JPH04128957A - マルチプロセッサシステムにおける共有資源の排他制御方法 - 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〕 マルチプロセッサシステムにおける共有資源の排他制御
方法に関し、 共有資源に対する競合が発生した場合のプロセッサの処
理効率を、モニタのオーバーヘッドを増加させることな
く改善することの可能な排他制御方法を提供することを
目的とし、 各共有資源にセマフォ変数を設定し、 共有資源のいずれかの占有を要求するプロセッサが対応
するセマフォ変数に対して獲得命令を発行し、該獲得命
令により該共有資源の獲得に失敗したプロセッサが再度
獲得命令を発行し、該獲得命令により該共有資源の獲得
に成功したプロセッサが、共有資源の占有終了後に対応
するセマフォ変数に対して返却命令を発行して占有を解
除する各段階を具備するマルチプロセッサシステムにお
ける共有資源の排他制御方法において、前記返却命令を
発行するプロセッサが、他のプロセッサに対して共有資
源の占有の解除を通知する段階をさらに具備し、前記再
度獲得命令を発行する段階における前記プロセッサは、
該通知を受けたときのみ再度の獲得命令を発行すること
を特徴として構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、マルチプロセッサシステムにおける共有資源
の排他制御方法に関する。

マルチプロセッサシステムは時間あたりに要求される処
理量が多く、その処理を複数の単位に分割することが可
能であり、かつ、それら分割された処理の間の相関すな
わちデータの共有度が比較的小さい場合に採用される方
式であり、分割された処理をそれぞれ複数のプロセッサ
に分担させて負荷分散を行なうことにより、一般に高性
能のプロセッサ１個で実現する場合より、全体として低
コストで実現することができる。通常、各プロセッサは
システムバスで並列に接続され、各プロセッサで共有さ
れるデータを格納する共通メモリあるいは共通入出力装
置等の共有資源もこのシステムバスに接続される。した
がって、これら共有資源へのアクセスが複数のプロセッ
サで競合した場合に備えるために、排他制御を行なう必
要があり、この排他制御はセマフォ変数により行なうの
が最も一般的である。

〔従来の技術〕

第１図はマルチプロセッサシステムの一例の構成を概念
的に表わす図である。ｎ個のプロセッサ１０はシステム
バス１２に接続され、共有資源としての共有メモリ１４
および外部入出力装置１６もシステムハス１２に接続さ
れている。共有メモリ１４および外部入出力装置１６は
、プロセッサ１０の各々からシステムバス１２を紅白し
てそれぞれ独立にアクセスが可能である。したがって１
つの共有メモリ１４に対するアクセスが複数のプロセッ
サ１０で競合する場合があり、これを調整するために、
共有資源毎にセマフォ変数が設定される。このセマフォ
変数は、通常、共用メモリ１４の一部にその領域が割り
当てられる。

第８図はセマフォ変数による従来の排他制御方法を表わ
すフローチャートである。共有資源にアクセスする必要
のあるプロセッサは対応するセマフォ変数に対して獲得
命令（Ｐ命令）を発行する（ステップａ）、、このとき
、他のプロセッサが占有中であるためにセマフォ変数が
“使用中”を示していれば、獲得失敗ということになり
、タイマウェイトしくステップｃ）、タイマのタイムア
ウトの割り込みでウェイトが解除され、再度ステップａ
の処理へ戻る。このタイマウェイト中にはこのタスクは
動作を停止しており、その公地のタスクが動いて、他の
処理が実行される。ステップｂにおいて獲得に成功すれ
ば、すなわちセマフォ変数の使用中が解除されておれば
引き続いて使用中がセットされこのプロセッサによる占
有が始まり、処理が実行される（ステップｄ）。処理が
緒ったら返却命令（Ｖ命令）を発行することにより（ス
テップｅ）、セマフォ変数の“使用中”が解除され、共
有資源の占有が終了する。

