JPH064323A - マルチプロセッサシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 システムの性能向上が図れたマルチプロセッ
サシステムを得る。 【構成】 第１のプロセッサＣＰＵ(1-0)がプロセス２
を実行し、共有資源(3-0)〜(3-2)がロックされているか
否かを対応した手段(4-0)〜(4-2)にてチェックを行な
う。ロックの獲得要求に対応した手段(4-0)がロックさ
れていないことを示していると、共有資源(3-0)をアク
セスして実行処理を行なう。ロックの獲得要求に対応し
た手段(4-1)がロックされていることを示し、ロックを
保持しているプロセス４が第２のプロセッサＣＰＵ(1-
1)によって実行中であると手段(5)が判断すると、手段
(5)が第１のプロセッサＣＰＵ(1-0)におけるプロセス２
を待ち状態とする。ロックの獲得要求に対応した手段(4
-2)がロックされていることを示し、ロックを保持して
いるプロセス６が現在実行中でないと手段(5)が判断す
ると、手段(5)が第１のプロセッサはＣＰＵ(1-0)におけ
るプロセス２を、他のプロセスに切り替える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、複数のプロセッサが
共有資源（共用される情報）を利用するマルチプロセッ
サシステムに係わり、特に、複数のプロセッサが共有資
源に競合を起こさずに制御できるマルチプロセッサシス
テムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種、マルチプロセッサシステムにお
いては、複数のプロセッサが共有資源を共有するため、
共有資源の利用に競合が起きないように制御しなければ
ならず、この制御の一手法としてロックを用いる方法が
提案されている。図３は例えば、「並列プログラミング
の基礎」（平成２年７月２５日発行、丸善株式会社発
行、大森健児翻訳、Ｐ．Ｐ．７６〜７７）にて提案され
ている２つのプロセスを実行する時のプロセスの時間経
過を示しているものである。

【０００３】この図３に基づいて、同時に走っている
（ＲＵＮ状態である）２つのプロセス０及びプロセス１
が共有資源ををロックを獲得しあいながら処理を進める
方法について説明する。また、プロセス０が点Ａの時点
でスピンロック（ｓｐｉｎ ｌｏｃｋ）を呼ぶ（獲得要
求を行なう）と、スピンロックは、アンロックの状態
（ロックが開放されている状態）であるので、ロック状
態になり、ロックを獲得する。すると、プロセス０は共
有資源にアクセスし、保護領域内の文を実行し始める。

【０００４】プロセス０が保護領域にいる間に、例えば
点Ｂの時点でプロセス１がスピンロックを呼んだとする
と、プロセス０が既にロックを獲得しているため、スピ
ンロックがロック状態であり、プロセス１はロックを獲
得できず、プロセス１は待ち状態（スピニング、空回
り）になる。プロセス０の実行処理が点Ｃの時点で終了
すると、スピンロックをアンロック状態にする。する
と、プロセス１はこの点Ｃの時点以降の時点Ｄ（ほぼ同
時点）でロックを獲得できる。プロセス１は共有資源に
アクセスし、保護領域内の文を実行しはじめる。この様
にしてプロセス０及びプロセス１の処理は競合せずに、
つまり、共有資源の利用に競合が起きないようにして実
行されることになるものである。

【０００５】また、例えば、特開平３−３００２７号公
報には、複数のプロセスにより共用される情報（共有資
源）をアクセスする際にロックを獲得して他のプロセス
からのアクセスを禁止するものにおいて、ロック獲得を
要求した時に現在ロック獲得に成功しているプロセスの
指定占有時間が短いか長いかを判断して、短い時には待
ち状態となり、長い時には待ち状態とならずロック獲得
を不成功とする制御方式が提案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、図３に示し
たものにおいては、例えば、プロセス１が点Ｄの時点で
ロックを獲得し保護領域内の処理を実行しはじめ、点Ｅ
の時点にてアイドル状態になり、このアイドル状態にな
っている点Ｆの時点にてプロセス０がスピンロックを呼
んだとすると、プロセス１が既にロックを獲得している
ため、スピンロックがロック状態であり、プロセス０は
ロックを獲得できず、プロセス０は待ち状態（スピニン
グ、空回り）になるが、プロセス１はアイドル状態にな
っているため、プロセス１がアンロック状態になるのに
相当な時間を要し、プロセス０はその間有効な処理を行
なうことができず、システムの性能上問題を有している
ものであった。

