JPH0484335A - 仮想計算機制御方式 - 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】 〔概要〕 実ベクトル計算Ｉ！を備えたマルチプロセンサシステム
において、仮想ベクトル計：ｔｉの切り換え制御を効率
化した仮想計算機制御方式に関し。

ベクトルレジスタの退避・復元のためのＶＭモニタによ
るオーバヘッドを小さくすることを目的とし。

１台の実ベクトル計算機を、複数の仮想ベクトル計算機
ができるだけ競合して使用することがないように、仮想
ベクトル計算機を実ベクトル計算機にくくりつけて割り
当てる制御を行う起動制御部と、実ベクトル計算機を他
の仮想ベクトル計算機と競合して使用する場合にのみ、
ベクトルレジスタの退避・復元を行うディスパッチ制御
部とを備えるように構成する。また、優先的に実行させ
る仮想ベクトル計算機を外部から指定する優先実行指示
手段と、優先実行指示があった仮想ベクトル計算機を特
定の実ベクトル計算機にくくりつける制御を行う起動制
御部とを備えるように構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、実ベクトル計算機を備えたマルチプロセッサ
システムにおいて、仮想ベクトル計算機の切り換え制御
を効率化した仮想計算機制御方式に関する。

大量なデータを高速に処理するために、スーパーコンピ
ュータと呼ばれるベクトル演算機能を持つベクトル計算
機が多く用いられるようになってきている。これに伴い
、仮想計算機においても。

仮想的なベクトル計算機を実現することが必要とされ、
効率的な割り当て制御が必要とされている。

以下の説明では１次のように用語を使用する。

・ＶＭモニタとは、仮想計算機システム全体を制御する
制御プログラムを意味する。

・ＶＭ−ＣＰＵとは、仮想計算機（ＶＭ　：　Ｖｉｒｔ
ｕａｌＭａｃｈｉｎｅ）のＣＰＵを意味する。

・ベクトル−ＣＰＵとは、ベクトルレジスタ（ＶＲ）を
備え、ベクトル演算機能を持つＣＰＵを意味する。

・ヘクトルーＶＭとは、１台以上のベクトル−ＣＰＵを
備えた仮想計算機を意味する。

・ＶＭ−ベクトル−ＣＰｔＪとは５仮想計算機のへクト
ルーＣＰＵを意味する。

〔従来の技術〕

従来、実ＣＰＵがマルチプロセンサ構成をとる計ｘｉ上
で複数のＶＭ−ＣＰＵを動作させる場合。

ＶＭ−ＣＰＵを特定の実ＣＰＵでのみ動作させるという
ように１特定の実ＣＰＵにくくりつけることはなかった
。すなわち、ＶＭモニタは、以下の（１）〜（５）の処
理を繰り返していた。

（１）次のＶＭ−ＣＰＵが使用するレジスタ類の内容を
復元すると同時に、タイムカンタムを与えるための特殊
タイマをセットする。

（２＞　　次のＶＭ−ＣＰＵに制御ｎヲＦｌｔ　（次（
７）ＶＭＣＰｔＪをディスパッチする）。

（３）特殊タイマにセットした時間が到来する（これを
″タイムカンタムエンドが発生する”という）と、ＶＭ
モニタに割込みが発生する。

（４）　　タイムカンタムエンドが発生したＶＭ−ＣＰ
Ｕのレジスタ類の内容を退避する。

（５）次に制御を渡すべきＶＭ−ＣＰＵを決定する。

次に制御を渡すべきＶＭ−ＣＰＵは、その時点で実ＣＰ
Ｕが割り当てられていないＶＭ−ＣＰＵ群の中で、最も
実行優先順位が高いＶＭ−ＣＰＵである。このとき、ど
のＶＭ−ＣＰＵもその実ＣＰＵを割り当てられる権利を
持っている。これが、どのＶＭ−ＣＰＵも特定実ＣＰＵ
にくくりつけられていない理由である。

