JP2856003B2 - 非同期データ入出力方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はメモリと磁気ディスク装
置等の周辺装置との間に於ける非同期データ入出力方式
に関する。

【０００２】

【従来の技術】メモリと各種周辺装置との間の入出力処
理は通常、同期型の入出力処理、つまり入出力処理が終
わるまで入出力処理を要求したプロセスの処理を中断さ
せ、入出力処理要求終了後に再開させるようにしてい
る。

【０００３】即ち、図７に示すように、ユーザプロセス
からデータ入出力要求６１が発生すると、カーネル空間
処理に移行し、周辺装置とメモリとの間でデータ転送処
理を開始する（６２）。

【０００４】要求されたデータ転送処理の終了６３によ
り、カーネル空間処理からユーザ空間処理に制御が戻
り、次の処理ステップ６４が行なわれる。

【０００５】しかしながら、このような方式では周辺装
置の入出力速度の遅さにより、ユーザプロセス全体の処
理時間が長くなるという問題が発生する。

【０００６】そこで、データ入出力処理を高速化するた
め、いくつかの手法が採用されている。

【０００７】例えば、プロセスは書き込み時にメモリ上
の特定領域であるバッファ上にデータを転送しただけで
書き込み処理を終了し、実際の周辺装置への書き込みは
その後、適当なタイミングで別のプロセスにより行なう
遅延書き込み方式や、読み出しではそれ以前に同一デー
タへのアクセスがあり、メモリ上のバッファにキャッシ
ュとして残されていて、且つデータが有効な場合、それ
を利用するといった方式が採用されている。

【０００８】更に、別のプロセスやスレッドにより、共
有メモリとセマフォ等の使用を通して入出力処理と他の
処理を重ねる非同期型の入出力処理も提案されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】データ入出力処理に於
ける従来の高速化手法の内、遅延書き込み方式では、ブ
ロックの一部を書き換える場合は、プロセスが周辺装置
からバッファにそのブロックを読み込み、オペレーティ
ングシステムがバッファ上に於いて書き換えを行なうこ
とが必要になり、また、バッファへのデータ転送中にバ
ッファが満杯になった場合には、バッファから周辺装置
へデータが転送され、バッファに空き領域ができるのを
待たなければならない。このように、遅延書き込み方式
でも、プロセスが処理速度の遅い周辺装置との間でデー
タ転送を行なったり、バッファに空き領域ができるのを
待ったりしなければならない場合があるため、プロセス
全体の処理時間を短くすることが難しいという問題があ
った。

【００１０】また、キャッシュの読み出しでは、バッフ
ァ内にデータが存在しない場合、効果がないという問題
がある。

【００１１】更に、共有メモリとセマフォを用いる手法
は、複数の非同期入出力処理を行なう場合、その分の共
有メモリが必要となり、メモリの利用効率が悪いという
問題がある。

【００１２】本発明は前述の如き問題点を解決したもの
であり、その目的は、メモリの利用効率を低下させるこ
となく、プロセス全体の処理時間を短くすることができ
る非同期データ入出力方式を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、プロセスと周辺装置との間でデータの入出力
を非同期で行なう非同期データ入出力方式に於いて、前
記プロセスは前記周辺装置に対するデータの非同期入出
力要求が発生することにより、カーネルにデータ領域が
自プロセスのデータ領域と共通なスレッドの生成を要求
し、前記カーネルによって生成されたスレッドは前記デ
ータ領域を使用して前記プロセスで発生した非同期入出
力要求を代行するようにしたものである。

【００１４】

【作用】プロセスは周辺装置に対するデータの非同期入
出力要求が発生すると、カーネルに入出力処理を代行す
るスレッドの生成を要求する。このスレッドはプロセス
のデータ領域を共有し、プロセスで発生したデータ入出
力要求に従った処理を上記データ領域を使用して行な
う。スレッドが入出力処理を行なっている間、プロセス
は他の処理を行なうことが可能になる。

【００１５】

【実施例】次に本発明の実施例について図面を参照して
詳細に説明する。

【００１６】図１は本発明の実施例のブロック図であ
り、プロセス１と、スレッド２と、データ領域３と、テ
キスト領域４と、スタック領域５，６と、カーネル７
と、磁気ディスク装置８とから構成されている。

【００１７】スレッド２はプロセス１に代わってデータ
入出力を代行するものであり、プロセス１がデータ領域
３に存在する非同期入出力ライブラリ中の非同期読み出
しライブラリ関数或いは非同期書き込みライブラリ関数
を読み出すことにより生成される。

