JP2793712B2

JP2793712B2 - 並列処理方法

Info

Publication number: JP2793712B2
Application number: JP28589190A
Authority: JP
Inventors: 健二犬伏; 正春稲船; 光橋本; 宣幸富沢
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1990-10-25
Filing date: 1990-10-25
Publication date: 1998-09-03
Anticipated expiration: 2013-09-03
Also published as: JPH04160639A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は、オブジェクト指向ソフトウェアにおける
並列処理方式に関するものである。

（従来技術）情報とその操作をカプセル化し、メッセージによって
のみアクセスされる、オブジェクト指向と呼ばれる概念
に基づいて設計されるアプリケーションソフトウェアと
オブジェクトを管理・制御するソフトウェア（以下、オ
ブジェクトインフラという）によって構成されるソフト
ウェアでは、並列処理における処理能力等の観点から、
効率のよいシステム設計が出来るように以下の様なオブ
ジェクトの実行形態を設けている。

並列オブジェクト並列処理の主体となるオブジェクト毎にリアルタイム
OSのリソースであるタスクに対応させる実行形態であ
る。この実行形態に従って動作するオブジェクトを並列
オブジェクトという。並列オブジェクトへのメッセージ
送信は、タスク間通信により実現される。

直列オブジェクト並列オブジェクトの下で従属的に動作する実行形態で
ある。この実行形態に従って動作するオブジェクトを直
列オブジェクトという。直列オブジェクトへのメッセー
ジ送信は、関数コールすることにより実現される。

（参考文献：電子情報通信学会技術研究報告Vo1.89No.1
28SSE89−65“オブジェクト構造交換ソフトウェアの試
作評価”稲船正春、橋本光、能登谷厚共著）アプリケーションプログラムにおいてメッセージ送信
式を記述する上で、オブジェクトの実行形態を意識する
ことなく設計できるようにプログラミング言語レベルで
一律の構文とし、実行形態はシステム設計時に、プログ
ラムとは別に与えられる。

オブジェクトインフラは、オブジェクト生成時にオブ
ジェクトの実行形態に応じてタスク等のOSリソースを、
生成すべきオブジェクトに対して割り当てる。

また、アプリケーションが意識するオブジェクト間通
信の形態としては、メッセージを送信した後に送信先か
らの実行結果を待たない非同期通信、メッセージを送信
してから送信先からの実行結果を待った後、処理を続け
る同期通信などの形態がある。

以下に、オブジェクトのメッセージ送信を図面に従っ
て説明する。

第２図は、従来の並列オブジェクトへのメッセージ送
信を説明するための図である。オブジェクト26（obj_
a）は送信元のオブジェクト、オブジェクト28（obj_b）
は送信先のオブジェクト、タスク29（tsk_b）はタスク
である。オブジェクト28（obj_b）が生成された時に、
同時にタスク29（tsk_b）も生成され、オブジェクト28
（obj_b）に割り付けられている。メッセージ制御機能
部27は、オブジェクト26からのメッセージ送信要求を受
けるとメッセージの宛先（この場合は、obj_b）を判定
し、オブジェクト28の実行形態に応じて適切なメッセー
ジ送信手段（この場合は、タスク間通信）を選択し、オ
ブジェクト28へのメッセージ送信を実行する。

（発明が解決しようとする課題）しかし以上述べた方式では、以下のような問題点があ
る。

オブジェクトの実行形態を意識せずに設計したアプ
リケーションの中から、並列処理の効果を発揮できるオ
ブジェクトを、システム設計時に見付け出すことが実際
には困難である。

オブジェクト相互の同期通信がある場合、システム
設計の誤りから、オブジェクトの実行中に第３図に示す
ようなデッドロックを生じる恐れがある。

第３図は、デッドロックの現象を説明するための図で
ある。オブジェクト26（obj_a）、オブジェクト28（obj
_b）は、相互の同期通信を行う並列オブジェクトであ
る。オブジェクト26は、オブジェクト28にメッセージを
送信した後、オブジェクト28からの実行結果を待つ状態
になる。オブジェクト28は、そのメッセージに対する処
理の中で、オブジェクト26にメッセージを送信した後、
オブジェクト26からの実行結果を待つ状態になる。この
ため双方とも実行結果を待つ状態のままとなってしま
う。

