JPH0991159A - 計算機システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】非決定性が含まれない入出力要求などを直ちに
入出力装置に発行することによってその応答時間を飛躍
的に短縮させる計算機システムを提供する。 【解決手段】スレッドが入出力要求を発行したときに、
ロック操作記録部３に記録されたロック操作を参照して
このスレッドが直列実行可能であるか否かを判定する再
現性判定部４と、直列実行可能であると判定したとき
に、その入出力要求を即座に入出力装置に対して発行す
るとともに入力装置から渡されたデータを保持しておく
入力データ保持部６とを具備し、チェックポイントロー
ルバック機能により計算機システムの状態が所定のチェ
ックポイントに復旧された際、直列実行可能と判定され
たスレッドが入力要求を発行したときには、この入力要
求に対応したデータを入力データ保持部６から引き渡
し、出力要求を発行したときには、実際の出力を行なわ
ずに出力完了として処理することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、チェックポイン
トロールバック機能を有したフォールトトレラントの計
算機システムに係り、特に非決定性を含まない入出力要
求およびロック獲得順序を再現可能な入出力要求を次の
チェックポイント取得を待機せずに即座に発行すること
により、耐障害性を損なうことなく入出力処理の応答時
間を飛躍的に短縮させる計算機システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、計算機システムの普及がめざまし
く、高信頼性とともに耐障害性が強く要求されてきてい
る。そして、この耐障害性を実現する機能の一つにチェ
ックポイントロールバック機能が存在する。ここで、こ
のチェックポイントロールバック機能を有したフォール
トトレラント計算機システムについて説明する。なお、
この計算機については「文献 IEEE.Computer,Vol 26,No
2"」に詳しいので、ここでは後述する本発明に関係する
部分のみを簡単に説明する。

【０００３】フォールトトレラント計算機（ＦＴマシ
ン）とは、たとえばハードウェアに故障が発生した場合
であっても、その際に実行中であった処理を継続するこ
とのできる計算機をいう。普通の計算機では、ハードウ
ェアに故障が発生すると、プロセッサやメモリの状態お
よび内容が保証されなくなるので、その時点で停止せざ
るをえなかった。しかし、チェックポイントロールバッ
ク（ＣＰ＆ＲＢ）方式のＦＴマシンでは、故障が検出さ
れた時点で、事前に採取しておいた、故障が発生する前
の正しい状態にプロセッサやメモリの状態および内容を
戻し、その故障を取り除いてから再実行する。なお、こ
こでいうチェックポイントとは、故障が起きた時に戻っ
て再実行できることを保証した状態をいう。すなわち、
ＣＰ＆ＲＢ方式のＦＴマシンでは、チェックポイントを
適宜採取しながら通常の処理を進めることにより、いつ
故障が起こっても再実行できるようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】まず、ＣＰ＆ＲＢ方式
のＦＴマシンにおける入出力処理について考える。先に
述べたように、ＣＰ＆ＲＢ方式のＦＴマシンでは、故障
が起こった時点で直前のチェックポイントまで戻り、そ
こから再実行が行なわれる。このため、入出力要求が発
生した際、即時にその入出力要求を入出力装置に引き渡
していたのでは、チェックポイントから再実行したとき
に、同じ要求が２度処理されてしまうことになる。さら
に、非決定性があると、再実行したときに障害発生時と
まったく同じ動作を保証することができなくなり、障害
前とは違った入出力要求が入出力装置に引き渡される場
合もありうることになる。

【０００５】ここで、非決定性について図１９を参照し
て説明する。ここでは、図１９に示したように、２台の
ＣＰＵがプログラムを並列に実行する場合を考える。な
お、図１９において、「ｌｏｃｋ」および「ｕｎｌｏｃ
ｋ」で囲まれた命令は、一時期には１台のＣＰＵしか実
行できないことを意味する。この例では、ＣＰＵ１が先
に「ｌｏｃｋ」するか、ＣＰＵ２が先に「ｌｏｃｋ」す
るかの２通りを示しており、図１９に示したように、前
者の場合には、ＣＰＵ１からは５が、ＣＰＵ２からは７
が出力され、後者の場合には、ＣＰＵ１およびＣＰＵ２
の両方から６が出力され、どちらが先に「ｌｏｃｋ」す
るかによって出力される結果が異なる。さらに、どちら
が先に「ｌｏｃｋ」するかはそのときの状況により決定
され、プログラムの中で規定されていない。したがっ
て、同じ状態で実行させてもそのときの状況により違う
結果が出力される。このような性質を非決定性という。
複数のＣＰＵをもつ計算機にはほとんどこの非決定性が
ある。

