JPH0484345A - 記憶領域管理装置 - 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】 Ａ、産業上の利用分野 この発明は、複数のプログラムを並行処理するために、
コンピュータに備えられている記憶装置の連続した記憶
領域を各プログラムに動的に割り当てる記憶領域管理装
置に関する。

Ｂ、従来技術 複数のプログラムから出力されるデータをコンピュータ
の記憶装置の連続した領域内に格納していく場合や、各
プログラムの一部を前記記憶領域内に格納して実行して
いく場合、各プログラムが要求したサイズの記憶領域を
、各プログラムに動的に（要求に応じて）割り当ててい
くのであるが、このとき、あるプログラムが別のプログ
ラムの記憶領域を犯さないように、記憶領域を管理する
ことが必要となってくる。

この記憶領域の管理は、記憶装置中の未使用領域や使用
領域のサイズ、各領域のアドレス、各領域を使用してい
るプログラム名などを管理しておき（管理テーブルとい
う表形式で、各領域の管理を行う場合が多い）、プログ
ラムから記憶領域の使用要求がくると、その要求サイズ
に応じた未使用領域をそのプログラムに割り当てていく
もので、現在、オペレーティングシステム（以下、Ｏ５
）と呼ばれる基本ソフトウェアが生体となって行ってい
る。

Ｃ１発明が解決しようとする課題 Ｏ５による記憶領域管理では、記憶領域のサイズを、あ
る特定のサイズの整数倍毎に管理している。つまり、各
プログラムから出された要求サイズそのものを割り当て
るのではなく、要求サイズに適合する「ある特定サイズ
の整数倍の」サイズを割り当てている。これは、記憶領
域の管理を簡単化（管理テーブルを簡単化）しようとす
るもので、例えば、１バイト毎に記憶領域を管理した場
合、どのプログラムがどこの領域（領域のアドレス）を
使用しているかという情報を、１バイト。

２バイト、３バイト、・・・というように、１バイト毎
の単位で管理する必要があるため、当然、管理テーブル
もその単位ごとにプログラム名や領域アドレスを格納し
たものとなってしまい、管理する領域サイズの量が膨大
なものになる。これを解消するために、例えば最小の領
域サイズを比較的大きな３２バイトに特定し、３２バイ
トの整数倍、すなわち、６４バイト、９６バイト、・・
・という単位で管理している。

しカルながら、このような管理では、例えば、５バイト
の記憶領域をプログラムが要求したとしても、最小単位
である３２バイトが割り当てられることになり、記憶領
域が無駄に使われ、メモリの利用効率が低下するという
問題点がある。

また、Ｏ３は汎用的に記憶領域の割り当てを行っている
、つまり、複数のプログラムを対象とする場合、全ての
プログラムの記憶領域の管理をまかなっている。このた
め、管理テーブルも複数のプログラムの管理情報（前述
のサイズ、アドレスなど）を収納したものになり、１つ
のプログラムからの要求が出されても、複数のプログラ
ムの管理テーブルを参照して未使用領域を検索し、その
領域の劃り当てを行うため、その未使用領域の検索に要
する時間はかなり長いものになってしまうという欠点が
ある。

この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであ
って、記憶領域の利用効率の向上および記憶領域の割り
当て処理時間の短縮化を図ることができる記憶領域管理
装置を提供することを目的としている。

０１課題を解決するための手段 この発明は、上記目的を達成するために次のような構成
を備えている。

即ち、この発明は、コンビニｉりの記憶装置の記憶領域
を使用する複数のプログラム毎に装備される記憶領域管
理装置であって、前記プログラムから要求された記憶領
域サイズを各プログラムごとに設定された最小領域サイ
ズの整数倍のサイズに換算し所定サイズの領域をプログ
ラムに割り当てる領域割り当て手段と、前記割り当てた
領域サイズや、プログラムから解放された割り当て領域
のアドレスなどを収納するノードを各領域サイズの大小
順に二分してこれらをリンク結合したバイナリ−ツリー
を作成するバイナリ−ツリー作成手段と、作成されたバ
イナリ−ツリーを記憶するバイナリ−ツリー記憶部と、
学習モード時に、前記各領域サイズの要求回数を記録す
ることによって使用領域サイズの頻度を記録する使用頻
度記録部と、前記学習モードを終了した後に、前記記録
された各領域サイズの使用頻度を参照し頻度の高い領域
サイズのノードほど前記バイナリ−ツリーの比較的上位
に位置するようにバイナリ−ツリーを再構成し、再構成
後のバイナリ−ツリーで前記バイナリーツリー記憶部を
更新するバイナリ−ツリー再構成部と、実行モードの時
に、再構成されたバイナリ−ツリーを用いて前記解放領
域情報の検索を実行し、その検索結果を前記領域割り当
て手段に送出する解放領域検索手段とを備えたことを特
徴としている。