【００１８】生成されたスレッド２はプロセス１のデー
タ領域３，テキスト領域４を共有し、プロセス１の非同
期入出力要求に従い、カーネル７に対して通常の入出力
要求を行ない、磁気ディスク８とデータ領域３との間で
データ転送を実行する。即ち、プロセス１が他の処理を
行なっている間にスレッド２によって入出力処理が行な
われる。

【００１９】図２は非同期入出力ライブラリ中の非同期
入出力ライブラリ関数の種類と、その処理内容を示した
ものである。

【００２０】非同期入出力ライブラリ関数には非同期読
み出しライブラリ関数ｔ＿ａｒｅａｄと、非同期書き込
みライブラリ関数ｔ＿ａｗｒｉｔｅと、非同期入出力処
理終了待ちライブラリ関数ｔ＿ａｉｏｗａｉｔと、非同
期入出力処理キャンセルライブラリ関数ｔ＿ａｃａｎｃ
ｅ１とがある。

【００２１】パラメータｃｒｅａｔｅｔｈｒｅａｄはス
レッドを新たに作成することを要求し、パラメータｋｉ
ｌｌｔｈｒｅａｄはスレッドの消滅を要求し、パラメー
タａｉｏｓｅｔはカーネル内非同期入出力要求テーブル
の設定を要求し、パラメータａｉｏｃｈｅｃｋはその要
求テーブルの検査を要求し、パラメータａｉｏｄｅｌは
そのテーブルをリストから取り除くことを要求するもの
である。

【００２２】図３は非同期入出力要求発生時に設定する
非同期入出力要求テーブルと他のカーネルテーブルとの
関連を示した図である。

【００２３】非同期入出力要求テーブル１１〜１３はプ
ロセス１が非同期読み出しライブラリ関数または非同期
書き込みライブラリ関数を呼び出すことにより設定され
るカーネルテーブルであり、プロセス１のプロセス管理
テーブル１４からのリスト及び非同期入出力の対象とす
るファイルのファイル管理テーブル１５，１６からのリ
ストに接続される。この例は、非同期入出力要求テーブ
ル１１，１３がファイル管理テーブル１５が管理してい
るファイルに対する入出力処理に対応し、非同期入出力
要求テーブル１２がファイル管理テーブル１６が管理し
ているファイルに対する入出力処理に対応していること
を示している。

【００２４】各非同期入出力要求テーブル１１〜１３は
ファイル管理テーブル１５，１６からのリストポインタ
を格納するフィールド１７と、プロセス管理テーブル１
４からのリストポインタを格納するフィールド１８と、
プロセス１が入出力要求待ちであるか否かを示すフラグ
が設定されるフィールド１９と、ユーザが入出力制御の
処理に使用する制御構造体へのポインタを格納するフィ
ールド２０と、入出力処理を代行するスレッドの識別子
を格納するフィールド２１とを含んでいる。尚、制御構
造体にはデータの入出力を行なうファイルの識別子，デ
ータの入出力を行なうファイルの先頭アドレス，転送デ
ータ量，入出力に使用されるデータ領域３のアドレス等
が設定される。

【００２５】図４はプロセス１に入力要求，出力要求が
発生した場合の処理例を示すフローチャートである。

【００２６】プロセス１は入力要求，出力要求が発生す
ると、発生した入力要求或いは出力要求に対応した制御
構造体をデータ領域３に設定すると共に、設定した制御
構造体のアドレスを渡してテキスト領域４に存在する非
同期入出力ライブラリ中の非同期読み出しライブラリ関
数ｔ＿ａｒｅａｄ或いは非同期書き込みライブラリ関数
ｔ＿ａｗｒｉｔｅを呼び出す。

【００２７】非同期読み出しライブラリ関数ｔ＿ａｒｅ
ａｄ，非同期書き込みライブラリ関数ｔ＿ａｗｒｉｔｅ
はプロセス１から呼び出されると、カネール７を呼び出
し（システムコール）、スレッドの生成を要求するパラ
メータｃｒｅａｔｅｔｈｒｅａｄを渡す (ステップＳ３
１）。その際、制御構造体のアドレスも渡す。

【００２８】これにより、カーネル７はスレッド２を生
成すると共に、スレッド識別子をスレッド２に返す (ス
テップＳ３２）。

【００２９】その後、プロセス１は次の処理ステップを
実行する (ステップＳ３３がｙｅｓ，ステップＳ３
４）。

【００３０】一方、ステップＳ３２で生成されたスレッ
ド２はカーネル７を呼び出し、非同期入出力要求テーブ
ルの設定を要求するパラメータａｉｏｓｅｔを渡す (ス
テップＳ３５）。