【０００６】また、入出力要求は、一度入出力装置に送
られてしまうと、入出力装置はその要求を実行してしま
い、後からそれをキャンセルすることはできない。たと
えば、他の計算機へメッセージを送信する要求が実行さ
れると、そのメッセージは相手の計算機へ渡ってしま
い、後から送らなかったことにするなどといったことは
できない。したがって、ＣＰ＆ＲＢ方式のＦＴマシンで
は、すべての入出力装置への要求（入出力要求）は、チ
ェックポイントを採取して、状態が確定した後でしか入
出力装置に渡されなかった。

【０００７】このため、プログラムから見た入出力時間
は、実際の入出力時間にチェックポイントまでの時間が
加算されてしまうため、普通の計算機よりも応答時間が
長くなってしまうという問題があった。また、チェック
ポイント直後にそれまで待たされていた要求が一度に引
き渡されるので、普通の計算機よりも入出力処理が集中
してしまい、処理時間も長くかかってしまうという問題
があった。

【０００８】この発明は、このような実情に鑑みてなさ
れたものであり、非決定性が含まれない入出力要求、お
よびロック獲得順序を再現可能である入出力要求を判別
し、これらの入出力要求を即座に入出力装置に発行する
ことによって耐障害性を損なうことなく入出力処理の応
答時間を飛躍的に短縮させる計算機システムを提供する
ことを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の計算機システム
は、チェックポイントロールバック機能を有してなるフ
ォールトトレラント計算機システムにおいて、前記計算
機システムにて実行されるスレッドのスケジューリング
順序を記録する実行順序記録手段と、前記スレッドが行
なったロック操作を記録するロック操作記録手段と、前
記スレッドが入出力要求を発行したときに、前記ロック
操作記録手段に記録されたロック操作を参照してこのス
レッドが他のスレッドとの間で依存関係をもつことなく
直列実行可能であるか否かを判定する再現性判定手段
と、前記再現性判定手段が直列実行可能であると判定し
たときに、その入出力要求を即座に入出力装置に対して
発行するとともに、この入出力要求が入力要求であった
際に入力装置から渡されたデータを保持しておく入力デ
ータ保持手段と、前記直列実行可能と判定されたスレッ
ドそれぞれが発行した入出力要求の順序を記録する入出
力記録手段と、前記チェックポイントロールバック機能
により前記計算機システムの状態が所定のチェックポイ
ントに復旧された際、前記実行順序記録手段に記録され
たスケジューリング順序および前記ロック操作記録手段
に記録されたロック操作にしたがって前記スレッドを再
実行させ、前記直列実行可能と判定されたスレッドが入
力要求を発行したときには、前記入出力記録手段を参照
してこの入力要求に対応したデータを前記入力データ保
持手段から引き渡し、出力要求を発行したときには、実
際の出力を行なわずに出力完了として処理する回復処理
手段とを具備することを特徴とする。

【００１０】この計算機システムによれば、実行中のス
レッドが入出力要求を発行したときに、再現性判定手段
が、このスレッドが他のスレッドとの間で依存関係をも
つことなく直列実行可能であるか否かを判定する。たと
えば、同時に実行中の他のスレッドが獲得中または過去
に獲得したロックを獲得する場合などは、他のスレッド
との間で依存関係をもつこととなり、直列実行は不可能
であると判定される。この判定は、ロック操作記録手段
が記録する各スレッドのロック操作に基づいて行なわれ
る。

【００１１】ここで、直列実行可能と判定されると、入
力データ保持手段は、この入出力要求を次のチェックポ
イント取得を待機せずに即座に入出力装置に対して発行
する。また、この入出力要求が入力要求であった場合に
は、入力装置から渡されるデータを保持しておく。

