JPH03132839A - データ処理装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、データの参照数の管理を行い、不要になっ
たデータを回収する機能を有し、データを処理するデー
タ処理装置に関するものである。

〔従来の技術〕

一般的なデータ処理装置（計算機）の中央処理装置のハ
ードウェアの構成は、算術論理演算装置と頻繁に処理す
るデータを一時的に保持するレジスタ群と通常のデータ
全てを記録しておく主記憶装置をアクセスするためのメ
モリ管理装置とからなっており、データバスやアドレス
バスによりその連絡が行われている。

主記憶装置を処理系によってどのように管理するかは、
プログラミング言語の特性に関係して各データセルの管
理のしかたによって様々な方式がある。一般の論理型言
語では、データセルがどの時点で不要になったかを通常
判別することができないので、メモリを全て消費してし
まったときに不要なデータの回収の処理を行う。これを
ガーベジコレクションという　（以下ＧＣと称する）。

−度使用したデータセルを不要になってから回収してま
た新たに使用するインクリメンタルＧＣ方式では、使用
可能なデータセルを連続したアドレスにて確保しておけ
ないので、各セルをボインりにてひとつなぎにしておく
方法をとっている。

これをフリーリストと呼んでおり、第３図のようなもの
である。第３図において、４はフリーリストトップポイ
ンタレジスタであり、１４はフリーリスト終端子セルで
ある。

このフリーリストを使用してインクリメンタルＧＣを行
っている処理系の例に並列論理型言語ＫＬＩの処理系が
あり、第４図のようにデータセルを管理している。第４
図において、１５はＫＬ１処理系、１６はフリーリスト
セル、１７は使用しているセル、１８は不要になったセ
ルである。

これらの参考文献として〔１〕木村他：ＭＲＢによる多
重参照管理方式−ＫＬＩ処理処理台ける実時間ガーベジ
コレクション方式、第３５回情報処理全国大会２Ｑ−６
、及び〔２〕後藤他：ＬＲＣによる多重参照管理方式、
第３７回情報処理全国大会７Ｙ−５がある。

このインクリメンタルＧＣは不要になったデータの即時
回収を行い、−捨型ＧＣの起動回数をできる限り減らそ
うとするものである。ＫＬｌのコンパイラではデータが
ユニフィケーションやデレファレンスや組込述語の入力
引数としての使用などの後に不要になったところで回収
命令を出力する。この回収命令の処理では、回収するデ
ータ構造のルートが与えられるので、まずルートとなる
データセルを回収する。次にこのデータセルから他のデ
ータセルを参照しているときは、その先の指されるデー
タセルを順に回′収していく。回収されるデータセルは
フリーリストの記録されているトップポインタを書き換
えて、フリーリストに継ぎ足す。不要データが階層構造
になっている場合には、スタックを使用して多段にわた
るデータセルを回収する。これらの処理について従来の
中央処理装置では、ハードウェアのサポートがないため
それぞれ主記憶装置を何度もアクセスする大きな処理と
なる。

このデータの回収の処理は一捨型ＧＣがある限り通常の
処理ではないものであるから、通常の処理にとってかな
りのオーバヘッドになる。また不要データの回収命令に
より回収されるデータの量、は一定しておらず、処理過
程の一時点でかなり多量のデータが回収され通常の処理
がかなり中断される現象があることも報告されている（
〔３〕宮内他：　ＬＲＣによるインクリメンタルＧＣの
評価。