【０００７】この発明は、上記した点に鑑みてなされた
ものであり、システムの性能向上が図れたマルチプロセ
ッサシステムを得ることを目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明に係わるマルチ
プロセッサシステムは、複数のプロセッサにて利用され
る情報が蓄積されている複数の共有資源と、これら複数
の共有資源に対して、排他使用のためのロックを保持し
ているプロセスを知るための手段と、要求のあったプロ
セスが共有資源の１つをアクセスした際にロックを持っ
ているプロセスが実行中であれば、要求のあったプロセ
スをアクセスする共有資源へのアクセスに対して待ち状
態とさせ、ロックを持っているプロセスが実行中でなけ
れば、要求のあったプロセスを他のプロセスにプロセス
切り替えを行なわせる手段とを設けたものである。

【０００９】

【作用】この発明においては、ロックの獲得要求をする
プロセスがロックを獲得できなかった場合に、ロックを
保持しているプロセスの状態に応じて制御する手段が、
ロックを保持しているプロセスが実行中であると、ロッ
クの獲得要求をするプロセスを待ち状態となさしめ、実
行中でないと他のプロセスに切り替えせしめる。

【００１０】

【実施例】図１は、この発明の一実施例を示すものであ
り、図１において(1-0)及び(1-1)は第１及び第２のプロ
セッサＣＰＵ、(2-0)はこの第１のプロセッサＣＰＵ(1-
0)で動いているプロセスＩＤで、この図にて示した例に
おいてはプロセス２が走っている（ＲＵＮ状態である）
ことを示している。(2-1)は上記第２のプロセッサＣＰ
Ｕ(1-1)で動いているプロセスＩＤで、この図示にて示
した例においてはプロセス４が走っている（ＲＵＮ状態
である）ことを示している。(3-0)〜(3-2)は上記第１及
び第２のプロセッサＣＰＵ(1-0)、(1-1)にて利用される
情報（データ）が蓄積されている第１ないし第３の共有
資源（共用される情報源）である。

【００１１】(4-0)はこの第１の共有資源(3-0)に対応し
て設けられ、この第１の共有資源(3-0)の排他使用のた
めのロックを保持しているプロセスを示し、このプロセ
スを知るための手段で、この図示にて示した例において
は何のプロセスもロックされていない状態を示してい
る。(4-1)は上記第２の共有資源(3-1)に対応して設けら
れ、この第２の共有資源(3-1)の排他使用のためのロッ
クを保持しているプロセスを示し、このプロセスを知る
ための手段で、この図示にて示した例においてはプロセ
ス４にてロックされている状態を示している。(4-2)は
上記第３の共有資源(3-2)に対応して設けられ、この第
３の共有資源(3-2)の排他使用のためのロックを保持し
ているプロセスを示し、このプロセスを知るための手段
で、この図示にて示した例においては、プロセス６にて
ロックされている状態を示している。

【００１２】(5)はプロセスの状態を示すとともに、要
求のあったプロセスが上記共有資源の１をアクセスした
際にロックを持っているプロセスが実行中であれば、要
求のあったプロセスをロックを持っているプロセスの処
理が終了する（ロックを開放する）まで、上記アクセス
する共有資源へのアクセスに対して待ち状態とさせ、ロ
ックを持っているプロセスが実行中でなければ、要求の
あったプロセスを他のプロセスにプロセス切り替えを行
なわせる手段で、この図示にて示した例においては、プ
ロセス１、プロセス３、プロセス５及びプロセス６が停
止状態（ＳＴＯＰ）であり、プロセス２及びプロセス４
が走っている状態（ＲＵＮ）を示している。

