JPH08329019A - セマフォのデータ管理方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】プロセスグループ相互間の排他制御を不要とし
セマフォを適用してなるシステムの性能を飛躍的に向上
させるセマフォのデータ管理方式を提供する。 【構成】相互に同期を取得し合うプロセスグループ１ａ
〜１ｂそれぞれに設定されるセマフォデータ３ａ〜３ｂ
と、プロセスグループ１ａ〜１ｂ内の各プロセスがセマ
フォデータ３ａ〜３ｂに対して行ったセマフォ操作の履
歴を格納するセマフォ操作履歴４ａ〜４ｂと、セマフォ
データ３ａ〜３ｂ及びセマフォ操作履歴４ａ〜４ｂのア
クセスに対する排他制御に使用されるロック変数５ａ〜
５ｂとをプロセスグループ１ａ〜１ｂそれぞれに独立し
て設け、プロセスグループ１ａ〜１ｂ相互間での排他制
御を必要とせずにセマフォのデータを管理することを特
徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばマルチプロセッ
サシステム上のオペレーティングシステムにて稼働する
セマフォのデータ管理方式に係り、特にセマフォデータ
等へのアクセス時におけるプロセスグループ相互間での
排他制御を不要とすることにより、セマフォを適用した
システムの処理効率を飛躍的に向上させるセマフォのデ
ータ管理方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般にセマフォとは、オペレーティング
システムの一機能として、複数のプロセス相互間で同期
を取得するために使用されるものであり、相互に同期を
取得し合うプロセスグループそれぞれにセマフォデータ
を設定し、これら各プロセスがセマフォシステムコール
を発行することによってセマフォを獲得及び解放するこ
とにより同期取得を実現するものである。

【０００３】従って、複数のプロセスをもつアプリケー
ションでは、プロセス間の同期取得に非常に頻繁に利用
することになるため、セマフォシステムコールの性能は
重要なものとなっている。

【０００４】ここで、図５を参照してセマフォを適用し
て複数プロセス間での同期取得を実現する仕組みを簡単
に説明する。図５に示すように、セマフォでは、相互に
同期を取得し合うプロセスのグループ１１ａ〜１１ｂ毎
に一つのセマフォデータ１４を割り付ける。そして、こ
のセマフォデータの値が０より大きければセマフォデー
タの値を１減らすことでセマフォを獲得することが可能
となり、そのプロセスは処理を継続することができるこ
ととなる。また、処理終了後にセマフォデータの値を１
増やすことでセマフォを解放することが可能となる。

【０００５】一方、セマフォを獲得しようとしたときに
セマフォデータの値が０であった場合には、そのプロセ
スは１以上になるまで待ち続け、１以上になった段階で
獲得を試みることになる。なお、これらセマフォの獲得
及び解放は、オペレーティングシステム上のセマフォシ
ステム１２に対するセマフォシステムコールの発行によ
り実施され、その操作履歴はセマフォ操作履歴１３に保
持される。

【０００６】ここで、上述したセマフォをマルチプロセ
ッサシステム上のオペレーティングシステムで稼働させ
る場合を考えてみる。マルチプロセッサシステムにおい
ては、セマフォ操作履歴１３やセマフォデータ１４のよ
うに複数のプロセスによりアクセスされる共有データに
ついて、その一貫性を保持する必要があるために、ロッ
ク操作等の排他制御を行っている。例えば、セマフォ操
作履歴１３やセマフォデータ１４等をアクセスする場合
に、ロック変数１５を獲得した後にアクセスする等であ
る。従って、このようなロック操作によるロック獲得と
ロック解放との間では、同一保護区間内のデータを使用
した処理は同時刻にはシステム内でただ一つのプロセス
のみしか実行できないことになる（異なるプロセスグル
ープ相互間においても排他制御されることになり、一方
のプロセスグループ内のプロセスは、他方の処理終了ま
で待機を強制されることになってしまう）。