Ｅ０作用 この発明によれば、記憶領域管理装置を各プログラム毎
に装備しているので、各記憶領域管理装置は１つのプロ
グラムに割り当てられる記憶領域を管理することになる
。したがって、Ｏ３のように複数のプログラムの記憶領
域の情報を一括して管理するよりも、その情報量を少な
いものにすることができる。

これムこ加えて、プログラム番こ記憶領域を割り当てる
たびに、割り当てたサイズ、そのサイズの領域が返還さ
れた情報などをノードとしたバイナリ−・ツリー（各領
域サイズのノードを大小順に二分してリンク結合した木
構造データ）を、バイナリ−ツリー作成部が作成する。

一方、学習モードにおいて、使用頻度記録部が各領域サ
イズの要求回数（頻度）を記録し、学習モード終了後、
バイナリ−ツリー再構成部が、前記記録された各領域サ
イズの頻度を参照して頻度の高いサイズのノードほど上
位になるようにバイナリ−ツリーを再構成する。解放領
域検索手段は、バイナリ−ツリー再構成後の実行モード
において、再構成されたバイナリ−ツリーを用いて解放
ｉｔＪ域の検索を行い、検索結果を領域割り当て手段に
送出する。

したがって、あるサイズの解放領域の検索を行う場合、
要求頻度の高いものから順に検索されるため、そのサイ
ズを早期に検索する可能性が高くなり、検索時間の短縮
化、ひいては割り当て処理時間の短縮化が図れる。

また、領域割り当て手段は、プログラムから要求された
サイズを、各プログラムに応した最小領域サイズの整数
倍のサイズに換算して割り当てているため、ｏＳのよう
に全てのプログラムに対応できるように比較的大きな最
小領域サイズの整数倍で割り当てた場合のように、要求
サイズよりも遥かに大きなサイズを割り当てることがな
い。

Ｆ、実施例 以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

まず、第２図を参照して、この発明の記憶領域管理装置
の使用例について説明する。

図に示すように、複数のプログラムＰ１〜Ｐｎ（一般に
これらはアプリケージぢンプログラムと呼ばれる応用プ
ログラムである）を並列動作させる場合、各プログラム
Ｐ１〜Ｐｎからデータを記憶装ｆｌ内に格納したいとい
う要求が出される。

これを受けて記憶装置！１内の記憶領域を割り当ててい
くのが、記憶領域確保部！Ｍ１〜Ｍｎであり、各プログ
ラムＰ１〜Ｐｎ毎に設けられている。Ｏ５は、直接、記
憶装置１をアクセスするもので、各記憶領域管理装置Ｍ
１〜Ｍｎから出された要求に応じて記憶装置ｌの記憶領
域を各記憶領域管理装置Ｍ１〜Ｍｎに割り当てていく。

次に、第１図を参照して記憶領域管理装置の構成につい
て説明する。

図中、符号２はＯ５に対して要求を出し、所要のサイズ
の記憶領域を確保しておく記憶領域確保部、３はプログ
ラムから要求された領域サイズに応じて、確保している
記憶領域をプログラムに割り当てる端域割り当て手段と
しての領域管理部、４は後述するバイナリ−ツリーを作
成したり、検索したりするバイナリ−ツリー管理部、５
は作成されたバイナリ−ツリーを格納するバイナリ−ツ
リー記憶部、６はプログラムが要求した領域サイズの頻
度（回数〕をカウントし、それを自身のカウンタに記録
していく使用頻度記録部、７は領域サイズの頻度に応じ
てバイナリ−ツリーを再構成するツリー再構成部である
。

