JP5018140B2 - マルチプロセッサシステム、タスクスケジューリング方法およびタスクスケジューリングプログラム - Google Patents

Description

本発明は、リカバリ不可コードを含むタスクのスケジューリングを行うマルチプロセッサシステム、タスクスケジューリング方法およびタスクスケジューリングプログラムに関する。

マルチプロセッサシステムにおいて、プロセッサが故障して閉塞状態となった場合に、故障したプロセッサ上で動作していたタスクまたはスレッドを正常なプロセッサに引き継ぐ技術が提案されている。

例えば、特許文献１には、スレッドが動作すべきプロセッサの番号をプロセッサ変換表で管理し、プロセッサが閉塞している場合には、プロセッサ変換表における閉塞しているプロセッサの番号を代替となる閉塞していないプロセッサの番号に差し替えて、運用を継続することが記載されている。

また、特許文献２には、故障が発生したプロセッサのタスクを引き継ぐプロセッサの系列を示す遷移情報をタスクごとに定義し、遷移情報に基づいてタスクのリカバリ処理を実行することが記載されている。

特開２０００−１２２９８６号公報（段落００１９−００３０） 特開２００１−２２５９９号公報（段落００２６−００２７）

しかし、特許文献１，２に記載された方式は、障害の発生後に着目したプロセッサ間のタスクの引き継ぎ方法である。したがって、引き継ぎ不可能な処理の実行中にプロセッサが閉塞状態になった場合については考慮されていない。さらに、個々のタスクがそれぞれシステム中で担うべき重要度は、タスクごとに異なる。例えば、オペレーティングシステムのリカバリ不可コードを有するタスクを実行する場合、リカバリ不可コードに従った処理の実行中にプロセッサが閉塞状態になると、システム内に他の健全なプロセッサが存在しても、処理を引き継ぐことができずにシステムダウンとなる場合がある。

そこで、本発明は、リカバリ不可コードの実行中にプロセッサが閉塞状態になってシステムダウンすることを回避することができるマルチプロセッサシステム、タスクスケジューリング方法およびタスクスケジューリングプログラムを提供することを目的とする。

本発明によるマルチプロセッサシステムは、プロセッサが閉塞状態となると回復不可能となる処理を含むタスクであるか否かを判断するタスク判定手段（例えば、オペレーティングシステムまたはプロセッサ１〜４）と、プロセッサにおいて訂正可能な障害が発生したか否かを判断する訂正可能障害判断手段（例えば、誤り訂正回路１０〜４０、障害処理装置６、およびプロセッサ障害情報５０）と、タスク判定手段が回復不可能となる処理を含むと判断した回復不可能タスクを実行するプロセッサとして、訂正可能障害判断手段によって訂正可能な障害が発生していないと判断されたプロセッサを割り当てる割当手段（例えば、オペレーティングシステムまたはプロセッサ１〜４）とを備えることを特徴とする。

タスクを示す情報に対応付けて当該タスクを実行予定のプロセッサを示す情報を記憶するタスク実行予定キューを備え、割当手段（例えば、オペレーティングシステム）は、タスク実行予定キューを書き換えることにより回復不可能タスクを実行するプロセッサを割り当ててもよい。そのような構成によれば、キューを使用してタスクの割り当てを行うことができる。

タスク判定手段は、タスクの回復不可能な処理の前に含まれる情報に基づいて、タスクが回復不可能な処理を含むか否かを判断し、割当手段（例えば、プロセッサ１〜４）は、コンテキスト切り替えを行うことにより回復不可能タスクを実行するプロセッサを割り当ててもよい。そのような構成によれば、効率的にタスクの割り当てを行うことができる。

本発明によるタスクスケジューリング方法は、タスク判定手段が、プロセッサが閉塞状態となると回復不可能となる処理を含むタスクであるか否かを判断するタスク判定ステップと、訂正可能障害判断手段が、プロセッサにおいて訂正可能な障害が発生したか否かを判断する訂正可能障害判断ステップと、割当手段が、タスク判定ステップで回復不可能となる処理を含むと判断された回復不可能タスクを実行するプロセッサとして、訂正可能障害判断ステップで訂正可能な障害が発生していないと判断されたプロセッサを割り当てる割当ステップとを含むことを特徴とする。

