JPH02207335A - 仮想計算機システム - 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】 〔概　要〕 一台の計算機システムで同時に複数のオペレーティング
システムおよびその配下のプログラムを効率よく稼働さ
せるための仮想計算機システムに関し、 リアルタイム処理の実行中に他の割込み要求があっても
リアルタイム処理が中断しないようにすることを目的と
し、 複数のオペレーティングシステムおよびその配下のプロ
グラム内で高優先処理を行う特定のオペレーティングシ
ステムおよびその配下のプログラムに対しリアルタイム
処理を要求する割込み要求があったとき、他のオペレー
ティングシステムおよびその配下のプログラムの処理を
中断して割込み要求のあったオペレーティングシステム
およびその配下のプログラムの処理を実行すると共に、
他のオペレーティングシステムおよびその配下のプログ
ラムに対する割込み要求を禁止するようにし、さらに高
優先処理を行う特定のオペレーティングシステムおよび
その配下のプログラムに対するリアルタイム処理割込み
要求レベルが複数存在する場合、それぞれの割込み要求
レベルをオペレータによって指定することが出来るよう
にする。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、−台の計算機システムで同時に複数のオペレ
ーティングシステムおよびその配下のプログラムを効率
よく稼働させるための仮想計算機システムに関し、特に
計算機システムに対する高速割込み処理を必要とするリ
アルタイム処理割込み要求を容易にするものである。

〔従来の技術〕

プロセッサシステムを動作させるには、一般にオペレー
ティングシステム（以下、Ｏ３、という）が用いられて
おり、特に限られた計算機資源をより有効に活用するた
めのマルチタスク処理がＯ３によって実現されている。

このマルチタスク処理はユーザが要求する計算機処理（
ジョブ）を−連のＣＰＵ時間を与えるべきタスクを単位
として複数のジョブを切り換え実行することによって実
現される。

Ｏ３はこのタスクの状態を管理してＣＰＵの適切な割り
当てを行うために主記憶上の小領域にタスクの状態など
を格納した制御ブロックをタスク毎に設け、これをある
順序で論理的に連結した待ち行列を作成する。この待ち
行列としてはすぐに実行可能なタスクを連結した「実行
可能待ち行列」、Ｉ１０処理が終了しないと次に進めな
いタスクからなる「■１０処理待ち行列」および他のタ
スクとの同期を要するために停止しているタスクからな
る「同期待ち行列」などが有る。

計算機処理の実行に際し、Ｏ３は「実行可能待ち行列」
から先頭の１つのタスクを取り出してこのタスクにＣＰ
Ｕ時間を割り当てて処理を実行させる。この実行中のタ
スクがＯ３に対してＩ１０待ちを要求した場合にはその
タスクの実行を中断してこれを「■１０処理待ち行列」
につなぐと共に、「実行可能待ち行列」から次のタスク
を取り出してＣＰＵ時間を割り当てる。

このようにＯ３は実行可能なタスクにＣＰＵ実行時間を
割り当てるが、実行可能なタスクがなくなるとプログラ
ムステータスワード（以下、ＰＳＷｌという）のウェイ
ト状態ビットを“１″にしてＣＰＵにおける命令処理を
停止し、ＣＰＵを待機状態とする。もし割込みなどの処
理すべきタスクが発生すると、このＰＳＷのウェイトビ
ットを“Ｏ”に設定して動作を再開させる。

このようにＯ８にはその処理目的などによって多くの異
なる種類のものが有り、計算機システムの使用目的に応
じた適当なＯ８が選択使用されるが、近時、複数のＯ３
およびその配下のプログラムに対して時分割でＣＰＵ資
源を割り当てる仮想計算機機構（ＶＭ機構）が実用化さ
れるようになった。

この時分割での割り当てを行うために、ＶＭ機構専用の
タイマ割込み機構であるＶＭタイマが用意されている。

このＶＭタイマによって例えば２０ミリ秒の一定時間間
隔で計算機に割込みが発生すると、ＣＰＵの制御は現在
実行中のＯ３およびその配下のプログラムであるＶＭゲ
ストからＶＭモニタに移される。