【００１３】次に、このように構成されたマルチプロセ
ッサシステムの動作を、図２に示したフローチャートに
基づいて説明する。今、第１のプロセッサＣＰＵ(1-0)
でプロセス２が走っており、第２のプロセッサＣＰＵ(1
-1)でプロセス４が走っており、プロセスを知るための
手段(4-0)が何のプロセスにもロックされていない状態
を示し、プロセスを知るための手段(4-1)がプロセス４
にてロックされている状態を示し、プロセスを知るため
の手段(4-2)がプロセス６にてロックされている状態を
示し、手段(5)がプロセス１、プロセス３、プロセス５
及びプロセス６が停止状態（ＳＴＯＰ）であり、プロセ
ス２及びプロセス４が走っている状態（ＲＵＮ）を示し
ているとする。

【００１４】この状態において、第１のプロセッサＣＰ
Ｕ(1-0)が、プロセス２を実行し、共有資源(3-0)〜(3-
2)のロックを獲得して実行処理する場合、まず、図２に
示すステップ(1)にて、共有資源(3-0)〜(3-2)がロック
されているか否かを対応した手段(4-0)〜(4-2)にてチェ
ックを行なう。第１のプロセッサＣＰＵ(1-0)における
プロセス２が第１の共有資源(3-0)に対してロックの獲
得要求をすると、対応した手段(4-0)がロックされてい
ないことを示しているので、ステップ(2)に進み、第１
の共有資源(3-0)に自分のプロセスＩＤを書き込み、ロ
ックを獲得したことを示してリターンし、第１の共有資
源(3-0)をアクセスして実行処理を行なうことになる。
なお、ステップ(1)とステップ(2)は１命令で行なわれる
ものである。

【００１５】一方、第１のプロセッサＣＰＵ(1-0)にお
けるプロセス２が第２あるいは第３の共有資源(3-1)あ
るいは(3-2)に対してロックの獲得要求をすると、対応
した手段(4-1)あるいは(4-2)がそれぞれプロセス４及び
プロセス６にロックされていることを示しているので、
ステップ(3)に進む。このステップ(3)では、ロックを獲
得しているプロセスが実行中であるか否かを手段(5)に
よって判断される。

【００１６】第１のプロセッサＣＰＵ(1-0)におけるプ
ロセス２が第２の共有資源(3-1)に対してロックの獲得
要求をすると、対応した手段(4-1)がプロセス４にロッ
クされていることを示しているため、手段(5)がロック
を保持しているプロセス４の状態を判断し、このプロセ
ス４が第２のプロセッサＣＰＵ(1-1)によって実行中
（ＲＵＮ）であるので、第１のプロセッサＣＰＵ(1-0)
におけるプロセス２を待ち状態としてステップ(1)に戻
す。つまり、第１のプロセッサＣＰＵ(1-0)におけるプ
ロセス２は、第２のプロセッサ(1-1)におけるプロセス
４による第２の共有資源(3-1)の利用が終了（アンロッ
ク状態）するまでスピンし、プロセス４がロックを開放
すると、ステップ(1)からステップ(2)に進み、第１のプ
ロセッサＣＰＵ(1-0)におけるプロセス２が第２の共有
資源(3-1)に自分のプロセスＩＤを書き込み、ロックを
獲得したことを示してリターンし、第２の共有資源(3-
1)をアクセスして実行処理を行なうことになる。

