JPH0444140A - 仮想メモリ制御方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、オペレーティングシステムにおける多重仮想
メモリ管理方法に係り、コピーオンライト機能の処理時
間を短縮するのに好適なページコピ一方法に関する。

〔従来の技術〕

オペレーティングシステムでは、プロセスを生成する時
に環境をすべてコピーする為に時間がかかつていた。そ
こで、これを解決する為にコピーオンライトと言う方法
が考案された（例えば、ザ。

デザイン、オブ、ザ、ユニツクス、オペレーティングシ
ステムＴｌ１ｌＥ　ＤＥＳＩＧＮ　ＯＦ　ＴＨＥ　ＵＮ
ＩＸＯＰＰ、ＲＡＴＩＮＧ　ＳＹＳＴＥＭ　　ページ３
０３〜３０６．１９８６年、ＰＲＥＮＴＩＣＥ　−１１
ＡＬＩ１．　ＩＮＣ、発行）。この方法の考え方は必要
になった時のみコピーを発行させる事で、プロセス生成
時間を短くしようと言うものである。しかし、それでも
次々とコピーが発生すると以前と変わらない。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、プロセス生成時間を速くする事を目的
として考案されたものであるが、コピーが次々に発生す
る場合には、何等改善されていないと言う問題点があっ
た。

特にプロセスを発生させながら処理を行う処理形態では
、データ領域をコピーする時間が性能のボＩ〜ルネツク
になる事は明らかであり、効率良くデータ領域をコピー
する事は、非常に重要である。

即ち、実行するデータ領域に対して書き込み要求を行っ
た時、初めて該データ領域をコピーする手順においては
、該データ領域をコピーしている間まそのプロセスは中
断されてしまい書き込みが行えなくなり計算機システム
の性能が落ちてしまう。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の目的は、これらの問題点を解決する為に行われ
たものである。その基本的考え方は、次の点を起点とし
ている。即ち計算機システムにおいては実行すべきプロ
セスが常に存在している事は少なく、むしろ何もする事
がない（ｊｄｌｅ時間）がかなり多い。この傾向はマル
チプロセッサシステムにおいては、益々顕著になる。こ
のためこの時間を利用してコピーを行えば、実行時に発
生しプロセスを中断させ書き込みを待たせるコピーオン
ライＩ−のコピーの回数を減らして効果的に性能を向上
させる事が出来る。

〔作用〕

オペレーティングシステムは実行待ちプロセスの行列を
検索し、実行待ちプロセスの有無をチエツクする。この
時実行待ちプロセスが有れば実行待ちプロセスを実行し
て行くが、実行待ち行列を検索し、実行待ちプロセスが
無かった場合にはページテーブル奈検索して、複数のプ
ロセスからコピーオンライト状態で共有されているペー
ジをコピーする。

この様な手順を繰り返す事により、共有データ領域に書
き込みを行った時、初めて該データ領域をコピーするコ
ピーオンライｌ−の操作において、データ領域をアイド
ル時間にコピーする事により、実行するデータ領域に対
して書き込み要求を行った時に、該データ領域をコピー
する必要が無くなり、即座に書き込みが行えるので性能
を向上する事が出来る。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図を用いて説明する。

第２図は、本発明が適用されるマルチプロセッサシステ
ムの構成図である。２００及び２０１は、それぞれプロ
セッサであり、仮想メモリを実現できるものであり、モ
トローラ社の６８０２０等を用いる。本実施例では、２
プロセツサであるが、プロセッサ数は任意で良い。また
プロセッサの種類も同一であっても異種であってもかま
わない。

２０９及び２１０はメモリ管理ユニツ１〜でありプロセ
ッサから出力される仮想ア１くレスを主メモリ２０５内
のアドレス変換用のページテーブルを使って物理アドレ
スに変換する。また、ページテープルにはライ１−プロ
テクションやその他のプロテクション情報が保持されて
おリアドレス変換時にこれを検査して、プロテクション
エラー発生時には、バスエラーとしてプロセッサに報告
される。

２０５は命令あるいはデータを保持するメモリ装置であ
る。２０２と２０３はキャッシュメモリであり、メモリ
の一部を写しとしてもつ。２０４は通信バスであり、メ
モリ等へのアクセスはこの通信バスを介して行われる。

