JPH047763A - 主記憶割り当て管理方式 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、仮想記憶計算機の主記憶ページ割り当て管理
方式に関するものである。

［従来の技術］ 第２図は、本発明が対象としているハードウェアのアド
レス変換機構の概略図である。従来、このハードウェア
を次のように制御することにより仮想記憶を実現してい
た。

Ｃ，ＰｉＪ２１から出される論理アドレスは、論理アド
レスページテーブルエントリ変換機構２２を通して、主
記憶ページテーブル２３のページテーブルエントリを参
照することにより主記憶２４上の実アドレスに変換され
る。

第３図に示すように、ページテーブルエントリを参照し
たとき（ステ、ブ３０］）、論理アドレスに該当するペ
ージテーブルエントリが見付からなかった場合には、Ｃ
ＰＵ２１はページフォールトの例外を発生する（ステッ
プ３０２）。

ページフォールトの例外の取扱いでは、主記憶を割り当
て、二次記憶装置（磁気ドラムやハードディスク装置等
の外部記憶装置）から該当ページを割り当てられた主記
憶上にページインし、ページテーブルエントリを設定す
る（ステップ３０３〜３ｏ５）。こうして例外の発生し
たべ一ノは使用可能となる。なお、主記憶ページチーフ
ル２３のページチーフルエントリ２３１におけるバリッ
ドビット（有効ビット）はアクセスの可否を示すビット
である。

また、ページフォールトを発生した時に主記憶を速やか
に割り当てるために、第４図に示すように、主記憶４１
はＯ８（オペレーティング・／ステム）によって常にあ
る規定量以上の未割り当てページを持つように制御され
ている。これは、プロセスごと、あるいは主記憶全体で
割り当て量を制限して、この規定値を越えた場合には適
当なアルゴリズムによって主記憶４１上のあるヘーシヲ
選択し、そのページの内容を二次記憶装置４２にページ
アウトし、主記憶を解放してページテーブルエントリを
消去することによって行われる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記した従来の制御方式では次のような
欠点があった。

（１）運悪くページアウトされた直後に、そのページが
参照される場合がある。この場合、上記の方式ではペー
ジアウトしたとき主記憶を解放してページテーブルエン
トリを消去するので、二次記憶装置にページアウトした
ページを■／○を介して主記憶に再ページインしなけれ
ばならない。ところが、ページインを実行するＩｌｏは
ＣＰＵの速度に比べて非常に遅いので、これは／ステム
にとって大きな負荷となる。

（２）またプロセスごとに主記憶割り当て量か制限され
ている場合、従来の制御方式ではプロセスの数が少ない
場合には、主記憶の中で使用されない領域が数多く発生
するため主記憶が有効利用されない。

本発明の目的は、Ｏ８が主記憶をある一定の余裕をもっ
て使うように管理する場合において、上述した従来技術
の問題点を解消し、主記憶を有効に活用して、二次記憶
装置から主記憶への再ページインのオーバーへノドが少
ない主記憶割り当て管理方式を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明の主記憶割り当て管理方式は、主記憶をある一定
のページ余裕をもって使用する仮想記憶方式の計算機に
おいて、主記憶上のべ一ノを記憶しておくための主記憶
べ一７テーブルにハードウェア的に使用中であるか否か
の情報に加えてソフトウェア的に使用中であるか否かの
情報を新たにもたせる。

そして、ページ余裕を作るために主記憶を解放するとき
は、パー／チーフルエントリをハードウェア的に無効に
するだけて、そのエントリおよびページはそのまま残し
ておくことによりページを再使用可能に設定する。しか
も、設定した順序でこの再使用可能ページが使用される
ように古い順に配列する。

一方、主記憶を割り当てるときは、ページテーブルエン
トリを調べてページが再使用可能であるかどうか判断す
る。その結果、ページが再使用可能であると判断された
ときは、ページテーブルエントリをハードウェア的に有
効にする操作を行う。

［作用］ 本発明は、１度使用したページは解放した後もなるべく
長期開催の用途に使用されないようにして、次に参照さ
れた時に主記憶中に残っている確率が高くなるようにし
たものである。

