。
図中のフローチャートおよびブロック図は、本発明の様々な実施形態によるシステム、方法、およびコンピュータ・プログラム製品の可能な実装形態のアーキテクチャ、機能性、および動作を示している。これに関して、フローチャートまたはブロック図の各ブロックは、指定された論理的機能を実装するための１つまたは複数の実行可能命令を含むモジュール、セグメント、または命令の一部を表し得る。いくつかの代替的実装形態では、ブロックに記載した機能は、図示した順序以外で行われ得る。たとえば、関与する機能性に応じて、連続して示した２つのブロックは、実際には実質的に同時に実行され得、またはそれらのブロックは、場合により逆の順序で実行され得る。ブロック図またはフローチャート図あるいはその両方の各ブロック、およびブロック図またはフローチャート図あるいはその両方におけるブロックの組合せは、指定された機能もしくは動作を実行するか、または専用ハードウェアおよびコンピュータ命令の組合せを実行する専用のハードウェア・ベースのシステムによって実装できることにも気付くであろう。
ここで図１３を参照すると、クラウド・コンピューティング・ノードの一例の概略図１４００が示されている。クラウド・コンピューティング・ノード１４００は、適切なクラウド・コンピューティング・ノードの一例にすぎず、本明細書に記載の本発明の実施形態の使用または機能性の範囲に関するいかなる制限を示唆することも意図するものではない。いずれにしても、クラウド・コンピューティング・ノード１４００は、上記の機能性のいずれをも実装するまたは実行するあるいはその両方を行うことが可能である。前述のように、図１のシステム１００は、たとえば、図１３（ならびに図１４および図１５）などのクラウド・インフラストラクチャに実装することができる。クラウド・コンピューティング・ノード１４００には、コンピュータ・システム／サーバ１４１２が存在し、これは、他の多くの汎用または専用のコンピューティング・システム環境または構成で動作可能である。コンピュータ・システム／サーバ１４１２での使用に適し得るよく知られているコンピューティング・システム、環境、または構成、あるいはそれらの組合せの例には、パーソナル・コンピュータ・システム、サーバ・コンピュータ・システム、シン・クライアント、シック・クライアント、ハンドヘルドもしくはラップトップ・デバイス、マルチプロセッサ・システム、マイクロプロセッサベースのシステム、セット・トップ・ボックス、プログラム可能な家庭用電化製品、ネットワークＰＣ、ミニコンピュータ・システム、メインフレーム・コンピュータ・システム、および上記のシステムもしくはデバイスのいずれか含む分散クラウド・コンピューティング環境などが含まれるが、これらに限定されない。
コンピュータ・システム／サーバ１４１２は、コンピュータ・システムによって実行されるプログラム・モジュールなどのコンピュータ・システム実行可能命令の一般的なコンテキストで説明し得る。一般に、プログラム・モジュールには、特定のタスクを実行するかまたは特定の抽象データ型を実装するルーチン、プログラム、オブジェクト、コンポーネント、ロジック、データ構造などが含まれ得る。コンピュータ・システム／サーバ１４１２は、通信ネットワークを介してリンクされたリモート処理デバイスによってタスクが実行される分散クラウド・コンピューティング環境において実施され得る。分散クラウド・コンピューティング環境では、プログラム・モジュールは、メモリ・ストレージ・デバイスを含むローカルおよびリモート両方のコンピュータ・システム記憶媒体に配置され得る。
図１３に示すように、クラウド・コンピューティング・ノード１４００内のコンピュータ・システム／サーバ１４１２は、汎用コンピューティング・デバイスの形態で示している。コンピュータ・システム／サーバ１４１２のコンポーネントは、１つまたは複数のプロセッサまたは処理ユニット１４１６と、システム・メモリ１４２８と、システム・メモリ１４２８を含む様々なシステム・コンポーネントをプロセッサ１４１６に結合するバス１４１８とを含み得るが、これらに限定されない。