第３７回情報処理全国大会７Ｙ−７参照）。

したがって、インクリメンタルＧＣを通常の中央処理装
置でそのまま処理しようとすると、データ処理装置（計
算機）の実行性能が大きく低下することになる。

一方、ＬＩＳＰマシンの並列ガーベジコレクションの例
で、通常の中央処理装置としてのリストプロセッサと不
要データを回収する処理装置としてのガーベジコレクタ
が並列に動作するようになっているものが報告されてい
るが、リストプロセッサは割り込みにより処理を中断し
、不要データのルートをスタックに積む処理を行うので
多量のルートをスタックに積む場合など連続した通常処
理は実質的に不可能なものである（〔４〕公開特許公報
：昭６３−８５９４６．並列ガーベジ・コレクションの
ルート処理方式参照）。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来のデータ処理装置は上述したように構成されている
ので、中央処理装置ではデータの参照数管理による不要
データの回収を行おうとすると、通常の処理以外にデー
タ回収処理を行わなければならず、かなりのオーバヘッ
ドになり、特に大きな構造のデータの回収では一捨型Ｇ
Ｃに匹敵する通常処理の中断が課せられる。したがって
、従来のデータ処理装置では一捨型ＧＣの起動回数を減
らそうとする目的に矛盾した結果となり、中央処理装置
のオーバヘッドの軽減を図ることが難しいという問題点
があった。

この発明は上記のような問題点を解決するためになされ
たもので、不要データの回収処理を中央処理装置に直接
行わせることは避け、その回収処理を他の装置で行い、
中央処理装置のオーバヘッドの軽減を図れるデータ処理
装置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〕

この発明に係るデータ処理装置は、処理過程で、不要に
なったデータを回収するためのデータ回収命令のルート
を中央処理装置１から順次書き込むバッファ６と、この
バッファ６からルートを読み出して不要データの回収を
中央処理装置１の処理とは独立して実行して回収不要デ
ータによるフリーリストを中央処理装置１に返還するデ
ータ回収処理装置３とを設けたことを特徴とするもので
ある。

〔作用〕

バッファ６は、処理過程で不要になったデータを回収す
るためのデータ回収命令のルートを中央処理装置１から
順次書き込む。データ回収処理装置３は、バッファ６か
らルートを読み出し、不要データの回収を中央処理装置
１の処理とは独立して実行し、フリーリストを中央処理
装置１に返還する。

〔発明の実施例〕

第１図はこの発明の一実施例に係るデータ処理装置の要
部構成を示すブロック図である。図において、１はデー
タ処理に必要な演算・制御を行う中央処理装置、２はデ
ータ処理に必要なデータや処理データを記憶する主記憶
装置、３は下記サイクリックバッファからデータ回収命
令のルートを読み出しデータの回収を中央処理装置１の
処理とは独立して実行して回収不要データによるフリー
リストを中央処理装置１に返還するデータ回収処理装置
、４，５はフリーリストのトップポインタを格納するフ
リーリストトップポインタレジスタ、６は処理過程で不
要になったデータを回収するためのデータ回収命令のル
ートを中央処理装置１から順次書き込むサイクリックバ
ッファ、７は階層データを回収するためのハードウェア
スタック、８は中央処理装置１が主記憶装置２をアクセ
スするためのメモリバス、９はデータ回収処理装置３が
主記憶装置２をアクセスするためのメモリバスである。

次に動作について説明する。この実施例は並列論理型言
語ＫＬＩによりデータ処理を行うデータ処理装置であり
、このデータ処理装置において主記憶装置２を管理する
手法として、使用可能なｌ、ワードあるいは数ワード単
位のセルを次に使用可能なセルへのポインタによって連
結しておき、使用するたびに１つづつ開始端からセルを
獲得し不要になったらその開始端にセルを継ぎ足すこと
ができるフリーリスト方式を用いている。

データ回収処理装置３が行う基本的処理はデータ構造の
ルートをたどってフリーリストにデータセルをつなぎ戻
す処理であり、主記憶装置２の読み書きを行う機能を有
する。また、データ回収処理装置３は、回収データのデ
ータセルの種類を判別し、フリーリストの種類を区別し
たり、回収処理の種類別分岐を行ったりするために、タ
グディスパッチの機能も有する。通常に処理が行われる
データはフリーリストトップポインタレジスタ４゜５か
ら獲得されるものであり、通常の処理が終了した不要な
データがフリーリストに返還するデータ回収処理装置３
の対象とするデータである。したがって、中央処理装置
１とデータ回収処理装置３との主記憶装置２上でアクセ
スされるアドレスは必ず異なるので、両処理装Ｗ１，３
の主記憶装置２への同時アクセスが可能となる。