ところで、ｃｐｕＯ中には、主に科学技術計算を得意と
するベクトル−ＣＰＵと呼ばれるものがある。ベクトル
−ＣＰＵは１通常のＣＰＵが備えている汎用レジスタ類
に加えて、大容量のベクトルレジスタ（ＶＲ）を備えて
いる。一般に、ベクトルレジスタの容量は大きいため、
ベクトルレジスタの退避・復元にはかなりの時間を要す
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

タイムカンタムエンドになって、実ＣＰＵを他のＶＭ−
ＣＰＵに割り当てるときには、ベクトルレジスタを含む
レジスタ類を退避・復元する必要があるが、従来からの
考えに従って、タイムカンタムエンドごとにベクトルレ
ジスタの内容を退避し、ディスパッチごとにベクトルレ
ジスタの内容を復元すると、それらの処理に時間を要し
、　　ＶＭモニタのオーバヘッドが大きくなるという問
題がある。

本発明は上記問題点の解決を図り、ベクトルレジスタの
退避・復元のためのＶＭモニタによるオーバヘッドを小
さくすることを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

第１図は本発明の構成例を示す。

本発明を実現する仮想計算機システムのハードウェア構
成は１例えば第１図（イ）に示すようになっており、複
数のＣＰＬＪＩＩ−１，１１−２゜・・・が主記憶装置
１０を共用する構成になっている。

ＣＰＵｌｌ−１，１１−２，・・・の中には、ベクトル
レジスタを持ち、ヘクトル演算命令を実行できるように
なっているものと、ベクトルレジスタを持たないものと
が混在している。

このうえで実現される仮想計算機システムの構成は、第
１図（ロ）に示すようになっている。

第１図（ロ）において、１２は仮想計算機の構成定義情
報を記憶するＶＭ構成情報ファイル、１３は仮想計算機
システム全体を制御するＶＭモニタ、１４はタイムカン
タムエンドごとに動作して仮想計算機の切り換え制御を
行うディスパッチ制御部、１５は仮想計算機を生成して
起動する起動制御部、１６は仮想計算機の操作に関する
コマンドを受は付けて処理するコマンド受付部、１７は
コマンド等を入力するためのオペレータコンソール、１
８は優先実行指示手段、１９は実ＣＰＵの割り当てを待
つ仮想計算機の情報を保持するキュ、ＶＭＩ、ＶＭ２は
仮想計算機を表す。

オペレータコンソール１７から、ＶＭ生成コマンド、Ｖ
Ｍ起動コマンド、ＶＭ終了コマンドなどのコマンドが投
入されると、コマンド受付部１６は、そのコマンドで指
定された処理を実行する。

ＶＭ生成コマンドでは、ＶＭ！ｌｉ別名、ＣＰＵ台数。

ベクトルレジスタの使用有無、使用する入出力装置など
の情報がパラメタとして指定可能である。

特に１本発明では、仮想ベクトル計算機について優先実
行させるかどうかをこのパラメタの中で指定できるよう
になっている。

コマンド受付部１６は、ＶＭ生成コマンドが投入される
と、それを解析し、解析結果をＶＭ構成情報として、Ｖ
Ｍ構成情報ファイル１２に格納する。

ＶＭ起動コマンドが投入されると、コマンド受付部１６
は、起動するＶＭ＠別名を起動制御部１５に通知する。

これに対し、起動制御部１５は。

ＶＭ構成情報ファイル１２から該当する仮想計算機の構
成情報を読み出し、その仮想計算機を生成して、ディス
パッチ制御部１４が管理するキュー１９に、仮想計算機
の管理制御表を接続する。

起動する仮想計算機の中でベクトルレジスタを使用する
仮想ベクトル計算機があると、起動制御部１５は、１台
の実ベクトル計算機を、複数の仮想ベクトル計算機がで
きるだけ競合して使用することがないように、仮想ベク
トル計算機を実ベクトル計算機にくくりつけて割り当て
る制御を行う。

また、起動制御部１５は、優先的に実行させる仮想ベク
トル計算機を外部から指定された場合に。

その仮想ベクトル計算機を特定の実ベクトル計算機にく
くりつけ、他の仮想ベクトル計算機を、その特定の実ベ
クトル計算機に割り当てない制御を行う。

ディスパッチ制御部１４は、タイムカンタムエンドが発
生して、仮想ベクトル計算機をディスパッチするときに
、実ベクトル計算機を他の仮想ベクトル計算機と競合し
て使用する場合にのみ、ベクトルレジスタの退避・復元
を行い、他の仮想ベクトル計算機と競合しない場合には
、汎用のレジスタ類の退避・復元だけを行って、ベクト
ルレジスタについては退避・復元の処理を省略する。

