JPH0378052A - 仮想記憶管理方式 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、セグメンテーション方式とベージング方式を
併用した仮想記憶管理機構を有した計算機システムにお
いて用いられる仮想記憶管理方式に関する。

（従来の技術） 一般に、セグメンテーション方式とベージング方式を併
用した仮想記憶管理機構では、プログラムやプログラム
の扱うデータ構造などの論理的なまとまりをセグメント
として仮想空間上の連続した領域に割り当てている。仮
想空間は、ページと呼ばれる固定長の領域に分割されて
二次記憶装置に保存され、必要に応じてべ一゛ジ単位で
主記憶装置に読み出される。

それぞれのセグメントには、仮想空間領域でのセグメン
ト開始位置であるセグメント開始アドレスと、セグメン
トの大きさを表わすセグメントサイズとを示すセグメン
トディスクリプタというデータブロックが付加される。

プログラム中でのセグメント内のデータのアクセスは、
データを含むセグメントと、セグメントの開始位置に対
するデータの相対位置を表わすセグメント内相対アドレ
スを指定することによって行われる。プログラムの実行
やデータの読出し・書き込みのようなアクセスに対する
保護制御は、一般的にセグメントに対するアクセスが行
われる段階において実行される。このような保護制御に
必要となる情報も、セグメントディスクリプタに保存さ
れている。

まず、セグメント内のデータに対するアクセスが発生し
た場合には、セグメントディスクリプタよりセグメント
開始アドレスとセグメントの大きさを示すセグメントサ
イズとを取り出す。そして、プログラムによって指定さ
れたセグメント内相対アドレスとセグメント開始アドレ
スから、アクセスするデータの存在する仮想アドレスを
生成する。

一方、セグメントサイズとセグメント内相対アドレスを
比較することによって、アクセスの行なわれる仮想アド
レスが、セグメントの内部であるか否かという、アクセ
ス位置の正当性の判定が行われる。この判定の結果、ア
クセスの行なわれる仮想アドレスがセグメントの内部で
あると判定された場合にはアクセスが認められるが、セ
グメントの外であると判定された場合にはアクセスが拒
絶される。

このようなアクセス位置の正当性について判定は、計算
機システムのＣＰＵにおいて仮想アドレスを生成して仮
想空間領域に対するアクセスが発生する毎に行われるた
め、高速化を行なうために、ＣＰＵ内部にセグメントデ
ィスクリプタを保持するレジスタ（セグメントディスク
リプタレジスタ）を設けて、ハードウェアにより行なう
のが一般的である。

（発明が解決しようとする課題） 仮想空間内に設定されるセグメントのサイズは、予め設
定された最大値以下に制限されるものである。このため
、セグメントサイズの最大値よりも大きな仮想空間領域
に対してアクセスを行ないたい場合には、仮想空間領域
を複数のセグメントに分割して割り当てを行っている。

このように、一つの連続した仮想空間領域を複数のセグ
メントに分割した場合に、ＣＰＵは、アクセス位置の正
当性についての判定等を行なうために、アクセス対象と
するセグメントに対応してセグメントディスクリプタを
セグメントディスクリプタレジスタに保持しなければな
らない。このため、セグメントの境界付近のデータを頻
繁にアクセスするような場合には、これに応じてセグメ
ントの切り換えが行われ、セグメントディスクリプタの
読み込みも頻繁に行なう必要があった。従って、ＣＰＵ
の処理効率が低下してしまうという問題があった。

また、本来単一のデータ領域として管理されるものであ
るのに、複数のセグメントディスクリプタが対応するこ
とからデータ領域の管理が複雑となり、各ディスクリプ
タに含まれる保護制御に必要な情報の内容についても矛
盾が生じ易くなるという問題もあった。

また、複数のセグメントに分割するのではなく、単一の
セグメントディスクリプタを用いて、任意の仮想アドレ
スにアクセスする方式がある。この方式は、単一のセグ
メントディスクリプタを書き換えながらアクセスを行な
うもので、複数のセグメントディスクリプタを用意する
必要がなくなりデータ領域の管理を単純にすることがで
きる。しかしながら、この方式では、アクセス管理に必
要な仮想空間領域の大きさや仮想空間領域の開始アドレ
スに関する情報を、セグメントディスクリプタとは別に
ソフトウェアによって管理しなければならなかった。従
って、セグメントに対するアクセス管理がセグメントデ
ィスクリプタ以外の情報によって行なわれることになる
ため、誤ったアクセスが許される可能性が大きくなって
しまう。このように、本来ならばアクセスの許されない
領域にアクセスが可能となることは、データ保護の観点
から大きな問題であり、またシステムに重大な障害を招
く恐れがある。また、ソフトウェアによる管理のために
、効率良く取り扱うことが出来なかった。