バス１４１８は、メモリ・バスまたはメモリ・コントローラ、ペリフェラル・バス、アクセラレーテッド・グラフィックス・ポート、および様々なバス・アーキテクチャのいずれかを使用するプロセッサまたはローカル・バスを含む、いくつかのタイプのバス構造のいずれかの１つまたは複数を表す。限定ではなく例として、そのようなアーキテクチャには、業界標準アーキテクチャ（ＩＳＡ）バス、マイクロ・チャネル・アーキテクチャ（ＭＣＡ）バス、拡張ＩＳＡ（ＥＩＳＡ）バス、ビデオ・エレクトロニクス規格協会（ＶＥＳＡ）ローカル・バス、および周辺機器相互接続（ＰＣＩ）バスが含まれる。
コンピュータ・システム／サーバ１４１２は、典型的には、様々なコンピュータ・システム可読媒体を含む。そのような媒体は、コンピュータ・システム／サーバ１４１２によってアクセス可能な任意の利用可能な媒体であり得、揮発性および不揮発性の媒体、取り外し可能および取り外し不可能な媒体の両方を含む。
システム・メモリ１４２８は、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）１４３０またはキャッシュ・メモリ１４３２あるいはその両方などの、揮発性メモリの形態のコンピュータ・システム可読媒体を含むことができる。コンピュータ・システム／サーバ１４１２は、他の取り外し可能／取り外し不可能な揮発性／不揮発性のコンピュータ・システム記憶媒体をさらに含み得る。単なる例として、取り外し不可能な不揮発性の磁気媒体（図示せず、典型的には「ハード・ドライブ」と呼ばれるもの）に読み書きするためのストレージ・システム１４３４を設けることができる。図示していないが、取り外し可能な不揮発性の磁気ディスク（たとえば、「フロッピー（Ｒ）・ディスク」）に読み書きするための磁気ディスク・ドライブと、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、または他の光学媒体などの取り外し可能な不揮発性の光学ディスクに読み書きするための光学ディスク・ドライブと、を設けることができる。そのような例では、それぞれを、１つまたは複数のデータ・メディア・インターフェースによってバス１４１８に接続することができる。以下でさらに図示および説明するように、メモリ１４２８は、本発明の実施形態の機能を実行するように構成されるプログラム・モジュールのセット（たとえば、少なくとも１つ）を有する少なくとも１つのプログラム製品を含み得る。
プログラム・モジュール１４４２のセット（少なくとも１つ）を有するプログラム／ユーティリティ１４４０は、限定ではなく例として、オペレーティング・システム、１つまたは複数のアプリケーション・プログラム、他のプログラム・モジュール、およびプログラム・データと同様に、メモリ１４２８に記憶され得る。オペレーティング・システム、１つまたは複数のアプリケーション・プログラム、他のプログラム・モジュール、およびプログラム・データまたはそれらの何らかの組合せのそれぞれは、ネットワーキング環境の一実装形態を含み得る。プログラム・モジュール１４４２は、一般に、本明細書に記載の本発明の実施形態の機能または方法論あるいはその両方を実行する。
コンピュータ・システム／サーバ１４１２はまた、キーボード、ポインティング・デバイス、ディスプレイ１４２４などの１つまたは複数の外部デバイス１４１４、ユーザがコンピュータ・システム／サーバ１４１２とやりとりすることを可能にする１つまたは複数のデバイス、ならびに／あるいはコンピュータ・システム／サーバ１４１２が１つまたは複数の他のコンピューティング・デバイスと通信することを可能にする任意のデバイス（たとえば、ネットワーク・カード、モデムなど）と通信し得る。そのような通信は、入力／出力（Ｉ／Ｏ）インターフェース１４２２を介して行うことができる。またさらに、コンピュータ・システム／サーバ１４１２は、ネットワーク・アダプタ１４２０を介して、ローカル・エリア・ネットワーク（ＬＡＮ）、一般的なワイド・エリア・ネットワーク（ＷＡＮ）、またはパブリック・ネットワーク（たとえば、インターネット）、あるいはそれらの組合せなどの、１つまたは複数のネットワークと通信することができる。図示のように、ネットワーク・アダプタ１４２０は、バス１４１８を介してコンピュータ・システム／サーバ１４１２の他のコンポーネントと通信する。図示していないが、他のハードウェアまたはソフトウェアあるいはその両方のコンポーネントを、コンピュータ・システム／サーバ１４１２と併用できることを理解されたい。例には、マイクロコード、デバイス・ドライバ、冗長処理ユニット、外部ディスク・ドライブ・アレイ、ＲＡＩＤシステム、テープ・ドライブ、およびデータ・アーカイブ・ストレージ・システムなどが含まれるが、これらに限定されない。