【０００７】即ち、同時刻に同じロック保護区間内のデ
ータを使用した処理を、異なるプロセッサが実行しよう
としたような場合にロックの衝突が発生し、この場合、
片方のプロセッサで待ち時間が発生することになる。従
って、ロックの衝突が頻繁に発生すると待ち時間が多く
なり、システムの性能を低下させる原因となる。また、
コンピュータシステムのアーキテクチャによっては、ロ
ック操作自身のコストが大きく、システムの性能へ大き
な影響を与える場合もある。

【０００８】ところで、セマフォシステムコールでセマ
フォを獲得しているプロセスが異常終了してしまうと、
異常終了したプロセスがセマフォを解放するのを待って
スリープしているプロセスが目覚めることができなくな
ってしまう。このため、一般には、セマフォシステムコ
ールによりセマフォを獲得しているプロセスが異常終了
したときは、セマフォの操作履歴に基づいて、そのプロ
セスのセマフォ操作を取り消す処理を行い、スリープし
ているプロセスをウエイクアップさせる。この機能をＵ
ＮＤＯ機能という。

【０００９】一般に使われているＵＮＤＯ機能では、こ
の操作履歴データをプロセスごとに管理している。ま
た、この操作履歴データは、セマフォデータの削除（使
用終了時等）処理でもアクセスされるため、他のプロセ
スからもアクセスされる可能性がある。従って、このよ
うな操作履歴データへのアクセスは、一貫性を保つため
にセマフォのモジュール全体を保護するロック操作やプ
ロセスごとのロック操作等で排他制御される（異なるプ
ロセスグループ相互間も同様）。

【００１０】しかし、セマフォのモジュール全体を保護
するロック操作はロックの衝突が頻繁に起こり、性能へ
の悪影響を及ぼす。また、プロセス毎のロック操作にお
いても、セマフォデータとセマフォ操作履歴データのた
めのロック操作を別々に行っているため、ロック操作の
回数が多くなり、性能へ悪影響を及ぼす。このため、現
在、一般的に使用されているＵＮＤＯ機能付きのセマフ
ォシステムコールは性能的に問題があるといえる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
のマルチプロセッサシステム上のオペレーティングシス
テムにて稼働するセマフォのデータ管理方式では、プロ
セスグループそれぞれに設定されるセマフォデータやセ
マフォ操作履歴等を、同一のロック保護区内に置くこと
により排他制御を実施していたために、ＵＮＤＯ処理の
実施時等に異なるプロセスグループ相互間においても排
他制御が適用され、ロックの衝突を頻繁に発生させてし
まうことによりシステムの性能に悪影響を及ぼしてしま
っているといった問題があった。

【００１２】また、ＵＮＤＯ処理の実施時に限らず、プ
ロセス毎のロック操作においても、セマフォデータとセ
マフォ操作履歴データとのロック操作を別々に行ってい
るため、結果としてロック操作の回数を多くしてしま
い、システムの性能へ悪影響を及ぼしてしまっていると
いった問題があった。

【００１３】本発明は、上記実情に鑑みなされたもので
あり、セマフォデータ及びセマフォ操作履歴データ等を
プロセスグループそれぞれに独立して設け、かつ、ロッ
ク変数をそれぞれに設定し、これら各データへのアクセ
スに対するプロセスグループ相互間の排他制御を不要と
することにより、セマフォを適用してなるシステムの性
能を飛躍的に向上させるセマフォのデータ管理方式を提
供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、マルチプロセ
ッサコンピュータシステム上で動作するオペレーティン
グシステムにて稼働するセマフォのデータ管理方式にお
いて、相互の同期を取得しあうプロセスグループの各々
に独立して、セマフォデータ格納領域とこのセマフォデ
ータへのアクセスに対する排他制御に使用するロック変
数を格納するロック変数格納領域とを設け、プロセスグ
ループ相互間での排他制御を必要とせずにセマフォのデ
ータを管理することを特徴とする。

【００１５】また、本発明は、各プロセスがセマフォデ
ータに対して行なったセマフォ操作の履歴を格納する操
作履歴格納領域を前記各プロセスグループの各々に独立
して設け、プロセスがセマフォを獲得した状態で異常終
了した際に、前記操作履歴格納領域に格納されたセマフ
ォ操作履歴に基づいて回復処理を行う手段を具備したこ
とを特徴とする。