割当手段が、割当ステップで、タスクを示す情報に対応付けて当該タスクを実行予定のプロセッサを示す情報を記憶するタスク実行予定キューを書き換えることにより回復不可能タスクを実行するプロセッサを割り当ててもよい。そのような構成によれば、キューを使用してタスクの割り当てを行うことができる。

タスク判定手段が、タスク判定ステップで、タスクの回復不可能な処理の前に含まれる情報に基づいて、タスクが回復不可能な処理を含むか否かを判断し、割当手段が、割当ステップで、コンテキスト切り替えを行うことにより回復不可能タスクを実行するプロセッサを割り当ててもよい。そのような構成によれば、効率的にタスクの割り当てを行うことができる。

本発明によるタスクスケジューリングプログラムは、コンピュータに、記憶装置に記憶され各プロセッサに割り当てられるタスクが、プロセッサが閉塞状態となると回復不可能となる処理を含むタスクであるか否かを判断するタスク判定処理と、プロセッサにおいて訂正可能な障害が発生したか否かを判断する訂正可能障害判断処理と、タスク判定処理で回復不可能となる処理を含むと判断した回復不可能タスクを、訂正可能障害判断処理で訂正可能な障害が発生していないと判断されたプロセッサに割り当てる割当処理とを実行させることを特徴とする。

本発明によれば、閉塞状態となる可能性が高い訂正可能障害が発生したプロセッサは、リカバリ不可コードを含むプログラムを実行しない。そのため、リカバリ不可コードの実行中にプロセッサが閉塞状態となり、システムダウンすることを防ぐ効果がある。

実施の形態１．
以下、本発明の第１の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、第１の実施の形態のマルチプロセッサシステムの構成例を示すブロック図である。図１に示すマルチプロセッサシステムは、プロセッサ１，２，３，４と、主記憶装置５と、障害処理装置６とを備える。プロセッサ１〜４は、メモリバス７を介して主記憶装置５に接続される。なお、図１には、プロセッサが４個の場合を例示しているが、マルチプロセッサであれば４個に限られない。すなわち、プロセッサが２個または３個であってもよく、５個以上であってもよい。

プロセッサ１〜４は、訂正可能な障害（例えば、誤り訂正エラー）が発生した場合であっても、障害を自動訂正しながら運用を継続することができる自動訂正機能を有する。図１に示す例では、プロセッサ１〜４は、それぞれ誤り訂正回路１０，２０，３０，４０と、ファームウェアコードを格納するファームウェア格納領域（ランダムアクセスメモリ）（図示せず。）とを含む。誤り訂正回路１０〜４０は、例えば、プロセッサ１〜４が実行するファームウェアコードの正当性をチェックし、訂正可能な障害であれば訂正して、プロセッサ１〜４に実行させる。

障害訂正の方式として、例えば、誤り訂正符号（Error Correcting Code ）を用いる方式がある。誤り訂正符号は、誤り検出符号（Error Detecting Code）のうち、所定の条件を満たす場合には、誤りが起こったことを検出するだけでなく、正しい符号が何であるかを知ることができる符号である。誤り訂正符号の代表的な例として、ハミング符号がある。ハミング符号を用いることにより、例えば、符号中の１ビットのエラーについては元の符号を特定して修復することができるが、２ビット以上のエラーについては、訂正することができない。

本実施の形態では、プロセッサの訂正可能な障害を検出して修復するために、誤り訂正符号を用いる場合を例にして説明するが、誤り訂正符号に限られず、例えば、フォールトトレラントシステム等の多重機構を用いてもよい。なお、フォールトトレラントシステムの場合には、冗長性が失われた状態での障害発生が、訂正不可能な障害に該当する。