【００１２】一方、計算機システムに障害が発生する
と、計算機システムは、チェックポイントロールバック
機能により所定のチェックポイント取得時（ほとんどの
場合、直前に取得されたチェックポイント取得時）にそ
の状態が復旧される。ここで、回復処理手段は、実行順
序記録手段に記録されたスケジューリング順序およびロ
ック操作記録手段に記録されたロック操作にしたがって
スレッドを再実行させるが、直列実行可能と判定され、
チェックポイント取得を待機せずに入出力要求を発行済
みであるスレッドについての入出力要求については、入
力要求の場合はデータ保持手段に保持されたデータを引
き渡し、出力要求の場合には実際の出力を行なわずに出
力完了として処理する。

【００１３】これにより、非決定性を含まない入出力要
求については、次のチェックポイント取得を待機するこ
となく即座に入出力装置に対し発行されることになり、
また非決定性を含まない出力要求が、たとえばプリンタ
への出力などであったようなときに、障害発生時と復旧
時とで同じデータが印字されてしまうようなことがなく
なり、耐障害性を損なうことなく入出力処理の応答時間
を飛躍的に短縮させることとなる。

【００１４】また、本発明の計算機システムは、通常稼
働時に、前記スレッドがロックの獲得を要求した際、前
記実行順序記録手段および前記ロック操作記録手段に記
録された情報を参照して、このロック獲得により直列実
行可能性が保証されなくなる場合には、直列実行可能に
なるまでそのスレッドの実行をロック獲得前で待機させ
ることを特徴とする。

【００１５】この計算機システムによれば、たとえばあ
るスレッドが、同時に実行中の他のスレッドが獲得中ま
たは過去に獲得したロックの獲得を要求した際に、この
スレッドの実行を、その他のスレッドの実行が終了する
まで待機させる。すなわち、直列実行可能性が保証され
なくなるようなロックの獲得が要求された場合には、直
列実行可能になるまでそのスレッドの実行を待機させ
る。

【００１６】これにより、常に全スレッドが直列実行可
能な状態に保たれることとなり、障害回復処理時には、
障害時と同様の順序でスレッドが実行されることとな
る。また、本発明の計算機システムは、前記ロック操作
記録手段が、前記スレッドがロック獲得を要求したとき
に、そのロック獲得を待機させることによるロック獲得
順序の制御が可能か否かを記録する手段をさらに備え、
前記再現性判定手段が、前記スレッドが入出力要求を発
行したときに、前記ロック操作記録手段に記録された情
報から直列実行が不可能な場合であってもロック獲得順
序を制御することにより再現が可能か否かを判定する手
段をさらに備え、前記回復処理手段が、前記ロック操作
記録手段の情報から故障が発生したときと同じ順序でロ
ックが獲得されるように前記スレッドのロック獲得を制
御する手段をさらに備えてなることを特徴とする。

【００１７】この計算機システムによれば、たとえばあ
るスレッドがロックの獲得を要求したときに、ロック操
作記録手段が、このロックの獲得を待機させることが可
能かどうか、すなわち、このロックの獲得を待機させて
システム全体として矛盾が発生しないかどうかを判定し
て、その判定結果を格納しておく。そして、再現性判定
手段が、スレッドが入出力要求を発行したときに、ロッ
ク操作記録手段に記録された情報から直列実行が不可能
な場合であってもロック獲得順序を制御することにより
再現が可能か否かを判定する。

【００１８】ここで、再現可能と判定されたとき、入力
データ保持手段は、この入出力要求を次のチェックポイ
ント取得を待機せずに即座に入出力装置に対して発行す
る。また、この入出力要求が入力要求であった場合に
は、入出力装置から送信されるデータを保持しておく。

【００１９】一方、計算機システムに障害し、所定のチ
ェックポイントから再実行する際、回復処理手段は、実
行順序記録手段に記録されたスケジューリング順序およ
びロック操作記録手段に記録されたロック操作にしたが
ってスレッドを再実行させ、かつ、これらスレッドのロ
ック獲得順序を制御する。