【００１７】また、第１のプロセッサＣＰＵ(1-0)にお
けるプロセス２が第３の共有資源(3-2)に対してロック
の獲得要求をすると、対応した手段(4-2)がプロセス６
にロックされていることを示しているため、手段(5)が
ロックを保持しているプロセス６の状態を判断し、この
プロセス６が現在実行中でない（ＳＴＯＰ、例えばアイ
ドル状態）ので、ステップ(4)に進む。このステップ(4)
では、第１のプロセッサＣＰＵ(1-0)におけるプロセス
２を、他のプロセスに切り替えてリターンする。第１の
プロセッサＣＰＵ(1-0)は、第３の共有資源(3-2)に対す
るロックの獲得要求がいつになるのか分からない、長時
間待ち状態になるのを避けて他のプロセスに基づく処理
が実行されることになるものである。

【００１８】上記のように構成されたマルチプロセッサ
システムにおいては、共有資源がロック状態であって
も、ロックを保持しているプロセスが実行中であれば、
ロックを短期間の待ち状態で獲得できる可能性が非常に
高いので、プロセス切り替えをせずにロックの開放を待
ち、ロックを保持しているプロセスが実行中でなけれ
ば、ロックを短期間の待ち状態で獲得できる可能性が非
常に低いので、無駄に待つことなく、他のプロセスに切
り替えて処理を進めることにより、ロックを獲得できる
のにプロセス切り替えを行なうオーバーヘッド及びロッ
クが獲得できないためのオーバーヘッドを少なくするこ
とでシステムの性能を向上することができるものであ
る。

【００１９】なお、上記実施例においては、ロックを保
持しているプロセスが実行中であると、このプロセスが
ロックを開放するまで待ち状態とするものとしたが、ロ
ックを保持しているプロセスが実行中である場合に、ロ
ックを獲得できない回数（スピンの回数）が所定回数以
上になると、ロックを保持しているプロセスが実行中で
ない場合と同様に他のプロセスに切り替えるようにして
も良いものである。また、上記実施例では、プロセッサ
ＣＰＵを２つ、共有資源を３つの場合について示した
が、これらの数に限られるものではない。

【００２０】

【発明の効果】この発明は、以上に述べたように、複数
のプロセッサにて利用される情報が蓄積されている複数
の共有資源に対して排他使用のためのロックを保持して
いるプロセスを知るための手段と、要求のあったプロセ
スが共有資源の１つをアクセスした際にロックを持って
いるプロセスが実行中であれば、要求のあったプロセス
のアクセスする共有資源へのアクセスに対して待ち状態
とさせ、ロックを持っているプロセスが実行中でなけれ
ば、要求のあったプロセスを他のプロセスにプロセス切
り替えを行なわせる手段とを設けたものとしたので、ロ
ックが獲得できないためのオーバーヘッド及びロックが
獲得できるのにプロセス切り替えを行なうオーバーヘッ
ドを少なくでき、システムの性能が向上するという効果
を有するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示す構成図。

【図２】この発明の一実施例における処理アルゴリズム
を示すフローチャート。

【図３】従来のスピンロックの手法を示すタイムチャー
ト。

【符号の説明】

１-０，１-１ プロセッサ ２-０，２-１ プロセス ３-０，３-１，３-２ 共有資源 ４-０，４-１，４-２ 共有資源の排他使用のためのロ
ックを保持しているプロセスを知る手段 ５ プロセスの状態及び要求のあっ
た状態に基づいて以降の処理を制御するための手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のプロセッサにて利用される情報が
   蓄積されている複数の共有資源、これら複数の共有資源
   に対して、排他使用のためのロックを保持しているプロ
   セスを知るための手段、要求のあったプロセスが上記共
   有資源の１つをアクセスした際にロックを持っているプ
   ロセスが実行中であれば、要求のあったプロセスを上記
   アクセスする共有資源へのアクセスに対して待ち状態と
   させ、ロックを持っているプロセスが実行中でなけれ
   ば、要求のあったプロセスを他のプロセスにプロセス切
   り替えを行なわせる手段を備えたマルチプロセッサシス
   テム。