さらに外部事象による割込み要求に高速に応答する必要
が有るシステムでは、予めこの割込み（ＶＭリアルタイ
ム割込み）を処理すべきＯ３とその配下のプログラムで
あるＶＭゲストを定め、割込み要求が発生した時点でこ
の割込みの対象となるＶＭゲストにＣＰＵ時間が割り当
てられていなければ、ＶＭタイマの割込みを待たずに即
座に■Ｍリアルタイム割込みを発生させてＶＭモニタに
制御を移す機構が提供されている。

ところが、ＶＭタイマによる割込みはＶＭゲストの動作
とは無関係に上記のように一定時間間隔で行われるので
、例えば上記のような高速応答が必要な外部事象に対す
る応答処理を行っている最中にＶＭタイマ割込みが発生
してＣＰＵが奪われてしまうことが有る。

第４図ないし第６図は上記のような仮想計算機システム
を説明するためのもので、第４図は仮想計算機システム
の本発明に関係する内部構成を示すブロック図である。

第４図において、命令ユニッ）ＩＵはマイクロプログラ
ムを格納しているコントロール・ストレージＣ３あるい
は論理レジスタデータを格納したりワーク領域に使用さ
れているローカル・ストレージＬＳからマイクロ命令や
データを取り出して解釈し、プログラムの実行を制御す
るもので、その内部にはＰＳＷを格納するＰＳＷレジス
タが設けられている。このＰＳＷの内容については後述
する。

記憶制御ユニッ）ＳＵはバス／メモリ制御装置インター
フェイスＩＦを介して図示しないシステムバス／メモリ
制御装置に接続されており、命令ユニットｒＵからの命
令フェッチ要求や実行ユニットＥＵあるいは命令ユニッ
トＩＵからのオペランドフェッチストア要求を受けてそ
れを実行し、命令アドレスから命令コードを読み出して
命令ユニットＩＵに転送したり、命令ユニットＩＵから
のオペランドアドレスを受けてオペランドを実行ユニッ
トＥＵに転送したり、また実行ユニットＥＵからのオペ
ランドなどの実行結果をインターフェイスＩＦを経て図
示しない外部記憶装置に格納するなどの処理を行う。

なお、実行ユニットＥＵは演算器、シフタ等を含んでお
り、命令ユニットＩｔＪからのマイクロプログラムの指
示を受けて演算を実行するが、その実行のためのワーク
・レジスタＷＲが設けられている。

記憶制御ユニットＳＵにおけるアドレス変換での例外発
生時や実行ユニッ）ＥｔＪにおける演算例外発生時には
、この例外発生を命令ユニッ）ＩＵに通知して割込みを
要求し、またバス／メモリ制御装置インターフェイスＩ
Ｆからは１１０割込み要求あるいは外部割込み要求が命
令ユニッ）ＩＵに通知される。また仮想計算機システム
として動作させるために前述したようにＶＭゲストを時
分割で選択的に動作させるためのＶＭタイマＶＴが設け
られている。

割込み要求および命令ユニッ１−ＩＵに対する割込みは
、第５図に示すように、ＰＳＷの各制御ビットの状態に
応じて制御される。

すなわち、この第５図には命令ユニットＩＵ内に設けら
れるＰＳＷレジスタにおけるビット割り当てが示されて
おり、このレジスタには図の下方から命令アドレス、主
記憶アクセスキー、ウェイト状態ビット、例外マスクビ
ット、外部マスクビット、Ｉ１０マスクビットおよび動
的アドレス変換機能（Ｄ　ＡＴ　：　Ｄｙｎａｓｉｃ　
Ａｄｒｅｓｓ　Ｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎ）を制御するた
めのＤＡＴ制御ビット等が設けられている。これらの各
ビットはＯ３の指示のもとに命令ユニットＩＵによって
書き替えられる。