〔発明が解決しようとする課題〕

前述のように、共有資源の獲得に失敗したプロセッサは
一定時間のタイマを設定し、そのタイマのタイムアウト
後に再度獲得命令を発行し、これをくり返すことにより
、他のプロセッサの占有解除後にアクセスするという方
法がとられている。

したがって、たとえタイマの設定直後に占有中のプロセ
ッサが占有を解除したとしても、タイマがタイムアウト
するまでの一定時間中処理を中断しなければならず、効
率が悪いという問題がある。

また、この時間を短かくするためにタイマの設定時間を
短かくすると、タイマ処理のためのモニタのオーバーヘ
ッドが大きくなるという問題を生じる。

したがって本発明の目的は、共有資源に対する競合が発
生した場合の、プロセッサの処理効率を、モニタのオー
バーヘッドを増加させることなく改善することの可能な
排他制御方法を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

前述の目的を達成する本発明のマルチプロセッサシステ
ムにおける共有資源の排他制御方法は、各共有資源にセ
マフォ変数を設定し、共有資源のいずれかの占有を要求
するプロセッサが対応するセマフォ変数に対して獲得命
令を発行し、該獲得命令により該共有資源の獲得に失敗
したプロセッサが再度獲得命令を発行し、該獲得命令に
より該共有資源の獲得に成功したプロセッサが、共有資
源の占有終了後に対応するセマフォ変数に対して返却命
令を発行して占有を解除する各段階を具備するマルチプ
ロセッサシステムにおける共有資源の排他制御方法にお
いて、前記返却命令を発行するプロセッサが、他のプロ
セッサに対して共有資源の占有の解除を通知する段階を
さらに具備し、前記再度獲得命令を発行する段階におけ
る前記プロセッサは、該通知を受けたときのみ再度の獲
得命令を発行することを特徴とするものである。

〔作　用〕

占有を終了したプロセッサが他のプロセッサに対して占
有の解除を通知し、解除を待っているプロセッサはこの
通知を受けて初めて再度の獲得命令を発行することにな
り、したがって、占有解除待ちのプロセッサの処理が効
率化され、モニタのオーバーヘッドの増大もない。

〔実施例〕

第２図は本発明の第１の実施例における処理手順を表わ
すフローチャートである。本実施例は、各共有資源につ
いてセマフォ変数の他に予約プロセッサＩＤを格納する
領域を設け、共有資源の獲得に失敗して占有解除待ちと
なったプロセッサがこの領域に自己を認識するためのＩ
Ｄを格納し、資源を占有していたプロセッサが占有の解
除を通知する際にこの領域を参照して解除待ちをしてい
るプロセッサを認識し、それに対してのみ解除通知を発
するというものである。

獲得命令を発行して（ステップａ）獲得に失敗すると（
ステップｂ）、自己のＩＤを前述の予約プロセッサＩＤ
の領域に格納しくステップＣ）、解除通知を待ってウェ
イトする（ステップｄ）。

資源を占有していたプロセッサからの解除通知は割り込
みとして入力され、この割り込みによりウェイトが解除
されてステップＣの処理に戻る。ステップａで獲得命令
を発行したとき、占有解除待ちのプロセッサがこのプロ
セッサのみであったかあるいは複数の占有解除待ちのプ
ロセッサのうちこのプロセッサが最も優先度が高くて最
先に獲得命令を発行しておれば、獲得は成功し、資源を
占有しての処理を行なう（ステップｅ）。処理の終了後
、返却命令を発行しくステップｆ）、予約ブロセッサＩ
Ｄの格納領域を参照して予約があればそのプロセッサに
対して解除通知を行なう（ステップｈ）。