ここで図１４を参照すると、例示的なクラウド・コンピューティング環境１５５０が示されている。図示のように、クラウド・コンピューティング環境１５５０は１つまたは複数のクラウド・コンピューティング・ノード１４００を含み、これらを使用して、たとえば、パーソナル・デジタル・アシスタント（ＰＤＡ）もしくは携帯電話１５５４Ａ、デスクトップ・コンピュータ１５５４Ｂ、ラップトップ・コンピュータ１５５４Ｃ、または自動車コンピュータ・システム１５５４Ｎ、あるいはそれらの組合せなどの、クラウド・コンシューマによって使用されるローカル・コンピューティング・デバイスが通信し得る。ノード１４００は相互に通信し得る。これらは、たとえば、上述のプライベート、コミュニティ、パブリック、もしくはハイブリッド・クラウド、またはそれらの組合せなど、１つまたは複数のネットワークにおいて物理的または仮想的にグループ化され得る（図示せず）。これにより、クラウド・コンピューティング環境１５５０は、クラウド・コンシューマがローカル・コンピューティング・デバイス上にリソースを維持する必要がない、インフラストラクチャ・アズ・ア・サービス、プラットフォーム・アズ・ア・サービス、またはソフトウェア・アズ・ア・サービス、あるいはそれらの組合せを提供することが可能になる。図１６に示したコンピューティング・デバイス１５５４Ａ～Ｎのタイプは例示的なものにすぎないことを意図しており、コンピューティング・ノード１４００およびクラウド・コンピューティング環境１５５０は、任意のタイプのネットワークまたはネットワーク・アドレス指定可能接続（たとえば、ウェブ・ブラウザを使用）あるいはその両方を介して任意のタイプのコンピュータ化デバイスと通信することができることを理解されたい。
ここで図１５を参照すると、クラウド・コンピューティング環境１５５０（図１４）によって提供される機能的抽象化レイヤのセットが示されている。図１５に示したコンポーネント、レイヤ、および機能は例示的なものにすぎないことを意図しており、本発明の実施形態はこれらに限定されないことを事前に理解されたい。図示のように、以下のレイヤおよび対応する機能が提供される。
ハードウェアおよびソフトウェア・レイヤ１６００は、ハードウェア・コンポーネントおよびソフトウェア・コンポーネントを含む。ハードウェア・コンポーネントの例には、メインフレーム、一例では、ＩＢＭ（Ｒ）ｚＳｅｒｉｅｓ（Ｒ）システム、ＲＩＳＣ（縮小命令セット・コンピュータ）アーキテクチャ・ベースのサーバ、一例では、ＩＢＭ（Ｒ）ｐＳｅｒｉｅｓ（Ｒ）システム、ＩＢＭ（Ｒ）ｘＳｅｒｉｅｓ（Ｒ）システム、ＩＢＭ（Ｒ）ＢｌａｄｅＣｅｎｔｅｒ（Ｒ）システム、ストレージ・デバイス、ネットワークおよびネットワーキング・コンポーネントが含まれる。ソフトウェア・コンポーネントの例には、ネットワーク・アプリケーション・サーバ・ソフトウェア、一例では、ＩＢＭ（Ｒ）ＷｅｂＳｐｈｅｒｅ（Ｒ）アプリケーション・サーバ・ソフトウェア、およびデータベース・ソフトウェア、一例では、ＩＢＭ（Ｒ）ＤＢ２（Ｒ）データベース・ソフトウェアが含まれる。（ＩＢＭ（Ｒ）、ｚＳｅｒｉｅｓ（Ｒ）、ｐＳｅｒｉｅｓ（Ｒ）、ｘＳｅｒｉｅｓ（Ｒ）、ＢｌａｄｅＣｅｎｔｅｒ（Ｒ）、ＷｅｂＳｐｈｅｒｅ（Ｒ）、およびＤＢ２（Ｒ）は、世界中の多くの管轄区域で登録されたInternational Business Machines Corporationの商標である）。
仮想化レイヤ１６２０は抽象化レイヤを提供し、抽象化レイヤから、仮想エンティティの以下の例、すなわち、仮想サーバ、仮想ストレージ、仮想プライベート・ネットワークを含む仮想ネットワーク、仮想アプリケーションおよびオペレーティング・システム、ならびに仮想クライアントが提供され得る。