また、セグメントディスクリプタの形式を変更すること
によって、扱うことができるセグメントサイズを拡張し
、前記の問題に対処することができるが、セグメントデ
ィスクリプタの変更によって、もとの形式のセグメント
ディスクリプタに基づいて作成されたプログラムを実行
することができなくなるという問題が発生する。さらに
、システムの基本的な部分の変更になるため、変更のた
めのコストが大きくなるという問題もあった。

本発明は前記のような点に鑑みてなされたもので、セグ
メントディスクリプタの形式を大きく変更することなく
、効率良く仮想空間領域のデータをアクセスすることが
可能な仮想記憶管理方式を提供することを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は、仮想空間領域中のセグメントの位置と大きさ
を示す情報、及び最大セグメントサイズよりも大きな仮
想空間領域をアクセス対象とする拡張モードまたは前記
セグメントをアクセス対象とする非拡張モードを示す拡
張モード情報を含む単一のセグメントディスクリプタで
前記仮想空間領域を管理し、前記セグメントディスクリ
プタの拡張モード情報によって前記拡張モードが示され
る場合に仮想空間中の仮想空間領域の位置と大きさを示
す拡張領域情報を前記セグメントディスクリプタに付随
させる形で設定するもので、前記セグメントディスクリ
プタを第１の保持手段にし、このセグメントディスクリ
プタ中の拡張モード情報によって拡張モードが示されて
いるときに第２の保持手段に拡張領域情報を保持する。

そして、第１の保持手段に保持されたセグメントディス
クリプタ、または同セグメントディスクリプタと拡張領
域情報に基づいてアクセス対象とする仮想アドレスを生
成し、前記第１の保持手段に保持された前記セグメント
ディスクリプタに基づいて、前記仮想アドレスがセグメ
ントの内部を示すものであるか否かを判定し、拡張モー
ドの場合には前記仮想アドレスが仮想空間領域の内部を
示すものであるか否かを判定する。この判定結果と前記
セグメントディスクリプタ中の拡張モード情報によって
、仮想アドレスが仮想空間領域の内部であってセグメン
トの内部でないときにセグメントディスクリプタの書き
換えの要求を行なう。そして、この要求に応じて前記セ
グメントディスクリプタの書き換えを行ない、書き換え
られたセグメントディスクリプタに基づいて仮想空間領
域にアクセスを行なうようにするものである。

（作　用） このようにして構成される仮想記憶管理方式では、セグ
メントディスクリプタが仮想空間領域内でありセグメン
ト外の領域にアクセスするためのものである場合、仮想
空間中の仮想空間領域の位置と大きさを示す情報（拡張
領域情報）がセグメントディスクリプタに付随させる形
で設定される。そして、セグメントディスクリプタがセ
グメント外の仮想空間領域をアクセスするためのものと
判別されると、設定された拡張領域情報を用いてセグメ
ント境界判定とは別に領域境界判定が行われる。さらに
、画境界′判定の判定結果に応じてシステムの動作が制
御され、（領域境界違反ではなく）セグメント境界違反
のみの場合にセグメントディスクリプタの書き換えが要
求されセグメント境界違反が解消される。こうして、書
き換えられたセグメントディスクリプタによって、仮想
空間領域に正しくアクセスを行なうことができる。

（実施例） 以下、図面を参照して本発明の一実施例を説明する。第
１図は同実施例に係わる仮想記憶管理装置の構成を示す
ブロック図である。同図において、ｌＯは仮想空間領域
である。仮想空間領域ｌＯには、セグメントディスクリ
プタテーブル１１が設けられている。セグメントディス
クリプタテーブルｌｌには、後述するセグメントディス
クリプタ１２、及び拡張領域情報１３が設定される。

１４はセグメントディスクリプタレジスタであり、セグ
メントディスクリプタテーブル１１から読み出したセグ
メントディスクリプタ１２を保持するものである。１５
は拡張領域情報レジスタであり、セグメントディスクリ
プタレジスタ１４に対応して設けられ、セグメントディ
スクリプタレジスタＩ４に読み込まれたセグメントディ
スクリプタ１２の内容に応じて（後述する拡張モードビ
ット“１２のとき）、拡張領域情報を読出して保持する
ものである。１Ｂはセグメント内アドレスであり、ＣＰ
Ｕによって実行されるプログラムによって与えられる。