【００３１】これにより、カーネル７はフィールド１７
にステップＳ３１でアドレスが渡された制御構造体が示
す入出力対象となるファイルを管理するファイル管理テ
ーブル１５からのリストポインタを、フィールド１８に
プロセス１を管理するプロセス管理テーブル１４からの
リストポインタを、フィールド１９に入出力要求待ち合
わせが行なわれていないことを示すフラグを、フィール
ド２０にステップＳ３１で渡された制御構造体のアドレ
スを、フィールド２１にステップＳ３２で生成したスレ
ッド２のスレッド識別子を設定した非同期入出力要求テ
ーブル１１を作成する (ステップＳ３６）。尚、既に非
同期入出力要求テーブルが存在する場合は、最後の非同
期入出力要求テーブルに作成した非同期入出力要求テー
ブルをつなぐ。

【００３２】その後、スレッド２はカーネル７を呼び出
し、スレッド識別子を渡して入出力処理を行なうことを
要求する (ステップＳ３７）。

【００３３】これにより、カーネル７は渡されたスレッ
ド識別子がフィールド２１に格納されている非同期入出
力要求テーブル（非同期入出力要求テーブル１１とす
る）のフィールド２０に格納されているアドレスが示す
制御構造体の内容に従った入出力処理を行なう (ステッ
プＳ３８）。

【００３４】入出力処理が終了すると、スレッド２はカ
ーネル７を呼び出し、スレッド識別子を渡してそのスレ
ッド識別子がフィールド２１に格納されている非同期入
出力要求テーブル１１をプロセス管理テーブル，ファイ
ル管理テーブルのリストから外すことを要求すると共
に、その終了を待って一時停止しているプロセスが存在
す場合はその一時停止を解除することを要求する (ステ
ップＳ３９）。

【００３５】これにより、カーネル７は非同期入出力要
求テーブル１１をプロセス管理テーブル１４，ファイル
管理テーブル１５のリストから外し、また、非同期入出
力要求テーブル１１のフィールド１９に設定されている
フラグが非同期入出力処理終了待ちを行なっていること
を示している場合は、プロセス１の一時停止を解除する
(ステップＳ４０）。

【００３６】その後、スレッド２は該当する制御構造体
の内容を更新し、対応する入出力処理が終了したことを
表示する (ステップＳ４１）。以上でスレッド２の処理
は終了したので、スレッド２は自身を消滅する (ステッ
プＳ４２）。

【００３７】図５はプロセス１に或るファイルに対する
非同期入出力処理終了待ち合わせが発生した場合の処理
例を示すフローチャートである。

【００３８】プロセス１は或るファイルに対する非同期
入出力処理終了待ち合わせが発生すると、テキスト領域
４に存在する非同期入出力ライブラリ中の非同期入出力
処理終了待ちライブラリ関数ｔ＿ａｉｏｗａｉｔを呼び
出す。

【００３９】非同期入出力処理終了待ちライブラリ関数
ｔ＿ａｉｏｗａｉｔはプロセス１から呼び出されると、
カーネル７を呼び出し、非同期入出力要求テーブル１１
〜１３のリストをロックすることを要求する (ステップ
Ｓ５１）。

【００４０】これにより、カーネル７は非同期入出力要
求テーブル１１〜１３のリストをロックし、非同期入出
力要求テーブルの作成，削除が行なえないようにする
(ステップＳ５２）。

【００４１】その後、プロセス１はユーザの記憶空間に
存在する制御構造体のエラーフィールドを検査し (ステ
ップＳ５３）、待ち合わせが発生しているファイルに対
する入出力処理の内、既に終了したものがあるか否かを
判断する (ステップＳ５４）。

【００４２】そして、終了しているものがあると判断し
た場合は、カーネル７を呼び出し、ステップＳ５２でロ
ックした非同期入出力要求テーブル１１〜１３を解除す
ることを要求し（ステップＳ５５）、その後、次の処理
ステップを行なう (ステップＳ５６）。

【００４３】また、１つも終了していないと判断した場
合は、プロセス１は、システムコールを行ない、カーネ
ル７に非同期入出力処理終了待ちを行なっているファイ
ルのファイル識別子を渡し、上記ファイルに対する入出
力処理を示す非同期入出力要求テーブルのフィールド１
９にプロセス１が非同期入出力処理終了待ちをしている
ことを示すフラグを設定することを要求する (ステップ
Ｓ５７）。

【００４４】これにより、カーネル７は先ず、ステップ
Ｓ５２でロックした非同期入出力要求テーブル１１〜１
３を解除し (ステップＳ５８）、次いでプロセス管理テ
ーブル１４に接続された非同期入出力要求テーブル１１
〜１３のリストを探索し、プロセス１から渡されたファ
イル識別子と対応するファイル管理テーブルと接続され
ている非同期入出力要求テーブルのフラグ１９にプロセ
ス１が非同期入出力処理終了待ちをしていることを示す
フラグを設定し (ステップＳ５９）、その後、プロセス
１を一時停止させる (ステップＳ６０）。今、例えば、
プロセス１からファイル管理テーブル１５によって管理
されているファイルのファイル識別子が渡されたとする
と、カーネル７は非同期入出力要求テーブル１１，１３
のフィールド１９にフラグを設定することになる。