バス／メモリ制御装置インターフェイスＩＦからの１１
０割込み要求や外部割込み要求、記憶制御ユニットＳＵ
あるいは実行ユニッ）ＥＵからの例外割込み要求は、Ｐ
ＳＷレジスタのこれら割込みに対応して設けられ、これ
ら割込みが許可されている場合に“１”にセットされる
ビットの値とアンド回路ＡＩ　、Ａ２　、Ａ３によって
それぞれ論理積が取られ、その出力の論理和を取るオア
回路０を経て命令ユニッ）ＩＵに対して割込み要求を行
う。複数のＯ３および各Ｏ８配下のプログラムを一定時
間間隔毎に切り換えるためのＶＭタイマＶＴからの割込
み要求については、無条件でオア回路０から命令ユニッ
トＩＵに送られて割込み要求が行われる。

命令ユニットＩＵは割込み要求を受けるとマイクロプロ
グラムの制御の下で実行中の処理、例えば機械語命令が
終了した後に割込みプログラムをその先頭から実行させ
、割込み処理プログラムは割込みの原因を解析して各々
の割込みの仕様に沿った処理を行う。

第６図（Ａ）および（Ｂ）はこの命令ユニットにおける
実行中の処理と割込みとの関係を概念的に示すタイムチ
ャートであって、同図（Ａ）はＶＭタイマＶＴ以外の割
込みがない場合の動作を示しており、ＶＭゲスト１の実
行中にＶＭタイマＶＴからの割込みがあるといったんＶ
Ｍモニタに戻って次の期間に実行されるべきＯ３への切
り換えを行い、この切り換えが終了すると他方のＯ８の
配下にあるプログラムであるＶＭゲスト２の実行を開始
し、以下同様にＶＭタイマＶＴからの割込みがあるたび
にＶＭゲストの切り換えを行う。

同図（Ｂ）はＶＭゲスト２の実行中に時刻ｔで優先度が
高いＶＭゲスト１に外部事象の割込みが発生してＶＭリ
アルタイム割込みが行われた場合の動作を示すもので、
この割込みによってＶＭゲスト２の実行中の処理からＶ
Ｍモニタにいったん戻り、この割込み処理を行うために
ＶＭゲスト１に移ってこのゲストの処理を行う。この処
理の途中でＶＭタイマＶＴからの割込みまたはＶＭゲス
ト２に対する他の割込みがあると、ＶＭゲスト１でのリ
アルタイム応答処理が終了していない場合であってもＣ
ＰＵを奪われてこのリアルタイム応答処理が中断されて
しまう。

〔発明が解決しようとする課題〕

前述のように外部事象に対する応答処理を行っている最
中にＣＰＵ時間が奪われた場合には、その後何度かＶＭ
タイマ割込みが発生して再び当該ＶＭゲストにＣＰＵが
割り当てられるまで外部事象に対するリアルタイム応答
処理の続きが実行されないことになる。

本発明は、リアルタイム処理の実行中に他の割込み要求
があってもリアルタイム処理が中断しないようにするこ
とを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕 複数のオペレーティングシステムおよびその配下のプロ
グラムを時分割で切り換え稼働させる仮想計算機システ
ムにおいて、複数のオペレーティングシステムおよびそ
の配下のプログラムの中で高優先処理を行う特定のオペ
レーティングシステムおよびその配下のプログラムに対
しリアルタイム処理を要求する割込み要求があったとき
、他のオペレーティングシステムおよびその配下のプロ
グラムの処理を中断して高優先処理を行うオペレーティ
ングシステムおよびその配下のプログラムの処理を実行
すると共に、他のオペレーティングシステムおよびその
配下のプログラムに対する割込み要求を禁止するように
し、さらに高優先処理を行う特定のオペレーティングシ
ステムおよびその配下のプログラムに対するリアルタイ
ム処理割込み要求レベルが複数存在する場合、それぞれ
の割込み要求レベルをオペレータによって指定すること
が出来るようにする。