【００２０】これにより、直列実行可能な場合に加え、
直列実行が不可能な場合であっても、ロック獲得順序の
制御が可能なスレッドの入出力要求については即座に入
出力装置に対し発行されることになり、さらなる応答時
間の短縮が図られることとなる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態を説明する。 （第１実施形態）図１は本発明の第１実施形態に係るＣ
Ｐ＆ＲＢ方式のＦＴマシンの機能構成を示すブロック図
である。

【００２２】図１に示したように、同実施形態における
ＦＴマシンは、従来のＦＴマシン１に加えて、スレッド
のスケジューリング順序を記録する実行順序記録部２
と、各スレッドが行なうロック操作を記録するロック操
作記録部３と、スレッドが入出力要求を発行したとき
に、これまでに行なってきたロック操作を調べて直列実
行可能性を判定する再現性判定部４とが設けられ、通常
処理での直列実行可能なスレッドの入出力要求の入出力
装置への発行制御に用いられる。また、直列実行可能な
各スレッドを発行する入出力要求の順序を記録する入出
力順序記録部５と、入力装置から渡されたデータを状態
が確定するまで保持する入力データ保持部６とが設けら
れ、障害からの回復処理における故障したケースと同じ
入出力要求が発行されるようにスレッドの実行を制御す
るのに用いられる。

【００２３】ＦＴマシン１は、ＣＰ＆ＲＢ方式の計算機
であり、図２に示したように、普通の計算機１１を構成
する各種機能要素のほかに、従来の技術で述べたよう
に、故障が起きた時に戻って再実行できることを保証し
た状態であるチェックポイントを適宜採取しながら処理
を進めて、故障が検出された時点で以前に採取しておい
た故障が起きる前の状態にプロセッサやメモリを戻し、
故障を取り除いてから再実行するチェックポイント＆ロ
ールバック部１２と、すべての入出力装置への要求（入
出力要求）をチェックポイントが採取され状態が確定す
るまで保持する入出力要求保持部１３とから構成され
る。

【００２４】実行順序記録部２は、スレッドのスケジュ
ーリング順序を記録するものである。たとえば、Ｐ１〜
Ｐ４の４つのプロセッサが、図３（ａ）に示したように
Ｔ１〜Ｔ１１のスレッドを実行した場合、この実行順序
記録部２は、図３（ｂ）に示したような実行記録を作成
する。記録の各項目は、プロセッサ番号と実行を始めた
スレッド番号とから構成され、このリスト記録をたどる
ことによりスレッドの実行順序だけでなく同時に実行さ
れたスレッドを見つけることができる。また、実行する
スレッドが「ｉｄｌｅ」となっているのは、プロセッサ
がアイドル状態であることを示している。なお、スレッ
ドＴ２、Ｔ３およびＴ４のように、一度入出力待ちにな
った後で再度実行された場合は、それぞれＴ２′、Ｔ
３′およびＴ４′の番号をつけて別のスレッドとして扱
う。このＴ２とＴ２′とではスレッド自身のロックが共
通でスレッド間の実行順序はわかるので、このようにし
ても問題はない。なお、これらのスレッドは入出力要求
が発行されるまで、プリエンプションなどにより途中で
止まらないものとする。

【００２５】ロック操作記録部３は、スレッドが行なう
ロック操作を記録するものである。たとえば、同時に実
行されているＴ１〜Ｔ４の４つのスレッドが、図４
（ａ）に示したようにＬ１〜Ｌ８のロックを獲得した場
合、このロック操作記録部３は、図４（ｂ）に示すよう
なロック操作の記録を作成する。記録の各項目は、スレ
ッド番号と獲得したロック番号とから構成され、このリ
スト記録をたどることによりロック操作の順序だけでな
く、直列実行可能かどうかの判定も行なえる。

【００２６】再現性判定部４は、スレッドが入出力要求
を発行するときに、これまでに行なったきたロック操作
を調べてこのスレッドの直列実行可能性を判定するもの
である。ここで、直列実行可能性とは、１台のプロセッ
サでスレッド単位に再現できる実行順序が存在すること
を意味する。先に述べたように、マルチプロセッサの計
算機では複数のスレッドが同時に実行され、非決定性が
あるため同じ状態を再現することが難しいが、直列実行
可能性がある場合には１台のプロセッサでスレッド単位
に再実行することで同じ状態を再現できる。

