JPH02162439A - 共有メモリのフリーリスト管理方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔目次〕 概要 産業上の利用分野（第９図） 従来の技術（第１０図） 発明が解決しようとする課題 課題を解決するための手段（第１図） 作用 実施例 （ａ）　　一実施例の説明（第２図乃至第７図）（ｂ）
　　他の実施例の説明（第８図）発明の効果 〔概要〕 複数のプロセッサが共有して使用する共有メモリのメモ
リセルをフリーリストによって管理するフリーリスト管
理方式に関し、 フリーリストによるメモリセルの管理に際し、プロセス
間での競合を少なくし、並列アクセスを実現することを
目的とし、 複数のプロセッサと共有メモリとを有し、該共存メモリ
の使用可能なメモリセルをフリーリストで管理する共有
メモリのフリーリスト管理方式において、該共有メモリ
を、各々使用可能なメモリセルを管理するフリーリスト
を有する複数のベジに分割するとともに、該各ページの
エントリ情報を持つ管理テーブルを設け、該プロセッサ
のプロセスが該管理テーブルを参照してメモリセルの獲
得及び解放を行うようにした。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、複数のプロセッサが共有して使用する共有メ
モリのメモリセルをフリーリストによって管理するフリ
ーリスト管理方式に関する。

近年計算機システムの処理速度の向上の要望は極めて大
きくなっている。

この処理速度の向上を目的とし、第９図に示す共有メモ
リ型並列計算機が盛んに開発されている。

この計算機システムでは、複数のプロセッサ２ａ〜２ｎ
と、共有メモリ１とをバス３で接続した構成を採用し、
各プロセッサ２ａ〜２ｎの実行するプロセスが共有メモ
リ１を共有して利用する。

このような計算機システムにおいて、複数のプロセッサ
上の複数のプロセスが協調して処理を行う場合には、共
有メモリ１上に置いたデータを同時にアクセスすること
が必要となる。

このとき、通常の排他制御の他に、共有メモリ１の領域
のプロセスへの動的割り当てが必要となる場合がある。

例えば、複数のプロセスが、プログラムを部分的にロー
ドして共有メモリ１上に展開し、そのプログラムを複数
のプロセッサで実行する場合や、複数のプロセスでデー
タベースを共有メモリｉ　−ｈに展開して、その後その
データを複数のプロセスで検索する場合などである。

このような動的割り当ての必要な場合に、各プロセスの
並列アクセスを円滑に実行する技術が望まれている。

〔従来の技術〕

どのプロセスが、共有メモリ１上のどの領域を利用する
かということを動的に決定することは、難しい問題であ
る。

例えば、メモリ領域をプロセッサの数分に分割して、割
り当てられた領域内で管理する方法もあるが、融通性が
乏しく、メモリ領域の利用効率も悪くなるという問題点
がある。

又、割り当て専用のプロセスを用意する方法も考えられ
るが、全体の処理がそのプロセスで逐次に順序づけられ
ることになり、並列処理動作が損なわれることになる。

一方、ある一定の長さを持つメモリセルをポインタで結
合したデータ構造は、可変長の構造を持つデータを表現
するのに適している。

特に、ＬＩＳＰ、Ｐｒｏｌｏｇなどの言語処理系の内部
表現としてよく使われている。又、データベースの１つ
のレコードも、１つのメモリセルとみなすことができる
。

このようなメモリセルの管理方式として、フリーリスト
による管理がよく知られている。

第１０図は従来技術の説明図である。

このフリーリストによる管理方式は、共有メモリｌ内の
予め使用可能なメモリセルをフリーリストとしてつない
でおく。

そして、セルを利用するプロセスから要求があった場合
には、そのリストから１つメモリセルをはずして、その
メモリセルのアドレスを通知し、メモリセル（領域）の
獲得を行う。