〔作　用〕

第１図は本発明の原理構成図で、ＶＭモニタ１の管理下
で複数のＶＭゲスト２Ａ、２Ｂ、２Ｃ。

２Ｄが動作している。各ＶＭゲスト２Ａ〜２Ｄは各ＶＭ
ゲストに対応して設けられている割込み制御部３Ａ〜３
Ｄからの割込み要求信号によって切り換えられる。

割込み制御部３Ａ〜３Ｄは前述した各種割込み要求、例
えばＶＭタイマ割込み、外部割込み、Ｉ１０割込み２例
外割込み等の要求を受は自己のＶＭゲスト宛の割込み要
求であれば割込み要求信号を出力する。割込み要求信号
はオア回路４を介してＶＭモニタ１に通知され、さらに
対応するＶＭゲストに通知される。ＶＭモニタ１ではこ
の通知を受けて他のＶＭゲストでの処理を中断させ、割
込み要求のあったＶＭゲストを起動して割込み処理を開
始する。

複数のＶＭゲスト２Ａ〜２Ｄの中でＶＭゲスト２Ａは高
速応答処理を必要とするＶＭリアルタイム割込みを実行
するための高優先のＶＭゲストとして設定されており、
このＶＭゲス）２Ａに割込み要求があった場合には、他
のＶＭゲス）２Ｂ〜２Ｄでの処理を中断させてリアルタ
イム処理を実行すると共に、ＶＭゲスト２Ａからの割込
み要求信号によってアンド回路５Ｂ〜５Ｄを遮断して他
のＶＭゲス）２Ｂ〜２Ｄに対する割込み要求を禁止する
。

第２図はその動作例を示すタイムチャートであり、ＶＭ
ゲス）２Ｇの処理実行中に外部事象が発生してＶＭゲス
ト２Ａに対してＶＭリアルタイム割込みが行われると、
ＣＰＵの処理はいったんＶＭモニタｌに移ってＶＭゲス
ト２Ａを配下に持つＯ３に移ると共に、このＶＭゲスト
２Ａを起動して外部事象に対するリアルタイム割込み処
理を開始する。

この処理中に他のＶＭゲスト２Ｂ〜２Ｄに対して割込み
要求があっても割込み制御部３Ａからの割込み要求信号
によってアンド回路５Ｂ〜５Ｄが遮断されているので、
他のＶＭゲスト２Ｂ〜２Ｄに対する割込み要求は阻止さ
れＶＭゲスト２Ａのリアルタイム処理が続行される。

ＶＭゲスト２Ａに対するリアルタイム処理割込み要求レ
ベルが複数存在し、特にあるレベルのみを高優先指定し
たい場合には、割込み制御部３Ａ内に設けられているレ
ジスタＲにオペレータの指示によりパネル経由でまたは
オペレータコンソールからの指示によるＯ５からの命令
によりデータをセットし、前述した各種割込み要求信号
とアンド回路Ａｎで論理積を取る。こうすることにより
目的とする割込みレベルのみを簡単に指定することが出
来る。

〔実施例〕

第３図は本発明による仮想計算機システムの一実施例を
示すブロック図であり、ＶＭモニタ１の管理の下に複数
のＶＭゲスト２Ａ、２Ｂ、・・・、２Ｎが動作している
。各ＶＭゲスト２Ａ〜２Ｎは各ＶＭゲストに対応して設
けられた割込み制御部３Ａ、３Ｂ、・・・、３Ｎからの
割込み要求信号によって切り換えられるヶ 割込み制御部３Ａ〜３Ｎからの各別込み要求信号はオア
回路４を介してＶＭモニタ１に通知されると共に、対応
するＶＭゲストに通知される。ＶＭモニタｌではこの通
知を受けて他のＶＭゲストでの処理を中断させ、割込み
要求のあったＶＭゲストを起動して割込み処理を開始す
る。