１７は仮想アドレス計算回路であり、セグメントディス
クリプタレジスタ１４、拡張領域情報レジスタ１５、及
びセグメント内アドレス１６に接続されている。仮想ア
ドレス計算回路１７は、仮想空間にアクセスするために
仮想アドレス１８を生成するものである。１９は領域境
界判定回路であり、仮想アドレス１８が拡張領域レジス
タ１５に保持された拡張領域情報（後述する）によって
示される仮想空間領域１０の内部であるかどうかを判定
し、その結果を領域境界判定結果２０として出力する。

２１はセグメント境界判定回路であり、仮想アドレス１
８がセグメントディスクリプタレジスタ１４に保持され
たセグメントディスクリプタによって示されるセグメン
トの内部かどうかを判定し、その結果をセグメント境界
判定結果２２として出力する。２３は制御信号生成回路
であり、境界判定結果２０とセグメント境界判定結果２
２、及びセグメントディスクリプタレジスタ１４に保持
されているセグメントディスクリプタ中の拡張モードビ
ット２４との組み合わせによって、システム要求信号２
５を出力するものである。

システム要求信号２５は、セグメント境界違反、セグメ
ントディスクリプタ変更要求、セグメントディスクリプ
タ異常などを示す信号であり、ＣＰＵに対する要求の発
生と要求の種類とを表わすものである。

第２図はセグメントディスクリプタテーブル１１に格納
されるセグメントディスクリプタの形式の一例を示す図
である。同図において、３１はセグメントの大きさを表
わすセグメントサイズであり、３２は仮想空間上でのセ
グメントが始まる仮想アドレスを示すセグメント開始ア
ドレスである。３３は拡張モードビットであり、セグメ
ントがセグメントの最大サイズよりも大きい仮想空間領
域１０に対するアクセスを行なうためのものであるとき
（拡張モード）にのみ“１“であり、それ以外の場合（
非拡張モード）では“０”に設定されるものである。３
４は識別ビットであり、後述する拡張領域情報との区別
を行なうためのものである。

第３図は拡張領域情報の形式の一例を示す図である。３
５は仮想空間領域１０の大きさを示す仮想空開領域サイ
ズであり、３Ｂは仮想空間領域開始アドレスである。識
別ピット３４は、セグメントディスクリプタテーブル１
１中におけるセグメントディスクリプタ１２と拡張領域
情報１３を区別するために、セグメントディスクリプタ
の場合は“０°に、拡張領域情報の場合は“１”に設定
されるものである。セグメントディスクリプタ１２と拡
張領域情報１３は、同じ大きさのデータブロックである
。

次に、同実施例の動作を説明する。

まず、仮想空間上にアクセス対象になる仮想空間領域ｌ
Ｏが生成されると、その仮想空間領域ＩＯに対応してセ
グメントディスクリプタ１２が作成されてセグメントデ
ータテーブル１１に格納される。このとき、仮想空間領
域１０の大きさがセグメントサイズの最大値よりも大き
いときには、セグメントディスクリプタ１２中の拡張モ
ードピットが“１”に設定され、仮想空間領域１０の位
置（仮想空間領域開始アドレス３Ｂ）と大きさ（仮想空
間領域サイズ３５）の情報を含んだ拡張領域情報１３が
、セグメントディスクリプタテーブル１１の対応するセ
グメントディスクリプタ１２の直後に置かれる。

仮想空間領域ｌＯに対してアクセスが行なわれる場合、
仮想空間領域１Ｇに対応したセグメントディスクリプタ
がセグメントディスクリプタレジスタ１４に読み出され
ていなければ、セグメントディスクリプタテーブルｌｌ
よりセグメントディスクリプタ１２が読み出され、セグ
メントディスクリプタ１４に保持される。

セグメントディスクリプタ１２の拡張ビットがｍＯ”で
あるならば、仮想アドレス計算回路１７は、セグメント
ディスクリプタレジスタ１４に保持されたセグメントデ
ィスクリプタ１２のセグメント開始アドレス３２に、プ
ログラムによって与えられるセグメント内相対アドレス
１Ｂを加えることによって仮想アドレスを生成し、この
仮想アドレス１８を出力する。

一方、セグメントディスクリプタ１２の拡張ビットが“
１“であるならば、セグメントディスクリプタテーブル
１１においてセグメントディスクリプタ１２の直後に設
定されている拡張領域情報１３が読み出されて拡張領域
情報レジスタ１５に保持される。