タスクを個々のオブジェクトに対して専用的に割り
当てるので必ずしもタスクが効率的に利用されない。

異常時即ち、システムの都合によりあるオブジェク
トを初期設定する必要が生じた時の対処について考慮さ
れていない。

マルチプロセッサ環境における並列処理をサポート
していない。

この発明は、オブジェクトの実行形態をメッセージ送
信式の形態に対応させることにより、オブジェクト間通
信を合理的に実行し、かつタスクを効率的に利用する。
またアプリケーションの設計・変更において並列オブジ
ェクトを直接意識する必要を無くすことにより、アプリ
ケーションの設計・変更を容易にする並列処理方式を提
供することを目的とする。

この発明はまた、前記異常時の対処方法を盛り込み、
さらにマルチプロセッサ環境においても有効な並列処理
方式を提供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段）アプリケーションには並列オブジェクトは存在せず、
オブジェクトインフラがアプリケーションに対して、並
列処理単位としての意味だけを持つ仮想的な並列オブジ
ェクト（以下、スレッドという）を提供する。また非同
期メッセージを並列に対応させ、同期メッセージを直列
に対応させることとする。すなわち、送信先オブジェク
ト実行用のスレッドを新たに生成または捕捉することに
より非同期メッセージ送信を実現し、送信元オブジェク
トを実行しているスレッドが送信先オブジェクトも実行
することにより同期メッセージ送信を実現する。

スレッドは、非同期メッセージを実行する機能の他、
各オブジェクトの識別情報とその初期設定タイプ（以
下、ログ情報という）を蓄積する機能、オブジェクトイ
ンフラが実行中のオブジェクトを初期設定する場合ある
いはオブジェクトから要求がある場合において、スレッ
ドが実行している処理を放棄（以下、アボートという）
するときに、蓄積されたログ情報を基にして該当するオ
ブジェクトを初期設定する機能を持つ。

またスレッドに対して、プロセッサ構成に依存しない
スレッド即ち、アプリケーションを設計する上で認識す
るだけで実体がないスレッド（以下、仮想スレッドとい
う）の概念を導入し、各プロセッサ毎に管理される実体
のあるスレッド（以下、物理スレッドという）を用いて
アプリケーションに対して仮想スレッドを提供すること
により、並列動作単位としてのスレッドがプロセッサ構
成に依存しない普遍的な概念としてアプリケーションか
ら認識される（以下、並列透過性という）機能を実現す
る。

（作用）オブジェクト１（obj_a）は、オブジェクトインフラ
のメッセージ制御機能／スレッド管理機能部２に対し、
非同期メッセージの送信を要求する。

メッセージ制御機能／スレッド管理機能部２は、オブ
ジェクト１から非同期メッセージの送信要求をうける
と、メッセージの宛先を判定し、スレット３（Thrcad_
X）を生成または捕捉する。

生成または捕捉されたスレッド３は、タスク４（tsk
ｘ）を生成または捕捉し、オブジェクト５の登録をス
タートアドレスとしてタスク４を起動する。そしてオブ
ジェクト５の処理が正常に終了すると、タスク４を解放
し、自分自信を解放する。またオブジェクト５から渡さ
れるログ情報を記録しておき、スレッド３がアポートす
るとき、ログ情報に基づいてオブジェクト５の強制終了
またはオブジェクト５に対するアポート処理の起動を行
う。

起動されたタスク４は、メッセージに対応するオブジ
ェクト５の処理を実行する。

オブジェクト５は、並列処理単位であるスレッド３の
下で従属的に動作する。また動作を開始するとき、必要
に応じてスレッド３に対して自身のログ情報の記録を要
求する。またスレッド３によって起動されるアポート処
理を実行する。

次にプロセッサ間のメッセージ送信については、オブ
ジェクト８は、メッセージ制御機能／スレッド管理機能
部９に対し、非同期メッセージまたは同期メッセージの
送信を要求する。同期メッセージの送信を要求した後に
は、送信先オブジェクトの実行結果を待つ状態となり、
メッセージ制御機能／スレッド管理機能部９から実行結
果をうけると、続きの処理を行う。非同期メッセージの
送信を要求した後には、そのまま続きの処理を行う。

