JP2022552150A - データ構造、メモリ手段、および装置 - Google Patents

Abstract

アプリケーションシステム内の、とりわけプロセス間通信のための、メモリ手段（２１０）、とりわけ共有して利用されるメモリ手段（２１０）のためのデータ構造（２００）であって、メモリ手段（２１０）がメモリセル（２１５）を有し、データ構造（２００）が管理構造（２０３）を有し、管理構造（２０３）が、メモリセル（２１５）にポインタオブジェクト（２０）を保持するように適応されている、データ構造（２００）。

Description

本発明は、アプリケーションシステム内のメモリ手段のためのデータ構造、相応のメモリ手段、および装置をもたらす。
大きなデータ量が処理されるシステムでは、データのコピーが、システムリソースの高い割合を独占する可能性があり、これにより費用のかかる事柄になり得る。

運転者支援および少なくとも部分的に自動化された運転のための今日のシステムでは、１秒につき数ギガバイトが処理される。したがってここでは、データのコピーができるだけ回避されると、計算リソースの形態での有益なシステムリソースが節減され得る。

安全要求を満たすには、通信ネットワークが、完全な故障を防止するためにレジリエントに設計されなければならない。したがって、制限されたリソースを管理するための戦略が開発されなければならない。

複数の計算コアまたは実行の様々なコンテキスト（例えばＯＳＥＫ仕様（ＯＳＥＫ－ＯＳ）に基づく動作システム内のタスク）を有するシステム上ではしばしば、ソフトウェアの並列部分の間でのデータの一貫性のある伝送を保証する通信ミドルウェアが用いられる。このような通信ミドルウェアは、一人のデータ生産者がこれらのデータを、ミドルウェアを使って一人または複数の消費者に伝送し（させ）得る方法を利用可能にする。

伝送すべきデータのコピーを回避するため、「ゼロコピー」手法を使用することが知られている。「ゼロコピー」手法に基づく通信ミドルウェアは、ツーステップの手法に基づいてデータを伝送する。第１のステップでは、生産者が、伝送すべきデータを格納するためのメモリスペースを、通信ミドルウェアを介して要求する。第２のステップでは、要求されたメモリスペースが、一人または複数の消費者に、伝送すべきデータの読取りのために供給される。

伝送すべきデータの通信ミドルウェアへの引渡しにより、このために利用されるメモリスペースの「所有権」は、典型的にはミドルウェアに移される。生産者による格納および消費者による読取りの最中は、このために利用されるメモリスペースの「所有権」はそれぞれのユーザ（生産者、消費者）にある。

これに関し「所有権」とは、それぞれのプロセス（生産者、消費者、場合によってはミドルウェア）だけが、そのメモリスペースへの独占的な（書込みまたは読取りのための）アクセスを有することと理解される。

自動車分野では、なかでも「ゼロコピー」手法に基づく別の通信方法を提供するＡＵＴＯＳＡＲ規格が知られている。

ユーザ（生産者、消費者）、言い換えればユーザプロセスが、メモリスペース、言い換えればメモリセルの所有者であり、かつその間にこのユーザプロセスが異常に、言い換えればエラーを伴って終了される状況では、いわゆるメモリリークが生じ得る。

これは、利用されたメモリセルが、ユーザプロセスの異常な終了に基づいて解放されないことに起因する。通信ミドルウェアに対し、メモリセルは占有と表示される。これは、メモリ手段内にブロックされたメモリセルを生じさせ、これらのメモリセルにもうアクセスされ得ず、かつこれらのメモリセルは、通信ミドルウェアまたは動作システムによって整理されず、言い換えれば再び利用のために提供されない。

大きなデータ量を伝送するためのユーザプロセスにより、多くのメモリスペースが要求される場合、メモリリークが発生する状況は、完全なシステム故障に至り得る。
これを踏まえて本発明は、アプリケーションシステム内のメモリ手段のためのデータ構造をもたらし、このメモリ手段はメモリセルを有する。

このデータ構造は管理構造を特色とする。この管理構造は、ポインタオブジェクト、言い換えればリファレンスまたはポインタ（英語：Ｐｏｉｎｔｅｒ）をメモリセルに保持するように適応されている。

したがって本発明のデータ構造を使って、異常に終了されたユーザプロセスによってメモリセルが占有されている場合に、これらの占有されたメモリセルを整理することが可能である。

