JP2872042B2 - 共有メモリアクセス方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、共有メモリを複数のプ
ロセスで共有する場合の共有メモリアクセス方式に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の共有メモリのアクセス方式は、シ
ステムにおける単一の信号を利用しアクセス権を得るセ
マフォ管理方式やメモリアクセス専用のプロセスを用意
した専用サーバ方式である。

【０００３】セマフォを利用した方式は、たとえば［パ
ソコン用語辞典：技術評論社］で示される従来のトーク
ン・パッシング技術の応用である。

【０００４】各プロセス２ｉは、共有メモリをアクセス
する場合、セマフォ信号を獲得し共有メモリのアクセス
権を得た後アクセスを行う。ここではセマフォ信号は共
有メモリをアクセスするプロセス群で１つ存在し、この
セマフォ信号は親タスクが全プロセス群の起動時にセマ
フォキューに登録する。

【０００５】このセマフォは共有メモリのアクセス権の
信号として扱われる。

【０００６】各プロセスは共有メモリのアクセスを行う
場合セマフォ信号獲得命令でセマフォ信号の獲得を行い
共有メモリのアクセス権を得る。

【０００７】セマフォ信号を獲得したプロセスはシステ
ム内で唯一共有メモリをアクセスできる状態であり参
照、更新の処理が可能となる、この時他のプロセスが共
有メモリのアクセスのためにセマフォ信号獲得命令を発
行してもセマフォ信号は存在しないため処理できない。

【０００８】セマフォ信号を獲得し共有メモリアクセス
を終えたプロセスは共有メモリのアクセス権解放のため
セマフォをセマフォキューに登録する。

【０００９】セマフォが登録された時点で次の共有メモ
リアクセス要求待ちのプロセスがセマフォ信号を獲得し
処理が実行される。

【００１０】このようにしてセマフォ信号をアクセスの
トリガとして共有メモリのアクセスを制御する。

【００１１】上述したセマフォ信号の処理は一般プログ
ラムでは記述不可能な特殊な命令が必要でありプログラ
ム構造も複雑になるという特徴がある。

【００１２】一方、共有メモリアクセス用の専用プロセ
スを用いる方法は、共有メモリのアクセスを専用のプロ
セッサで管理し、各要求プロセスは要求依頼を発行した
後処理完了を待ち、メモリアクセス専用プロセッサは受
信要求をシーケンシャルに行い結果を要求元に返す方法
である。

【００１３】この時、共有メモリアクセス用の専用プロ
セスに対しプロセス間通信の機能が必要となる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の共有メ
モリアクセス方式は、特種な命令と複雑な処理によって
実現されるセマフォ方式は、セマフォの扱いが一般プロ
グラムには解放されないため、セマフォ信号を獲得した
プロセスが異常終了した場合等では各プロセスを制御す
るセマフォ信号がなくなるため、全ての共有メモリアク
セス要求中のプロセスが停止状態になるという問題があ
り、システム運用性が低下するという欠点がある。

【００１５】また、専用プロセスが共有メモリのサーバ
機能を行う場合、プロセス間の通信機能が必要になりプ
ログラムがさらに複雑化、拡大化するとともに、プロセ
ス間通信の方式による共有メモリアクセス要求時の負荷
により処理遅延が発生しレスポンスの劣化するという欠
点がある。さらに通信メッセージを受信し処理を行う専
用プロセスが異常終了するとセマフォ信号方式と同様に
処理要求が滞留しシステムが停止する問題もある。

【００１６】本発明は、上記のような課題を解消するた
めになされたもので、プログラムで簡単に共有メモリの
アクセスを実現する手段を得ることを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、複数のプ
ロセスが１つの共有メモリにアクセスする場合の共有メ
モリアクセス方式において、前記共有メモリは前記共有
メモリのアクセス権の有無を示す排他制御フラグと前記
共有メモリのアクセス権を得るための制御カウンタであ
る排他制御カウンタとデータ部を含んで構成され、前記
プロセスは前記共有メモリ内の排他制御フラグがオフ状
態であって前記排他制御カウンタの値に１つの機械語命
令によって値１を加えた後前記排他制御カウンタの値が
１の場合のみ前記共有メモリの前記データ部の入出力処
理を行う共有メモリ排他制御手段を備えることを特徴と
する。

【００１８】また、第２の発明は、前記プロセスは、前
記共有メモリ内の前記排他制御フラグがオフ状態の場合
は前記排他制御フラグをオン状態とし前記排他制御カウ
ンタの値に前記機械語命令によって値１を加えた後前記
排他制御カウンタの値が１の場合のみ前記共有メモリの
前記データ部の入出力処理を行い前記入出力処理終了後
に前記排他制御フラグをオフ状態としさらに前記排他制
御カウンタをクリアし、前記排他制御フラグがオン状態
の場合は一定の時間の経過後に再度前記排他制御フラグ
を判定し、前記排他制御カウンタの値が前記値１でない
場合は前記排他制御フラグをオフ状態にした後前記排他
制御カウンタの値が予め定めた上限値よりも小さい場合
は前記一定の時間の経過後に再度前記排他制御フラグを
判定し前記排他制御カウンタの値が前記上限値よりも大
きい場合は前記排他制御カウンタをクリアした後前記一
定の時間の経過後に再度前記排他制御フラグを判定する
共有メモリ排他制御手段を備えることを特徴とする。