【００１６】また、本発明は、各プロセスが使用するセ
マフォの識別番号をプロセス別に保持する使用セマフォ
格納領域をさらに設け、プロセスがセマフォを獲得した
状態で異常終了した際に、前記使用セマフォ格納領域を
参照して当該プロセスの使用セマフォを認識し、前記操
作履歴格納領域に格納されたセマフォ操作履歴に基づい
て回復処理を行なう手段を具備したことを特徴とする。

【００１７】

【作用】本発明によれば、相互に同期を取得し合うプロ
セスグループそれぞれに、セマフォデータ格納領域、操
作履歴格納領域、及びロック変数格納領域を独立した保
護区内に設ける。

【００１８】そして、いずれかのプロセスグループ内の
プロセスが、セマフォの獲得又は解放の操作を行う際、
又はいずれかのプロセスグループ内のプロセスがセマフ
ォを獲得したまま異常終了した場合のＵＮＤＯ処理の
際、該プロセスグループに割り当てられたロック変数を
獲得した後、該セマフォデータ及び操作履歴データにア
クセスする。

【００１９】これにより、マルチプロセッサコンピュー
タシステム上で動作するセマフォを使用したアプリケー
ションプログラムの性能を向上させることができる。ま
た、本発明によれば、各プロセスが使用するセマフォデ
ータの識別番号をプロセス別に保持する使用セマフォ格
納領域を設けておき、いずれかのプロセスがセマフォを
獲得したまま異常終了した場合、まず、この使用セマフ
ォ格納領域を参照して該プロセスが使用しているセマフ
ォを認識する。

【００２０】次に、この認識したセマフォについてのロ
ックを獲得し、そのセマフォが獲得中の状態である場合
には、操作履歴に従ってこのプロセスによる操作前の状
態にセマフォデータを更新し、その操作履歴を削除した
後、獲得したロックを解放する。そして、この処理を該
プロセスが使用しているセマフォ分だけ繰り返す。

【００２１】これにより、ＵＮＤＯ処理の際、該プロセ
スと相互に同期を取り合うことのない別プロセスグルー
プ内のプロセス処理に、セマフォ操作上の影響を与える
ことを回避できる。

【００２２】

【実施例】以下図面を参照して本発明の一実施例を説明
する。図１は同実施例に係るセマフォのデータ管理方式
を適用してなるマルチプロセッサシステムの概略構成を
示す図である。

【００２３】同実施例に係るマルチプロセッサシステム
上では、相互に同期を取得し合うプロセスグループ１ａ
及びプロセスグループ１ｂの２つのプロセスグループが
稼働しており、これらプロセスグループ１ａ及びプロセ
スグループ１ｂ内の各プロセスは、セマフォシステム２
に対してセマフォシステムコールを発行し、セマフォを
獲得及び解放することにより互いに同期を取得してい
る。

【００２４】また、セマフォシステム２は、プロセスグ
ループ毎にセマフォデータ格納領域、セマフォ操作履歴
格納領域及びロック変数格納領域を設定する。即ち、プ
ロセスグループ１ａに対しては、セマフォデータ３ａ、
セマフォ操作履歴４ａ、及びロック変数５ａを設定し、
プロセスグループ１ｂに対しては、セマフォデータ３
ｂ、セマフォ操作履歴４ｂ、及びロック変数５ｂを設定
する。

【００２５】いま、プロセスグループ１ａ内のいずれか
のプロセスが、セマフォを獲得又は解放しようとした場
合、即ち、セマフォ操作を行おうとした場合、セマフォ
システム２に対してセマフォシステムコールを発行す
る。

【００２６】このプロセスグループ１ａ内のプロセスか
らのセマフォシステムコールの発行を受けたセマフォシ
ステム２は、まず、ロック変数５ａを獲得し、セマフォ
データ３ａの参照並びに更新、及びセマフォ操作履歴４
ａの格納を行う。

