JPH09311794A - オペレーティングシステムにおけるカーネルサービス方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 アプリケーションタスクが優先順位通り制御
されない時間を短縮化し、アプリケーションの設計やプ
ログラミングにおいてシステムコール処理の時間を考慮
する必要がないオペレーティングシステムにおけるカー
ネルサービス方式を提供する。 【解決手段】 システムコールサービス部１４のシステ
ムコール処理をタスクのコンテキストで実行するように
してある。リンク再実行処理部１６は、任意のタスクが
リンクのあるデータを処理する場合、データを処理して
いる間はシステムコール処理への割り込みを禁止し、つ
ぎのデータに辿るまでの間のみを割り込み可能としてい
る。またリンクヘッダに対応してフラグを設けてある。
割り込み可能なときにリンクが変更されるか、データが
書き換えられた場合にはフラグをオンとする。割り込み
禁止になった直後、フラグをチェックし、オンであるな
らばリンクの先頭に戻って再実行処理を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、外部割り込み処理
部が入出力等の外部割り込みを受けることによりタスク
のステータスを変更し、タスクスケジューラがタスクの
状態変化にしたがってタスク全体の実行順序を決定し、
前記実行順序にしたがってタスクがシステムコールサー
ビス部にシステムコールを行うオペレーティングシステ
ム（以下「ＯＳ」という）におけるカーネルサービス方
式に関する。

【０００２】

【従来の技術】カーネルとはＯＳの機能のうち最も基本
的な部分を指し、制御と資源管理を行うものである。図
７は、カーネルの機能を説明するためのブロック図であ
る。この図はカーネル３０の本発明に直接関係する機能
ブロックを示したもので、他の部分は省略してある。外
部割り込み処理部３１は、図示しない入出力機器などか
らの割り込みを受け、それに応じて必要であるならばタ
スクのステータスを変更する。タスクステータスを変更
した場合には、割込みによりタスクステータスの変更が
発生したという事象をタスクケジューラ３２に通知す
る。

【０００３】タスクステータスとは、タスクが入出力を
待っている状態などを示す状態フラグで、このステータ
スが変化することは、待っていたタスクが実行できるよ
うになったり、実行していたタスクが待ちに入ったりす
ることを示す。タスクスケジューラ３２は、割込みによ
るタスクの状態変化を反映したタスク全体の実行順序を
新たに決定する。

【０００４】図８に割り込みによるタスクのスケジュー
リングの詳細を示してある。タスクのステータスを管理
しているデータ３４が外部割り込み処理部３１により書
き換えられ、ステータス変更が通知されると、タスクス
ケジューラ３２は、上記データ３４を参照し、新しいタ
スクのステータスに従って実行すべきタスクを選び直
す。そして、必要であるならば、実行中のタスクを中断
して他のタスクに切り換え、新しいタスクを実行させ
る。即時性が要求されるリアルタイムシステムでは、タ
スクに緊急度に応じた優先順位を付けておき、優先順位
の高いタスクから順に実行させるように構成されてい
る。

【０００５】システムコールサービス部３３は、タスク
に対して、同期制御、排他制御、タスク間通信機能、メ
モリ管理機能などのサービスを提供するための処理を行
う。システムコールサービス部３３を構成するプログラ
ムは、カーネル３０のプログラム中では、最大の容量の
プログラム群であり、システムコールとはＯＳが内蔵し
ている基本的なルーチンをアプリケーションタスクが使
うことをいう。従来、タスクがシステムコール（命令）
を呼び出すと、そのサービスを提供するシステムコール
サービス部３３のシステムコール処理は、タスクを中断
して実行されていた。システムコールサービス部３３に
よる処理中にタスクの切り替えが発生すると、別のタス
クから同じシステムコールが呼び出される可能性があ
り、それに対処することが困難であると考えられている
からである。

【０００６】図９は、リエントラントルーチンを説明す
るための図である。リエントラントとは１つのプログラ
ムが同時に複数の処理装置やタスクで使用可能なことと
定義される。例えば、コール１によってあるルーチンの
中で処理を中断している間に、コール２によって同じル
ーチンが呼び出された場合、呼び出した各々の処理に正
しい結果を返す。このような性格をリエントラント（再
入可能）と呼んでいる。ところでカーネル３０は、同時
に複数の処理から参照できないデータ構造を沢山管理し
ている。そのために、システムコールサービス部３３に
よる処理は、リエントラントに制作できない。よってシ
ステムコールサービス処理中はタスクの切り替えを行わ
ないようにしていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】図１０は、従来のカー
ネルの機能において、外部割り込みのシステムコール処
理によるタスク切換の遅延を説明するための図である。
タスクＡはタスクＢより優先順位が高いものとする。タ
スクＢがシステムコールを行いシステムコールサービス
部によるシステムコール処理を行っている。このシステ
ムコール処理中に外部割り込みが発生し、タスクＡを実
行できるステータスに変更されたとする。これによりタ
スクのステータスが変化して、システムコールを呼び出
しているタスクＢより優先順位が高いタスクＡが実行で
きるようになる。しかしながら、システムコールサービ
ス部は割り込みを排除しているためタスクＢのシステム
コール処理を続行する。

