JP4789777B2 - タスクの分配方法および情報処理装置 - Google Patents
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Description
本明細書において、「タスク」とは、ある目的を達成するためにプログラムされたアプリケーションプログラムまたはそれに含まれる情報処理の内容をいい、アプリケーションプログラムと対応してもよいし、入出力制御やユーザが指定したコマンドなどアプリケーションプログラムよりも小さい単位と対応してもよく、何らかの処理または機能の単位に対応すればよい。タスクは、処理対象となるデータを単位としてもよい。また、「複数のプロセッサ」は、物理的に別個に構成されていてもよいし、ひとつのプロセッサ内に設けられた複数の演算コアユニットであってもよい。
この態様によれば、アプリケーションプログラムのプログラマが、あるタスクをどのプロセッサにおいて処理すべきかを指定できるため、効率的なタスクの分配が可能となる。
この場合、複数のデータに対して、ある所定の処理を実行する場合に、これらのデータごとのタスクが、分配規則にもとづいて各プロセッサに分配されることになる。その結果、複数のデータを処理する場合に、それらの処理に要する時間を見積もることができる。
また、複数のタスクは、その処理に略同一の時間を要する処理であってもよい。この場合、複数のタスクは、異なるプログラムコードにもとづく処理であってもよい。
「所定の処理単位」とは、一定時間を単位としてもよいし、複数のデータを含んで構成されるデータ群を単位としてもよく、所定の規則によってひとまとまりとされた処理の単位をいう。なお、本明細書において、「ひとつのデータ」は、所定のフォーマットにより区分されるデータ、所定のビット数、バイト数を有するデータ、など、予め決めれられた方法によって抽出可能なデータの単位をいう。
この場合、各プロセッサのタスクによる占有時間がばらつくのを防止することができるとともに、データの個数によっては、タスクに占有されない空きプロセッサを設けることができるため、その他の処理を、空きプロセッサに分配することができる。
アプリケーションプログラムより下位のレイヤとは、OS(Operating System)レイヤ、ミドルウェア、あるいはカーネルなどを含み、そのレイヤを前提として、アプリケーションプログラムが動作するレイヤをいう。
また、この情報処理装置200では、情報処理装置200を効率よく使用するための機能、環境を提供し、装置全体を統括的に制御するオペレーティングシステム(以下、単に「OS」とよぶ)が実行される。
統括制御部100は、演算処理機能を有するユニットとして、1つのメインプロセッサ20と複数のサブプロセッサ10a〜10dを備えるマルチプロセッサシステムとして構成される。さらに、統括制御部100は、サブプロセッサ10a〜10dごとに設けられた複数のローカルメモリ12a〜12d、メモリコントローラ22、I/O制御部24を含む。各ブロックは、バス26を介して接続されており、相互通信可能である。なお、図1では、サブプロセッサ10が4個示されるが、これに限定されるものではなく、6個、8個、10個などであってもよく、その個数は任意である。また、メインプロセッサ20が複数設けられていてもよい。
1.メモリアクセスについて
メインプロセッサ20は、汎用的な処理を実行するプロセッサであり、キャッシュメモリを備えている。これに対して、サブプロセッサ10は、キャッシュメモリを備えていない。メインプロセッサ20は、キャッシュメモリを利用して投機的な命令実行を行うため、高速な処理が可能であるが、キャッシュヒット、キャッシュミスにより、ある処理もしくはタスクを実行するのに要するサイクル数がばらつく。これに対して、サブプロセッサ10はキャッシュメモリを有さないため、ある処理を実行するのに要する時間を確実に見積もることができる。
また、メインプロセッサ20は、メインメモリ102を利用してデータ処理が可能であるため大容量のデータ処理に適している。一方、サブプロセッサ10は、メインメモリ102を直接使用できず、ローカルメモリ12を使用しての処理となるため、大容量のデータ処理には適していない。
メインプロセッサ20は、汎用命令セットをサポートする。これに対して、サブプロセッサ10は、特定の演算に特化した命令セットをサポートする。特定の演算は、たとえば算術演算、ビット演算であり、これらの演算処理に関して言えば、サブプロセッサ10の方が高速である。メインプロセッサ20は、汎用命令セットをサポートしていることにより、ある特定の演算に関して言えば、メインプロセッサ20の方が処理速度は遅くなる。