メッセージ制御機能／スレッド管理機能部９は、オブ
ジェクト８から非同期メッセージまたは同期メッセージ
の送信要求をうけると、メッセージの宛先を判定し、宛
先が異なるプロセッサに収容されたオブジェクトのと
き、プロセッサ間通信機能部10に対し、メッセージを処
理するために必要な情報の転送を要求する。またプロセ
ッサ間通信機能部10から情報をうけ、その情報が同期メ
ッセージに対する実行結果に関するものであるとき、オ
ブジェクト８にその実行結果を渡し、その情報がスレッ
ド13から送られるログ情報に関するものであるとき、ス
レッド６にそのログ情報を渡す。

プロセッサ間通信機能部10は、メッセージ制御機能／
スレッド管理機能部９から情報の転送要求をうけると、
プロセッサ間通信機能部11に対し、その情報を転送す
る。またプロセッサ間通信機能部11から転送されてきた
情報をメッセージ制御機能／スレッド管理機能部９に渡
す。

プロセッサ間通信機能部11は、プロセッサ間通信機能
部10から転送されてきた情報をメッセージ制御機能／ス
レッド管理機能部12に渡す。またメッセージ制御機能／
スレッド管理機能部12から情報の転送要求をうけると、
プロセッサ間通信機能部10に対し、その情報を転送す
る。

メッセージ制御機能／スレッド管理機能部12は、プロ
セッサ間通信機能部11から情報をうけ、その情報が非同
期メッセージまたは同期メッセージの送信要求に関する
ものであるとき、スレッド13を生成または捕捉する。ま
たスレッド13から同期メッセージに対する実行結果をう
けたとき、プロセッサ間通信機能部11に対し、その実行
結果に関する情報の転送を要求する。またスレッド13か
らログ情報をうけたとき、プロセッサ間通信機能部11に
対し、そのログ情報に関する情報の転送を要求する。

スレッド13は、タスク14を生成または捕捉し、オブジ
ェクト15の登録をスタートアドレスとしてタスク14を起
動する。そしてスレッド13が非同期メッセージの送信要
求に対応して生成または捕捉されたものであるとき、オ
ブジェクト15の処理が正常に終了すると、タスク14を解
放し、自分自身を解放する。またスレッド13が同期メッ
セージの送信要求に対応して生成または捕捉されたもの
であるときは、メッセージ制御機能／スレッド管理機能
部12に対し、実行結果を渡し、ログ情報が蓄積されてい
ればそのログ情報も渡し、タスク14を解放し、自分自身
を解放する。

次にアボート処理については、スレッド管理機能部19
は、プロセッサ間通信機能部20から情報をうけ、その情
報がスレッド23からのアボートの通知に関するものであ
るとき、スレッド16にそのアボートの通知を行う。また
スレッド16からアボート要求メッセージの送信要求をう
けると、プロセッサ間通信機能部20に対し、アボート要
求メッセージを処理するために必要な情報の転送を要求
する。

プロセッサ間通信機能部20は、スレッド管理機能部19
から情報の転送要求をうけると、プロセッサ間通信機能
部21に対し、その情報を転送する。またプロセッサ間通
信機能部21から転送されてきた情報をスレッド管理機能
部19に渡す。

プロセッサ間通信機能部21は、プロセッサ間通信機能
部20から転送されてきた情報をスレッド管理機能部22に
渡す。またスレッド管理機能部22から情報の転送要求を
うけると、プロセッサ間通信機能部20に対し、その情報
を転送する。

スレッド管理機能部22は、スレッド23からアボート通
知の要求をうけると、プロセッサ間通信機能部21に対
し、アボート通知に関する情報の転送を要求する。また
プロセッサ間通信機能部21から情報をうけ、その情報が
アボート要求メッセージの送信要求に関するものである
とき、スレッド23のアボート処理を起動する。