【０００８】そして、タスクＢのシステムコール処理が
終了したときにスケジュール処理が行われて、上記タス
クＡを実行できるステータスに基づきタスクＡへと切り
替えている。そのため、タスクＡが実行できるようにな
ったときと、実行できるまでに遅延時間が発生する。割
込みに即時に対応する必要のあるリアルタイムシステム
では、この遅延時間が重要な意味を持つこととなる。す
なわち、折角タスクに優先順位を付けていてもこの遅延
時間によってその趣旨が生かされないことになる。その
ため、個々のシステムコールの処理時間を意識しながら
アプリケーションのコーディングをしなければならない
場合があるという欠点があった。本発明の課題は、アプ
リケーションタスクが優先順位通り制御されない時間を
短縮化し、アプリケーションの設計やプログラミングに
おいてシステムコール処理の時間を考慮する必要がない
オペレーティングシステムにおけるカーネルサービス方
式を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に本発明によるオペレーティングシステムにおけるカー
ネルサービス方式は、入出力等の外部割り込みを受ける
ことによりタスクのステータスが変更され、タスクスケ
ジューラが割り込みによるタスクの状態変化にしたがっ
てタスク全体の実行順序を決定し、前記実行順序にした
がってタスクがシステムコールサービス部にシステムコ
ールを行うオペレーティングシステムにおけるカーネル
サービス方式において、前記システムコールサービス部
のシステムコール処理をタスクのコンテキストで実行す
るようにし、システムコール処理において、任意のタス
クに属するシステムコールサービス部が、リンクのある
データを処理する場合、前記データを処理している間は
システムコール処理への割り込みを禁止し、つぎのデー
タに辿るまでの間のみを割り込み可能とするとともに前
記リンクのあるデータのリンクヘッダに対応してフラグ
を設け、前記割り込み可能なときにリンクが変更される
か、データが書換えられたとき前記フラグをオンするよ
うにし、前記割り込み許可の状態から禁止状態に移行し
た直後に、前記フラグをチェックし、前記フラグがオン
のときリンクの先頭に戻って、前記リンクのあるデータ
の処理を再実行するリンク再実行処理部を設けて構成し
てある。

【００１０】

【作用】上記構成によれば、アプリケーションタスクが
優先順位どおりに制御されない時間が短かくなるので、
システムコールの処理時間を考慮する必要がなくなり、
アプリケーションの設計やプログラミングに際しての煩
雑さを緩和できる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳しく説明する。図１は、本発明によるカー
ネルサービス方式を適用したオペレーティングシステム
を搭載したコンピュータ装置のブロック図である。この
コンピュータ装置はＣＰＵによる制御手段１，表示手段
２，データ・プログラム記憶手段３，入力装置４および
出力装置５より構成されている。データ・プログラム記
憶手段３に格納されたプログラムに制御手段１の機能
（プロセッサ，メモリ，入出力やファイル，タスク管理
等）を提供するＯＳ実行部６の中心的な機能としてカー
ネル部７がある。制御手段１の制御の下に生成されたタ
スクはカーネル部７のシステムコールを呼び出す。

【００１２】図２は、本発明によるカーネルサービス方
式の実施の形態を示すブロック図である。システムコー
ルサービス部１４で行うシステムコール処理をタスクの
コンテキストで実行するようにしてある。これによっ
て、システムコール処理は、カーネルコンテキストから
切り離されて、タスクのサブルーチンとして位置づけら
れる。コンテキストとは、処理が中断され、再開される
ことが許されている単位である。すなわち、タスク８は
独立したスタック９を持ち、中断・再開される情報はこ
のスタック９に退避され再開される。システムコールサ
ービス部もこのスタックを利用する。システムコールサ
ービス部１４はシステムコール処理に独立したスタック
９のデータを用いる。