複数のＶＭゲス）２Ａ〜２Ｎの中でＶＭゲスト２人は高
速応答処理を必要とするＶＭリアルタイム割込みを実行
するための高優先のＶＭゲストとして規定されており、
このＶＭゲスト２人に対して割込み制御部３Ａから割込
み要求があった場合には、他のＶＭゲスト２Ｂ〜２Ｎで
の処理を中断させＶＭゲスト２人でのリアルタイム処理
を実行する。同時に割込み制御部３Ａからの割込み要求
信号によってアンド回路５Ｂ〜５Ｎを遮断し、他のＶＭ
ゲス）２Ｂ〜２Ｎに対する割込み制御部３Ｂ〜３Ｎから
の割込み要求信号を禁止する。

割込み制御部３Ａ〜３Ｎに対する外部からの割込み要求
は、アダプタ装置６Ａ、６Ｂ、・・・、６Ｎから発せら
れ、内部バス７および各ＶＭゲストに対応する割込み要
因レジスタ８Ａ、８Ｂ、・・・、８Ｎを介して割込み制
御部３Ａ〜３Ｎに通知される。

アダプタ装置６Ａ〜６ＮはＶＭゲスト２Ａ〜２Ｎおよび
割込み制御部３八〜３Ｎにそれぞれ対応して設けられて
おり、各アダプタ装置には処理する優先順位を表す割込
みレベルが設定されている。

またアダプタ装置６Ａ〜６Ｎにはそれぞれ各種の１１０
デバイスが接続されており、アダプタ装置６Ａには外部
制御装置９ａ、ランプ９ｂ、押釦スイッチ９ｃ、センサ
９ｄおよびタイマ９ｅ、アダプタ装置６Ｂにはデイスプ
レィ装置９ｆおよびプリンタ装置９ｇ、アダプタ装置６
Ｃには熱電材９ｈ、アダプタ装置６Ｄにはペンレコーダ
９ｉ等がそれぞれ接続されている。

割込み＃扉部３Ａは共通バス３０上を送°られて来る各
ＶＭゲストに対応する割込み要因レジスタ８Ａ〜８Ｎか
らの各種割込み要求信号を、対応するＶＭゲス）Ａの実
行中を示す対応ＶＭゲスト実行中番号３１をデコーダす
るデコーダ３２の出力により選択するマルチプレクサ３
３を有し、このマルチプレクサ３３の出力をアンド回路
３４に供給する。実行中でないとマルチプレクサ３３に
よる選択は行われない、アンド回路３４には前述したＰ
ＳＷレジスタに相当する割込みマスク３５の出力と後述
するレジスタ３６・の出力とを各々対応するビット毎に
論理積を取るアンド回路３７の出力が供給されている。

アンド回路３４はマルチプレクサ３３の出力とアンド回
路３７の出力との論理積を各ビット毎に取り、オア回路
３８で各ビットの論理和を求めその出力が“１”であれ
ばＶＭゲスト２Ａに対する割込み要求信号として出力さ
れる。

他の割込み制御部３Ｂ〜３Ｎは割込み制御部３Ａの構成
中、レジスタ３６およびアンド回路３７を除去した点を
除いては割込み制御部３Ａと同一の構成を有している。

このような構成において、あるアダプタ装置、例えばア
ダプタ装置６Ｋから割込み要求が有ると、その割込み要
求は内部バス７を経由してアダプタ装置６Ｋに対応する
割込み要因レジスタ８Ｋに格納される。割込み要因レジ
スタ８Ｋに格納された割込み要求データは共通バス３０
を経由して各割込み制御部３Ａ〜３Ｎのマルチプレクサ
３３に供給される。各割込み制御部３Ａ〜３Ｎでは自己
の割込み要因レジスタ８Ｋに対応するＶＭゲストが実行
中であればデコーダ３２のデコード出力によリマルチプ
レクサ３３で割込み要因レジスタ８Ｋを選択してアンド
回路３４でマルチプレクサ３３の出力と割込みマスク３
５の出力との論理積を取り、何れかのビットが１″であ
ればオア回路３８を介して、高優先のＶＭゲスト２Ａに
対する割込み要求が無い限り対応するＶＭゲス）２Ｋに
割込み要求を通知する。