スレッド23は、動作中に異常（タスク24の異常終了
等）を検出すると、スレッド管理機能部22に対し、アボ
ート通知の要求を行う。またスレッド管理機能部22によ
ってアボート処理が起動されると、もしオブジェクト25
のログ情報が記録されていれば、そのログ情報に基づい
てオブジェクト25の強制終了またはオブジェクト25に対
するアボート処理の起動を行う。

（実施例）第１図は、非同期のメッセージ送信及びスレッドのア
ボート処理を説明するための図である。１はオブジェク
トａ（obj_a）で送信元のオブジェクト、５はオブジェ
クトｂ（obj_b）で送信先のオブジェクト、スレッド３
（Thread_X）はオブジェクト５（obj_b）を実行するス
レッド、タスク４（tsk_x）はタスクである。メッセー
ジ制御機能／スレッド管理機能部２は、オブジェクト１
からの非同期メッセージの送信要求を受けるとメッセー
ジの宛先（この場合は、obj_b）を判定し、スレッド３
（Thread_X）を生成または捕捉する。

即ちスレッド管理機能部２のスレッド制御ブロック管
理テーブルを検索し、解放中のスレッド制御ブロックが
１つもなかった場合、未使用メモリエリアから新たにス
レッド制御ブロックエリアを確保し、このエリアを使用
中としてスレッド制御ブロック管理テーブル欄を生成す
る。又はスレッド制御ブロック管理テーブルを検索し、
解放中のスレッド制御ブロックを１つ捕捉し使用中とす
る。スレッド３は、タスク４を生成または捕捉し、送信
先オブジェクトである。オブジェクト５の登録をスター
トアドレスとしてタスク４を起動する。本メッセージに
対するオブジェクト５の処理が正常に終了すると、スレ
ッド３はタスク４を解放して自分自身を解放する。

次にスレッドが行うアボート処理について説明する。
オブジェクト５は、動作を開始するとき、必要に応じて
スレッド３に対してオブジェクト５の識別情報とその初
期設定タイプの記録を要求する。初期設定タイプには、
オブジェクトを強制終了するタイプと、オブジェクトに
対するアボート処理を実行するタイプがある。そしてス
レッド３においてアボートが発生した場合、スレッド３
は初期設定タイプに応じて、オブジェクト５を強制終了
するかもしくは、オブジェクト５に対するアボート処理
を起動する。

次にプロセッサ間に渡るメッセージ送信について説明
する。まず説明に先立って、次の３つの用語を定義す
る。

アクティビティスレッドのもとで行われる実際の動作を仮想化したも
のである。アクティビティは仮想スレッドに唯一つ存在
する。

マスタスレッド仮想スレッドと同時に生成される物理スレッドであ
る。

スレーブスレッドマスタスレッド以外の物理スレッドである。

第４図は、プロセッサ間に渡るメッセージ送信を説明
するための図である。オブジェクトインフラX30とオブ
ジェクトインフラY40は、異なるプロセッサ上で動作す
るオブジェクトインフラであり、オブジェクト８（obj_
a）は、オブジェクトインフラX30により管理・制御され
るオブジェクト、オブジェクト15（obj_b）は、オブジ
ェクトインフラY40により管理・制御されるオブジェク
ト、スレッド６（Thread_X）は、オブジェクト８を実行
するマスタスレッド、スレッド13（Thread_Y）は、オブ
ジェクト８からオブジェクト15へのメッセージを実行す
るマスタスレッドもしくはスレーブスレッド、タスク14
（tsk_y）はオブジェクトインフラY40のタスクである。

第４図を用いて、まず、非同期のメッセージ送信につ
いて説明する。オブジェクトインフラX40のメッセージ
制御機能／スッレッド管理機能部９は、オブジェクト８
からの非同期メッセージの送信要求を受けるとメッセー
ジの宛先（この場合は、オブジェクト15）を判定し、プ
ロセッサ間通信機能10,11を利用して、メッセージを処
理するために必要な情報、即ち送信先のオブジェクト識
別情報、メッセージ名、通信形態（同期／非同期）、送
信元のスレッド識別情報を、オブジェクトインフラY40
のメッセージ制御機能／スレッド管理機能部12に転送す
る。オブジェクトインフラY40のメッセージ制御機能／
スレッド管理機能部12は、これを受けてマスタスレッド
であるスレッド13を生成または捕捉する。スレッド13
は、タスク14を生成または捕捉し、送信先オブジェクト
であるオブジェクト15の登録をスタートアドレスとして
タスク14を起動する。本メッセージに対するオブジェク
ト15の処理が正常に終了すると、スレッド13はタスク14
を解放して自分自身を解放する。