【００１３】図２の右下にシステムコールサービス部１
４をタスク間共通ルーチンとして実現した図を示してあ
る。各タスク８−１〜８−ｎは、それぞれ独立したスタ
ック９−１〜９−ｎを有し、システムコール部はこのス
タックを用いて処理がなされる。入出力機器などからの
割り込みを受け、それに応じて必要であるならばタスク
のステータスを変更する割り込み処理部１０と、割込み
によるタスクの状態変化を反映したタスク全体の実行順
序を決定するタスクスケジューラ３２はそれぞれ独自の
スタック１２および１３を有している。

【００１４】ところで、カーネルの処理を排他制御する
には割込み禁止に頼るしかない。すなわち、割込み禁止
にすることによって、自分以外の処理を動けなくしてし
まうことで、排他的な処理が可能となる。システムコー
ルサービス部の処理全体を割込み禁止にしてしまえば、
勿論、排他制御は完璧なものとなる。しかし、このよう
にすることによってシステムコール処理中は割り込み処
理も動かなくなるため、従来の方式より悪くなってしま
う。そこで、カーネル内の排他的データを整理すると、
殆どの場合排他的データはリンク列をなしている。ま
た、カーネルの長い時間を要する処理は、リンクを辿っ
ていく処理であることも判明した。図３にリンクされた
データの処理時間を示す。全体の処理時間はａ＊ｎとな
る。

【００１５】ａ＊ｎという時間はリンクの長さｎによっ
て変化し、システムに影響を与えるのに十分な時間であ
る。この全体の処理を、割り込み禁止とすることはでき
ない。ところが、一つのデータ処理時間ａは、短い処理
であり、通常、この時間なら割込み禁止にしても悪い影
響がでることはない。また、このように処理を設計する
ことが可能である。以上のことからカーネルのシステム
コール処理で、リンクのあるデータを処理している間
（データ１，２〜ｎの処理時間ａ）は割り込み禁止に
し、次のデータを辿るところで、割込み許可するように
構成した。この処理によって、割り込みはデータからデ
ータへ移る瞬間に受けつけられるタイミングを持つ。

【００１６】この結果、次のデータに移る瞬間には、割
り込みによってスケジューリングされた別のタスクによ
ってリンクが書き換えられている可能性がある。そのた
め、リンクを変更したり、データを書き換えたりした場
合は、リンクの先頭に戻って処理を再実行しなければな
らない。そこで図４に示すようにリンクヘッダ２４に付
属させて処理フラグ２５を設けてある。上記タイミング
で割り込みが発生しリンクを変更したり、データを書き
換えたりした場合は、処理フラグ２５をオンにセットす
る。リンクをたどる場合、すなわち割込み許可から禁止
にした直後、この処理フラグ２５を常にチェックし、も
しフラグがオンであるならば、リンクの先頭に戻ってこ
の処理を再実行する（リンク再実行処理）。図２におい
て、システムコールサービス部１４に上記リンク再実行
処理部１６を設けてある

【００１７】図５は、本発明方式に用いるリンク再実行
処理の流れを説明するためのフローチャートである。割
り込み禁止（ステップ（以下「ＳＴ」という）４０１）
にしてリンクヘッダより処理を開始する（ＳＴ４０
２）。まず割り込みを許可し（ＳＴ４０３）、つぎに割
り込みを禁止する（ＳＴ４０４）。ここで割り込みを禁
止した直後、処理フラグをチェックし（ＳＴ４０５）、
フラグがオンであるならば、リンクが変更されたか、ま
たはデータの書換えが起きたとしてリンクヘッダからの
処理に戻る（ＳＴ４０２）。フラグがオフであれば、つ
ぎのデータへリンクを辿る（ＳＴ４０６）。

【００１８】つぎにリンクが終了したか否かをチェック
し（ＳＴ４０７）、リンク終了であるならば、割り込み
許可を出して処理を終了する（ＳＴ４０９）。リンク終
了になっていなければ、該当のデータの処理を行う（Ｓ
Ｔ４０９）。該当のデータ処理の後、ＳＴ４０３に戻り
割り込みを許可する。 このようにリ
ンク再実行処理を行うことによって、割り込み禁止（排
他処理）を長い時間行うことなく、データの正当性を保
つことができる。また、システムコールサービス処理
は、リエントラントな呼び出しにも正しい結果を返すこ
とができる。システムコール処理がリエントラントに作
成できるので、システムコール処理の実行中もタスク切
り替えができる。