〔作用〕

従来技術の問題は５以下の点にある。

（１）　　ＶＭ−ベクトル−ＣＰＵのタイムカンタムエ
ンドが発生したとき、それ以後にその実ＣＰｔＪ上でそ
のＶＭ−ベクトル−ＣＰＬＩとは異なるＶＭベクトル−
ＣＰＵが動作する可能性があり、ベクトルレジスタの内
容を退避しておかなければならない。

（２）次に制御を渡すべきＶＭ−ＣＰＵがＶＭ−ベクト
ルーＣＰＵである場合、その実ＣＰＵ上のその時点のベ
クトルレジスタの内容が、制御を渡されるＶＭ−ベクト
ル−ＣＰＵが期待している内容であるとは限らず、ベク
トルレジスタの復元が必要である。

この問題点の分析から明らかなように、１つの実ＣＰＵ
上で動作するＶＭ−ベクトル−ＣＰＵが１つであれば、
その実ＣＰＵのベクトルレジスタの内容が破壊される心
配はなく、ベクトルレジスタの退避・復元を行う必要が
ない。

本発明はこの点に着目し、起動制御部１５により、可能
な限り１つの実ＣＰＵ上で動作するＶＭベクトル−ＣＰ
ＵＯ数を１つにし、ディスバンチ制御部１４では、必要
のないベクトルレジスタの退避・復元の処理を省略して
、ＶＭモニタ１３のオーバヘッドを少なくする。

〔実施例〕

第２図は本発明の実施例に係るくくりつけ制御説明図、
第３図は本発明の実施例に係るベクトルレジスタの退避
・復元説明図、第４図は本発明の実施例に係るＣＰＵの
割り当て例５第５図は本発明の実施例に係る優先割り当
ての例、第６図は本発明の実施例における実ＣＰＵへの
くくりつけを止める例、第７図は本発明の実施例におけ
る新たなＶＭの起動を許可しない例、第８図は本発明の
実施例による４台の実ＣＰＵへの割り当て例、第９図は
本発明の実施例によるディスバンチ制御部の処理フロー
を示す。

第２図に示す例では、３台の実ＣＰＵがあり。

このうち実ＣＰＵ１１ａ、ｌｌｂがベクトルレジスタを
持ち、実ＣＰＵ１１ｃがベクトルレジスタを持たない。

また、仮想計算機ＶＭＩ〜ＶＭ６はそれぞれ１台のＣＰ
Ｕを使用し、このうちＶＭＩとＶＭ２がベクトルレジス
タを使用するものとする。

このＶＭｌ、ＶＭ２を起動するとき、第１図に示す起動
制御部１５は、ＶＭＩを実ＣＰＵ１１ａでだけ動作させ
、ＶＭ２を実ＣＰＵ１１ｂでだけ動作させるというよう
な、実ＣＰＵをくくりつけた起動を行う、他のベクトル
レジスタを使用しないＶＭ３〜ＶＭ６の４台については
、任意の実ＣＰ［Ｊ１１ａ〜Ｉｌｃで動作できるように
する。

例えば、第３図（イ）に示すように、１つの実ＣＰＵ１
１で、ベクトルレジスタを使用するＶＭｌと、ベクトル
レジスタを使用しないＶＭ３とが動作するとき、ＶＭ３
は動作中にベクトルレジスタの内容を破壊することばな
い、したがって、ＶＭｌがタイムカンタムエンドになっ
たときに２それが使用していたベクトルレジスタの退避
は不要であり、また動作再開時に復元も不要である。

第３図（ロ）に示すように、やむを得ず１つの実ＣＰＵ
Ｉ　ｌ上でベクトルレジスタを使用する２以上のＶＭＩ
、ＶＭ２が動作する場合にのみ、ベクトルレジスタの退
避・復元を行えばよい。