本発明では、ページテーブルはハードウェア情報に加え
て、ソフトウェア的に使用中であるか否かの情報を持っ
ており、主記憶が解放されるときは、ページテーブルエ
ントリはハードウェア的に無効になるだけで、ソフトウ
ェア的には有効で、しかもそのエントリおよびページは
消去されずにそのまま残される。

従って、主記憶を割り当てるときには、ページテーブル
エントリを調べるだけで、ページが再使用可能であるか
どうかが判断できることになる。

この判断で、ページが再使用可能であるとされた場合に
は、再使用可能ページが古い順に配列されて再使用可能
ページができるだけ長く主記憶中に残るようになってい
るので、二次記憶装置からページの内容を主記憶に読み
込む必要がなく、主記憶中に残ったページ内容がそのま
ま使用される。

その結果、二次記憶装置から主記憶へのページインの回
数が少なくなる。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を第１図、第５図〜第７図を用い
て説明する。

第１図は本発明の実施例による主記憶の管理情況を示す
図であり、主記憶ページテーブル１１０と主記憶割り当
て管理部１３０とから主記憶１２０を管理するように構
成されている。

主記憶ページテーブル〕１０は、主記憶１２０上のペー
ジを記憶しておくためのテーブルであり、その主記憶ペ
ージテーブルエントリ１］３には、バリッドビット、ペ
ージテーブルエントリリスト。

ページ番号等の情報が設定される。このうち）Ｘ＋ソリ
ッドットには、ハードウェアで主記憶１２０上のページ
をチエツクするバリッドビット１１１の他に、特にソフ
トウェア的にページテーブルエントリ１１３が使用中か
否かを示すビット情報を持っている。このビット情報を
本実施例ではソフトウェアバリッドビット１１２という
。これら両ビット１１１，１１２の組合せ内容は次の通
りである。

ハードウェア、ソフトウェアの両バリッドピント１１１
　１１２が共にオフ「０」ならばそのエントリ１１３は
未使用である。ハードウエアバリッドビ７１−１１１が
オフｒＯＪ、ソフトウェアバリ。

ドビソト１］２がオン「１０のエントリ１１３はソフト
ウェア的に意味のある情報を持っているが、ＣＰＩＪが
そのページを参照するとページフォールトの例外を発生
する。このとき、主記憶上のページは”再割り当て可能
”となっている。ノ＼−ドウエア、ソフトウェアの両バ
リッドビット１１１１１２が共にオン「１」ならばその
エントリ１１３は使用中である。

一方、主記憶１２０の中は３種類のページに分割される
。主記憶ページテーブル１１０のとのページテーブルエ
ントリ１１３からも指されていない未使用ページ１２１
、ノ・−ドウエア的にバソ、ツドなページテーブルエン
トリ１１３から指されている使用中ページ１２２、及び
ハードウェア的にはバリッドでないがソフトウェア的に
はパリ、ドなページテーブルエントリ１１３から指され
ている再割り当て可能ページ１２３がある。これらのペ
ージは主記憶ページテーブル１１０のベーンテーブルエ
ントリ１１３内のページ番号１１４により指される。

また、主記憶割り当て管理部１３０は○Ｓ１即ち監視プ
ログラムによるノ・−ドウエア資源の管理を行う機能を
有する。主記憶割り当て管理部１３０には、主記憶１２
０の未使用ページ１２１の割り当て管理を行なう主記憶
割り当て管理表１３２、および再割り当て可能なページ
１２３を指すページテーブルエントリ１１３のリストの
先頭を指す再割り当て可能ページテーブルエントリリス
トヘッダ１３１がある。

なお、本実施例では、図示するように再割り当て可能ペ
ージテーブルエントリリスト１１５を主記憶ページテー
ブル１１０の中に構成して、この再割り当て可能ページ
テーブルエントリリスト１１５は主記憶割り当て管理部
１３０のページテーブルエントリリストヘッダ１３１に
より指されるようになっている。