このような構成による動的記憶領域割り当ての大まかな
動作は、以下のとおりである。

■プログラムから要求のあったサイズをそのサイズに適
した所定のサイズに換算する。

■換算したサイズの領域をプログラムに割り当てる。

■割り当てた領域サイズのノードを作成し、作成した各
サイズのノードを大小順に二分し、それらをリンク結合
して木構造化する（バイナリ−ツリーの作成）。

このように、記憶領域割り当てを動的に行う一方、割り
当てた領域サイズの管理を行うためのバイナリ−ツリー
を作成していく、このバイナリ−ツリーは、割り当て要
求が出されたときに、その要求サイズの解放領域（−度
プログラムに割り当てられた後、プログラムが返還して
きた領域）があるかどうかを高速に検索するためのもの
で、要求されるたびにそのサイズのノードを作成し、後
にそのサイズが解放されると、解放された領域のアドレ
スを書き込むことによって、割り当てた領域が解放され
たか、解放された領域のアドレスほどこか、という情報
を管理するものである。

さて、上記のような一連の割り当て動作を行うにあたり
、この発明の記憶領域管理装置は、以下の処理を並行し
て行う。

（イ）学習モードと称して、プログラムから要求のあっ
たサイズの使用頻度をカウントし、（ロ）しかるのち、
実行モードに切り換える際に、使用頻度の高いサイズの
ノードをバイナリ−ツリーの上位に、頻度が低くなるほ
ど下位に、位置するようにバイナリ−ツリーを再構成す
る。

このように、要求頻度の高いものを上位にもってくるこ
とで、バイナリ−ツリーの検索の高速化を図っている。

学習モードから実行モードへの切り換えには、次のよう
な態様がある。

（ハ）プログラムの実際の運用を行う前に、プログラム
の作成者や管理者によって、学習（使用頻度の記録）を
済ませておき、実際に運用するとに実行モードに切り換
えて、再構成されたバイナリ−ツリーを用いて解放領域
の検索を行う。

（ニ）プログラムの運用開始とともに、学習を開始し、
実行モードへの切り換えはユーザの判断により適宜行う
。

（ホ）（ニ）において、実行モードへの切り換えを記憶
領域管理装置が判断し、自動的番二行う。

この判断には、プログラムからの要求回数や、あるサイ
ズの使用頻度数などの基準値を予め設定しておき、この
基準値を趨えたかどうかで判断するようにすればよい。

次に、上述した一連の動作を、第３図のフローチャート
をもとにして、さらに詳細に説明する。

ただし、予め記憶領域確保部２により、Ｏ５を介して記
憶装置１から、所要の記憶領域が確保されているとし、
以下の領域割り当てはこの記憶領域に対して行うものと
する。

ステップＳ１で、プログラムからの記憶領域の使用要求
サイズを入力する。

ステップＳ２で、入力したサイズを所定のサイズに換算
する。この換算したサイズが実際にプログラムに劃り当
てられるサイズとなる。

所定サイズは、予め設定した最小単位のサイズを整数倍
にし、入力したサイズよりも大きく、かつ、その中で最
も小さなサイズを規定するものである。

例えば、最小単位のサイズを４バイトとし、入力したサ
イズを７バイトとすると、４の倍数で７よりも大きく、
最も７に近い値を次式によって算出する。

ＵＸ（ｎ−１）＜Ｘ≦ＵＸｎ 上式の符号Ｕは最小単位のサイズ（４バイト）。

ｎは整数倍するための自然数、Ｘは入力されたサイズ（
７バイト）であり、「ＵＸｎ」が所定サイズである。し
たがって、上式を満足するようなｒＵＸｎ」を求め、こ
れを所定サイズとする。この結果、ＵＸｎ−８バイトが
算出される。算出された所定サイズを以下、符号Ｓで記
す。

このように、要求サイズを各プログラムに応した最小領
域サイズの整数倍のサイズに換算することによって、Ｏ
５のように、例えば７バイトの割り当て要求のときに３
２バイトの領域を割り当てることなく、記憶領域の利用
効率が向上する。

ステップＳ３で、使用頻度記録部６のサイズＳの使用頻
度カウンタに「１」を加える。

このステップＳ３は学習モードのみ実行される処理で、
実行モードへの切り換えがなされていないとき、すなわ
ち、前述の（ハ）〜（ホ）による実行モードの切り換え
要求が出されていないときに使用頻度記録部６によって
履行される処理である。