【００２７】また、このとき、他のプロセッサ配下で稼
働していたプロセスグループ１ｂ内のプロセスが、セマ
フォ操作を行うためにセマフォシステム２に対してセマ
フォシステムコールを発行していた場合、セマフォシス
テム２はロック変数５ｂを獲得して、セマフォデータ３
ｂ及びセマフォ操作履歴へのアクセスを行う。

【００２８】即ち、プロセスグループ毎にセマフォデー
タ格納領域、セマフォ操作履歴格納領域及びロック変数
格納領域を設定することにより、相互に同期を取り合う
ことのないプロセスグループ１ａ及びプロセスグループ
１ｂ間でのセマフォ操作上の排他制御が不要となり、シ
ステムの処理効率を向上させることとなる。

【００２９】また、プロセスの構成によっては、複数の
プロセスグループに属し、それら各プロセスグループ内
のプロセスと同期を取得し合いながら処理を進行させる
場合も考えられる。このような場合、上述した構成に加
え、図２に示すようにプロセス別使用セマフォテーブル
６を設けることにより、ＵＮＤＯ処理時の処理効率をさ
らに向上させることが可能である。以下図３及び図４を
参照してこのときの動作を説明する。

【００３０】まず、図３を参照してセマフォデータの操
作時の処理の動作を説明する。セマフォデータの操作時
の処理では、まず、セマフォデータ３ａ〜３ｂを保護す
るロック変数５ａ〜５ｂを獲得する（図３のステップＡ
１）。このロック変数５ａ〜５ｂを獲得することで、セ
マフォデータ３ａ〜３ｂ及びセマフォ操作履歴４ａ〜４
ｂに対するアクセスの排他制御を実現できる。次に、要
求されたセマフォデータ３ａ〜３ｂの操作を行う（図３
のステップＡ２）。その後、ＵＮＤＯ機能のための処理
として、現在操作している使用セマフォデータの識別番
号を認識し（図３のステップＡ３）、プロセス別使用セ
マフォテーブル６において、該プロセスの使用セマフォ
に現在操作しているセマフォデータの識別番号が含まれ
ているかを調べる（図３のステップＡ４）。

【００３１】もし、含まれていないのであれば（図３の
ステップＡ４のＮ）、現在操作中のセマフォデータの識
別番号を、プロセス別使用セマフォテーブル６に書き込
む（図３のステップＡ５）。そして、操作履歴データを
セマフォ操作履歴に書き込み（図３のステップＡ６）、
最後に獲得していたロックを解放して（図３のステップ
Ａ７）セマフォデータの操作を終了する。

【００３２】この操作履歴データの操作値は、各プロセ
スがそれまでに操作した値の和となるため、セマフォの
獲得と解放とを１回ずつ実行すれば、そのプロセスのセ
マフォデータへの影響を表す操作値は０となる。従っ
て、操作値が０でないときは、プロセスがセマフォの獲
得のみを行った状態であるために、他のプロセスがセマ
フォの獲得を試みて失敗し、解放されるのを待ってスリ
ープしている可能性がある。

【００３３】この状態で、セマフォを獲得しているプロ
セスが異常終了した場合には、解放待ちをしていたプロ
セスをウエイクアップさせる必要がある。これがプロセ
ス異常終了時の回復処理である。ここで、図４を参照し
てプロセス異常終了時の回復処理の動作を説明する。

【００３４】プロセス異常終了時の回復処理では、ま
ず、そのプロセスが操作した経験のあるセマフォデータ
の識別番号をプロセス別使用セマフォテーブル６から読
み出す（図４のステップＢ１）。次に、該使用セマフォ
のセマフォデータ３ａ〜３ｂを保護するロック変数５ａ
〜５ｂを獲得し（図４のステップＢ２）、セマフォ操作
履歴４ａ〜４ｂに保持された操作履歴に基づいて、セマ
フォデータ３ａ〜３ｂをそのプロセスによるセマフォ操
作前の状態に戻し（図４のステップＢ３）、もしそのセ
マフォデータが解放されるのを待ってスリープしている
プロセスがあればウエイクアップする。