一例では、管理レイヤ１６３０は、下記の機能を提供し得る。リソース・プロビジョニングは、クラウド・コンピューティング環境内でタスクを実行するために利用されるコンピューティング・リソースおよび他のリソースの動的調達を提供する。計量および価格決定は、クラウド・コンピューティング環境内でリソースが利用されたときの費用追跡と、これらのリソースの消費に対する会計または請求とを提供する。一例では、これらのリソースはアプリケーション・ソフトウェア・ライセンスを含み得る。セキュリティは、クラウド・コンシューマおよびタスクの同一性検証だけでなく、データおよび他のリソースに対する保護も提供する。ユーザ・ポータルは、コンシューマおよびシステム管理者にクラウド・コンピューティング環境へのアクセスを提供する。サービス・レベル管理は、要求されたサービス・レベルが満たされるような、クラウド・コンピューティング・リソースの割り当ておよび管理を提供する。サービス・レベル合意（ＳＬＡ）の計画および履行は、ＳＬＡによれば将来要求されると予想されるクラウド・コンピューティング・リソースの事前手配および調達を提供する。
ワークロード・レイヤ１６４０は、クラウド・コンピューティング環境が利用され得る機能性の例を提供する。このレイヤから提供され得るワークロードおよび機能の例には、マッピングおよびナビゲーション、ソフトウェア開発およびライフサイクル管理、仮想教室教育配信、データ分析処理、取引処理、ならびに、本発明に関してより詳細に言えば、コンテキスト入力に基づいて検索オートコンプリート提案を生成するＡＰＩおよび実行時システム・コンポーネント、などの機能が含まれる。
本発明の多くの特徴および利点は、詳細な明細書から明らかであるので、添付の特許請求の範囲によって意図することは、本発明の真の思想および範囲内にある本発明のそのような全ての特徴および利点を網羅することである。さらに、当業者は多くの修正および変形を容易に思いつくと思われるので、図示および説明した厳密な構成および動作に本発明を限定することは望ましくなく、したがって、全ての適切な修正および均等物は、本発明の範囲内に入るように再分類され得る。
本発明は、その適用において、以下の説明に記載したまたは図面に示した構成の詳細およびコンポーネントの配置に限定されないことを理解されたい。本発明は、記載した以外の実施形態が可能であり、様々な方法で実践および実施することが可能である。また、本明細書で使用する表現および用語、ならびに要約は、説明を目的としたものであり、限定と見なされるべきではないことを理解されたい。
したがって、本開示の基礎となる概念が、本発明のいくつかの目的を実行するための他の構成、方法、およびシステムの設計の基礎として容易に利用され得ることを当業者は理解するであろう。そのため、特許請求の範囲が、本発明の思想および範囲から逸脱しない限りにおいて、そのような同等の構成を含むものと見なされることが重要である。
１０ ＣＰＵコア
１２ 命令フェッチおよびデコード
１４ ＡＬＵ
１６ 汎用レジスタ・ファイル
１８ 境界レジスタ・ファイル
１８１ ＢＩレジスタ
１８２ ＢＩレジスタ
１８ｎ ＢＩレジスタ
２０ 境界処理ユニット
２０ メモリ
２２ データ・キャッシュ
２３ パス
２４ ＢＩキャッシュ
２５ パス
２６ 境界情報テーブル
２９ ＢＩエントリ
４０ アドレス
４２ 長さ
４４ ＢＩレジスタ
４６ インデックス
４８ ＬＢ
５０ ＵＢ
１００ システム
１８０ コンパイラ
１９０ コンパイル時
１９２ 実行時
１９４ 境界チェック用のハードウェア・インサート
２００ システム
４０２ ロード命令
４１２ ストア命令
６０２ 例１
６０４ 例２
１１００ 情報ハンドリング／コンピュータ・システム
１１１０ ＣＰＵ
１１１２ システム・バス
１１１４ ＲＡＭ
１１１６ ＲＯＭ
１１１８ Ｉ／Ｏアダプタ
１１２１ ディスク・ユニット
１１２２ ユーザ・インターフェース・アダプタ
１１２４ キーボード
１１２６ マウス
１１２８ スピーカー
１１３２ マイクロフォン
１１３４ 通信アダプタ
１１３６ ディスプレイ・アダプタ
１１３８ ディスプレイ
１１３９ プリンタ
１１４０ テープ・ドライブ
１１４１ リーダー／スキャナ
１２００ 信号保持記憶媒体
１２１０ フラッシュ・メモリ
１２２０ 光ストレージ・ディスケット、光ディスク
１４００ クラウド・コンピューティング・ノード
１４１２ コンピュータ・システム／サーバ
１４１４ 外部デバイス
１４１６ 処理ユニット
１４１８ バス
１４２０ ネットワーク・アダプタ
１４２２ Ｉ／Ｏインターフェース
１４２４ ディスプレイ
１４２８ メモリ
１４３０ ＲＡＭ
１４３２ キャッシュ
１４３４ ストレージ・システム
１４４０ プログラム／ユーティリティ
１４４２ プログラム・モジュール
１５５０ クラウド・コンピューティング環境