第４図に示すＫＬＩ処理系１５は、データの参照数管理
を行い不要になったデータをデータルトの指示によりデ
ータ構造をたどり総て回収するため、機械命令（データ
回収命令）を実行可能なコードとしてコンパイルする。

並列論理型言語ＫＬ１ではデータ回収命令として、ｃｏ
ｌｌｅｃｔ−１ｔｓｔ及びｃｏｌｌｅｃｔ−ｖａｌｕｅ
が用意されている。ｃｏｌｌｅｃｔ−１ｉｓｔはリスト
構造体セルをただ一つ回収するだけなので、１の通常の
中央処理装置１による処理で回収してもわずかなオーバ
ヘッドである。そこで、データ回収処理装置３が回収処
理を担当するのはｃｏｌｌｅｃｔ−ｖａｌｕｅ命令であ
る。

この命令で回収されるデータ構造の大きさは様々である
。データ回収処理装置３はｃｏｌｌｅｃｔ−ｖａｌｕｅ
にて引数として指定される回収データ構造のルートの値
をサイクリックバッファ６に書き込む。

第５図はこのサイクリックバッファ６の構成を説明する
ためのブロック図である。図において、アドレスレジス
タ１９は、中央処理装置１からの・アドレスを格納し、
サイクリックバ・ソファ６の領域を指定する。アドレス
レジスタ２０は、データ回収処理装置３からのアドレス
を格納し、サイクリックバッファ６の領域を指定する。

サイクリックバッファ６の各エントリにはデータの有効
を示すフラグビットがあり、このフラグビ・ノドは中央
処理装置１がルートを書き込むとオンになり、データ回
収処理装置３が読みだすとオフされるようになっている
。このサイクリックバッファ６のオーバフローの検出と
しては書き込みポインタと読みだしポインタとの比較を
行う形式でも可能であろう。このサイクリックバッファ
６がオーバフローすると回収データのルートをどこか別
のメモリ領域に待避しておくことが考えられるが、−捨
型ＧＣが不可欠なので回収データを単純に捨ててしまっ
てかまわない。書き込みを行おうとするサイクリックバ
ッファ６のエントリのフラグビットがオンになっている
と、ハードウェアの割り込みが起こるようになっている
。

データ回収処理装置３は、サイクリ・ツクノＮＪ　＋７
フア６の有効な回収データのルートを読みだし、ルート
が指すデータセルを回収する。具体的には、第１図のフ
リーリストトップポインタレジスタ５にルートを書き込
み、旧フリーリストトップポインタをルートの指すデー
タセルに書き込む。回収データ内部にポインタが格納さ
れ、他のデータセルを指している場合には、この先のデ
ータセルの回収も行う。大きなデータ構造内に次のデー
タセルへのポインタが多い場合には、ハードウェアスタ
ック７を用いて後で回収処理を行う開始場所を格納して
おくことができる。このハードウェアスタック７の使用
法は様々に考えられ、マイクロプログラムのサブルーチ
ンコールのためのマイクロスタックとして使用する設計
も可能である。

中央処理装置１では、データセルの獲得をフリーリスト
トップポインタレジスタ４から行う。第６図Ａに示すよ
うに中央処理装置ｌがフリーリストセル１６を消費して
しまうと、通常、第１図に示す主記憶装置２のヒープ領
域からフリーリストセルを生成する。この前にフリーリ
ストトップボ、インタレジスタ５の内容をフリーリスト
トップポインタレジスタ４にコピーすれば、データ回収
処理装置３によって回収されたフリーリストセル１６を
そのまま使用できる。コピー処理の後では、フリーリス
トトップポインタレジスタ５はフリーリスト終端子セル
１４（第３図）を書き込みクリアしておく。フリーリス
トセル１６は第６図Ｂに示すようにデータ回収処理装置
３から中央処理装置１へ譲渡される。

以上のように中央処理装置１とデータ回収処理装置３と
は、別々のメモリバス８，９によって主記憶装置２をア
クセスする。

ところで、レジスタだけの間でデータの転送が高速に行
われるのに対して、主記憶装置２に使用するダイナミッ
クＲＡＭへのアクセスはレジスタへのアクセスの数倍の
時間がかかることが、現在の技術の常識となっており、
レジスタとほぼ同じ速度でアクセスできる高速なキャッ
シュメモリと呼ばれるメモリが主記憶装置２中で頻繁に
アクセスされるデータを高速にアクセスできるように搭
載することが近年一般に行われている。これにより、キ
ャッシュメモリを効率良く使用できるようなプログラミ
ングシステムの処理系のインプリメンテーションも重要
になってきている。