第３図はこの方法による制御を実例により説明するため
の図である。＃１のプロセッサ１０（ＣＰＵ＃ｉ）を先
に資源を占有したプロセッサとし、＃」のプロセッサ１
０　（ＣＰＵ＃ｊ　）をそれと競合するプロセッサとす
る。■の矢印で示すように、ＣＰＵ＄ｉ　は成る共有資
源を占有すべく獲得命令を発行し、セマフォ変数Ａが使
用中でないので獲得に成功し、セマフォ変数Ａは使用中
にセットされ資源の占有が始まる。その後ＣＰｔ１＃ｊ
が獲得命令を発行すると（■）セマフォ変数Ａは使用中
となっているので獲得に失敗する。そこでｃｐｔ＋ｓｊ
　は予約ＣＰＵＩＤの領域Ｂに自己のＩＤ例えば数字の
Ｊを格納する（■）。

ＣＰＵ＃ｉ　による資源の占有が終了するとＣＰＵ＃ｉ
　は、返却命令によりセマフォ変数Ａの使用中を解除す
るとともに予約ＣＰＵＩＤの格納領域Ｂを参照しく■）
、ＣＰ［Ｉ＃ｊが解除待ちであることを知る。そこでＣ
Ｐ［Ｉ＄ｉはｃＰ［Ｉ＃ｊ　に対して占有の解除を通知
する（■）。

ＣＰ［Ｉ＃ｊ　はこの通知を受けて獲得命令を発行し、
直ちに獲得に成功する。

第４図は本発明の第２の実施例における処理手順を表わ
すフローチャートである。

獲得に失敗すると、使用中のプロセッサのＩＤを読み出
しくステップＣ）、そのプロセッサに対して占有が終了
したら解除通知を出すように依頼しくステップｄ）、解
除通知を待ってウェイトしくステップｅ）、解除通知の
割り込みによりウェイトが解除されて再度の獲得命令を
発行する（ステップａ）。獲得に成功したら、資源を占
有して処理を行ない（ステップｆ）、その後返却命令を
発行して占有を解除しくステップｇ）、解除通知の依頼
が出されておればそのプロセッサに対して解除を通知す
る（ステップ１）。占有処理中に他のプロセッサから解
除通知の依頼を受信したら、その割り込みにより依頼の
あったＣＰＵのＩＤを記憶する（ステップｊ）。

第５図はこの方法による制御の態様を実例により説明す
るための図である。前と同様にＣＰＤｉを先に資源の占
有に成功するプロセッサ、ｃｒｔ＋ｓｊをそれと競合す
るプロセッサとする。■■までは前と同様であるが、獲
得に失敗したＣＰＵ＃ｊ　はＣＰＵ＃ｉに対して解除通
知を依頼する（■）。資源の占有を終了したＣＰＩＪ４
ｔｉ　は依頼のあったＣＰＵ＃ｊ　に対し解除通知を行
なう（■）。

第６図は本発明の第３の実施例における処理手順を表わ
すフローチャートである。獲得に失敗したプロセッサは
解除通知を待ってウェイトしくステップＣ）、解除通知
の割り込みによりウェイトが解除され、再度獲得命令を
発行する（ステップａ）。獲得に成功したら、占有処理
を行ないくステップｄ）、その終了後返却命令を発行し
くステップｅ）、他のすべてのプロセッサに対して解除
通知を行なう（ステップｆ）。

第７図はこの方法による制御の態様を実例により説明す
るための図である。ＣＰＵ＃ｉを先に資源の占有に成功
するプロセッサとし、ＣＰ［Ｉ＃ｊをそれと競合するプ
ロセッサとし、ＣＰＵ＃ｋをそれ以外のプロセッサの１
つとする。■■の過程は前述と同様であり、獲得に失敗
したＣＰＬｌ＃ｊ　は解除通知待ちとなる。ＣＰ［Ｊ＃
ｉ　は占有が終了したらＣＰ［Ｊ＃ｉ　、ＣＰ［Ｉ＃ｋ
を含む他のすべてのプロセッサに対して占有の解除を通
知する（■）。ＣＰＵ＄にはこの割り込みを無視するが
ｃＰＵ＃ｊ　はこの割り込みにより再度の獲得命令を発
行する。