１５５４Ａ パーソナル・デジタル・アシスタント（ＰＤＡ）もしくは携帯電話
１５５４Ｂ デスクトップ・コンピュータ
１５５４Ｃ ラップトップ・コンピュータ
１５５４Ｎ 自動車コンピュータ・システム
１６００ ハードウェアおよびソフトウェア
１６２０ 仮想化
１６３０ 管理
１６４０ ワークロード

Claims (16)

  1. バッファ保護における境界情報アクセスを提供する方法であって、
    汎用レジスタと、ＢＩ（境界情報）レジスタ内の境界情報との間の１対１マッピングを提供することと、
    ロードした境界情報を将来の使用のために前記ＢＩレジスタにセーブすることと、
    プログラム実行に沿って維持される前記ＢＩレジスタ内の前記境界情報の整合性を提供することと、
    前記ＢＩレジスタのロード命令に関する１ビットの追加の制御によって、前記境界情報の事前ロードを提供することと、
    を含む、方法。
  2. コンパイラは、前記境界情報の前記事前ロードの候補ロードを決定する、請求項１に記載の方法。
  3. 境界情報のロード要求を削減すること、またはロード・レイテンシを隠蔽することをさらに含む、請求項１または請求項２に記載の方法。
  4. 静的プログラム解析によって有益なケースを選択することをさらに含む、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の方法。
  5. 境界情報のロードが削減されるか否かに基づいて、前記境界情報のプリフェッチを決定することをさらに含む、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の方法。
  6. レイテンシを隠蔽するという決定に基づいて、前記境界情報のプリフェッチを決定することをさらに含む、請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の方法。
  7. 前記ＢＩレジスタ内の前記境界情報は、初期化され、プログラム実行に沿って伝播される、請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の方法。
  8. バッファ保護における境界情報アクセスを提供するためのシステムであって、
    コンピュータ命令を記憶するメモリと、
    プロセッサと、
    を備え、前記プロセッサは、前記コンピュータ命令を実行して、
    汎用レジスタと、ＢＩ（境界情報）レジスタ内の境界情報との間の１対１マッピングを提供することと、
    ロードした境界情報を将来の使用のために前記ＢＩレジスタにセーブすることと、
    プログラム実行に沿って維持される前記ＢＩレジスタ内の前記境界情報の整合性を提供することと、
    前記ＢＩレジスタのロード命令に関する１ビットの追加の制御によって、前記境界情報の事前ロードを提供することと、
    を行うように構成される、システム。
  9. コンパイラは、前記境界情報の前記事前ロードの候補ロードを決定する、請求項８に記載のシステム。
  10. 境界情報のロード要求を削減すること、またはロード・レイテンシを隠蔽することをさらに含む、請求項８または請求項９に記載のシステム。
  11. 静的プログラム解析によって有益なケースを選択することをさらに含む、請求項８から請求項１０までのいずれか１項に記載のシステム。
  12. 境界情報のロードが削減されるか否かに基づいて、前記境界情報のプリフェッチを決定することをさらに含む、請求項８から請求項１１までのいずれか１項に記載のシステム。
  13. レイテンシを隠蔽するという決定に基づいて、前記境界情報のプリフェッチを決定することをさらに含む、請求項８から請求項１２までのいずれか１項に記載のシステム。
  14. 前記ＢＩレジスタ内の前記境界情報は、初期化され、プログラム実行に沿って伝播される、請求項８から請求項１３までのいずれか１項に記載のシステム。
  15. 請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の前記方法をコンピュータに実行させる、コンピュータ・プログラム。
  16. 請求項１５に記載のコンピュータ・プログラムを格納したコンピュータ可読記憶媒体。
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