第２図は上記のようなキャッシュメモリを有する他の実
施例のブロック図である。第２図において、第１図に示
す構成要素に対応するものには同一の符号を付し、その
説明を省略する。第１図において、１０ａ、１０ｂはキ
ャッシュメモリ、１１はキャッシュメモリ１０ａを制御
し主記憶装置２とデータ転送を行うキャッシュメモリコ
ントロールユニット、１２は中央処理装置１がキヤ・ノ
シュメモリ１０ａをアクセスするためのキヤ・ノシュメ
モリバス、１３はデータ回収処理装置３がキャッシュメ
モリ１０ｂをアクセスするためのキャッシュメモリバス
である。

このようにキャッシュメモリｌＯａ、１０ｂを有するデ
ータ処理装置の場合、中央処理装置１が通常の処理で直
接アクセスするキヤ・ノシュメモリ１０ａを同時にデー
タ回収処理装置３がアクセス、することはできない。

このためにデータ回収処理装置３のためのキャッシュメ
モリ１０ｂを備えることが考えられる。

この場合には、一般のマルチプロセッサのキャッシュメ
モリと同様に、２つのキャッシュメモリ間のデータの排
他制御処理が必要になる。一般には一方のキャッシュメ
モリのブロックをライトした場合、他方のキャッシュメ
モリに同一アドレスのブロックが存在するならば、この
ブロックのデータを無効化しなければならない。

このように上記実施例によれば、中央処理装置１が回収
すべき不要なデータのルートをサイクリックバッファ６
を経由してデータ回収処理装置３へ送信し、データ回収
処理装置３は中央処理装置ｌの通常の処理とは独立して
回収処理を行い、回収された不要なデータによるフリー
リストをフリリストトップポインタレジスタ５を経由し
て中央処理装置１に返還することが可能なので、中央処
理装置１自体は上記バッファ６やレジスタ５等をアクセ
スするだけで通常の処理を極力中断でき、インクリメン
タルＧＣのオーバヘッドを軽減する。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、処理過程で不要になった
データを回収するためのデータ回収命令のルートを中央
処理装置から順次書き込むバッファと、このバッファか
らルートを読み出して不要データの回収を中央処理装置
の処理とは独立して実行してフリーリストを中央処理装
置に返還するデータ回収処理装置とを備えて構成したの
で、不要データの回収処理は中央処理装置が直接行わず
、データ回収処理装置が行うことになり、これにより中
央処理装置のオーバヘッドが軽減するという効果が得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係るデータ処理装置の要
部構成を示すブロック図、第２図は他の実施例に係るデ
ータ処理装置の要部構成を示すブロック図、第３図は実
施例及び従来例においてフリーリストの形成を説明する
ための図、第４図は実施例及び従来例においてＫＬＩ処
理系におけるフリーリスト方式によるデータセルの獲得
及び回収の処理の概念図、第５図は実施例におけるサイ
クリックバッファの構成図、第６図（Ａ）。 （Ｂ）（ま実施例において中央処理装置とデータ回収処
理装置によるフリーリスト使用に関する概念図である。 １・・・中央処理装置、２・・・主記憶装置、３・・・
データ回収処理装置、６・・・サイクリックバッファ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. データ処理に必要な演算・制御を行う中央処理装置と、
   データ処理に必要なデータや処理データを記憶する主記
   憶装置とを備えたデータ処理装置において、処理過程で
   不要になったデータを回収するためのデータ回収命令の
   ルートを上記中央処理装置から順次書き込むバッファと
   、このバッファからルートを読み出して不要データの回
   収を上記中央処理装置の処理とは独立して実行して回収
   不要データによるフリーリストを上記中央処理装置に返
   還するデータ回収処理装置とを設けたことを特徴とする
   データ処理装置。