又、プロセスで使用済みのメモリセルが生じた場合には
、フリーリストにそのメモリセルをつなげ、メモリセル
の解放を行う。

尚、獲得したメモリセルの管理は、獲得したプロセスが
行う。

このようにフリーリストで管理することにより、メモリ
？ｉｎ域の割り当て処理が、筒車なポインタの張り替え
掻作だけで行うことができ、動的割り当てが容易である
。

〔発明が解決しようとする課題〕

このようなフリーリストで管理されるメモリセルを、前
述の構成の計算機システムで実現する場合には、メモリ
セルは共有メモリ１上に置かれることになる。

この時、従来技術では、フリーリストが１本のため、フ
リーリストにメモリセルをつなげたり、フリーリストか
らセルをはずしたりする度に、第１０図のように、プロ
セス間で競合が発生し、並列アクセスが損なわれるとい
う問題が生じ、高速化を阻害していた。

従って、本発明は、フリーリストによるメモリセルの管
理に際し、プロセス間での競合を少なくし、並列アクセ
スを実現することのできる共有メモリのフリーリスト管
理方式を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

第１図は本発明の原理図である。

本発明は、第１図に示すように、複数のプロセッサ２ａ
〜２ｎと共有メモリｌとを有し、該共有メモリｌの使用
可能なメモリセル１０をフリーリストで管理する共有メ
モリのフリーリスト管理方式において、該共有メモリｌ
を、各々使用可能なメモリセル１０を管理するフリーリ
ストを有する複数のページ１　ａ−１ｍに分割するとと
もに、該各ページのエントリ情報を持つ管理テーブル１
１を設け、該プロセッサ２ａ〜２ｎのプロセスが該管理
テーブル１１を参照してメモリセル１０の獲得及び解放
を行うようにしたものである。

〔作用〕

本発明は、複数のプロセスへの共有メモリ１の割り当て
をフリーリストを使って行うこととし、フリーリストの
更新の競合を少なくするために、フリーリストの本数を
複数にした。

即ち、共有メモリ１を複数ページｌａ〜１ｍに分割し、
各ページ内で各々フリーリスト管理を行うようにした。

そして、どのページもすべてのプロセスから参照できる
ように、全ページのエントリ情報を持つ管理テーブル１
１を設けた。

この管理テーブル１１を参照して、各プロセスはメモリ
セル１０が必要な場合に、アクセス可能なページを探し
て、フリーリストから１つメモリセルを獲得する。

このようにすることによって、必要なメモリセルの割り
当てを並列に、高速に行うことができるようになり、フ
リーリストの更新のための競合も減らすことができる。

又、メモリセルの使用量がプロセスによっ“ζ片寄った
場合でも全体としてメモリの使用効率は悪くならない。

〔実施例〕

（ａ）　　一実施例の説明 第２図は本発明の一実施例構成図である。

図中、第１図、第９図及び第１Ｏ図で示したものと同一
のものは、同一の記号で示しである。

管理テーブル１１は、エントリ情報として、各ページ１
　ａ　＝　ｌ　ｍの使用中／未使用中を示すフラグと、
そのページのフリーリストによるメモリセルの残数、各
ページの先頭ポインタ（アドレス）を格納しである。

フラグは、プロセスによって使用中であると、ｌ”にセ
ットされ、未使用であると、“０”にリセットされてい
る。

各ページ１　ａ−１ｍは、先頭ポインタに、フリリスト
の先頭メモリセルのポインタが設けられており、各メモ
リセル１０の先頭には接続ポインタが設けられている。

従って、フリーリストのメモリセル１０には、そのペー
ジ内の次の未使用のメモリセルのアドレスがポインタと
して格納されている。

第３図は本発明の一実施例セル獲得処理フロ図である。

■　各プロセスは、セルが必要になった場合には、共有
メモリｌ上にある管理テーブル１１のエントリ情報の中
から、現在使用されていないフリリストを持つページを
探す。