【００１９】図６は、本発明方式を用いたときの外部割
り込み処理の状態を説明するための図である。タスクＡ
はタスクＢより優先順位が高いものとする。タスクＢが
システムコールを行いシステムコールサービス部１４に
よるシステムコール処理を行っている。このシステムコ
ール処理中に外部割り込み２９が発生すると、リンク再
実行処理部１６によって割り込み許可が出されるので、
システムコール処理が中断され、タスクスケジューラに
よるタスクスケジュール処理が行われ、タスクＡが実行
されることになる。中断したシステムコール処理はタス
クＡの実行後に再開される。本発明では、排他的資源へ
の同時アクセスが発生した場合、処理をリンクヘッダの
先頭からやり直さなければならない。このオーバヘッド
は小さくはない。しかし、システムコール処理中に、同
じ排他的資源を使用する処理の切り替えが発生する確率
は極めて低い。したがって、現実的にはシステムのパフ
ォーマンスを低下させることはない。

【００２０】

【発明の効果】以上、説明したように本発明は、システ
ムコールサービス部のシステムコール処理をタスクのコ
ンテキストで実行するようにし、システムコール処理に
おいて、任意のタスクが、リンクのあるデータを処理す
る場合、データを処理している間はシステムコール処理
への割り込みを禁止し、つぎのデータに辿るまでの間の
みを割り込み可能とするとともにリンクのあるデータの
リンクヘッダに対応してフラグを設け、割り込み可能な
ときにリンクが変更されるか、データが書換えられたと
きフラグをオンするようにしてある。そして、割り込み
許可の状態から禁止状態に移行した直後に、フラグをチ
ェックし、フラグがオンのときリンクの先頭に戻ってリ
ンクのあるデータの処理を再実行するリンク再実行処理
部を設けたものである。したがって、アプリケーション
タスクが優先順位どおりに制御されない時間を短縮化す
ることができ、システムコールの処理時間を考慮するこ
となくアプリケーションの設計やプログラミングができ
るという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるカーネルサービス方式を適用した
オペレーティングシステムを搭載したコンピュータ装置
のブロック図である。

【図２】本発明によるカーネルサービス方式の実施の形
態を示すブロック図である。

【図３】リンクされたデータの処理時間を説明するため
の図である。

【図４】本発明方式により適用されたリンクされたデー
タの処理を説明するための図である。

【図５】本発明方式に用いるリンク再実行処理の流れを
説明するためのフローチャートである。

【図６】本発明方式を用いたときの外部割り込み処理の
状態を説明するための図である。

【図７】従来のカーネルの機能を説明するためのブロッ
ク図である。

【図８】割り込みによるタスクのスケジューリングを説
明するためのブロック図である。

【図９】リエントラントルーチンを説明するための図で
ある。

【図１０】従来のカーネルの機能において、外部割り込
みのシステムコール処理によるタスク切換の遅延を説明
するための図である。

【符号の説明】 １…制御手段 ２…表示手段 ３…データ・プログラム記憶手段 ４…入力装置 ５…出力装置 ６…ＯＳ実行部 ７…カーネル部 ８…タスク １０…割り込み処理部 １１…タスクスケジューラ １２，１３…スタック １４…システムコールサービス部 １５…システムコールサービスタスク間共通ルーチン １６…リンク再実行処理部 ２０，２４…リンクヘッダ ２１，２２，２３…データ ２５…処理フラグ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外部割り込み処理部が入出力等の外部割
   り込みを受けることによりタスクのステータスを変更
   し、タスクスケジューラがタスクの状態変化にしたがっ
   てタスク全体の実行順序を決定し、前記実行順序にした
   がってタスクがシステムコールサービス部にシステムコ
   ールを行うオペレーティングシステムにおけるカーネル
   サービス方式において、 前記システムコールサービス部のシステムコール処理を
   タスクのコンテキストで実行するようにし、 システムコール処理において、任意のタスクの属するシ
   ステムコールサービス部が、リンクのあるデータを処理
   する場合、前記データを処理している間はシステムコー
   ル処理への割り込みを禁止し、つぎのデータに辿るまで
   の間のみを割り込み可能とするとともに、 前記リンクのあるデータのリンクヘッダに対応してフラ
   グを設け、前記割り込み可能なときにリンクが変更され
   るか、データが書換えられたとき前記フラグをオンする
   ようにし、 前記割り込み許可の状態から禁止状態に移行した直後
   に、前記フラグをチェックし、 前記フラグがオンのときリンクの先頭に戻って前記リン
   クのあるデータの処理を再実行するリンク再実行処理部
   を設けた、 ことを特徴とするオペレーティングシステムにおけるカ
   ーネルサービス方式。