【００２７】たとえば、２つのスレッドＴ１およびＴ２
が、同時にロックＬ１，Ｌ２を操作する場合を考える。
このとき、ロック操作の流れは図５（ａ）〜（ｆ）に示
す６通りの内のいずれかであり、（ａ）および（ｂ）の
場合には直列実行可能であるが（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）
および（ｆ）の場合は直列実行可能とはならない。なぜ
ならば、（ａ）の場合にはスレッドＴ１を先に実行させ
てスレッドＴ２をその後に実行させることで、（ｂ）の
場合にはＴ２を先に実行させてＴ１をその後に実行させ
ることで、同じロック操作を再現できる。しかし、
（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）および（ｆ）の場合には、同じ
ロック操作を再現する実行順序がない。一般に、２つ以
上のスレッド間の共通データはロックを獲得してからア
クセスされるので、同じロック操作を再現すれば共通デ
ータも同じ状態になる。ここで、ロック操作の記録から
直列実行可能性を判定する際の動作手順を説明する。

【００２８】図６は同実施形態に係る直列実行可能性を
判定する際の動作手順を説明するためのフローチャート
である。まず、ロック操作記録にあるすべてのロックに
ついて、ロック操作からスレッドの実行順序を求める
（図６のステップＡ１）。たとえば、図５（ａ）〜
（ｆ）に示した例では、ロック操作記録部３で作成され
るロック操作の記録は図７（ａ）〜（ｆ）に示すように
なり、それから求まるロック毎のスレッド実行順序は図
８（ａ）〜（ｆ）となる。この場合は（ａ）〜（ｆ）の
いずれの場合でも全ロックがスレッド単位で順序付けで
きるため（図６のステップＡ２のＹ）、次のステップに
進む。

【００２９】ここで、図９に順序付けできない例を示
す。図９（ａ）に示すようにロック操作が行なわれた場
合、ロック操作記録は図９（ｂ）のようになり、スレッ
ドＴ１を先にしてもスレッドＴ２を先にしても正しくは
ならない。よって、スレッド単位の順序付けができない
ことになる（図６のステップＡ２のＮ）。

【００３０】次に、各ロックに対して求められたスレッ
ドの実行順序をすべて満たす実行順序を求める（図６の
ステップＡ３）。図５に示した例では、ロックＬ１およ
びＬ２のスレッド実行順序が図８に示したようになり、
（ａ）〜（ｄ）の場合はロックＬ１およびロックＬ２の
スレッド実行順序が同じであるので、次のステップへ進
む（図６のステップＡ４のＹ）。一方、（ｅ）および
（ｆ）の場合には、ロックＬ１およびＬ２の両方を満た
すスレッドの実行順序はないので（図６のステップＡ４
のＮ）、直列実行不可能と判定することができる（図６
のステップＡ８）。

【００３１】そして、上で求めた実行順序でスレッドを
実行させた時のロック操作の順序を再構成する（図６の
ステップＡ５）。たとえば図５の例では、（ａ）および
（ｃ）の場合にはスレッドＴ１を先にスレッドＴ２を後
に、（ｂ）および（ｄ）の場合にはスレッドＴ２を先に
スレッドＴ１を後に実行するので、図１０に示したよう
なロック操作が再構成される。この結果をもとのロック
操作の記録（図７）と比較すると（図６のステップＡ
６）、（ｃ）および（ｄ）はロック操作の順序が一致し
ないので直列実行不可能と判定し（図６のステップＡ
８）、（ａ）および（ｂ）は一致するので直列実行可能
と判定する（図６のステップＡ７）。

【００３２】入出力記録部５は、直列実行可能な各スレ
ッドが発行する入出力要求を記録するものである。たと
えば、同時に実行されているＴ１〜Ｔ４の４つのスレッ
ドがＯ１〜Ｏ５の出力要求とＩ１〜Ｉ６の入力要求とを
図１１（ａ）に示したような順番で発行した場合、この
入出力記録部５は、図１１（ｂ）に示すような入出力の
記録を作成する。記録の各項目は、スレッド番号と発行
した入力または出力要求番号とから構成され、このリス
ト記録をたどることにより故障直前までに発行した入出
力要求がすべて分かる。