先ず、管理テーブル１１の残数を調べ、残数がナケれば
次のページのエントリ情報を見て、その残数を調べる。

残数ありのページが見付かると、そのページのエントリ
情報のフラグを調べ（テストし）、フラグが“１”なら
使用中のページのため、次のページのエントリ情報を調
べる。

ページのエントリ情報のフラグが“０”の使用中でない
ページが見付かると、そのフラグを“１″にセットする
。

■　次に、当該プロセスは、探索したページのフリーリ
ストの先頭のメモリセルをポインタをたどって獲得する
。

そして、フリーリストの先頭を次のメモリセルにポイン
タを書き替える。

■　そして、管理テーブル１１のそのページのエントリ
情報のフラグを“０”にリセットし、リターンする。

このようにして、第２図のように、各プロセスは並列に
メモリセルを獲得できる。

管理テーブル１１のエントリを選んだ特に、排他制御が
必要となるが、各エントリ単位でロックをかければよく
、そのロックはほんのわずかな時間間隔（フラグのテス
ト・アンド・セットの１命令）に抑えることが可能であ
る。

このため、各プロセスは、はぼ独立に利用可能なフロー
リストを持つページを探すことができる。

第４図乃至第６図は本発明の一実施例動作説明図である
。

第４図に示すように、全てのページのフラグが“０″　
（使用中でない）であり、全てのページの残数がｒｏｌ
でないとすると、どのプロセスもペジｌのフリーリスト
を利用できる。

例えば、プロセスｎがページｌのフリーリストを利用す
ると、第５図のように、ページｌのフラグが“１”にセ
ットされ、プロセスｎはページ１のフリーリストの先頭
メモリセル１０を獲得する。

プロセス２がメモリセルを獲得するため、管理テーブル
１１を参照すると、ページ１はプロセスｎがロック（セ
ット）しているので、プロセス２は、ページｌではな（
、ページ２のエントリを見に行き、ページ２のフリーリ
ストのメモリセル１０を第６図のように獲得する。

プロセスｎは、第６図のように、必要な分のセルをフリ
ーリストから切り離し、自分で管理し、ページｌのエン
トリの残数を更新し、フラグを“０”にリセットし、要
求処理を終了する。

次にセルの解放処理について説明する。

第７図は本発明の一実施例セル解放処理フロー図である
。

■　プロセスは、獲得したメモリセルのページを認識し
ているので、解放すべきセルのページを認識する。

次に、管理テーブル１１の対応するページのエントリを
見る。

■　そして、そのページのフラグが“０”　（使用中で
ない）か調べ（テストし）、“１″′であれば、“０″
になるまで待つ。

フラグが“０゛となると、フラグを“ｌ”にセットする
。

■　そして、そのメモリセルをそのページのフリーリス
トの先頭にする。

即ち、そのメモリセルがフリーリストの先頭になる様に
、ポインタの書き替えを行う。

最後に、管理テーブル１１の当該ページのフラグを“０
″にリセットし、リターンする。

このようにして、自己の属するページのフリーリストに
メモリセルを戻すことができる。

この方法の長所は、ページに属するセルの分布が一定で
あることと、並列キャッシュを想定した場合に、ページ
内のセル分布が一定のため、キャッシュのヒツト率が向
上することである。

又、短所は、セルが属するページを認識する機構が必要
であり、更にフリーリストに戻すときに、そのページの
フリーリストが空くのを待つ必要があることである。

このように、共有メモリｌをほぼ並列にアクセスでき、
既にとってしまったメモリセルについては、完全に独立
にアクセスすることができる。

この時、ページ単位としたため、並列キャッシュを想定
した場合に、キャッシュのヒツト率が高くなることも期
待できる。

これは、キャッシングがあるメモリ単位で、共有メモリ
とキャッシュメモリの間のデータ転送を行うためで、引
き続いてアクセスするデータを互いに近くに置くことに
よりデータ転送の回数を減らすことができるからである
。