メモリ装置２０５内には、次のものがある。２０６は物
理メモリ空間であり、２０７は物理メモリを管理する物
理メモリのテーブルであり、２０８はアドレス変換用テ
ブル（以下、ページテーブルと呼ぶ。）であり仮想メモ
リ空間と物理メモリ空間をページと呼ぶ固定の大きさ（
本実施例では４ＫＢとする）に分割して、これらの対応
関係を保持する。

第３図は、仮想メモリ空間と物理メモリ空間の対応関係
を保持するページテーブルの１エントリーの構成図であ
る。Ｖ２Ｏ３はバリッドピットであり、本ビットが１の
時車エントリーが有効な値を保持している事を示す。Ｍ
２Ｏ３は値が１の時本ページに書き込みがあった事を示
す。Ｒ３０２は値が１の時本ページ内データを命令とし
て実行する事の禁止を示す。Ｒ３０３はリードプロテク
ションであり、本ビットが１の時データとしての読み出
し禁止を示す。Ｗ２Ｏ３をライトプロテクションを示す
。本ピッＩ・が１であるページに対して書き込みを行う
とライ１−プロテクションエラーが検出されバスエラー
としてプロセッサに通知される。８３０５はスーパーバ
イザプロテクションであり、本ビットが１の時スーパー
バイザだけがアクセス可能なページである事を示す。Ｃ
Ｗ２Ｏ３はコピーオンライトを示すビットであり、ライ
トプロテクションエラー発生時に、本ビットが１の時該
ページのコピーを生成する事を示す。Ｒ３０７は本ペー
ジに対するアクセスがロックされているか否かを示す。

本ビットが１であるときロックされていることを示しロ
ックされているときは、ロックが解除されるまで本ペー
ジに対するアクセスは保留される。■３０８は本ページ
がキャッシュを使用するか否かを示す。ＲＣ３０９ビッ
トは本ページに対するメモリアクセスの来歴を記録して
いるフィールドであり、ページをメモリから２次記憶に
移すときの判定基準となる。ＰＦＮ３１０は物理メモリ
のページの番号を示す。ＡＳＰ３１１はアドレス空間を
示す。

第４図は、物理メモリを管理するテーブル２０７の１エ
ントリを示したものである。ＵＳＥ４００は、本ページ
を使用するプロセス数を保持している。

第５図は、プロセスごとの各種データを保持するプロセ
ス管理テーブルの内容を示したものである。プロセス管
理テーブルには、プロセス状態５００のほかに様々なデ
ータが含まれるが、本実施例ではそのすべてを記述して
いない。優先度５０１と固定優先度５０２は、プロセス
を実行するときの優先度を保持し、優先度が高ければ高
いほど優先的に実行される。固定優先度５０２が、固定
の優先度を保持するのに対し、優先度５０１は実行待ち
時間に従って優先度が上がって行く。

固定の値ではない。なお固定優先度５０２の値がＯの時
は、優先度５０１の値をそのプロセスの優先度とし、固
定優先度５０２の値がＯ以外の時は、固定優先度５０２
の値を本プロセスの優先度としている。使ったＣＰＵ時
間５０３は、本プロセスが使用したＣＰＵ時間を保持し
ている。リンク５０４は、実行待ち行列にリンクするた
めのものである。

第６図はオペレーティングシステムの状態遷移図である
。実行待ちプロセスの行列を調へ実行可能プロセスであ
るか否かを調べ、あったなら最も優先度の高いプロセス
を実行する。なかった場合には、実行可能プロセスが発
生するまでアイドル状態となる。

第７図はライトプロテクションエラー処理フローである
。まず仮想７１−レスに対して書き込み要求を出す。ペ
ージテーブルにより仮想アドレスを物理ア１−レスに変
換しこの時、該ページテーブルエン１〜りのライトプロ
テクションビットを調へ値がＯであれば何もしないが１
であればライトプロテクションエラーを発生し、本処理
に入る。ライトプロテクションエラーが発生した場合は
該ページテーブルエントリのコピーオンライトビットを
調べる（７００）。この時コピーオンライトビットがＯ
であればライトプロテクションエラーとしてエラー処理
を行う（７０５）。コピーオンライトビットが１であれ
ば該ページテーブルエントリのページロックのビットを
調べ、ページに対するロックが解除されるのを待つ（７
０１）。ページに対するロックが解除されたならばペー
ジをロックして（７０２）、ページのコピー処理（詳細
後述）を行う（７０３）。そしてページに対するロック
を解除する（７０４）。そしてコピーした物理アドレス
に書き込みを行う。