主記憶装置５における該当領域には、プロセッサ障害情報５０として、符号訂正の発生状況を示す情報が記憶される。符号訂正の発生状況を示す情報は、プロセッサ１〜４のそれぞれに対応する領域に記憶される。プロセッサ障害情報５０は、すべてのプロセッサ１〜４が参照可能な情報である。

障害処理装置６は、誤り訂正回路１０〜４０による符号訂正を監視する機能を有する。障害処理装置６は、プロセッサ１〜４における符号訂正の発生状況をプロセッサ障害情報５０として主記憶装置５における該当領域に記憶させる。

第１の実施の形態において、オペレーティングシステムは、タスクスケジューリングを行う。具体的には、プロセッサ１〜４は、オペレーティングシステムに従って、主記憶装置５に記憶されるタスクＡ５１、タスクＢ５２、タスクＣ５３を分担して処理するマルチタスキング処理を行う。以下、「オペレーティングシステムが実行する」などの表現を用いるが、具体的には、プロセッサ１〜４が、オペレーティングシステムに従って処理を実行する。

主記憶装置５における他の該当領域には、タスクＡ５１、タスクＢ５２、タスクＣ５３が記憶される。図１に示す例では、タスクＢ５２は、リカバリ不可コード５４を含む。リカバリ不可コード５４とは、実行中にプロセッサで閉塞状態が発生した場合、従来のプロセッサ間のタスク引き継ぎ機構を有するマルチプロセッサシステムではシステムダウンが発生するようなプログラムである。例えば、リカバリ不可コード５４は、オペレーティングシステムのクリティカルセクションやカーネル内部動作等の処理部分である。なお、図１には、タスクが３個の場合を例示しているが、２個以下または４個以上であってもよい。

図２は、タスクの構成例を示す説明図である。図２（ａ），（ｂ）に例示するタスクは、それぞれタスクの内容や性質を示すタスクヘッダ１００と、プログラムコードであるタスク本体１０１とを含む。タスクヘッダ１００には、例えば、タスクの名前および属性が設定される。タスクの属性を示す属性情報は、タスクがリカバリ不可コード５４を含むか否かを示す情報である。

図２（ａ）には、リカバリ不可コード５４を含むタスクＢ５２を示す。また、図２（ｂ）には、リカバリ不可コード５４を含まないタスクＡ５１を示す。タスクヘッダ１００に含まれる属性情報は、コンパイル／リンク時にコンパイラ／リンカによって設定される。タスク本体１０１にリカバリ不可コード５４が含まれる場合には、コンパイラ／リンカは、タスクヘッダ１００における属性情報として「リカバリ不可」を設定する。同様に、リカバリ不可コード５４が含まれない場合には、コンパイラ／リンカは、属性情報として「リカバリ可」を設定する。

次に、図面を参照して第１の実施の形態の動作について説明する。まず、オペレーティングシステムによるタスク実行予定キューの入れ替え処理について説明する。図３は、タスク実行予定キューの例を示す説明図である。オペレーティングシステムは、タスク実行予定キューに、タスク名に対応付けて実行予定のプロセッサ名を登録することにより、タスクスケジューリングを行う。

プロセッサ１〜４のいずれにおいても障害が発生していない場合、オペレーティングシステムは、タスクが起床される毎にプロセッサ１〜４に順次タスクをスケジューリングする。例えば、図１に示すマルチプロセッサシステム内で、タスクＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆが起床された場合、オペレーティングシステムは、タスク実行予定キューに、タスクＡをプロセッサ１に割り当てる旨のデータ３０１、タスクＢをプロセッサ２に割り当てる旨のデータ３０２、タスクＣをプロセッサ３に割り当てる旨のデータ３０３、タスクＤをプロセッサ４に割り当てる旨のデータ３０４、タスクＥをプロセッサ１に割り当てる旨のデータ３０５およびタスクＦをプロセッサ２に割り当てる旨のデータ３０６を登録する（図３（ａ）参照。）。