ユーザプロセスが異常に終了されたかどうかは、例えば当業者に知られているハートビート方法を使って認識され得る。
ユーザプロセスの異常な終了が認識された場合、本発明のデータ構造の管理構造を介し、そこで占有されたメモリセルに保持されているメモリ手段に基づき、メモリセルが認識および解放され得る。

これにより、アプリケーションシステムのレジリエンスが高められ得る。
アプリケーションシステムとは、ここでは、部分的に共有ハードウェアを活用する多数のアプリケーションプログラム、つまり自動化されたフローからなるシステムと理解され得る。この共有ハードウェアの一部が、共有して利用されるメモリ手段であり得る。このアプリケーションシステムは、車両を少なくとも部分的に自動化して、好ましくは高度自動化して動作させるために適応されていてもよい。

このメモリ手段は、共有して利用されるメモリ手段であり得る。
共有して利用されるメモリ手段（英語：Ｓｈａｒｅｄ Ｍｅｍｏｒｙ）とは、ここでは、アプリケーションシステムの複数のプロセスによって利用される物理メモリの一部と理解され得る。

この共有して利用されるメモリ手段は、プロセス間通信のために利用され得る。
共有して利用されるメモリ手段を使って、複数のプロセス間の高性能データ通信が簡単に実行される。

メモリセルとは、ここでは、メモリ手段の一部と理解でき、この一部は、識別、好ましくは一義的に識別され得る。この識別は、典型的にはメモリアドレスを介して行われる。これは、例えば１つのユーザプロセスのコンテキストにおいてのみ有効な仮想メモリアドレスまたは例えばシステム全体に有効な物理メモリアドレスであり得る。メモリセルの識別に適した別の、場合によっては一義的な、識別文字も考えられるであろう。

アプリケーションシステムとは、ここでは、部分的に共有ハードウェアを活用する多数のアプリケーションプログラム、つまり自動化されたフローからなるシステムと理解され得る。この共有ハードウェアの一部が、共有して利用されるメモリ手段であり得る。このアプリケーションシステムは、車両を少なくともと部分的に自動化して、好ましくは高度自動化して動作させるため適応されていてもよい。

本発明に基づくデータ構造の一実施形態によれば、データ構造は、アプリケーションシステムのユーザプロセスによってメモリセルが要求されるとポインタオブジェクトを構築するように適応されている。

ポインタオブジェクトの構築とは、ここでは、ポインタオブジェクトのためのメモリスペースをアロケートすること、およびポインタオブジェクトの目標への相応の指示をメモリスペース内に格納することと理解され得る。この目標への指示は、識別文字の形態で、例えば目標のメモリスペースの開始アドレスの形態で存在し得る。

本発明に基づくデータ構造の一実施形態によれば、データ構造は、ユーザプロセスによってメモリセルが解放されるとポインタオブジェクトを撤去するように適応されている。
ポインタオブジェクトの撤去とは、ここでは、ポインタオブジェクトのためのメモリスペースを解放することと理解され得る。

本発明に基づくデータ構造の一実施形態によれば、データ構造は、ユーザプロセスが異常に終了された場合にメモリセルが解放されるように適応されている。
ユーザプロセスの異常な終了とは、ここでは、ユーザプロセスのエラーを伴うまたは早すぎる終了と理解され得る。一方では、プロセスの早すぎる中断に関するプロセス内部の理由が存在する場合に、異常な終了になり得る。その理由は、メモリオーバーフロー、失敗したメモリアロケーションなどであり得る。または他方では、プロセスの早すぎる中断に関するプロセス外部の理由が存在する。この場合も多様な理由が存在し得る。

本発明に基づくデータ構造の一実施形態によれば、データ構造は、各ユーザプロセスのためにそれぞれの管理構造を有する。
この実施形態は、それぞれのユーザプロセスによって占有されたメモリセルの整理が簡単に実行され得るという利点を有し、なぜなら、このユーザプロセスによって占有されたすべてのメモリセルを解放するためには、単に当該ユーザプロセスのそれぞれの管理構造を介して反復すればよいからである。

本発明に基づくデータ構造の一実施形態によれば、管理構造は、共有して利用されるメモリ手段内に格納されている。
この実施形態は、ユーザプロセス（生産者、消費者）および場合によってはアプリケーションシステムの中央管理プロセスが、別々のプロセスであることができ、かつそれに応じて様々なプロセスコンテキストを実行できるという利点を有する。それにもかかわらず、共有して利用されるメモリ手段内にこの管理構造またはそれぞれの管理構造の格納により、すべてのプロセスが、必要の際には管理構造にアクセスできる。