【００３５】その後、セマフォ操作履歴４ａ〜４ｂに保
持されたそのプロセスに関する操作履歴を削除する（図
４のステップＢ４）。また、プロセス別使用セマフォテ
ーブル６の該プロセス使用セマフォから、このセマフォ
データの識別番号を削除する（図４のステップＢ５）。
そして、セマフォデータ３ａ〜３ｂのロック変数５ａ〜
５ｂを解除する（図４のステップＢ６）。なお、この処
理は、該プロセスが使用しているセマフォ分繰り返され
る。

【００３６】以上説明した手順によれば、ＵＮＤＯ処理
は、相互に同期を取り合うプロセスグループの範囲内で
のみ排他制御を行うことになるため、システムの処理効
率を向上させることとなり、また、ロック操作について
も、セマフォデータと操作履歴とを保護するロックを１
度獲得するだけで、同一処理単位でセマフォ操作を行う
ことができるため、ロックのコストや、ロックの衝突に
よる待ち時間等の影響が軽減され、セマフォ操作のコス
トを小さくすることが可能となる。

【００３７】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、セ
マフォ操作において異なるプロセスグループ相互間での
排他制御が不要となり、相互に悪影響を及ぼすことがな
くなるため、特にセマフォを使用したマルチプロセッサ
システムの性能を向上させることが可能となる。

【００３８】また、ＵＮＤＯ処理の際、該プロセスと相
互に同期を取り合うことのない別プロセスグループ内の
プロセス処理に、セマフォ操作上の影響を与えることを
回避できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係るセマフォのデータ管理方
式を適用してなるマルチプロセッサシステムの概略構成
を示す図。

【図２】本発明の実施例に係るセマフォのデータ管理方
式を適用してなるマルチプロセッサシステムの概略構成
を示す図。

【図３】同実施例のセマフォデータの操作時の処理の動
作を説明するためのフローチャート。

【図４】同実施例のプロセス異常終了時の回復処理の動
作を説明するためのフローチャート。

【図５】従来のセマフォのデータ管理方式を適用してな
るマルチプロセッサシステムの概略構成を示す図。

【符号の説明】

１ａ，１ｂ…プロセスグループ、２…セマフォシステ
ム、３ａ，３ｂ…セマフォデータ、４ａ，４ｂ…セマフ
ォ操作履歴、５ａ，５ｂ…ロック変数、６…プロセス別
セマフォテーブル。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 マルチプロセッサコンピュータシステム
   上で動作するオペレーティングシステムにて稼働するセ
   マフォのデータ管理方式において、 相互の同期を取得しあうプロセスグループの各々に独立
   して、セマフォデータ格納領域とこのセマフォデータへ
   のアクセスに対する排他制御に使用するロック変数を格
   納するロック変数格納領域とを設け、プロセスグループ
   相互間での排他制御を必要とせずにセマフォのデータを
   管理することを特徴とするセマフォのデータ管理方式。
2. 【請求項２】 各プロセスがセマフォデータに対して行
   なったセマフォ操作の履歴を格納する操作履歴格納領域
   を前記各プロセスグループの各々に独立して設け、プロ
   セスがセマフォを獲得した状態で異常終了した際に、前
   記操作履歴格納領域に格納されたセマフォ操作履歴に基
   づいて回復処理を行う手段を具備したことを特徴とする
   請求項１記載のセマフォのデータ管理方式。
3. 【請求項３】 各プロセスが使用するセマフォの識別番
   号をプロセス別に保持する使用セマフォ格納領域をさら
   に設け、プロセスがセマフォを獲得した状態で異常終了
   した際に、前記使用セマフォ格納領域を参照して当該プ
   ロセスの使用セマフォを認識し、前記操作履歴格納領域
   に格納されたセマフォ操作履歴に基づいて回復処理を行
   なう手段を具備したことを特徴とする請求項２記載のセ
   マフォのデータ管理方式。