以下、プロセッサ２において訂正可能障害が発生した場合を例にして説明する。プロセッサ２において訂正可能障害が発生した場合、プロセッサ２が含む誤り訂正回路２０は、誤り訂正が発生した旨を障害処理装置６に通知する。障害処理装置６は、プロセッサ障害情報５０のプロセッサ２に対応する領域の値を「訂正可能障害発生」に変更する。

すべてのプロセッサ１〜４は、プロセッサ障害情報５０を参照することができる。オペレーティングシステムは、プロセッサ障害情報５０を参照し、プロセッサ１〜４における訂正可能障害の発生を検出する。オペレーティングシステムは、訂正可能障害が発生したプロセッサにおいて実行が予定されているタスクの中に、リカバリ不可コード５４を含むタスクがある場合には、訂正可能な障害が発生していない他のプロセッサに割り当て、再スケジューリングを行う。すなわち、訂正可能な障害が発生したということは、その訂正のあったプロセッサに、何らかのハードウェア的な障害が発生している可能性がある。そのため、リカバリ不可コード５４による処理をより確実に実行可能な他のプロセッサに割り当てるように制御する。なお、オペレーティングシステムは、タスクヘッダ１００に含まれる属性情報に基づいて、タスクがリカバリ不可コード５４を含むか否かを判断する。

図３（ｂ）に例示するタスク実行予定キューには、図３（ａ）に例示するタスク実行予定キューに対し、新たにタスクＧをプロセッサ３に割り当てる旨のデータ３０７が登録され、タスクＨをプロセッサ４に割り当てる旨のデータ３０８が登録されている。ここで、プロセッサ２において訂正可能障害が発生すると、オペレーティングシステムは、プロセッサ２にスケジューリングされているタスクＢ，Ｆのうち、リカバリ不可コード５４を含むタスクＢを、他の健全なプロセッサに再スケジューリングする。

図３（ｂ）には、プロセッサ２において訂正可能障害が発生した後、再スケジューリングされたタスク実行予定キューの例を示す。例えば、オペレーティングシステムは、プロセッサ１〜４のうち最も早くプロセッサ資源が開放されるプロセッサ３にタスクＢを割り当てる旨のデータ４０２を、タスク実行予定キューに登録する。次に、オペレーティングシステムは、プロセッサ３に割り当てられたタスクＣをプロセッサ資源が開放されたプロセッサ２に割り当てる旨のデータ４０３を、タスク実行予定キューに登録する。

図４は、第１の実施の形態におけるタスクスケジューリング処理を示すフローチャートである。

タスクのスケジューリングが開始されると、オペレーティングシステムは、実行すべきタスクのタスクヘッダ１００の読み出しを行う（ステップＳ１０）。オペレーティングシステムは、タスクヘッダ１００に含まれる属性情報に基づいて、タスクがリカバリ不可コード５４を含むか否かを判断する（ステップＳ１１）。リカバリ不可コード５４を含まないと判断した場合（いいえ）、タスク実行予定キューにおいてタスクを割り当てられたプロセッサ（自プロセッサ）がタスクを実行する（ステップＳ１７）。

ステップＳ１１において、リカバリ不可コード５４を含むと判断した場合（はい）、オペレーティングシステムは、プロセッサ障害情報５０を読み出す（ステップＳ１２）。オペレーティングシステムは、タスクを割り当てられたプロセッサ（自プロセッサ）において、訂正可能障害が発生しているか否かを判断する（ステップＳ１３）。訂正可能障害が発生していないと判断した場合（いいえ）、ステップＳ１７に移行する。

ステップＳ１３において、自プロセッサで訂正可能障害が発生していると判断した場合（はい）、自プロセッサを含む全プロセッサにおいて訂正可能障害が発生しているか否かを判断する（ステップＳ１４）。全プロセッサにおいて訂正可能障害が発生していると判断した場合（はい）、ステップＳ１７に移行する。訂正可能障害が発生していないプロセッサがある場合（いいえ）、オペレーティングシステムは、タスク実行予定キューの入れ替え処理を行う（ステップＳ１５）。オペレーティングシステムは、訂正可能障害が発生していないプロセッサ（すなわち、ステップＳ１５においてリカバリ不可コード５４を含むタスクを新たに割り当てたプロセッサ）にタスクの実行を指示する（ステップＳ１６）。