仮想アドレス計算回路１７は、拡張領域情報レジスタ１
５に保持された拡張領域情報１３の仮想空間領域開始ア
ドレス３Ｂに、セグメント内相対アドレス１Ｂを加える
ことによって、仮想アドレスを生成し、この仮想アドレ
ス１８を出力する。

仮想アドレス計算回路１７から出力される仮想空間にア
クセスするための仮想アドレス１８は、領域境界判定回
路１９と、セグメント境界判定回路２１に入力される。

領域境界判定回路１９は、拡張領域情報レジスタ１５に
保持されている拡張領域情報１３の仮想空間領域サイズ
３５と仮想空間領域開始アドレス３６を用いて、仮想ア
ドレス１８が、アクセス対象としている仮想空間領域１
０の内部であるか否かを判定し、領域境界判定結果２０
を出力する。

また、セグメント境界判定回路２１は、セグメントディ
スクリプタレジスタ１４に保持されているセグメントデ
ィスクリプタ１２の仮想空間領域サイズ３５と仮想空間
領域開始アドレス３６を用いて、仮想アドレス１８が、
アクセス対象であるセグメントの内部であるか否かを判
定し、セグメント境界判定結果２２を出力する。

制御信号生成回路２３は、領域境界判定結果２０、セグ
メント境界判定結果２２、及びセグメントディスクリプ
タレジスタ１４に保持されているセグメントディスクリ
プタ１２より取り出した拡張モードピット２４との組み
合わせで、システム要求信号を決定する。

すなわち、以下（１）〜（５）に示すようにシステム要
求信号が決定される。

（１）領域境界判定結果２０とセグメント境界判定結果
２２がともに境界違反が無いことを示す場合、制御信号
生成回路２３は何も出力しない。

（２）拡張モードピット２４が０”であり、セグメント
境界判定結果２２が境界違反が発生したことを示す場合
、制御信号生成回路２３は、セグメント境界違反が発生
したことを示す信号を出力し、ＣＰＵに対してセグメン
ト境界違反を通知し、実行中のプログラムの停止を要求
する。

（３）拡張モードビット２４が“１°であり、領域境界
判定結果２０のみが境界違反を示す場合、制御信号生成
回路２３は、セグメントディスクリプタ１２に異常があ
ると判断し、ＣＰＵに対してセグメントディスクリプタ
異常を通知し、実行中のプログラムの停止を要求する。

（４）拡張モードピット２４が“１１であり、セグメン
ト境界判定結果２２のみが境界違反を示す場合、セグメ
ントディスクリプタ１２の書き換えによって境界違反を
解消することが可能であるので、制御信号生成回路２３
は、ＣＰＵに対してセグメントディスクリプタ１２の書
き換え要求を通知し、実行中のプログラムの中断を要求
する。

（５）拡張モードピット２４が“１”であり、領域境界
判定結果２０とセグメント境界判定結果２２がともに境
界違反を示す場合、制御信号生成回路２３は、ＣＰＵに
対してセグメント境界違反を通知し、実行中のプログラ
ムの停止を要求する。

セグメントディスクリプタ書き換え要求が発生すると、
ＣＰＵは、実行中のプログラムを中断させ、必要なアク
セスが実行できるようにセグメントディスクリプタ１２
に含まれるセグメント開始アドレス３２またはセグメン
トサイズ３１を書き換えた後、中断したプログラムの実
行を再開させる。

このようにして、仮想アドレスのセグメント境界違反を
判定するためのセグメント境界判定回路２１とは別に、
仮想空間領域１０内部であるかどうかを判定するための
領域判定回路１９を設けることにより、拡張モードピッ
トが“１′の場合に、拡張領域情報１３に基づいて領域
境界違反の判定が行なわれる。そして、セグメントディ
スクリプタを書き換えることによって、境界違反の解消
が可能であることが容易に判定される。従って、領域境
界違反の判別結果に応じてセグメントディスクリプタ１
２を書き換えて、最大セグメントサイズを越える仮想空
間上の領域に対して、効率良くアクセスすることが可能
となる。

また、セグメントディスクリプタ１２が何度も書き換え
られる間に、なんらかの原因で誤りが発生し、アクセス
の許された仮想空間領域ＩＯ以外へのアクセスが発生し
たにもかかわらずセグメント境界判定で誤りが検出され
なかった場合でも、仮想空間領域ＩＯに関する情報が正
しければアクセスの誤りの検出が可能であるので、シス
テムの安全性が向上する。