次に、同期のメッセージ送信について第４図により説
明する。オブジェクトインフラX30のメッセージ制御機
能／スレッド管理機能部９は、obj_aからの同期メッセ
ージの送信要求を受けるとメッセージの宛先（この場合
は、obj_b）を判定し、obj_bが異なるプロセッサに収容
されているので、プロセッサ間通信機能を利用して、メ
ッセージを処理するために必要な送信先のオブジェクト
識別情報、メッセージ名・通信形態、送信元のスレッド
識別情報をオブジェクトインフラY40のメッセージ制御
機能／スレッド管理機能部12に転送し、アクティビティ
を送信先に渡す。オブジェクトインフラY40のメッセー
ジ制御機能／スレッド管理機能部12は、これを受けてス
レーブスレッドであるスレッド13を生成または捕捉す
る。スレッド13は、タスク14を生成または捕捉し、送信
先オブジェクトである。オブジェクト15の登録をスター
トアドレスとしてタスク14を起動する。本メッセージに
対するオブジェクト15の処理が正常に終了し、送信元の
スレッドであるスレッド６にアクティビティが返された
時点で、スレッド13はタスク14を解放して自分自身を捕
捉する。スレッド13がアクティビティを返すとき、スレ
ッド13にログ情報が蓄積されているときはこれも同時に
転送され、スレッド６に蓄積される。

次に、プロセッサ間に渡るアボート処理について説明
する。スレッドのアボートには、末端のスレッド即ちア
クティビティの存在するスレッドで発生する場合と、中
間スレッド即ちアクティビティの存在しないスレッドで
発生する場合とがある。前者は動作中に異常を検出した
場合、後者はスレッド上にある特定のオブジェクトを強
制終了する場合が考えられる。いずれの場合にも、制御
は、マスタスレッドのアボート処理に渡される。アボー
ト処理の内容は、マスタスレッドもスレーブスレッドも
同様であり、以下の様に行われる。

送信先のスレーブスレッドが存在する場合、もしく
は異なるプロセッサに収容されたオブジェクトに関する
ログ情報が記録されている場合、該当するプロセッサ上
のスレッド管理機能に対し、アボートを要求するメッセ
ージを送出する。

ログ情報に基づいて、オブジェクトの強制終了、ま
たは、オブジェクトに対するアボート処理の起動を行
う。

第５図は、末端のスレッドでアボートが発生した場合
のアボート処理を説明するための図である。オブジェク
トインフラX50とオブジェクトインフラY60は、異なるプ
ロセッサ上で動作するオブジェクトインフラであり、オ
ブジェクト18（obj_a）は、オブジェクトインフラX50に
より管理・制御されるオブジェクト、オブジェクト25
（obj_b）は、オブジェクトインフラY60により管理・制
御されるオブジェクト、スレッド16（Thread_X）は、オ
ブジェクト18（obj_a）を実行中のマスタスレッド、ス
レッド23（Thread_Y）は、オブジェクト18からオブジェ
クト25への同期のメッセージを実行中のスレーブスレッ
ド、タスク17（tsk_x）は、オブジェクトインフラX50の
タスク、タスク24（tsk_y）は、オブジェクトインフラY
60のタスクである。ここでスレッド23（Thread_Y）が動
作中に異常を検出した時、制御は、マスタスレッドであ
るスレッド16（Thread_X）に渡される。スレッド16は、
オブジェクトインフラY60のスレッド管理機能部22に対
してアボート要求メッセージを送出し、もしオブジェク
ト18に関するログ情報が記録されていれば、そのログ情
報に基づいて、オブジェクト18の強制終了またはオブジ
ェクト18に対するアボート処理の起動を行う。オブジェ
クトインフラY60のスレッド管理機能部22は、オブジェ
クトインフラX50のスレッド管理機能部19からアボート
要求メッセージを受けると、スレッド23のアボート処理
を起動する。