【００３３】入力データ保持部６は、入力装置から渡さ
れたデータを故障回復処理まで保持するものである。一
度入力装置から取り出したデータは、主メモリ内にしか
残っていないので、故障が起きてロールバックしてしま
うとそのデータも忘れてしまう。そこで、故障からの回
復時に同じデータを供給するため、入力要求番号とその
とき渡されたデータを保持している次に、同実施形態の
動作手順について説明する。

【００３４】同実施形態のＦＴマシン１上で実行される
スレッドは、図１２に示したフローチャートにしたがっ
て通常の入出力処理を行なう。まず、入出力要求を発行
するスレッドが直前のチェックポイント後に操作したロ
ックの集合を求める（図１２のステップＢ１）。

【００３５】次に、このロックの集合をチェックポイン
ト後に操作するスレッドの集合を求める（図１２のステ
ップＢ２）。さらに、求まったスレッドの集合がチェッ
クポイント後に操作する新しいロックの集合を求める
（図１２のステップＢ３）。新しいロック集合とステッ
プＢ１で求めたロック集合とを比較し、ロック集合が増
えた場合にはステップＢ２〜Ｂ３を繰り返す（図１２の
ステップＢ４）。

【００３６】ロック集合が増えなくなると、入出力要求
を発行するスレッドの再現性に影響を与えるスレッドの
集合が求まる。そこで、この求まったスレッド集合がす
べて直列実行可能かを調べる（図１２のステップＢ
５）。そして、もし、すべてのスレッドが直列実行可能
な場合には、故障が起きチェックポイントから再実行し
ても同じ状態を再現できるので、入出力要求を直ちに発
行する（図１２のステップＢ７）。１つでも直列実行で
きないスレッドがあれば、従来通り入出力要求をチェッ
クポイントまで待たせる（図１２のステップＢ８）。

【００３７】また、同実施形態における故障回復処理
は、故障を取り除き直前のチェックポイントへ状態を戻
してから図１３に示すフローチャートにしたがって行な
う。まず、通常の入出力処理で、図１２のステップＢ７
で要求を直ちに発行したスレッドの集合を入出力記録部
５の記録をもとに作成する（図１３のステップＣ１）。

【００３８】次に、スレッドの集合から通常処理と同様
にして、入出力要求を発行するスレッドの再現性に影響
を与えるスレッドの集合を求める（図１３のステップＣ
２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５）。このとき、求まったスレッド
集合は、すべて直列実行可能であるので、スレッドの実
行順序を求める（図１３のステップＣ６）。最後に、こ
の求まった実行順序でスレッドを１つずつ直列に実行さ
せる（図１３のステップＣ７）。

【００３９】さらに、図１３のステップＣ７の実行中に
入出力要求が発生した場合には、図１４に示すフローチ
ャートにしたがって入出力処理を行なう。まず、回復処
理のスレッドの直列実行中に発行する入出力要求を調べ
（図１４のステップＤ１）、もし、入力要求ならば（図
１４のステップＤ２のＹ）、対応する入力要求が入出力
記録手段５にあるか確認し（図１４のステップＤ３）、
入力データ保持部６に保持されている対応するデータを
入力要求の応答として返す（図１４のステップＤ４）。
一方、出力要求ならば（図１４のステップＤ２のＮ）、
対応する出力要求が入出力記録部５にあるか確認して出
力要求を完了する（図１４のステップＤ５）。

【００４０】ここで、従来の技術で問題になった図１９
のプログラムを、同実施形態の計算機システムで実行す
る場合を考える。いま、プログラムがスレッドＴ１およ
びＴ２により、図１５（ａ）に示すように、スレッドＴ
１が先にスレッドＴ２が後にロックを獲得したとする。
このとき、実行順序記録部２では、図１５（ｂ）の実行
記録が、ロック操作記録部３では図１５（ｃ）の操作記
録が作成される。したがって、スレッドＴ１が出力要求
Ｏ１を発行するとき、図１２に示したフローチャートに
したがって処理すると、スレッドＴ１を先にＴ２を後に
実行することで直列実行可能であるので、チェックポイ
ントまで待たずに直に要求を発行する。スレッドＴ２が
出力要求Ｏ２を発行するときも同様にすぐに要求を発行
する。さらに、出力要求Ｏ１およびＯ２を発行した後で
故障が発生してチェックポイントから再実行した場合で
も、図１３で示したフローチャートにしたがって処理す
ると、スレッドＴ１を先に実行しスレッドＴ２を後に実
行するので、故障した場合と同じ状態を再現できる。ま
た、回復処理における入出力処理は、図１４に示したフ
ローチャートにしたがって処理すると、出力要求Ｏ１，
Ｏ２は入出力記録で確認するだけで出力装置には発行さ
れないので、回復処理で入出力装置の状態を変えること
もない。すなわち、出力要求Ｏ１およびＯ２をチェック
ポイントまで待機させずに発行しても従来の技術のよう
な問題は発生しない。