また、サブプロセッサ10は、SIMD(Single Instruction Multi-Data)方式を採用している。これにより、データの並列演算処理に向いている。
ディスク装置114は、BD(Blu-Ray Disc)や、DVD(Digital Versatile Disc)、CD(Compact Disc)などの光ディスクを読み込み可能な光ディスク装置である。また、ディスク装置114は、ハードディスク装置であってもよい。ディスク装置114には、静止画および動画を含む画像データや、オーディオデータが所定のフォーマットで記録されている。
ソフトウェアレイヤ60は、コアレイヤ70およびアプリケーションプログラム(以下、単にアプリケーションという)90を含む。コアレイヤ70は、OS72、ライブラリ74、デバイスアクセスレイヤ76、バーチャルOS78、アプリケーションフレームワーク(以下、AFWという)80を含む。コアレイヤ70は、アプリケーション90の下位のレイヤであり、アプリケーションは、コアレイヤを前提としてプログラムされ、実行される。
OS72自体は、それより上位のレイヤから与えられたタスクを、OSレベルで規定された方法によって、メインプロセッサ20およびサブプロセッサ10a〜10dに実行させる。OS72は、処理すべきタスクが複数ある場合、従来の一般的な手法に従って、複数のサブプロセッサ10a〜10dの占有状態を監視し、占有されていないサブプロセッサ10に対して順次タスクを投入する。特殊なタスク分配を必要としない一般的なアプリケーションであれば、以下で述べるバーチャルOS78およびAFW80を介さずに、OS72上で実行されるため、アプリケーションのプログラマは、サブプロセッサ10やメインプロセッサ20の存在を意識せずにプログラムを記述できる。
図3は、図1、図2に示す情報処理装置200により構成されるSACD再生装置300の構成を示すブロック図である。SACD再生装置300は、ディスク装置114、デバイスドライバ302、暗号復号器304、再生処理部310を含む。
ディスク装置114には、所定のフォーマットで圧縮されたオーディオデータが記録されたSACDのメディアが挿入される。デバイスドライバ302は、ディスク装置114の回転を制御し、メディアから所定数ごと、たとえば128個のセクタごとのデータを、順次読み出す。この機能は、図2のOS72のドライバと、図1のサウスブリッジ112、ディスク装置114の協働によって実現される。
この伸張処理は、入力データ自体は圧縮されているためデータ量は小さいが、データの処理内容は非常に多くなる。したがって、この伸張処理は、少ないデータを高速に処理可能な特性を有している複数のサブプロセッサ10を利用して実行する。本実施の形態に係るSACD再生装置300では、フレームデータDfrmを、複数のサブプロセッサ10に分配する分配方式にひとつの特徴を有している。
実処理時間Tprcが、フレーム時間Tfのa倍であるとき、リアルタイムに再生を行うためには、処理能力をa倍以上に高める必要があるため、ひとつのフレームデータDfrmに対して、平均してa個以上のプロセッサを利用すればよい。以下では、具体的にはa=2の場合のタスクの分配処理について説明する。
図4(a)〜(d)に示される分配規則は、所定の処理単位に含まれるフレームデータDfrmの個数をパラメータとして、それぞれのフレームデータDfrmを伸張処理するタスクを、3つのサブプロセッサ10a〜10cのいずれに割り当てるかを記述したものとなっている。
具体的にはサブプロセッサ10がN=3個であり、処理すべきフレームデータはM=4個である。このとき、M=4は、約数としてL=2を有している。そこで、図4(d)に示すM=4の場合には、2個のサブプロセッサ10a、10bに、それぞれ2個ずつのタスクを分配し、各サブプロセッサ10a、10bにバッチ処理させる。
さらに、3つのサブプロセッサ10a〜10cのうち、1個のサブプロセッサは、占有されないため、フレームデコード部316以外による別のタスクを並列して処理することが可能となる。たとえば、空きプロセッサを利用して並列処理されるタスクとしては、再生中のオーディオデータにもとづいて映像を生成するタスクなど例示される。