【００１９】

【００２０】

【００２１】

【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。

【００２２】図１は本発明の共有メモリアクセス方式の
一実施例を示すブロック図、図２は本発明の動作フロー
チャートである。

【００２３】図１において、共有メモリ１と、共有メモ
リ１をアクセスする各プロセス２ｉはバスなどで接続さ
れており（図では省略）、共有メモリ１は排他制御フラ
グ１１と排他制御カウンタ１２およびデータ１３を含ん
で構成されている。

【００２４】排他制御フラグ１１は共有メモリのアクセ
ス権の有無を示し、排他制御カウンタ１２は共有メモリ
のアクセス権を得るための制御カウンタである。

【００２５】共有メモリ１をアクセスするプロセス２ｉ
の内部には、共有メモリ１の共有アクセスを実現するた
めの共有メモリ排他制御手段３が存在し、共有メモリ１
内のデータ１３の処理を行う。

【００２６】共有メモリ排他制御手段３は、共有メモリ
利用権獲得手段３１と共有メモリ入出力制御手段３２と
からなる。

【００２７】共有メモリ利用権獲得手段３１は、共有メ
モリ内の排他制御フラグ１１と排他制御カウンタ１２の
制御により共有メモリのアクセス権を獲得する。

【００２８】共有メモリ入出力制御手段３２は、共有メ
モリ利用権獲得手段３１が共有メモリのアクセス権を得
た後、共有メモリのデータ部の参照、更新を行う。

【００２９】次に、共有メモリ１をアクセスする場合の
共有メモリ利用権獲得手段３１と共有メモリ入出力制御
手段３２の制御を図２を参照して説明する。

【００３０】共有メモリ利用権獲得手段３１は、ステッ
プ１で共有メモリ１内の排他制御フラグ１１がオフであ
るかチェックする。

【００３１】オンの場合は、他プロセスが共有メモリを
使用中であるためステップ２のタイマ監視手段で待ち合
わせを行い排他制御フラグ１１がオフになるまでステッ
プ１のチェックを繰り返す。

【００３２】ステップ１で排他制御フラグ１１がオフの
場合、ステップ３で排他制御フラグ１１をオンにする。

【００３３】これは、共有メモリのアクセスを開始する
意味を持つ。但し同時に他プロセスが実行される即ち競
合すると双方で共有メモリアクセス開始状態になる。こ
のため、排他制御カウンタ１２でプロセス間の排他制御
を行う。

【００３４】排他制御カウンタ１２は初期値０とし、各
プロセスで１の加算処理を行う、この後各プロセスが排
他制御カウンタ１２の内容を確認し値１を取得したプロ
セスがアクセス権を得ることになる。

【００３５】ステップ４で共有メモリ１内の排他制御カ
ウンタ１２に１つの実行命令で１を加算する。ここで、
１つの実行命令とは、ＯＳで管理される機械語の１命令
を意味する。即ち１命令で数値項目のメモリに対し１を
加算する機械語を用いる。この命令により他プロセスの
割り込みなしでメモリの状態を更新することが可能とな
る。従って、２つのプロセスが同時に実行してもメモリ
の値は最終的に２となる。

【００３６】メモリ内容をレジスタにロードし加算を行
った後メモリに戻すやり方では、３命令が必要となり、
最初のレジスタロード命令実行後の割込みが発生し他プ
ロセスが同一処理を行った場合、互いにメモリ内容の値
０をレジスタにロードし加算処理（１になる）を行った
後メモリにストアされるためメモリの内容は最終的に１
となり上記の値と異なる。このため１命令で加算を完了
する機械語が必要である。一般的に最適化を考慮された
コンパイラーを使用することにより上記処理は容易に実
現できる。

【００３７】この直後ステップ５で排他制御カウンタ１
２の内容をチェックし値が１であるかを確認する。

【００３８】排他制御カウンタの値が１の場合は、加算
を実行したプロセスが利用権を獲得した事を意味し、２
以上である場合は２番手以降であった事を意味する。

【００３９】排他制御カウンタの値が１でない場合はス
テップ６で排他制御フラグ１１をオフにする。

【００４０】これは、利用権を得なかったプロセスが一
旦アクセス権を放棄する処理である。しかし排他制御フ
ラグ１１は共有メモリに１つしか存在しないため同時に
利用権を得たプロセスの利用権も解放されることにな
る。