【００４５】一時停止状態にされたプロセス１は図４の
ステップＳ４０で一時停止が解除されることにより、次
の処理ステップを実行する (ステップＳ６１）。

【００４６】図６はプロセス１に非同期入出力要求をキ
ャンセルする要求が発生した場合の処理例を示すフロー
チャートである。

【００４７】プロセス１は或るファイルに対する非同期
入出力要求をキャンセルする場合、テキスト領域４中に
存在する非同期入出力ライブラリ中の非同期入出力処理
キャンセルライブラリ関数ｔ＿ａｃａｎｃｅｌを呼び出
す。その際、プロセス１はキャンセルする非同期入出力
要求が入出力の対象としているファイルのファイル識別
子を非同期入出力処理キャンセルライブラリ関数ｔ＿ａ
ｃａｎｃｅｌに渡す。

【００４８】非同期入出力処理キャンセルライブラリ関
数ｔ＿ａｃａｎｃｅｌはプロセス１から呼び出される
と、システムコールを行ない、カーネル７に上記ファイ
ル識別子を渡してそのファイルに対する非同期入出力処
理を示している非同期入出力要求テーブルの削除を要求
する (ステップＳ７１）。

【００４９】これにより、カーネル７は非同期入出力要
求テーブルをロックして操作権を占有した後、削除を要
求された非同期入出力要求テーブルをプロセス管理テー
ブル及びファイル管理テーブルからのリストから削除す
る (ステップＳ７２）。例えば、ファイル管理テーブル
１５が管理しているファイルのファイル識別子が渡され
た場合は、カーネル７は非同期入出力要求テーブル１
１，１３を削除することになる。

【００５０】その後、カーネル７はシステムコールから
の戻り値として、削除した非同期入出力要求テーブルの
フィールド２１に設定されているスレッド識別子をプロ
セス１に返す (ステップＳ７３）。

【００５１】スレッド識別子が返されると、プロセス１
はシステムコールを行ない、カーネル７に上記スレッド
識別子を有するスレッドを強制終了させることを要求す
る (ステップＳ７４）。

【００５２】これにより、カーネル７は上記スレッド識
別子を有するスレッド２を強制終了させ、資源を解放す
る (ステップＳ７５）。

【００５３】また、スレッド２が強制終了させられる
と、プロセス１は次の処理ステップの処理を行なう (ス
テップＳ７６）。

【００５４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明はプロセス
に周辺装置に対するデータの非同期入出力要求が発生し
た場合、その入出力処理を代行するスレッドを生成し、
スレッドによって入出力処理を行なわせるものであり、
その間、プロセスは他の処理を行なうことが可能になる
ので、プロセス全体の処理時間を短縮させることが可能
になる効果がある。また、スレッドはプロセスのデータ
領域を共有しており、そのデータ領域を用いてデータの
非同期入出力を行なうものであるので、共有メモリを使
用する方式に比較してメモリの使用効率を高いものにす
ることができる効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例のブロック図である。

【図２】非同期入出力ライブラリ中の非同期入出力ライ
ブラリ関数の種類と、その処理内容を示した図である。

【図３】非同期入出力要求テーブルの接続関係を示す図
である。

【図４】非同期読み出し時及び非同期書き込み時の処理
例を示すフローチャートである。

【図５】非同期入出力処理終了待ち時の処理例を示すフ
ローチャートである。

【図６】非同期入出力処理キャンセル時の処理例を示す
フローチャートである。

【図７】従来例の説明図である。

【符号の説明】

１…プロセス ２…スレッド ３…データ領域 ４…テキスト領域 ５，６…スタック領域 ７…カーネル ８…磁気ディスク装置 １１〜１３…非同期入出力要求テーブル １４…プロセス管理テーブル １５，１６…ファイル管理テーブル

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プロセスと周辺装置との間でデータの入
   出力を非同期で行なう非同期データ入出力方式に於い
   て、 前記プロセスは前記周辺装置に対するデータの非同期入
   出力要求が発生することにより、カーネルにデータ領域
   が自プロセスのデータ領域と共通なスレッドの生成を要
   求し、 前記カーネルによって生成されたスレッドは前記データ
   領域を使用して前記プロセスで発生した非同期入出力要
   求を代行することを特徴とする非同期データ入出力方
   式。