本発明によれば、第２図に示すように、可能な塵りＶＭ
−ベクトル−ＣＰＵの競合が起こらないように２実ＣＰ
Ｕのくくりつけが行われるのでベクトルレジスタの退避
・復元は、はとんどの場合について省略可能になる。

ベクトルレジスタを持つ実ＣＰＵの数よりも。

起動されたＶＭ−ベクトル−ＣＰＵの数のほうが多い場
合、競合が生じるが、優先実行指示により。

特定のＶＭ−ベクトル−ＣＰＵを競合させないようにし
、その処理の高速化を図ることも可能である。

次に、実ＣＰＵが２台の場合についての割り当て例を、
第４図に従って説明する。

１）実ＣＰＬＩの台数は２台であるとする。この時点で
は、ＶＭ−ベクトル−ＣＰＵは動作していない。

２）新しく９ベクトル−ＶＭＩが起動されたとき５その
ＶＭ−ベクトル−ＣＰＵ数を調べる。

■　ＶＭ−ヘクトルーＣＰＬＪが１台であればそ（７）
ＶＭ−ヘ’）　トルＣＰ　ＬＪは、実ＣＰＵＩまたは実
ＣＰＵ２にくくりつける。なお、実ＣＰＵへのくくりつ
けの選択順位は１例えばＶＭベクトル−ＣＰＵがまだく
くりつけられていない実ＣＰＵ内の、最若ＣＰＵアドレ
スを持つ実ＣＰＵまたは最老ＣＰＵアドレスを持つ実Ｃ
ＰＵとすることなどが考えられる。説明の都合上。

ここでは実ＣＰＵＩにくくりつけるものとする。

■　ＶＭＩが、２台（ＤＶＭ−ヘ’）　）ル＝ＣＰ　Ｕ
を使用するとき５片方のＶＭ−ベクトル−ＣＰＵを実Ｃ
ＰＵＩに、他方のＶＭ−ベクトル−ＣＰＵを実ＣＰＵ２
にくくりつける。このときの実ＣＰＵへのくくりつけの
アルゴリズムは１例えば最若アドレスＶＭ−ＣＰＵを、
最若アドレスの実ＣＰＵにくくりつける方式が考えられ
る。

この場合、ＶＭ−ベクトル−ＣＰＵが３台以上であるこ
とはない。なぜなら　そのような７Ｍは起動時にチエツ
クし、起動させないからである。

３）次に１ベクトル−ＶＭ２が起動されたとする。

このときもまた、そのＶＭ−ベクトル−ＣＰＵ数を調べ
る。

■　もし、ベクトル−ＶＭＩのＶＭ−ベクトルＣＰＵ数
が１台であり、ベクトル−ＶＭ２のＶＭ−ベクトル−Ｃ
ＰＵも１台であれば、　　ＶＭベクトル−ＣＰＵがくく
りつけられていない実ＣＰＬ１２に、　ベク’ｒ−ルー
ＶＭ２（ＤＶＭ−べ’）トルーＣＰＵをく（りつける、
この場合、　　ＶＭｌとＶＭ２のＶＭ−ベクトル−ｃｐ
υは１台ずつであり、別々の実ＣＰＵにくくりつけられ
るため　ＶＭ−ベクトル−ＣＰＵの競合は生じておらず
、ＶＭモニタのオーバヘッドが増大することはない。

他の場合、ＶＭ−ベクトル−ＣＰＵを実ＣＰＵにどのよ
うにくくりつけたとしても、競合が佳しる。この場合、
ＶＭモニタのオーバヘッドをどうするかの考え方の違い
に応して、以下の方法などを採用できる。

（ａ）　　特定のＶＭ−ベクトル−ＣＰＵを優先し、そ
のＶＭ−ベクトル−ＣＰＵは、他のものと競合しないよ
うにする。この指定は９例えばＶＭシステム利用者に指
定させてもよいし、ＶＭモニタが自動的に決定してもよ
い。