さて、次に上記のように構成した本実施例の主記憶解放
手順を第５図に従って説明する。

ページフォールトの例外が発生すると、Ｏ８は主記憶に
余裕をつくるため主記憶１２０上のあるページを選択し
、そのページ内容を二次記憶装置にページアウトして主
記憶を解放するが、このとき、ページテーブルエントリ
１１３は消去せず、ページテーブルエントリ１１３のノ
＼−トウエアノ＼リッドビット１１１のみをオフ「０」
にする（ステップ５０１）。すなわち、ページテーブル
エンドリ１１３をハードウェア的に無効にするだけで、
エントリおよびページはそのままにしでおく。ここで、
ハードウェアバリッドビットのみをｒＯＪとし、ソフト
ウェアバリッドビットを「１」のままにしておくのは、
ソフトウェアバリッドピントもオフｒＯＪにすると、完
全に解放されて利用者以外の者に使われてしまうからで
あり、またエントリおよびページをそのままにしておく
のは記録を残しておくためである。

そして、ページテーブルエントリ１１３を再割り当て可
能ページテーブルエントリリスト１１５の後尾につなぐ
（ステップ５０２）。上記のようにして予め生成された
再割り当て可能ベーンはポインタにより順次つないでい
き、先頭から使ってい（ようにするためである。

次に、本発明の主記憶割り当て手順を第６図に従って説
明する。

先ず、主記憶を割り当てようとするアドレスのページテ
ーブルエントリを調ヘ　ページか再割り当て可能か否か
判断する（ステ、プロ０１．６０２）。

ページが再割り当て可能の場合（ハードウェアバリ、ド
ビット「０」、ソフトウェアバリッドビット「１」）、
主記憶ページテーブル１１０の当該ページテーブルエン
トリ１１３を再割り当て可能ページテーブルエントリリ
スト１１５から取り除き、ハードウェア的にもバリッド
な状態（ハードウェアバリッドビット「１」、ソフトウ
ェアバリッドピント「１」）、即ち使用中にして終了す
る（ステップ８０３．６０４）。この場合において、解
放したページがそのまま主記憶中に残っているので、二
次記憶装置からページの内容を主記憶に読み込む必要が
なくなる。

ステップ６０２でページが再割り当て可能でない場合に
は、新しく主記憶を割り当てる必要があるが、このとき
主記憶中に未使用ページかあるかないかで処理が分かれ
る（ステップ６０５）。

主記憶割り当て管理部１３０の主記憶割り当て管理表１
３２を調べた結果、未使用ページが存在する場合、該当
ページを割り当て済みにしてページイン処理を行ない、
ページテーブルエントリ１１３に情報を設定して終了す
る（ステップ６０６〜６０８）。この処理は第３図で説
明した従来例と同じである。

上記ステップ６０５において、未使用ページ１２１が存
在しない場合、再割り当て可能ページテーブルエントリ
リスト１１５の先頭のエントリ１１３を取り外して、そ
のエントリ１１３の指している主記憶ページを主記憶割
り当て管理表１３２内で未割り当て状態にすることによ
り解放し、エントリ１１３はソフトウェアバリッドピン
ト１１２をオフｒＯＪにして未使用状態にする（ステッ
プ６０９）。　その後は、未使用ページが存在する場合
とまったく同じ手順で主記憶を割り当てる（ステップ６
０６〜６０８）。

なお上記した未使用ページが存在しない場合（ステ、プ
ロ　０５．　６０９）の説明においては簡単化のために
、再割り当て可能ページをいったん解放して新しいエン
トリのために割り当てるようにしたが、再割り当て可能
ページのページ番号をソノまま新しいエントリのために
使うことも可能である。

また、第１図においては再割り当て可能ページテーブル
エントリリスト１１５を主記憶ページテーブル１１０の
中に構成したが、このリス）１１５の構成方法は本発明
の本質とは関係がない。例えば、ページテーブル１１０
の中にリストを構成するだけの余裕がなければ、第７図
に示すように主記憶ページテーブル１１０の外に再割り
当て可能ページテーブルエントリリスト７］０を構成す
ることも可能である。