【００４１】以上のことから、同実施形態の計算機シス
テムによれば、直列実行可能であるスレッドの入出力要
求を判定するとともに、故障回復時に故障したケースと
同じ入出力要求を発行するように制御することにより、
大部分の入出力要求を直ちに入出力装置に発行すること
が可能となる。入出力要求が直ちに入出力装置に発行さ
れれば、プログラムから見た入出力時間は、普通の計算
機より同じ応答時間になり、普通の計算機よりも入出力
処理が集中してしまう問題も発生しなくなり、ＣＰ＆Ｒ
Ｂ方式のＦＴマシンで問題となるシステム性能の低下を
回避できる。 （第２実施形態）次に、本発明の第２実施形態について
説明する。

【００４２】同実施形態では、第１実施形態で説明した
ＣＰ＆ＲＢ方式のＦＴマシンと同様の構成であるものと
してその説明を省略する。ただし、同実施形態では、ロ
ック操作のときに、ロック操作記録部３の記録を調べて
このロック獲得により直列実行が不可能になる危険性が
ある場合に、直列実行可能になるまでスレッドの実行を
待たせる機能が設けられる。

【００４３】第１実施形態における入出力処理方式で
は、直列実行可能かを入出力要求を発行する時点で判定
しているのみであり、チェックポイントから時間が経つ
にしたがって直列実行不可能なスレッドが増えてくる
と、直ちに発行できる入出力要求が少なくなってしま
う。そこで、ロック操作を行なうときに、ロック操作記
録部３の記録を調べて、このロック獲得により直列実行
が不可能になる危険性がある場合には、直列実行可能に
なるまでスレッドの実行を待たせることにより、直ちに
発行できる入出力要求が少なくなるのを回避するのが同
実施形態における入出力の処理方式である。

【００４４】ここで、同実施形態の動作原理について説
明する。図１６に同実施形態でのロック操作の様子を示
す。第１実施形態では、図１６（ａ）に示すように、２
つのスレッドＴ１およびＴ２がロックＬ１およびＬ２を
連続して操作した後で、出力要求Ｏ１およびＯ２を発行
した場合、両スレッドはともに直列実行不可能になって
しまう。しかし、図１６（ｂ）のように、スレッドＴ２
がロックＬ１を獲得するときに、実行順序記録部２とロ
ック操作記録部３との記録からこのロックをアクセスし
たスレッドＴ１がいまだ実行中かどうかを調査して（実
行中の場合は直列実行が不可能になる危険性がある）、
スレッドＴ１が停止するまで待たせることにより、直列
実行可能性を確保することができる。なお、スレッドＴ
１の停止を待っている間は、プロセッサＰ２は他のスレ
ッドを実行しても構わない。

【００４５】このように、第２実施形態に係る計算機シ
ステムによれば、直列実行可能なスレッドを増やすこと
ができ、直ちに発行できる入出力要求が減少するのを防
ぐことができる。したがって、チェックポイント間隔が
長くなってもＣＰ＆ＲＢ方式のＦＴマシンで問題となる
システム性能の低下を回避できる。 （第３実施形態）次に、本発明の第３実施形態について
説明する。同実施形態も、前述した第１実施形態にて説
明したＣＰ＆ＲＢ方式のＦＴマシンと同様の構成である
ものとしてその説明を省略する。ただし、同実施形態で
は、ロック操作記録部３はロック獲得のときにそのロッ
クを獲得する前でスレッドを止めて獲得順序を制御可能
であるかどうかを記録する機能を有しているものとす
る。また、再現性判定部４は、スレッドが入出力要求を
発行するときにこれまでに行なったロック操作を調べ
て、直列実行が不可能でもロック獲得順序を制御するこ
とでロック獲得順序を再現できるかを判定する機能を有
しているものとする。