サブプロセッサ10a〜10cは、分配されたフレームデータDfrmに対して、所定のアルゴリズムにもとづく伸張処理を実行する。伸張処理は、アプリケーション90のフレームデコードモジュール94に記述される。データ数検出部400は、所定の処理単位に含まれるフレームデータDfrmの個数Mを検出する。タスク分配部402は、検出したフレームデータDfrmの個数Mをパラメータとして定められた所定の分配規則に従って、各データをサブプロセッサ10a〜10cに分配する。アプリケーション90のフレームデコードモジュール94は、メインプロセッサ20にフレームデータDfrmの個数の検出を実行させ、データ数検出部400として機能させる。また、フレームデコードモジュール94は、メインプロセッサ20に、フレームデコードモジュール94の内部に記述された分配規則にもとづき、フレームデータごとのタスクの分配を実行させ、タスク分配部402として機能させる。
サブプロセッサ10a〜10cは、DST方式で圧縮されたフレームデータDfrmを伸張する。伸張されたフレームデータは、DSD形式のビットストリームデータであり、サブプロセッサ10a〜10cは、4704バイト単位のパケットデータDpktとして出力する。このパケットデータDpktは、図3に示すデータバッファ318に格納される。
サブプロセッサ10dに設けられた専用のローカルメモリ12dの容量に制限がある場合には、パケットデータDpktを分割して、ソフトウェアパイプラインによってバッチ処理させてもよい。
図6(a)〜(d)はそれぞれ、所定の処理単位に含まれる一度に処理すべきパケットデータDpkt、すなわち、処理すべきタスクの個数Pが、1個〜4個の場合の分配規則を示している。この分配規則では、P=1〜4の範囲において、処理すべきタスクを、占有されるプロセッサの個数が少なくなるように、時間軸方向に優先して分配し、パイプライン方式にてバッチ処理を行う。
たとえば、ひとつのパケットデータDpktの処理に要する時間をTprc’とし、ひとつのパケットデータDpktに対応するオーディオデータの実再生時間がTplyであるとすると、d≦Tply/Tprc’を満たすd個のパケットデータについてパイプライン方式によるバッチ処理を行うことができる。なお、仮に処理すべきデータ数がdを超えた場合には、別のサブプロセッサ10にもタスクを分配してもよい。
続いて、エフェクタ324は、PCMデータDpcmに対して、所定のエフェクト処理を実行する。エフェクト処理としては、フェードイン・フェードアウトや、ボリューム制御、LチャンネルとRチャンネルにデータを振り分けるパンニングなどを実行する。
エフェクト処理は、処理内容は単純であるが、扱うデータ量が多くなり一時的に使用するメモリ空間が大きくなる傾向がある。そこで、エフェクタ324は、上述した各プロセッサの特性を考慮して、エフェクト処理に関するタスクをメインプロセッサ20に分配する。この場合、エフェクタ324は、主としてメインプロセッサ20およびエフェクタモジュール98の協働によって構成される。
ただし、使用可能なサブプロセッサ10の個数に余裕がある場合には、SIMD方式の命令セットをサポートするサブプロセッサ10にタスクを割り当て、バッチ処理してもよい。この場合、エフェクタ324は、サブプロセッサ10およびエフェクタモジュール98で構成される。バッチ処理する場合には、図6(a)〜(d)の分配規則を適用してもよい。
その結果、アプリケーションプログラムのプログラマは、各タスクをどのプロセッサに割り当てるかを、処理内容なプロセッサの特性に応じて、適切に設定可能となっている。実施の形態においては、アプリケーションプログラムにより処理されるタスクとして、「データ読出処理」、「フレームデコード処理」、「デジタルフィルタ処理」、「エフェクタ処理」、「データ出力処理」が例示されている。これらのタスクは、その内容に応じて、サブプロセッサ10もしくはメインプロセッサ20のいずれで実行すべきかが、アプリケーション90により指定されている。
ただし、タスクの分配規則は、図7に示される第1、第2の方式に限定されるものではなく、アプリケーションプログラムにおいて自由に規定すればよい。
この場合、アプリケーションのプログラマは、処理内容に応じて2つの分配方式を選択できるため、ソフトウェアの設計の自由度を高めることができる。
Claims (7)
- 複数のプロセッサを備える情報処理装置が、複数のタスクを含むアプリケーションプログラムを実行する際に、前記複数のプロセッサに対してタスクを分配する方法であって、