本発明のさらなる一態様はメモリ手段である。このメモリ手段は、本発明に基づくデータ構造を有する。
このメモリ手段は、共有して利用されるメモリ手段であり得る。

本発明のさらなる一態様は装置である。この装置は、本発明に基づくメモリ手段を有する。
この装置は、例えば機械のための制御機器であり得る。この機械が車両であることが考えられる。さらに、この車両が少なくとも部分的に自動化されて動作する車両であることが考えられる。

車両とは、ここでは、人の輸送（旅客輸送）、物品の輸送（貨物輸送）、または道具（機械もしくは補助手段）の輸送に用いられ得る移動式交通手段と理解され得る。適用事例に応じて、
－ 地上を走る乗り物
－ 水上を走る乗り物
－ 空を飛ぶ乗り物
のことである。

以下に、本発明の実施形態を図面に基づいてより詳しく解説する。

「ゼロコピー」手法による方法のフロー図である。 本発明に基づくデータ構造のブロック図である。 本発明に基づくデータ構造に関連した方法のフロー図である。

図１は、「ゼロコピー」手法による方法１００のフロー図を示す。この図は、データの生産者１０の視点からおよびデータの消費者１１の視点からの方法１００を表す。
ステップ１１１において、生産者１０がメモリセル２１５（図２を参照）を要求する。要求１１１は、アプリケーションシステムの通信ミドルウェアを介して行われ得る。

要求が成功すると、生産者１０は、ポインタオブジェクト２０、言い換えればリファレンスを要求されたメモリセル２１５に取得する。要求の成功により、メモリセル２１５の所有権が生産者１０に移され、ミドルウェアは所有権を失う。

ステップ１１２において、生産者１０が、伝送すべきデータを、要求されたメモリセル２１５に書き込む。
ステップ１１３において、生産者１０が、メモリセル２１５を一人または複数の消費者１１に送信する。送信は、アプリケーションシステムの通信ミドルウェアを介して行われ得る。この送信は、生産者１０の要求に基づいて行われる。その際、メモリセル２１５の所有権が再びミドルウェアに移される。

消費者１１が、メモリセル２１５の受信について通知される場合。この通知は、アプリケーションシステムの通信ミドルウェアを介して行われ得る。その後、消費者１１はステップ１２１において、受信されたメモリセルを要求する。

要求が成功すると、消費者１１が同様にポインタオブジェクト２０を要求されたメモリセル２１５に取得する。要求の成功により、メモリセルの所有権が消費者１１に移され、ミドルウェアは所有権を失う。

ステップ１２２において、消費者１１が、受信されたデータをメモリセル２１５から読み取る。
ステップ１２３において、消費者１１が、要求されたメモリセル２１５を解放し、つまり典型的には、メモリセル２１５の消費者１１のポインタオブジェクト２０が撤去される。この解放は、消費者１１の要求に基づいて行われる。その際、メモリセル２１５の所有権が再びミドルウェアに移される。これによりメモリセル２１５は、さらなる消費者に対して、および場合によっては再び生産者１０またはさらなる生産者に対しても、利用可能になる。このメモリセル２１５は、ミドルウェアを介して整理されてもまたはほかで使用されてもよい。

図２は、本発明に基づくデータ構造２００のブロック図を示す。
データ構造２００は、ポインタオブジェクト２０をメモリセル２１５に保持するように適応されている管理構造２０３を有する。

データ構造２００の管理は、通信ミドルウェア内で、例えば「ゼロコピー」手法を踏まえて実行される。
この場合、ユーザプロセス２０１ごとに（つまり生産者１０／送信者または消費者１１／受信者ごとに）それぞれ１つの管理構造２０３がミドルウェアによって割り当てられることが考えられ、なぜならこれにより暗示的に、その中にリストされているすべてのメモリセルが、それぞれのユーザプロセス２０１に振り分けられ得るからである。

この管理構造２０３は、ユーザプロセス２０１によって利用されるポインタオブジェクト２０をメモリセル２１５に保持する。
このブロック図はさらに、データ構造２００を管理するためのセントラルサービス２０２を示す。このセントラルサービス２０２は異なるタスクを担い得る。セントラルサービスは一つには、ユーザプロセス２０１に対してハートビート方法を実行するために適応されていてもよい。このような方法により、セントラルサービス２０２は、ユーザプロセス２０１が異常に終了されたかどうか、およびいつ異常に終了されたかを、認識し得る。