（発明の効果）以上、詳細に説明したようにこの発明によれば、以下
のような効果が期待できる。

オブジェクトが非同期メッセージを要求したとき、
スレッドと呼ばれる並列処理単位を生成または捕捉する
ので、オブジェクト間通信を合理的に実行し、かつタス
クを効率的に利用できる。

並列処理を実現するための機構がオブジェクトイン
フラに局所化されるため、不必要なバグの散在を防止で
きる。

デッドロックを生じる恐れがないので、ある同期メ
ッセージを処理するオブジェクトが送信元のオブジェク
トに対して同期メッセージを送信するという手法（以
下、再帰呼びという）が自由に使える。この再帰呼びを
使うことにより、アプリケーションの追加・変更の容易
性を増すことができる。

アプリケーションに対して並列処理動作に関する透
過性を実現するので、本並列処理方法が単にマルチプロ
セッサ環境において適用可能であるばかりでなく、プロ
セッサ構成を意識することなくアプリケーション設計を
行える（即ち移植性の高いアプリケーションが設計でき
る）。

スレッドのアボート処理をサポートしているので、
交換システムのようなフォールトトレランス性の要求さ
れるシステムにおいて充分適用可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の非同期メッセージ送信及びスレッドの
アボート処理の説明図、第２図は従来の並列オブジェク
トのメッセージ送信の説明図、第３図はデットロック現
象の説明図、第４図は本発明に係るプロセッサ間メッセ
ージ送信の説明図、第５図は本発明に係るアボート処理
の説明図である。 1,5,8,15,18,25,26,28……オブジェクト、2,9,12……メ
ッセージ制御機能／スレッド管理機能部、3,6,13,16,23
……スレッド、4,7,14,17,24,29……タスク、10,11,20,
21……プロセッサ間通信機能部、27……メッセージ制御
機能部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者富沢宣幸東京都港区虎ノ門１丁目７番12号沖電気工業株式会社内 (56)参考文献「情報処理学会研究報告」Ｖｏｌ. 88，Ｎｏ．21 （88−ＤＰＳ−41−１) （1989) 「1990年電子情報通信学会秋季全国大会講演論文集（６）」，Ｐ．６−54 （1990−９) 「信学技報」Ｖｏｌ．89，Ｎｏ．128 （ＳＳＥ−89−65）Ｐ．19−24 （1989) 「日本ソフトウェア科学会第３回大会論文集」Ｐ．149−152 （1986) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G06F 9/44 G06F 9/46

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】情報と情報の処理操作をカプセル化し、メ
ッセージによってアクセスするオブジェクト指向と呼ば
れる概念に基づいて設計するアプリケーションソフトウ
ェアとオブジェクトを管理・制御する並列処理方法にお
いて、オブジェクトがオブジェクトインフラに非同期メッセー
ジ送信を要求し、該要求によって前記オブジェクトイン
フラは並列処理を行うスレッドを生成または捕捉し、オ
ブジェクトがスレッドにオブジェクト識別情報と、その
初期設定タイプの記録を要求するとスレッドは前記識別
情報と初期設定タイプを記録し、スレッドが実行中の処
理を放棄すると前記スレッドが記録した識別情報と初期
設定タイプに基づいてオブジェクトの初期設定を実行す
ることを特徴とした並列処理方法。
【請求項２】情報と情報の処理操作をカプセル化し、メ
ッセージによってアクセスするオブジェクト指向と呼ば
れる概念に基づいて設計するアプリケーションソフトウ
ェアとオブジェクトを管理・制御する並列処理方法にお
いて、オブジェクトがオブジェクトインフラに対し同期メッセ
ージ送信を要求し、オブジェクトインフラがメッセージ
の宛先を異なるプロセッサに収容されたオブジェクトと
判定すると受信側オブジェクトのあるプロセッサにスレ
ーブスレッドを生成または捕捉し、該スレーブスレッド
が受信側オブジェクトの処理を実行し、該実行が終了す
ると前記オブジェクトに蓄積されたオブジェクト識別情
報とその初期設定タイプを送信側スレッドに転送するこ
とを特徴とする並列処理方法。