JP2815095B2 - マルチプロセッサにおけるタスク割り当て制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は、マルチプロセッサにおいて、次に実行す
るタスクを選択するためのタスク割り当て制御方法に関
するものである。

「従来の技術」 第３図はマルチプロセッサ情報処理方式を示す。複数
の処理ユニット1,2,3がシステムバス４に接続され、こ
のシステムバス４にメインメモリ５、およびシステムの
現在時刻を示すタイマ６が接続される。処理ユニット1,
2,3はそれぞれプロセッサ10,20,30およびキャッシュメ
モリ11,21,31を有する。

このように複数の処理ユニットがメインメモリを共有
して使用するマルチプロセッサシステムにおいては、各
処理ユニット、メインメモリ等のシステム資源の有効利
用を図るために、実行中のタスク（プログラム）が一時
的に休止した時、他のタスクの実行に処理ユニットを切
り替えて別の処理を行なうマルチプログラミングという
形態で複数の仕事を並行に処理している。このため、処
理ユニットは特定の処理に長時間無制限に使われること
無く、予め定められた手続きに従って計画的に時間を割
り当てられる。

タスクの割り当ては以下のように行なわれる。特定の
タスクが一定時間処理ユニットを占有すると、強制的に
処理ユニットは処理中のタスクから取り上げられて、処
理ユニットは、処理待ち状態のタスクに割り当てられ
る。また、実行中のタスクがメインメモリ資源の割り当
てを受けたり、外部から特定の情報を得るまで処理を進
めることができなくなった場合、そのタスクは自ら処理
ユニットを放棄し、他の実行待ち状態のタスクに処理ユ
ニットが割り当てられる。

一方、キャッシュメモリには、一般に、以下に示す動
作特性がある。タスクの処理を処理ユニットで初めて行
なう場合、処理ユニットにおいては、プロセッサが要求
するメインメモリ上のブロックは自処理ユニットのキャ
ッシュメモリに存在せず、プロセッサが要求するブロッ
クはシステムバスを介してメインメモリから転送（初期
ブロック転送）され、同時にキャッシュメモリにも格納
される。実行開始から一定時間が経過すると、プロセッ
サから要求されるほとんどのブロックは、キャッシュメ
モリに存在するようになり、そのキャッシュメモリのブ
ロックを利用するため、メインメモリからのブロック転
送回数はタスクの実行を開始した当初より減少する。第
４図に初めてタスクが実行された場合のメインメモリか
らキャッシュメモリへのブロック転送回数と時間との関
係を示す。タスクの処理が開始された時点では、タスク
が使用するほとんどのブロックがキャッシュメモリに格
納されていないため、ブロック転送回数が多い。しか
し、時間が経過するに伴い、タスクが使用するブロック
はキャッシュメモリ内に存在するようになるため、ブロ
ック転送回数は減少する。

プロセッサで実行されるタスクが使用するブロック
が、その処理ユニットのキャッシュメモリ内に存在しな
い場合、当該ブロックをシステムバスを介してメインメ
モリから転送する必要がある。メインメモリからのブロ
ックの読み出し時間はキャッシュメモリからの読み出し
時間に比べて長く、タスクの処理が遅くなる。また、第
３図に示すようなマルチプロセッサシステムにおいて
は、メインメモリから各処理ユニットへのブロック転送
回数が増加すると、システムバスの使用率が高くなり、
システムバスでの競合により、メインメモリからキャッ
シュメモリへのブロック転送時間がさらに長くなる。こ
のことより、メインメモリからキャッシュメモリへのブ
ロック転送回数を少なくすることが望ましい。

「発明が解決しようとする課題」 従来のタスク割り当て制御方式では、予めタスクに与
えられた優先順位が高く、最も古く実行待ち状態となっ
た（最も待ち時間が長い）タスクに優先して処理ユニッ
トが割り付けられるため、処理ユニットの数が増加する
程、再開したタスクが中断前に実行していた処理ユニッ
トと異なる処理ユニットに割り当てられることが多く、
再開したタスクが中断前に実行していた処理ユニットと
異なる処理ユニットに割り当てられた場合、メインメモ
リからの初期ブロック転送を行なう必要があるために、
メインメモリからのブロック転送回数が増加する欠点が
あった。