あるプロセスが獲得した複数のセルがあるペジ内にまと
めて置いであることにより、１回キャッシュメモリに転
送することで以降のアクセスのヒツト率が高くなる。逆
に、ページ単位で管理しない場合には、複数のプロセス
から同時にメモリセルが獲得されると、あるプロセスの
獲得したセルがかたまって置かれることは少なくなるた
め、アクセスするごとにキャッシングのデータ転送が必
要となり効率が悪い。

（ｂ）　　他の実施例の説明 第８図は本発明の他の実施例セル獲得処理フロ図である
。

この実施例では、第３図の実施例に比し、１回のアクセ
スで複数のメモリセル１０を獲得できるようにしたもの
である。

即ち、ステップ■として、セル要求数をｉとし、ｉが「
０」になるまで、ステップ■を繰返し、ｉが［ＯＪとな
ったら、ステップ■を実行するものである。

このようにすれば、１回のアクセスで複数のメモリセル
を獲得できる。

又、フリーリス、トの解放処理については、次の２つの
方法がある。

第１の方法は、メモリセルを任意のフリーリストに戻す
方法であり、その時点でアクセス可能なフリーリストに
つなぎ替えるため、セルが属するページを認識する機構
が不必要であり、特定のフリーリストが空くのを待つ必
要がないという長所がある。

しかし、ページに属するセルの分布が滅茶苦茶になる可
能性があることと、キャッシュのヒツト率が悪くなるこ
とが短所である。

即ち、第７図の実施例の短所を長所とし、長所を短所と
する。

第２の方法は、第７図の実施例と第１の方法の折衷案で
あり、なるべく元のフリーリストに戻す方法である。

即ち、元のページのフリーリストを第１候補として戻す
ことにするが、その時点でそのページのフリーリストが
他のプロセスに使われていたら、別のフリーリストを探
すものである。

更に、各プロセスの処理単位上、共有メモリＩヒのペー
ジが対応していると、並列処理の効果を高めることがで
きる。

例えば、データベースの１つのテーブルと、プロセスと
同数のＮ個のページを対応付けると、アクセスが局所化
され、本発明の効果が更に向上する。

以上本発明を実施例により説明したが、本発明は本発明
の主旨に従い種々の変形が可能であり、本発明からこれ
らを排除するものではない。

〔発明の効果〕

以上説明した様に、本発明によれば、複数のプロセッサ
が共有メモリの領域を動的に割り振って利用する場合に
、アクセスの競合が起こる可能性、を少なくすることが
できるため、並列性を損なうことなく高速に共有するこ
とができるという効果を奏し、特に共有メモリを有する
並列計算機の性能向上に寄与する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理図、 第２図は本発明の一実施例構成図、 第３図は本発明の一実施例セル獲得処理フロー図、 第４図乃至第６図は本発明の一実施例動作説明図、 第７図は本発明の一実施例セル解放処理フロ図、 第８図は本発明の他の実施例セル獲得処理フロ図、 第９図は共有メモリ型並列計算機の説明図、第１０図は
従来技術の説明図である。 図中、１−共有メモリ、 ２ａ〜２ｎ−プロセッサ、 １０−メモリセル、 １１−−管理テーブル。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数のプロセッサ（２ａ〜２ｎ）と共有メモリ（
   １）とを有し、 該共有メモリ（１）の使用可能なメモリセル（１０）を
   フリーリストで管理する共有メモリのフリーリスト管理
   方式において、 該共有メモリ（１）を、各々使用可能なメモリセル（１
   ０）を管理するフリーリストを有する複数のページ（１
   ａ〜１ｍ）に分割するとともに、該各ページのエントリ
   情報を持つ管理テーブル（１１）を設け、 該プロセッサ（２ａ〜２ｎ）のプロセスが該管理テーブ
   ル（１１）を参照して、メモリセル（１０）の獲得及び
   解放を行うようにしたことを特徴とする共有メモリのフ
   リーリスト管理方式。