【００４１】利用権を得られなかったプロセスはステッ
プ２のタイマ監視手段で待ち合わせを行い、ステップ１
の排他制御フラグ１１のチェックを行う。

【００４２】この時、利用権を得たプロセスが共有メモ
リのアクセス中である場合においても上記処理内容で排
他制御フラグ１１がオフの状態の可能性がある。しかし
排他制御カウンタ１２は初期化されていないため利用権
を得たプロセスが共有メモリのアクセス処理が終了する
までステップ４の処理で排他制御カウンタ１２の加算処
理が行われても値が１となることはなくアクセス権を得
ることはできない。

【００４３】但し、ステップ５の処理においてタイミン
グにより共有メモリのアクセス要求を行った全てのプロ
セスが１以外の値を得る場合がある。この場合排他制御
カウンタ１２の値は初期化されるタイミングがなくなる
ためステップ７の排他制御カウンタ１２の内容の上限値
チェックを行ない無限ループをさける。

【００４４】排他制御カウンタ１２のクリア（初期化）
は利用権を得たプロセスが処理完了時に行っており、ス
テップ５の排他制御カウンタ１２のチェックにおいて、
全てのプロセスの加算処理完了後に全てのプロセスが排
他制御カウンタ１２のチェックを行った場合の値は１以
外である。この時全てのプロセスが利用権を得なかった
状態が発生する。このままステップ２のタイマ監視で待
ち合わせを続けても永久に排他制御カウンタ１２は１と
ならないため無限ループが発生する。このため排他制御
カウンタ１２の上限値チェックを行いステップ８で排他
制御カウンタ１２の初期化を行う。

【００４５】上限値チェックによる排他制御カウンタ１
２のクリア処理は、他プロセスが共有メモリのアクセス
状態にある場合も発生するため上限値の設定は各プロセ
スの共有メモリアクセスに必要な最大時間を考慮する必
要がある。

【００４６】排他制御カウンタ１２が１であった場合
は、共有メモリ１の使用権が得られ、共有メモリ入出力
制御手段３２は、共有メモリ１内のデータ１３のアクセ
スが可能となり、ステップ９で共有メモリのアクセスを
行う。

【００４７】ステップ９で共有メモリアクセス後は、ス
テップ１０にて排他制御フラグ１１をオフにし排他制御
カウンタ１２を０クリアし処理を完了する。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の共通メモ
リアクセス方式は、セマフォやプロセス間通信などの特
殊命令を必要とせず、ソフトウェアロジックにて共有メ
モリのアクセス競合を制御しているため、共通メモリア
クセス処理遅延を改善するとともに、１つのプロセスの
異常によりシステム全体が停止するようなことがなく、
システムの運用性が向上するという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の共有メモリアクセス方式の一実施例を
示すブロック図である。

【図２】本実施例の共有メモリ排他制御手段における処
理の流れを示すフローチャートである。

【符号の説明】

１ 共有メモリ ３ 共有メモリ排他制御手段 １１ 排他制御フラグ １２ 排他制御カウンタ １３ データ ２１…２ｎ プロセス ３１ 共有メモリ利用権獲得手段 ３２ 共有メモリ入出力制御手段

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数のプロセスが１つの共有メモリにアク
   セスする場合の共有メモリアクセス方式において、前記
   共有メモリは前記共有メモリのアクセス権の有無を示す
   排他制御フラグと前記共有メモリのアクセス権を得るた
   めの制御カウンタである排他制御カウンタとデータ部を
   含んで構成され、前記プロセスは前記共有メモリ内の排
   他制御フラグがオフ状態であって前記排他制御カウンタ
   の値に１つの機械語命令によって値１を加えた後前記排
   他制御カウンタの値が１の場合のみ前記共有メモリの前
   記データ部の入出力処理を行う共有メモリ排他制御手段
   を備えることを特徴とする共有メモリアクセス制御方
   式。
2. 【請求項２】前記プロセスは、前記共有メモリ内の前記
   排他制御フラグがオフ状態の場合は前記排他制御フラグ
   をオン状態とし前記排他制御カウンタの値に前記機械語
   命令によって値１を加えた後前記排他制御カウンタの値
   が１の場合のみ前記共有メモリの前記データ部の入出力
   処理を行い前記入出力処理終了後に前記排他制御フラグ
   をオフ状態としさらに前記排他制御カウンタをクリア
   し、前記排他制御フラグがオン状態の場合は一定の時間
   の経過後に再度前記排他制御フラグを判定し、前記排他
   制御カウンタの値が前記値１でない場合は前記排他制御
   フラグをオフ状態にした後前記排他制御カウンタの値が
   予め定めた上限値よりも小さい場合は前記一定の時間の
   経過後に再度前記排他制御フラグを判定し前記排他制御
   カウンタの値が前記上限値よりも大きい場合は前記排他
   制御カウンタをクリアした後前記一定の時間の経過後に
   再度前記排他制御フラグを判定する共有メモリ排他制御
   手段を備えることを特徴とする請求項１記載の共有メモ
   リアクセス制御方式。