この発明の目的はこれらの欠点を除去するために、再
開するタスクを中断前に実行していた処理ユニットに優
先して割り当て、メインメモリからキャッシュメモリへ
のブロック転送回数を減少させ、システムバスの使用率
を減少させることができるマルチプロセッサにおけるタ
スク割り当て制御方法を提供することにある。

「課題を解決するための手段」 この発明によれば処理ユニットＵが、実行中のタスク
が中断または終了し、実行を待っているタスクの中から
次に実行するタスクを選択する時に、それぞれの処理ユ
ニットがタスクの処理を中断した時に記録した自己の識
別子と中断した時の時刻とを読み出して、中断前に実行
していた処理ユニットがＵであるタスク、または中断時
間があらかじめ定めた時間以上であるタスク、あるいは
初めて実行されるタスクを選択する。

「実施例」 マルチプログラミングにより複数のタスクを並列に処
理するために、各タスクごとにタスクコントロールブロ
ック（TCB）が設けられ、タスクの処理が中断した時
に、処理ユニットはそのタスクのTCBに中断した処理を
再開させるための情報を格納している。

この発明において処理ユニットＵが次に実行するタス
クを選択する時に、中断前に実行していた処理ユニット
がＵであるタスク、または中断時間があらかじめ定めた
時間以上であるタスクを選択するが、このためにタスク
の処理が中断した時に、処理ユニットは第１図に示すよ
うにタスクコントロールブロック（TCB）に、中断前に
タスクを実行していた処理ユニットの識別子と、タスク
が中断された時刻も格納させる。なおタスクが初めて実
行される場合は中断された時刻には値「０」が格納され
る。また初めて処理ユニットに割り付けられるタスクの
場合は、中断前にタスクを実行していた処理ユニットの
識別子の代りに他の値が格納される。

中断されたタスクのTCBは、タスクが中断される原因
が解消し、処理ユニットを割り当てられることにより実
行が可能な状態となった時、処理待ちタスクのTCBリス
トに追加される。

タスクの処理を中断もしくは終了した処理ユニットＵ
は、第２図に示す一連の処理を行い、処理待ちタスクの
TCBリストから次に実行するタスクのTCBを選択する。ま
ずステップ41において、処理ユニットＵは、処理待ち状
態にあるタスクのTCBリストからあらかじめ定めた手続
きに従い１つのTCBを選択する。

次にステップ42において、ステップ41で選択したタス
クのTCBに格納されている中断された時刻が「０」であ
れば（初めて実行されるタスクであれば）、ステップ47
に分岐し、ステップ41で選択したタスクのTCBを処理待
ち状態にあるタスクのTCBリストから削除し、その選択
したタスクの実行を開始する。ステップ41で選択したタ
スクのTCBに格納されている中断された時刻が「０」で
なければ、ステップ43を実行する。

ステップ43においては、中断時間（＝現在時刻−中断
された時刻）が予め定めた値以上であるか、またはステ
ップ41で選択したタスクを中断前に実行していた処理ユ
ニットがＵであれば、ステップ47に分岐し、ステップ41
で選択したタスクのTCBを処理待ち状態にあるタスクのT
CBリストから削除し、その選択したタスクの実行を開始
する。他方、中断時間（＝現在時刻−中断された時刻）
が予め定めた値より小さくかつステップ41で選択したタ
スクを中断前に実行していた処理ユニットがＵでなけれ
ば、ステップ44を実行する。ステップ44では処理待ち状
態にあるタスクのTCBリストから予め定められた手続き
に従い選択されていない１つのTCBを選択する。次のス
テップ45ではステップ44で選択する前の状態において、
処理待ち状態にあるタスクのTCBリストに選択されてな
いタスクが存在すればステップ42に戻り、ステップ44で
選択したTCBについてステップ42,43を実行する。ステッ
プ44で選択する前の状態で処理待ち状態にあるタスクの
TCBリストに選択されていないタスクが存在しなければ
ステップ46を実行する。