（ｂ）　　上記のような優先ＶＭ−ヘクトルーＣＰＵは
設けずに５以前に実ＣＰＵにくくりつけていたＶＭ−ベ
クトル−ＣＰＵのくくりつけ制御もやめる。

（Ｃ）＜＜りつけの競合が生じるベクトル−ＶＭの起動
を許可しない。

この（ａ）〜（Ｃ）のどれにするかは、仮想計Ｘｉｌシ
ステムのオプションとして、任意に選択できるようにし
てもよい。

第５図は、上記（ａ）の優先割り当てをする例を示して
いる。

第５図（イ）の例では、ＶＭ２の２番目のＶＭベクトル
−ＣＰＵ２に優先実行指示があり、実ＣＰＵ２がくくり
つけられている。このＶＭ−ベクトル−ＣＰＵだけは、
他のＶＭ−ヘクトルーＣＰＵと競合しない。

第５図（ロ）の例では、ＶＭＩのＶＭ−ベクトル−ＣＰ
Ｕについて優先実行指示があるので、７Ｍ２のＶＭ−ヘ
クトルーＣＰＵは実ＣＰＵ２でのみ動作する。

第６図は、上記（ト））のくくりつけを止める例を示し
ている。

ＶＭ２の起動以前には、ＶＭＩのＶＭ−ベクトル−ＣＰ
Ｕを実ＣＰＵＩにくくりつけるが、２台のＶＭ−ベクト
ル−ＣＰＵを使うＶＭ２が起動されると、必ず競合が生
じる。そこでこの例では。

全■Ｍ−ベクトル−ＣＰＵについて、特定実ＣＰＵへの
くくりつけを止める。この場合、従来と同様にディスパ
ッチ時には、ベクトルレジスタの退避・復元が必要にな
る。

第７図は、上記（Ｃ）の競合が生じるような新たなＶＭ
の起動を許可しない例を示している。

ＶＭＩの起動については、その時点で競合が生じないの
で起動を許可する。新たにＶＭ２を起動しようとすると
、競合が生しるので、その起動を不許可とし、ＶＭＩが
終了してから、ＶＭ２の起動を許すようにする。

第８図は、実ＣＰＵが４台の場合の割り当ての例を示し
ている。

１）実ＣＰＵの台数は４台である。この時点では第８図
に示すように、ＶＭＩ〜ＶＭＳが起動されており、ｆｉ
合が生じているが、それぞれ実ＣＰＵにくくりつけられ
ている。

２）ＶＭ２が終了したとする。このとき、実ＣＰＵ３に
「空き」が生じるため、ククりつけの変更を行い、ＶＭ
Ｓ（７）ＶＭ−べ’）　トルーＣＰＵを実ＣＰＵ３にく
くりつける。

３）その後、ＶＭＩが終了したとする。実ＣＰＵ２に「
空き」が生じる。そこで、ＶＭ４のＶＭ−ベクトルーＣ
ＰＵを、それぞれ実ＣＰＵＩ。

実ＣＰＵ２にくくりつける。

実ＣＰＵが２台とか４台に限らず、任意の台数について
、同様に本実施例のようなくくりつけの制御が可能であ
る。くくりつけの情報は１例えば第１図に示すキュー１
９につながれるＶＭ−ＣＰＵの制御表内に、どの実ＣＰ
Ｕで動作させてよいかの印をつけることにより管理する
。この印には例えばＣＰＵアドレスを利用することも可
能である。

第１図に示すディスパッチ制御部１４は５例えば各タイ
ムカンタムエンドごとに１第９図に示す処理を行う、以
下、第９図に示す■〜■に従って説明する。

■　特殊タイマにセットした時間がきて、タイムカンタ
ムエンドになったならば、その対象となッテイるＶＭ−
ＣＰＵが、ＶＭ−ベクトル−ＣＰＵかどうかを調べる。

ＶＭ−ベクトル−ＣＰＵでなければ、処理■ヘスキップ
し、ベクトルレジスタの退避を行わない。

■　ＶＭ−ベクトル−ＣＰＵであれば、その実ＣＰＵを
他のＶＭ−ベクトル−ＣＰＵと競合して使うかどうかを
調べる。競合しなければ処理■へ移る。

■　他のＶＭ−ヘクトルーＣＰＵと競合する場合にのみ
、ベクトルレジスタの内容を退避する。

■　汎用レジスタなどの、その他のレジスタ類を退避す
る。

■　次に制御を渡すべきＶＭ−ＣＰＵをキューから選び
出し、決定する。

■　選択したＶＭ−ＣＰＵは、今まで動作していて空き
になった実ＣＰＵ上で動作させてよいかどうかを判定す
る。他の実ＣＰＵにくくりつけられている場合には、動
作不可であるので、処理■に戻って１次のＶＭ−ＣＰＵ
についての処理を行う。