ステップＳ４で、ツリー管理部４はツリー記憶部５内を
検索し、サイズＳのノードがあるかを検索する。

ステップＳ５で、ノードの存在を判断し、なければ、ス
テップＳ６に進んで、サイズＳのノードを作成し、すで
に存在していればステップＳ７に進む。

このノードは、バイナリ−ツリーの節点となるもので、
４つの情報を格納する１つのメモリ単位である。ａ金的
に表すと第４図（ａ）のような４分割された１つの「箱
」になる。この「箱ｊの左上のボックスＢＯには領域サ
イズＳが、右上のボックスＢ】には解放領域のリスト（
解放された領域のアドレスを書き並べたもの）が、左下
のボックスＢ２にはサイズＳよりも小さなサイズのノー
ドのアドレスが、右下のボックスＢ３にはサイズＳより
も大きなサイズのノードのアドレスが格納されこの左右
下側のボックスに大小のサイズのノードのアドレスを書
き込むことによって、各ノードは大小順に二分され、リ
ンクで結合されたバイナリ−ツリーが構成される。構成
されるバイナリ−ツリーの一例を第４図（ｂ）に示す、
この図のバイナリ−ツリーは４バイトの倍数で管理され
たサイズＳのバイナリ−ツリーである。なお、図中符号
Ｒで示したルートはバイナリ−ツリー検索の開始点であ
り、上位のノード（この例では１２バイトのノード）の
アドレスが書き込まれている。

サイズＳのノードがすでに作成されていれば、ステップ
Ｓ７で、解放領域があるかどうかの判断を行う、すなわ
ち、ノードの右上のボックスを読み込み、そのボックス
内に解放領域のアドレスが書き込まれているかどうかを
判断する。

プログラムが一旦割り当てられた領域を解放するとき、
その解放領域のサイズ、アドレスが送られてくるので、
割り当て領域が解放されると、該当するサイズのノード
の右上のボックス中に、そのアドレスが書き込まれる。

解放領域のアドレスが書き込まれていれば、ステップＳ
８に進み、そのアドレスをプログラムに送ることで解放
領域をプログラムに割り当てる。

解放領域のアドレスが書き込まれていなければ、ステッ
プＳ９に進む。

ステップＳ９で、記憶領域から新たにサイズＳの領域を
確保して、ステップＳ８に移行し、その領域をプログラ
ムに割り当てる。

このようにして、プログラムへの記憶領域の動的割り当
ておよびバイナリ−ツリーの作成、割り当て要求サイズ
の頻度の記録（学習モード）が行われる。

そして、前述の（ハ）〜（ホ）に記載したような実行モ
ードの切り換えが行われると、ツリー再構成部７は使用
頻度記録部６が記録した各サイズの使用頻度を参照して
、バイナリ−ツリーの再構成を行う、以下、この処理に
ついて説明する。

まず、ツリー再構成部７は、空き領域管理部６から各サ
イズとその使用頻度数を読み出す。

読み出された各サイズと使用頻度数（カウンタ値）の−
例を表形式にして次に示す。

第１表 第１表において、区間幅は入力サイズの範囲を示してい
る０割当サイズと頻度数から、まず、全体の割当サイズ
（４〜２０）中で最も要求される確率の高いサイズを次
の０式によって夏山する。

Ｍ−Σ　５ｉｘｐｉ　　・・・・・団・・・・■■式に
おいて、Ｍは各要求サイズの重み付は平均偵、Ｓｉは各
割当サイズ、Ｐｉは各割当サイズが要求される確率で、
各サイズの頻度数を頻度数の総数で割ったものである。