第８図にコピー処理７０３の詳細なフローを示す。まず
このコピー処理がロックされていないかを調べ、ロック
の解除を待つ（８００）。ロックが解除されたならこの
コピー処理をロックする（８０１）。物理メモリのテー
ブルのエントリＵＳＥ４００を調べ、該ページを共有す
るプロセスの数をチエツクする（８０２）。この時共有
するプロセスの数が１であった場合他に共有するプロセ
スは無いので、該ページをコピーする必要は無いのでコ
ピーオンライトビットをクリアしく５ｏ６）、このコピ
ー処理のロックを解除して（８０５）この処理から戻る
。また、共有するプロセスの数が２個以上であった場合
は他にも共有するプロセスがあるので、物理メモリを管
理するテーブルを検索し空きページに該ページをコピー
Ｌ（８０３）する。コピー処理が終了したならばページ
テーブルと物理メモリを管理するテーブルをそれぞれ更
新する（８０４）。そしてこのコピー処理のロックを解
除して（８０５）この処理から戻る。

第９図（ａ）にページテーブルを検索するためのポイン
タを示す。ｈｅａｄ９００はページテーブルの先頭アド
レスを指すポインタであり、ｔａｉ１９０］はページテ
ーブルの最終尾アドレスを指すポインタであり、ｐｎｔ
ｒ９０２は検索するページテーブルエン１−りを指すポ
インタである。

第１図は、第６図で示したプロセッサがアイドル状態の
時の処理フローである。まず第９図（ａ）に示すページ
テーブルを検索するためのポインタＰｎｔｒ９０２の指
すページテーブルエントリを調べる（１　ｏ　Ｏ）。該
ページテーブルのバリッドビットを調べ（１０１）、バ
リッドビットがＯのときは該エントリは有効ではないの
で、処理１０７へ飛び、１のときは該エントリは有効な
ので該ページテーブルエントリのコピーオンライトビッ
トを調べる（１０２）。この時コピーオンライトビット
が０であれば処理１０７へ飛び、コピーオンライトピッ
１〜が１であれば該ページテーブルエントリのページロ
ックのビットを調ベページに対するロックが解除される
のを待つ（１０３）。ページに対するロックが解除され
たならばページをロックして（１０４）ページのコピー
処理を行う（７０３）。

そしてページに対するロックを解除する（１０５）。

最後にページテーブルを検索するためのポインタＰｎｔ
ｒ９０２をインクリメントする（１０６）。この時Ｐｎ
ｔｒ９０２の指すアドレスが第１０図に示すページテー
ブルの最後尾を指すポインタｔａｉ１９０１　を超えた
場合ｐｎｔｒ９０２の指すアドレスは第９図（ａ）に示
すページテーブルの先頭を指すポインタｈｅａｄ９００
のアドレスとする。本実施例では第９図（ａ）の方法で
検索したが、第９図（ｂ）に示すように（詳細後述）ペ
ージテーブルの領域を２（プロセッサ数が２の為）分割
し、各プロセッサに分割した領域を割り当て上記処理を
各プロセッサに行わせることが出来る。第９図（ｂ）に
ページテーブルの領域を２分割し検索するためのポイン
タを示す。ｈｅａｄ　Ｏ、ｈｅａｄ　１は分割したペー
ジテーブルのそれぞれの先頭アドレスを指すポインタで
あり、ｔａｉｌｏ　、　ｔａｉｌｌは分割したページテ
ーブルのそれぞれの最後尾アドレスを指すポインタであ
り、ｐｎｔｒｏ　、　ｐｎｔｒ　１は分割したページテ
ーブルのそれぞれの検索するページテーブルエントリを
指すポインタである。本実施例ではページテーブルの領
域を２分割としたが分割する数はプロセッサの数と同じ
とする。