以上に説明したように、第１の実施の形態によれば、訂正可能障害が発生したプロセッサにおいて、オペレーティングシステムのリカバリ不可コードを含むプログラムが実行されない。例えば、進行性のランダムアクセスメモリ障害のように、訂正可能障害が拡大して訂正不可能障害となった場合であっても、リカバリ不可コードを含むプログラムが実行されない。そのため、リカバリ不可コードを実行することによるシステムダウンを未然に回避することができ、システムの可用性や信頼性を高めることができる。

実施の形態２．
以下、本発明の第２の実施の形態を図面を参照して説明する。第１の実施の形態では、タスクヘッダが属性情報を含む場合を例示したが、第２の実施の形態では、タスク本体がリカバリ可否を示す情報を含む場合を例示する。

図５は、第２の実施の形態におけるタスクの構成例を示す説明図である。図５に例示するタスクは、タスク本体２００を含む。タスク本体２００は、タスクがリカバリ可能か否かを示す情報であるリカバリ不可フラグを有する。リカバリ不可フラグは、プログラムの作成時に、プログラムに記載される。プログラムがリカバリ不可コードを含む場合、リカバリ不可コードの直前においてリカバリ不可フラグを１に設定し、リカバリ不可コードの終了後にリカバリ不可フラグを０に設定する処理を、あらかじめプログラム中に埋め込んでおく。

第２の実施の形態において、プロセッサ１〜４は、プロセッサ間通信信号線８を使用して、スケジューリングやディスパッチ等のタスク管理を行う。

次に、図面を参照して第２の実施の形態の動作について説明する。図６は、第２の実施の形態におけるタスクスケジューリング処理を示すフローチャートである。

プロセッサは、タスク本体２００に記載された命令を読み出して、逐次実行する（ステップＳ２０）。プロセッサは、デコードした命令がリカバリ不可フラグを１にセットする旨の命令か否かを判断し（ステップＳ２１）、リカバリ不可フラグを１にセットする旨の命令でない場合（いいえ）、ステップＳ２６に移行し、自プロセッサ上で次の命令を実行する。

ステップＳ２１において、リカバリ不可フラグを１にセットする旨の命令である場合（はい）、プロセッサは、主記憶装置５からプロセッサ障害情報５０を読み出す（ステップＳ２２）。プロセッサは、自プロセッサにおいて訂正可能障害が発生しているか否かを判断する（ステップＳ２３）。訂正可能障害が発生していないと判断した場合（いいえ）、ステップＳ２６に移行する。

ステップＳ２３において、自プロセッサで訂正可能障害が発生していると判断した場合（はい）、自プロセッサを含む全プロセッサにおいて訂正可能障害が発生しているか否かを判断する（ステップＳ２４）。全プロセッサにおいて訂正可能障害が発生していると判断した場合（はい）、ステップＳ２６に移行する。訂正可能障害が発生していないプロセッサがある場合（いいえ）、プロセッサは、プロセッサ間通信信号線８を介して、訂正可能障害が発生していないプロセッサにコンテキストの切り替えを要求する（ステップＳ２５）。コンテキストを引き継いだプロセッサは、ステップＳ２０に移行して、処理を再開する。なお、コンテキストを引き継いだプロセッサは、リカバリ不可フラグが０にリセットされるまでは、他のプロセッサにコンテキスト切り替えを行わないものとする。

以上に説明したように、第２の実施の形態によれば、プログラム全体に対するリカバリ不可の範囲が極小化されるため、より効率的にプロセッサへのタスク割り付けを行うことができる。

本発明によれば、プロセッサの訂正可能障害の発生状況に基づいて、障害部位が閉塞状態に拡大する可能性を予見し、そのようなプロセッサ上で、オペレーティングシステムのリカバリ不可コードを含むプログラム部分が実行されることを抑止する。したがって、プロセッサが閉塞障害となった場合においても、リカバリ不可コードが実行されないため、リカバリ不可コードの実行によるシステムダウンを未然に回避する確率を高めることができる。