さらに第１図および第７図中では単方向リストとしたが
、双方向リストを使ってもよい。

以上述べたように本実施例によれば、主記憶ページテー
ブルにソフトウェア的に使用中であるが否かの情報であ
るソフトウェアバリッドビットを持たせ、主記憶を解放
するときは、ページテーブルエントリをハードウェア的
に無効にするだけで、エントリおよびページはそのまま
残しておき、主記憶を割り当てるときには、ページテー
ブルエントリを調べるだけで、ページが再使用可能であ
るかどうかを判断でき、しかも、新規に生成した再使用
可能ページができるだけ長（主記憶中に残るように再使
用可能ページを生成した順番に並べるようにして、古い
ものから主記憶を割り当てることにより、二次記憶装置
から主記憶へのページインの回数を少なくすることがで
きる。

したがって、運悪くページアウトされた直後に、そのペ
ージが参照されるような場合であっても、当該ページテ
ーブルエントリが再割り当て可能ページテーブルエント
リリストに残っている限り、主記憶上の当該ページはそ
の内容に何らの変更もされていないページであるから、
ベーンアウトしたときのページテーブルエントリ、およ
びページが残っているので、二次記憶装置にページアウ
トしたページを主記憶にページインする必要がなく、参
照できる。従って、このような場合の参照には１／○を
介さずＣＰｔＪ速度で実行できるので、システムにとっ
て負荷とはならない。

［発明の効果］ 以上、本発明によれば次の効果を発揮する。

（１）主記憶中に再使用可能なページを設け、主記憶を
この再使用可能ページを使って割り当てるようにしたの
で、主記憶を有効利用できる。また、解放したページが
そのまま主記憶中に残っている場合、二次記憶装置から
ページの内容を主記憶に読み込む必要がないので、シス
テムの負荷が大幅に軽減される。

（２）さらに、ページが再割り当て可能であるかどうか
はページテーブルを調べればわかるで、実現に要するオ
ーバヘッドは少ない。また、ソフトウェア的なビットを
付加するというソフトウェア上の変更で済むので、既存
のハードウェアだけで実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の主記憶割り当て管理方式の実施例を示
す説明図、第２図は本発明が対象とするハードウェアの
アドレス変換機構の概略図、第３図はページフォールト
の例外が発生した場合の従来の処理説明図、第４図は従
来方式のページアウトの説明図、第５図は本実施例によ
る主記憶解放を説明するフローチャート、第６図は同じ
く本実施例による主記憶割り当てを説明するフローチャ
ート、第７図はページテーブル中にリストを構成するこ
とができない場合の、再割り当て可能ページテーブルエ
ントリリストの他の実施例を示す説明図である。 １１０は主記憶ページテーブル、１１１はハードウェア
バリッドビット、１１２はソフトウェアバリ、ドビット
、１１３はページテーブルエントリ、１１４はページ番
号、１１５はページテーブルエントリリスト、１２０は
主記憶、１２１は未使用ページ、１２２は使用中ページ
、１３３は再割り当て可能ページ、１３０は主記憶割り
当て管理部、１３１は割り当て可能ページテーブルエン
トリリストヘンダ、１３２は主記憶割り当て管理表であ
る。 本実施例の構成 第１図 本発明の対象とするバー）゛つ＋７の７ドレス変換機構
の概略図第２図 ヘ１り゛ 他の実施例のリスト 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 主記憶をある一定のページ余裕をもって使用する仮想記
   憶方式の計算機において、 主記憶上のページを記憶しておくための主記憶ページテ
   ーブルにハードウェア的に使用中であるか否かの情報に
   加えてソフトウェア的に使用中であるか否かの情報をも
   たせ、 ページ余裕を作るために主記憶を解放するときは、ペー
   ジテーブルエントリをハードウェア的に無効にするだけ
   で、そのエントリおよびページはそのまま残しておくこ
   とによりページを再使用可能に設定すると共に、設定し
   た順序でこの再使用可能ページが使用されるように配列
   し、 主記憶を割り当てるときは、ページテーブルエントリを
   調べてページが再使用可能であるかどうか判断し、ペー
   ジが再使用可能であるときは、ページテーブルエントリ
   をハードウェア的に有効にすることにより、 外部記憶装置から主記憶へのページインの回数を少なく
   したことを特徴とする主記憶割り当て管理方式。