第１表を例にして、０式を計算すると、Ｍ−９，４２と
なり、この値に最も近いサイズのノードをバイナリ−ツ
リーの上位に配置する。

上の表を参照すると、割当サイズ−８がＭに最も近いサ
イズであるので、８バイトのノードをバイナリーツリー
の上位とする。

次に、８バイトよりも大きな割当サイズ（１２〜２０）
を対象として■の計算を行い、その中でＭに最も近いサ
イズのノードを８のサイズのノードの右側下位に配置す
る。つまり、８のサイズのノードの右下のボックスにＭ
に近いサイズのノードのアドレスを書き込む、このよう
な処理を順に繰り返して、バイナリ−ツリーにおける８
のノードの右側に配置するノードを木構造化する。８バ
イトよりも小さなサイズに対しても同様にして左側へ配
置していく、これによって、要求される確率の高いもの
から、順に下位へとのびるバイナリ−ツリーが再構成さ
れる。再構成されたバイナリ−ツリーを第５図に示す。

このようにバイナリ−ツリーを再構成したのち、実行モ
ードで第３図のフローチャートの処理にしたがって、動
的割り当てを行う。

すなわち、実行モードでの動的割り当てでは、第３図の
ステップＳ３の処理が省略されで、ステップＳ２からス
テップＳ４に移行する。このステップＳ４で、バイナリ
−ツリー内にサイズＳのノードがあるかを検索するので
あるが、このとき、バイナリ−ツリーは要求される確率
の高いものから順に下位にいくように再構成されている
ので、上位から検索を行うと、要求されたサイズＳのノ
ードを捜し当てる確率が高くなり、このステップＳ４で
の処理時間（検索時間）を大幅に短縮化することができ
る。

Ｇ１発明の効果 以上の説明から明らかなように、この発明に係る記憶頭
載管理装置は、記憶領域を割りつける際に、プログラム
から要求のあった領域サイズを各プロゲラＬに応じた最
小領域サイズの整数倍のサイズに換算しているので、Ｏ
８のように、比較的大きな最小領域サイズの整数倍で割
り当てた場合のように、要求サイズよりも遥かに大きな
領域を割り当てることがなく、記憶領域の利用効率を向
上させることができる。

また、学習モードにおいて、プログラムから要求のあっ
た各領域サイズの頻度を記録しておき、その頻度の高い
領域サイズのノードほど上位に位置するようにバイナリ
−ツリーを再構成し、実行モードにおいて、再構成した
バイナリ−ツリーを用いて解放領域の検索を行うように
したので、検索時間の短縮化、ひいては割り当て処理時
間の短縮化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第５図は、この発明の一実施例に係り、′
ｔＪ１図は装置の概略構成を示したブロック図、第２図
は装置の使用例を示した図、第３図は動的割り当て処理
の流れを示したフローチャート、第４図はバイナリ−ツ
リーの一例図、第５図は再構成されたバイナリ−ツリー
の一例図である。 ｌ・・・記憶装置ｆ　　　　３・・・領域管理部４・・
・バイナリ−ツリー管理部 ５・・・バイナリ−ツリー記憶部 ６・・・使用頻度記憶部 ７・・・バイナリ−ツリー再構成部 特許出願人　株式会社　島津製作所

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）コンピュータの記憶装置の記憶領域を使用する複
   数のプログラム毎に装備される記憶領域管理装置であっ
   て、前記プログラムから要求された記憶領域サイズを各
   プログラムごとに設定された最小領域サイズの整数倍の
   サイズに換算し所定サイズの領域をプログラムに割り当
   てる領域割り当て手段と、前記割り当てた領域サイズや
   、プログラムから解放された割り当て領域のアドレスな
   どを収納するノードを各領域サイズの大小順に二分して
   これらをリンク結合したバイナリーツリーを作成するバ
   イナリーツリー作成手段と、作成されたバイナリーツリ
   ーを記憶するバイナリーツリー記憶部と、学習モード時
   に、前記各領域サイズの要求回数を記録することによっ
   て使用領域サイズの頻度を記録する使用頻度記録部と、
   前記学習モードを終了した後に、前記記録された各領域
   サイズの使用頻度を参照し頻度の高い領域サイズのノー
   ドほど前記バイナリーツリーの比較的上位に位置するよ
   うにバイナリーツリーを再構成し、再構成後のバイナリ
   ーツリーで前記バイナリーツリー記憶部を更新するバイ
   ナリーツリー再構成部と、実行モードの時に、再構成さ
   れたバイナリーツリーを用いて前記解放領域情報の検索
   を実行し、その検索結果を前記領域割り当て手段に送出
   する解放領域検索手段とを備えたことを特徴とする記憶
   領域管理装置。