本発明は、マルチプロセッサシステムに適用することができ、特に、マルチプロセッサシステムの可用性および信頼性を高めるために好適に実施される。

第１の実施の形態のマルチプロセッサシステムの構成例を示すブロック図である。 タスクの構成例を示す説明図である。 タスク実行予定キューの例を示す説明図である。 第１の実施の形態におけるタスクスケジューリング処理を示すフローチャートである。 第２の実施の形態におけるタスクの構成例を示す説明図である。 第２の実施の形態におけるタスクスケジューリング処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１〜４ プロセッサ
５ 主記憶装置
６ 障害処理装置
７ メモリバス
８ プロセッサ間通信信号線
１０〜４０ 誤り訂正回路
５０ プロセッサ障害情報
５１〜５３ タスク
５４ リカバリ不可コード

Claims (7)

1. プロセッサが閉塞状態となると回復不可能となる処理を含むタスクであるか否かを判断するタスク判定手段と、
   プロセッサにおいて訂正可能な障害が発生したか否かを判断する訂正可能障害判断手段と、
   前記タスク判定手段が回復不可能となる処理を含むと判断した回復不可能タスクを実行するプロセッサとして、前記訂正可能障害判断手段によって訂正可能な障害が発生していないと判断されたプロセッサを割り当てる割当手段と
   を備えることを特徴とするマルチプロセッサシステム。
2. タスクを示す情報に対応付けて当該タスクを実行予定のプロセッサを示す情報を記憶するタスク実行予定キューを備え、
   割当手段は、前記タスク実行予定キューを書き換えることにより回復不可能タスクを実行するプロセッサを割り当てる
   請求項１記載のマルチプロセッサシステム。
3. タスク判定手段は、タスクの回復不可能な処理の前に含まれる情報に基づいて、タスクが回復不可能な処理を含むか否かを判断し、
   割当手段は、コンテキスト切り替えを行うことにより回復不可能タスクを実行するプロセッサを割り当てる
   請求項１記載のマルチプロセッサシステム。
4. タスク判定手段が、プロセッサが閉塞状態となると回復不可能となる処理を含むタスクであるか否かを判断するタスク判定ステップと、
   訂正可能障害判断手段が、プロセッサにおいて訂正可能な障害が発生したか否かを判断する訂正可能障害判断ステップと、
   割当手段が、前記タスク判定ステップで回復不可能となる処理を含むと判断された回復不可能タスクを実行するプロセッサとして、前記訂正可能障害判断ステップで訂正可能な障害が発生していないと判断されたプロセッサを割り当てる割当ステップと
   を含むことを特徴とするタスクスケジューリング方法。
5. 割当手段が、割当ステップで、タスクを示す情報に対応付けて当該タスクを実行予定のプロセッサを示す情報を記憶するタスク実行予定キューを書き換えることにより回復不可能タスクを実行するプロセッサを割り当てる
   請求項４記載のタスクスケジューリング方法。
6. タスク判定手段が、タスク判定ステップで、タスクの回復不可能な処理の前に含まれる情報に基づいて、タスクが回復不可能な処理を含むか否かを判断し、
   割当手段が、割当ステップで、コンテキスト切り替えを行うことにより回復不可能タスクを実行するプロセッサを割り当てる
   請求項４記載のタスクスケジューリング方法。
7. コンピュータに、
   記憶装置に記憶され各プロセッサに割り当てられるタスクが、プロセッサが閉塞状態となると回復不可能となる処理を含むタスクであるか否かを判断するタスク判定処理と、
   プロセッサにおいて訂正可能な障害が発生したか否かを判断する訂正可能障害判断処理と、
   前記タスク判定処理で回復不可能となる処理を含むと判断した回復不可能タスクを、前記訂正可能障害判断処理で訂正可能な障害が発生していないと判断されたプロセッサに割り当てる割当処理と
   を実行させるためのタスクスケジューリングプログラム。

Images