さらに、単一のセグメントディスクリプタ１２によって
最大セグメントサイズよりも大きな仮想空間領域ＩＯを
管理するために、従来の複数のセグメントに分割した場
合におけるセグメントディスクリプタの頻繁な読み込み
が発生しないために、ＣＰＵの処理効率を低下させるこ
とを防ぐことができると共に、仮想空間領域ｌＯにおけ
るデータ領域の管理を簡単にすることができる。

また、セグメントディスクリプタが最大セグメントサイ
ズよりも大きな仮想空間領域１０にアクセスするための
ものである場合に、アクセス管理に必要な仮想空間領域
ｌＯのサイズ、開始アドレスに関する拡張領域情報をセ
グメントディスクリプタに付随させる方式であり、この
拡張領域情報についての処理を行なうための機能が設け
られているので、ソフトウェアによる管理に比較して、
効率良くかつ確実な管理が可能となる。また、セグメン
トディスクリプタの形式を大きく変えるものでなく　（
識別ビット、拡張モードピットの付加のみ）、従来の方
式に基づくプログラムが実行できなくなるようなことが
ない。

［発明の効果］ 以上のように本発明によれば、セグメントディスクリプ
タの形式を大きく変更することなく、効率良く仮想空間
領域のデータをアクセスすることが可能な仮想記憶管理
方式を提供することが可能となるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係わる仮想記憶管理方式の
構成を示すブロック図、第２図は同実施例において用い
られるセグメントディスクリプタの構成の一例を示す図
、第３図は同実施例において用いられる拡張領域情報の
構成の一例を示す図である。 １１・・・セグメントディスクリプタテーブル、１２・
・・セグメントディスクリプタ、１３・・・拡張領域情
報、１４・・・セグメントディスクリプタレジスタ、１
５・・・拡張領域情報レジスタ、１６・・・セグメント
内相対アドレス、１７・・・仮想アドレス計算回路、１
９・・・拡張領域判定回路、２１・・・セグメント境界
判定回路、２３・・・制御信号生成回路（書き換え要求
手段）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 セグメンテーション方式とページング方式を併用した仮
   想記憶管理機構を有した計算機システムにおいて、 仮想空間領域中のセグメントの位置と大きさを示す情報
   、及び最大セグメントサイズよりも大きな仮想空間領域
   をアクセス対象とする拡張モードまたは前記セグメント
   をアクセス対象とする非拡張モードを示す拡張モード情
   報を含む単一のセグメントディスクリプタで前記仮想空
   間領域を管理し、前記セグメントディスクリプタの拡張
   モード情報によって前記拡張モードが示される場合に仮
   想空間中の仮想空間領域の位置と大きさを示す拡張領域
   情報を前記セグメントディスクリプタに付随させる方式
   であって、 前記セグメントディスクリプタを保持するための第１の
   保持手段と、 前記第１の保持手段に保持された前記セグメントディス
   クリプタ中の前記拡張モード情報によって前記拡張モー
   ドが示されているときに前記拡張領域情報を保持するた
   めの第２の保持手段と、前記第１の保持手段に保持され
   たセグメントディスクリプタ、または同ディスクリプタ
   並びに前記第２の保持手段に保持された前記拡張領域情
   報に基づいて、アクセス対象とする仮想アドレスを生成
   する仮想アドレス生成手段と、 前記仮想アドレス生成手段によって生成された仮想アド
   レスが前記セグメントの内部を示すものであるか否かを
   、前記第１の保持手段に保持された前記セグメントディ
   スクリプタに基づいて判定する第１の判定手段と、 前記仮想アドレス生成手段によって生成された仮想アド
   レスが前記仮想空間領域の内部を示すものであるか否か
   を、前記第２の保持手段に保持された前記拡張領域情報
   に基づいて判定する第２の判定手段と、 前記第１の判定手段の判定結果、前記第２の判定手段の
   判定結果、及び前記第１の保持手段に保持された前記セ
   グメントディスクリプタ中の拡張モード情報によって、
   前記仮想アドレス生成手段によって生成された仮想アド
   レスが仮想空間領域の内部であってセグメントの内部で
   ないときに前記セグメントディスクリプタの書き換えを
   要求する書き換え要求手段と、 を具備し、 前記制御信号生成手段による要求に応じて前記セグメン
   トディスクリプタの書き換えを行ない、この書き換えら
   れたセグメントディスクリプタに基づいて仮想空間領域
   にアクセスを行なうことを特徴とする仮想記憶管理方式
   。