なお、これらの情報の授受はシステムバス１２を経由し
て行なうのが好適であるが、専用線を設けて一部をこの
専用線を介して行なうようにしても良い。

〔発明の効果〕

本発明により、各プロセッサで競合する共有資源の排他
制御を占有中プロセッサと占有解除待ちプロセッサで同
期をとることができ共有資源の使用率を向上させること
で、システム全体の処理能力を向上させることが可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図はマルチプロセッサシステムの一例の概略構成を
表わす図、 第２図は本発明の第１の実施例を表わすフローチャート
、 第３図は本発明の第１の実施例の動作を説明するたｔの
図、 第４図は本発明の第２の実施例を表わすフローチャート
、 第５図は本発明の第２の実施例の動作を説明するための
図、 第６図は本発明の第３の実施例を表わすフローチャート
、 第７図は本発明の第３の実施例の動作を説明するたｔの
図、 第８図は従来の制御方法を表わす図。 図において、 １０・・・プロセッサ、１２・・・システムバス、１４
・・・共有メモリ。 マルチプロセッサシステムの構成の一例第１図 第１の実施例 第２図 Ａ・・・セマフォ変数 Ｂ・・・予約ＣＰＵ　ＩＤ 第１の実施例の動作を説明する図 示３図 第２の実施−例 Ａ・・・セマフォ変数 第２の実施例の動作を説明するための間第５図 第 図 第３の実施例の動作を説明するための図第７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、各共有資源（１４、１６）にセマフォ変数（Ａ）を
   設定し、 共有資源（１４、１６）のいずれかの占有を要求するプ
   ロセッサ（１０）が対応するセマフォ変数（Ａ）に対し
   て獲得命令を発行し、 該獲得命令により該共有資源（１４、１６）の獲得に失
   敗したプロセッサ（１０）が再度獲得命令を発行し、 該獲得命令により該共有資源（１４、１６）の獲得に成
   功したプロセッサ（１０）が、共有資源（１４、１６）
   の占有終了後に対応するセマフォ変数（Ａ）に対して返
   却命令を発行して占有を解除する各段階を具備するマル
   チプロセッサシステムにおける共有資源の排他制御方法
   において、 前記返却命令を発行するプロセッサが、他のプロセッサ
   に対して共有資源の占有の解除を通知する段階をさらに
   具備し、 前記再度獲得命令を発行する段階における前記プロセッ
   サは、該通知を受けたときのみ再度の獲得命令を発行す
   ることを特徴とするマルチプロセッサシステムにおける
   共有資源の排他制御方法。 ２、前記セマフォ変数のそれぞれについて予約プロセッ
   サＩＤを格納する領域（Ｂ）を設定し、前記獲得命令に
   より前記共有資源の獲得に失敗したプロセッサ（ＣＰＵ
   ＃ｊ）が、自己のＩＤを対応する該領域（Ｂ）に格納す
   る各段階をさらに具備し、前記占有の解除を通知する段
   階におけるプロセッサ（ＣＰＵ♯ｉ）は、対応する該領
   域（Ｂ）に予約プロセッサＩＤが格納されているプロセ
   ッサ（ＣＰＵ♯ｊ）のみに対して占有の解除を通知する
   請求項１記載の方法。 ３、前記獲得命令を発行する段階におけるプロセッサ（
   ＣＰＵ♯ｊ）が前記共有資源の獲得に失敗したとき、該
   共有資源を占有しているプロセッサに対して自己のＩＤ
   を解除通知の依頼として通知する段階をさらに具備し、 前記占有の解除を通知する段階におけるプロセッサ（Ｃ
   ＰＵ＃ｉ）は該解除通知依頼を受けているプロセッサ（
   ＣＰＵ♯ｊ）に対してのみ占有の解除を通知する請求項
   １記載の方法。 ４、前記占有の解除を通知する段階におけるプロセッサ
   （ＣＰＵ＃ｉ）は他のすべてのプロセッサに対して占有
   の解除を通知する請求項１記載の方法。