前記複数のタスクは、同一のプログラムコードにもとづく処理であって、処理対象とするデータごとに実行されるタスクであり、
前記複数のプロセッサは、所定の処理単位ごとに、当該処理単位に含まれるデータに対応するタスクを実行し、前記処理単位に含まれるデータの個数はアプリケーションプログラムの実行中に処理対象に応じて所定の範囲で変動するものであり、
本方法は、前記所定の処理単位ごとに、
前記情報処理装置のハードウェアにより実現される機能が、前記アプリケーションプログラムのプログラムコード中に予め記述されている、前記複数のタスクのプロセッサへの分配規則であって、前記処理単位に含まれるデータの個数をパラメータとして、それぞれのデータを処理するタスクを前記複数のプロセッサのいずれに割り当てるかを記述する分配規則を検出する過程と、
前記情報処理装置のハードウェアにより実現される機能が、前記処理単位に含まれるデータの個数を判定する過程と、
前記情報処理装置のハードウェアにより実現される機能が、判定された前記処理単位に含まれるデータの個数に応じた分配規則にもとづき、前記複数のタスクを指定されたプロセッサへ分配する過程と、
を含むことを特徴とする分配方法。 - 前記プロセッサがN(Nは2以上の整数)個であり、判定されたデータがM(Mは自然数)個である場合に、
前記分配規則は、
Mが2以上N以下の整数Lを約数として有しないとき、前記M個のデータに対応したM個のタスクが、N個のプロセッサに順に均等となるよう分配され、
Mが2以上N以下の整数Lを約数として有するとき、前記M個のデータに対応したM個のタスクが、L個のプロセッサに(M/L)個づつ分配されるように規定されることを特徴とする請求項1に記載の分配方法。 - 前記分配規則は、
処理すべきタスクを、各プロセッサの占有時間が短くなるように、プロセッサの個数方向に優先して分配する第1の規則と、
処理すべきタスクを、占有されるプロセッサの個数が少なくなるように、時間軸方向に優先して分配する第2の規則と、
を含み、前記情報処理装置のハードウェアにより実現される機能が、前記第1、第2の規則を適宜選択して、切り替えられるように規定されていることを特徴とする請求項1または2に記載の分配方法。 - 前記第1、第2の規則はアプリケーションプログラムより下位のレイヤで規定されており、そのレイヤ上で実行されるアプリケーションプログラムは、そのプログラムに含まれる所定のタスクを複数処理すべきときに、各タスクを、前記第1、第2の規則いずれにより分配すべきかを指定するプログラムコードを含むことを特徴とする請求項3に記載の分配方法。
- 所定の処理単位ごとに、当該処理単位に含まれるデータに対して、所定の処理を実行する複数のプロセッサと、
前記処理単位に含まれる、アプリケーションプログラムの実行中に処理対象に応じて所定の範囲で変動する前記データの個数を、前記処理単位ごとに判定するデータ数検出部と、
判定した前記データの個数に応じた分配規則にもとづき各データを前記複数のプロセッサに分配する分配部と、
を備え、
前記分配規則は、前記アプリケーションプログラムに予め記述されており、かつ前記分配規則は、前記処理単位に含まれる前記データの個数をパラメータとして、それぞれのデータを前記複数のプロセッサのいずれに割り当てるかを規定することを特徴とする情報処理装置。 - 前記プロセッサがN(Nは2以上の整数)個であり、前記所定の処理単位に含まれるデータがM(Mは自然数)個である場合に、
前記分配規則は、
Mが2以上N以下の整数Lを約数として有しないとき、前記M個のデータに対応したM個のタスクを、N個のプロセッサに順に均等となるよう分配し、
Mが2以上N以下の整数Lを約数として有するとき、前記M個のデータに対応したM個のタスクを、L個のプロセッサに並列に分配するように規定されることを特徴とする請求項5に記載の情報処理装置。 - 前記分配部は、
前記データを、各プロセッサの占有時間が短くなるように、プロセッサの個数方向に優先して分配する第1の方式と、
前記データを、占有されるプロセッサの個数が少なくなるように、時間軸方向に優先して分配する第2の方式と、
のうち、選択されたいずれかの方式にもとづき、前記データを分配することを特徴とする請求項5に記載の情報処理装置。
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