ユーザプロセス２０１が異常に終了された場合には、セントラルサービス２０２は、例えば管理構造２０３内に保持された１つまたは複数のポインタオブジェクト２０を介し、メモリ手段２１０内の、異常に終了されたユーザプロセス２０１によって利用されているメモリセル２１５を識別するために、および場合によっては整理または解放するために、つまり再びアプリケーションシステム内のさらなるユーザに利用可能にするために、管理構造２０３を利用し得る。

このメモリセル２１５の識別は、メモリセル２１５のメモリ内でのアドレスによってまたはリファレンスの別の形態によって行うことができ、ここで、このアドレスまたはリファレンスの別の形態は、一義的に割り当て可能である。

セントラルサービス２０２が、管理構造２０３内の個々のエントリを検索および場合によっては削除するために適した方法を有することが考えられる。
図３は、本発明に基づくデータ構造２００に関連した方法３００のフロー図を示すフロー図を示す。

生産者１０がステップ３１０において、そこにデータ伝送すべきデータを書き込むためにメモリセルを要求する。要求されたメモリセル２１５が生産者１０に引き渡される前に、最初にステップ３１１において、メモリセルが通信ミドルウェアを介して要求される。その後には、ステップ３１２において、要求されたメモリセル２１５が有効であるかどうかのチェックが続く。

要求されたメモリセル２１５が有効である場合には、ステップ３１３において、このメモリセルを指示するポインタオブジェクト２０が構築される。このポインタオブジェクト２０はステップ３１４において、データ構造２００の管理構造２０３内に格納され、かつそこで保持される。

要求されたメモリセル２１５が有効でない場合には、ステップ３１５によりエラーが出力され得る。
これに関し、要求のステップ３１０は複数回繰り返され得る。

メモリセル２１５の所有権が生産者１０に移された後、生産者１０はステップ３２０において、伝送すべきデータをメモリセル２１５に書き込むためにメモリセル２１５を利用する。

これに関し所有権の引渡しは、例えば、メモリセル２１５のポインタオブジェクト２０を生産者１０に引き渡すことで行われ得る。その際、引き渡されたポインタオブジェクト２０は、ポインタオブジェクト２０のコピーであり、ポインタオブジェクト２０は、生産者１０がメモリセル２１５の所有権を所有している間、管理構造２０３内で保持される。

書込みの終了後に生産者１０は、メモリセル２１５の送信３３０を通信ミドルウェアを介して要求する。
このために、図示した実施形態によれば、ステップ３３１において生産者１０により、利用したメモリセル２０のポインタオブジェクト２０が管理構造２０３から削除される。続いてステップ３３２において、メモリセルの送信が通信ミドルウェアを使って行われる。

これに関しステップ３３１は、生産者１０によってではなく、メモリセル２１５の送信と関連した通信ミドルウェアによって実行されることが考えられる。

Claims (8)

1. アプリケーションシステム内の、とりわけプロセス間通信のための、メモリ手段（２１０）、とりわけ共有して利用されるメモリ手段（２１０）のためのデータ構造（２００）であって、前記メモリ手段（２１０）がメモリセル（２１５）を有する、データ構造（２００）であって、
   前記データ構造（２００）が管理構造（２０３）を有し、前記管理構造（２０３）が、ポインタオブジェクト（２０）を前記メモリセル（２１５）に保持するように適応されていることを特徴とする、データ構造（２００）。
2. 前記アプリケーションシステムのユーザプロセス（１０、１１、２０１）によって前記メモリセル（２１５）が要求されると前記ポインタオブジェクト（２０）を構築するように適応されている、請求項１に記載のデータ構造（２００）。
3. 前記ユーザプロセス（１０、１１、２０１）によって前記メモリセル（２１５）が解放されると前記ポインタオブジェクト（２０）を撤去するように適応されている、請求項１または２に記載のデータ構造（２００）。
4. 前記ユーザプロセス（１０、１１、２０１）が異常に終了された場合に前記メモリセル（２１５）が解放されるように適応されている、請求項１から３のいずれか一項に記載のデータ構造（２００）。
5. 各ユーザプロセス（１０、１１、２０１）のためにそれぞれの管理構造（２０３）を有する、請求項１から４のいずれか一項に記載のデータ構造（２００）。
6. 前記管理構造（２０３）が、前記共有して利用されるメモリ手段内に格納（２１０）されている、請求項１から５のいずれか一項に記載のデータ構造（２００）。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載のデータ構造（２００）を有するメモリ手段（２１０）、とりわけ共有して利用されるメモリ手段（２１０）。
8. 請求項７に記載のメモリ手段（２１０）を有する装置。
   

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