アダプタ装置６Ａに接続されている押釦スイッチ９ｃ、
センサ９ｄまたは外部タイマ９ｅ等からの要因で割込み
要求があると、その要求は前述のアダプタ装置６Ｋから
の割込み要求と同様の処理を経てＶＭゲスト２Ａおよび
ＶＭモニタ１に通知される。ＶＭモニタｌはＶＭゲスト
２Ａの処理を優先させ、ＶＭゲス）２Ａからの割込み要
因を調べて必要に応じ例えばアダプタ装置６Ｃに接続さ
れている熱電材からの情報を読み取り、解析して例えば
アダプタ装置２Ａの外部制御装置９ａへの指示、ランプ
９ｂの表示等を行い、またアダプタ装置１６Ｄのペンレ
コーダ９１等にデータの出力を行う。

この場合、レジスタ３６は常時は全ビットオール“１”
となっているので割込みマスク３５の出力はそのままア
ンド回路３４に出力されるが、特にあるレベルのみを高
優先指定したい場合はオペレータの指示によりそのレベ
ルに対応するビットのみを１”に設定し、割込みマスク
３５の出力とアンド回路３７で論理積を取る。各ＶＭゲ
ストの割込みマスクは目的に応じまたは環境に応じて常
時変更されるから、このようにすることにより割込みマ
スク３５の状態を気にすることな（目的とする割込みレ
ベルのみを簡単に指定することが出来る。

なお、ＶＭゲスト２Ａにおけるリアルタイム処理の実行
中に他のＶＭゲスト２Ｂ〜２Ｎに対する割込み要求があ
った場合は、割込み制御部３Ａからの割込み要求信号に
よってアンド回路５Ｂ〜５Ｎが遮断されているので他の
ＶＭゲスト２Ｂ〜２Ｎに対する割込みは行われず、ＶＭ
ゲス）２Ａにおけるリアルタイム処理が続行される。

〔発明の効果〕

本発明によれば、ＶＭリアルタイム割込みが発生した場
合におけるリアルタイム応答処理がＶＭタイマ割込み等
地の割込みによって中断されることがなく、したがって
高速な割込み応答を安定に実現できるという格別の効果
を奏することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による仮想計算機システムの原理構成図
、 第２図は本発明による割込み処理の例を示す図、第３図
は本発明の一実施例を示す構成図、第４図は本発明が適
用される仮想計算機システムの例を示す図、 第５図はその割込み要求の制御を説明する図、第６図は
従来の仮想計算機システムの割込み処理の例を示す図で
ある。 原理構成図 第１図 割込み処理の例 第２図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数のオペレーティングシステムおよびその配下
   のプログラムを時分割で切り換え稼働させる仮想計算機
   システムにおいて、 上記複数のオペレーティングシステムおよびその配下の
   プログラム内で高優先処理を行う特定のオペレーティン
   グシステムおよびその配下のプログラムに対しリアルタ
   イム処理を要求する割込み要求があったとき、他のオペ
   レーティングシステムおよびその配下のプログラムの処
   理を中断して上記割込み要求のあったオペレーティング
   システムおよびその配下のプログラムの処理を実行する
   と共に、上記他のオペレーティングシステムおよびその
   配下のプログラムに対する割込み要求を禁止することを
   特徴とする仮想計算機システム。
2. （２）上記高優先処理を行う特定のオペレーティングシ
   ステムおよびその配下のプログラムに対するリアルタイ
   ム処理割込み要求レベルが複数存在する場合、上記それ
   ぞれの割込み要求レベルをオペレータによって指定可能
   にすることを特徴とする仮想計算機システム。