次に、アイドルが発生する時の動作例について説明する
。まずオペレーティングシステムが実行待ちプロセスの
行列を調べ実行待ちプロセスがある時は、最も優先度の
高いプロセスから実行して行く。無かった場合は、実行
待ちプロセスが発生するまでアイドル状態となる。

次に、アイドル時間にコピーが発生する時の動作例につ
いて説明する。実行待ちプロセスが無くアイドルになっ
た場合、まずページテーブルを検索するためのポインタ
の指すページテーブルエントリを調べる。この時バリッ
ドピットが０の時はページテーブルを検索するためのポ
インタをインクリメントして実行待ちプロセスの行列を
調べる。

バリッドビットが１の時もコピーオンライトビットがＯ
の時はページテーブルを検索するためのポインタをイン
クリメントして実行待ちプロセスの行列を調べる。しか
し、バリッドピットが１の時にコピーオンライトビット
が１の時には、該ページを空きページを□検索しそこに
コピーする。そしてページテーブルを検索するためのポ
インタをインクリメントして実行待ちプロセスの行列を
調べる。この時実行待ちプロセスが発生していれば、最
も優先度の高いプロセスから実行して行く、無かった場
合は、アイドルとしてこの動作を繰り返す。

〔発明の効果〕

本発明によればプロセッサがプロセスを実行していない
アイドル時間に、共有するデータをコピーできるので、
実行するデータ領域に対して書き込み要求を行ったとき
、初めて該データ領域をコピーするコピーオンライト機
能のコピーによる書き込みが待たされる時間をなくすこ
とができ、書き込み要求に対し書き込みが待たされるこ
となく行われ、処理時間を高速化する効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のプロセッサのアイドル中に
共有データのコピーを行う処理フロー図、第２図はマル
チプロセッサシステムの構成図、第３図はページテーブ
ルの１エントリを示す図、第４図は物理メモリを管理す
るテーブルの１エントリを示す図、第５図はプロセス管
理テーブルを示す図、第６図はオペレーティングシステ
ムの状態遷移図、第７図はライトプロテクションエラー
処＝１５ 環フロー図、第８図はコピー処理の詳細フロー図、第９
図はページテーブルを示す図である。 ２０７・・・物理メモリのテーブル、２０８・・・ペー
ジ弔 図 第 図 弔 図 粥 図 躬 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、複数個のプログラムとデータ領域を共有し、実行す
   るデータ領域に対して書き込み要求を行つた時、初めて
   該データ領域を複製するコピーオンライト機能を有する
   計算機システムにおいて、計算機がプロセスの実行待ち
   行列を検索し、実行待ちのプロセスがなかつた場合に、
   共有するデータ領域を複製することを特徴とする仮想メ
   モリ制御方法。 ２、複数個の命令処理手段を通信バスに接続し、複数個
   のプログラムとデータ領域を共有し、実行するデータ領
   域に対して書き込み要求を行つた時、初めて該データ領
   域を複製するコピーオンライト機能を有するマルチプロ
   セッサシステムにおいて、任意の命令処理手段がプロセ
   スの実行待ち行列を検索し、実行待ちのプロセスがなか
   つた場合に、共有するデータ領域を複製することを特徴
   とする仮想メモリ制御方法。 ３、請求項第１項において、共有するデータ領域を複製
   する手段は、ページテーブルを検索する手段を有し、複
   製されていない共有するデータ領域を複製することを特
   徴とする仮想メモリ制御方法。 ４、請求項第１項において、共有するデータ領域を複製
   する手段は、複製している該ページをロックすることを
   特徴とする仮想メモリ制御方法。 ５、請求項第１項において、共有するデータ領域を複製
   する手段は、オペレーティングシステムで実現している
   ことを特徴とする仮想メモリ制御方法。 ６、請求項第２項において、共有するデータ領域を複製
   する手段は、ページテーブルを検索する手段を有し、複
   製されていない共有するデータ領域を複製することを特
   徴とする仮想メモリ制御方法。 ７、請求項第２項において、共有するデータ領域を複製
   する手段は、複製している該ページをロツクすることを
   特徴とする板想メモリ制御方法。 ８、請求項第２項において、共有するデータ領域を複製
   する手段は、オペレーティングシステムで実現している
   ことを特徴とする仮想メモリ制御方法。