ステップ46においては、以上の処理から、初めて実行
されるタスク、あるいは中断時間（＝現在時刻−中断さ
れた時刻）が予め定めた値以上であるタスク、または中
断前に実行していた処理ユニットがＵであるタスクが、
処理待ち状態にあるタスクのTCBリストに存在しないの
で、処理待ち状態にあるタスクのTCBリストからあらか
じめ定めた手続きに従い１つのTCBを選択し、ステップ4
7を実行する。ステップ47においては、ステップ46で選
択したタスクのTCBを処理待ち状態にあるタスクのTCBリ
ストから削除し、ステップ46で選択したタスクの実行を
開始する。

以上のようにこの発明により、処理待ち状態のタスク
から次に実行するタスクを選択する際、中断されていた
タスクを中断前に実行していた処理ユニットに優先して
割り当てることができ、メインメモリからキャッシュメ
モリへのブロック転送回数を減少させることが可能とな
る。

また、この発明の方式では、単純に、中断されたタス
クを中断される前の処理ユニットに割り当てるだけでな
く、タスクの中断時間が予め定めた時間を越えた場合に
は、任意の処理ユニットに割り付けるようにしている。
これは、タスクが中断されている間、中断前の処理ユニ
ットで他のタスクのブロック転送が行なわれることによ
り、中断される以前の転送したブロックがキャッシュメ
モリに存在しなくなった場合、中断されたタスクは、中
断前の処理ユニットで実行される必要性がなくなるから
である。中断時間が予め定めた時間を越えたタスクを任
意の処理ユニットに割り付けることにより、中断された
タスクが中断前に実行された処理ユニットに割り当てら
れるまで、長い時間待つことがなくなり、タスクの実行
を行なっていない処理ユニットを有効に活用することが
可能となる。

「発明の効果」 以上説明したように、この発明により、処理待ち状態
のタスクは、中断される前に実行されていた処理ユニッ
トに優先的に割り付けられ、中断前にメインメモリから
キャッシュメモリに格納したブロックをタスクの再開後
も使用することが可能となり、再開後のメインメモリか
らキャッシュメモリへのブロック転送回数を減少させる
ことが可能となる。

また、キャッシュメモリに格納されているブロックを
書き換えた場合、これと同一のブロックが格納されてい
る他のキャッシュメモリについてもそのブロックを書き
換えてこれら各キャッシュメモリ間で対応ブロックを一
致させる必要がある。この発明ではタスクが同一の処理
ユニットで実行されることにより、各キャッシュメモリ
に共通に格納されるブロックの数が減少するため、キャ
ッシュメモリに格納されているブロックを書き換えた場
合、各キャッシュメモリ間で対応ブロックを一致させる
ための処理の回数が減少する利点もある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に用いられるタスクコントロールブロ
ック（TCB）を示す図、第２図はこの発明の実施例の動
作例を示す流れ図、第３図はマルチプロセッサ情報処理
方式を示すブロック図、第４図はメインメモリからキャ
ッシュメモリへのブロック転送回数と時間との関係を示
す図である。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】メインメモリと複数の処理ユニットとがシ
   ステムバスで接続され、各処理ユニットはそれぞれプロ
   セッサおよびキャッシュメモリから成り、タスクの実行
   の際に必要とするメインメモリの内容を自己のキャッシ
   ュメモリから読み出し、キャッシュメモリにその内容が
   ない場合はその内容を上記メインメモリから読み出すと
   共にその読み出した内容を自己のキャッシュメモリに格
   納するするマルチ プロセッサ情報処理方式において、 それぞれの処理ユニットはタスクの処理を中断した時
   に、自己の識別子と中断した時の時刻を、中断したタス
   ク毎に記録し、 処理ユニットＵは、実行中のタスクが中断または終了
   し、実行を待っているタスクの中から次に実行するタス
   クを選択する時、上記記録を読み出して、中断前に実行
   していた処理ユニットがＵであるタスクまたは、中断時
   間があらかじめ定めた時間以上であるタスク、あるいは
   初めて実行されるタスクを選択することを特徴とするマ
   ルチプロセッサにおけるタスク割り当て制御方法。