■　決定したＶＭ−ＣＰＵは、ＶＭ−ベクトルＣＰＵか
どうかを調べる。ＶＭ−ベクトル−ＣＰＵでない場合、
処理［相］へ移る。

■　ＶＭ−ベクトル−ＣＰＵである場合、他のＶＭ−ベ
クトル−ＣＰＵと競合しているかどうかを調べる。すな
わち、ベクトルレジスタの復元が必要かどうかを調べる
。復元の必要がない場合、処理■へ移る。

■　ベクトルレジスタを所定の退避域から復元する。

［相］　その他のレジスタ類を復元する。

■　新しいＶＭ−ＣＰＵに制御を渡し、ディスバンチを
終了する。

〔発明の効果〕

ベクトルレジスタの退避・復元には、データ量が多いた
め時間がかかるが１本発明によれば、仮想計算機のタイ
ムカンタムエンド時に、その仮想計算機の全レジスタの
内容を必ず退避・復元しなければならないということが
なく、ベクトル計算機上のＶＭモニタのオーバヘッドが
小さ（なる。

また、ベクトルレジスタを使用する仮想計算機が複数あ
る場合に２特定のものを優先させて、高速に処理させる
ことができるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成例。 第２図は本発明の実施例に係るくくりつけ制御説明図。 第３図は本発明の実施例に係るベクトルレジスタの退避
・復元説明図 第４図は本発明の実施例に係るＣＰＵの割り当て例。 第５図は本発明の実施例に係る優先割り当ての例 第６図は本発明の実施例における実ＣＰＵへのくくりつ
けを止める例。 第７図は本発明の実施例における新たなＶＭの起動を許
可しない例。 第８図は本発明の実施例による４台の実ＣＰＵへの割り
当て例。 第９図は本発明の実施例によるディスパッチ制御部の処
理フローを示す。 図中、１０は主記憶装置、１１−１．１１−２゜・・・
はＣＰＵ、１２はＶＭ構成情報ファイル、１３はＶＭモ
ニタ、１４はディスバンチ制御部、１５は起動制御部、
１６はコマンド受付部、１７はオペレータコンソール１
１８は優先実行指示手段。 １９はキュー、ＶＭＩ、ＶＭ２は仮想計算機を表す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）少なくとも１台以上の実ベクトル計算機を備えたマ
   ルチプロセッサシステムにおける仮想計算機制御方式に
   おいて、 １台の実ベクトル計算機を、複数の仮想ベクトル計算機
   ができるだけ競合して使用することがないように、仮想
   ベクトル計算機を実ベクトル計算機にくくりつけて割り
   当てる制御を行う起動制御部（１５）と、 仮想ベクトル計算機をディスパッチするときに、実ベク
   トル計算機を他の仮想ベクトル計算機と競合して使用す
   る場合にのみ、ベクトルレジスタの退避・復元を行うデ
   ィスパッチ制御部（１４）とを備えたことを特徴とする
   仮想計算機制御方式。 ２）少なくとも１台以上の実ベクトル計算機を備えたマ
   ルチプロセッサシステムにおける仮想計算機制御方式に
   おいて、 優先的に実行させる仮想ベクトル計算機を外部から指定
   する優先実行指示手段（１８）と、優先的に実行させる
   仮想ベクトル計算、を外部から指定された場合に、その
   仮想ベクトル計算機を特定の実ベクトル計算機にくくり
   つけ、他の仮想ベクトル計算機を、その特定の実ベクト
   ル計算機に割り当てない制御を行う起動制御部（１５）
   とを備えたことを特徴とする仮想計算機制御方式。