【００４６】第１実施形態における入出力処理方式で
は、故障回復時にスレッド単位の直列実行により状態を
再現することを仮定し、その可能性を判定しているのみ
である。しかし、実際には故障回復時にスレッドの途中
で処理を止めて、他のスレッドを実行することも可能な
場合がある。そこで、ロック操作記録部３は、ロック獲
得のときにそのロックを獲得する前でスレッドを止めて
獲得順序を制御できるかどうかを記録するとともに、故
障回復においてロック操作記録部３の情報と同じ順序で
ロックが獲得されるように、スレッドを途中で止めなが
ら処理を進めることにより、状態を再現できる場合を増
やすのが同実施形態における入出力処理方式である。

【００４７】ここで、同実施形態の動作原理について説
明する。図１７（ａ）〜（ｄ）に示すようにロック操作
が行なわれた場合、第１実施例では直列実行不可能と判
断されスレッドＴ１およびＴ２が発行する入出力要求は
チェックポイントまで待たされていた。しかし、同実施
形態では、スレッドＴ１およびＴ２がロックＬ２を操作
するときに、ロック操作の前でスレッドを止めても問題
がないことを調べ、その旨を記録する機能をロック操作
記録部３が備えている。これにより、図１７（ａ）〜
（ｄ）それぞれの下段に示したようなロック操作記録が
残されることになる。ここで、（Ｗ）はこのロックの前
でスレッドを止めても問題ないことを示している。な
お、割り込み禁止状態などでは、スレッドを途中で止め
て他のスレッド実行したときに矛盾が発生する場合があ
る。そこで、同実施形態の入出力処理方式では、このロ
ック獲得前で停止できるといった情報を使用して、スレ
ッドが入出力要求を発行するときに、これまでに行なっ
たロック操作を調べて、直列実行が不可能でもロック獲
得順序を制御することでロック獲得順序を再現できるか
を判定し、ロック獲得順序を再現して状態できる場合に
は直ちに入出力要求を発行する。また、故障回復では、
図１８に示すように、ロック獲得順序がロック操作記録
部３の記録と一致するようにスレッドを止めながら実行
し、故障が起きたケースと同じ状態を再現する。

【００４８】このように、同実施例に係る計算機システ
ムによれば、状態を再現可能なロック操作の状況を増や
し、直ちに発行できる入出力要求を増やすことができ
る。したがって、ＣＰ＆ＲＢ方式のＦＴマシンで問題と
なるシステム性能の低下を第１実施例よりもさらに回避
することができる。

【００４９】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の計算機シ
ステムによれば、直列実行可能か、またはロック獲得順
序を再現可能であるスレッドの入出力要求を判別すると
ともに、故障回復時には故障したケースと同じ入出力要
求を発行するように制御することにより、大部分の入出
力要求を直ちに入出力装置に発行することが可能とな
る。入出力要求が直ちに入出力装置に発行されれば、プ
ログラムから見た入出力時間は、普通の計算機とほぼ同
じ応答時間になり、普通の計算機よりも入出力処理が集
中してしまう問題も発生しなくなる。したがって、ＣＰ
＆ＲＢ方式のＦＴマシンにおける大きな欠点がほぼ解決
でき、通常の計算機との性能的互換性を達成することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係るＣＰ＆ＲＢ方式の
ＦＴマシンの機能構成を示すブロック図。

【図２】第１実施形態に係るＣＰ＆ＲＢ方式のＦＴマシ
ンの論理的構成図。

【図３】第１実施形態に係る実行順序記録部の動作例を
示す図。

【図４】第１実施形態に係るロック操作記録部の動作例
を示す図。

【図５】第１実施形態に係るロック操作の流れを示す
図。

【図６】第１実施形態に係る直列実行可能性を判定する
際の動作手順を説明するためのフローチャート。

【図７】第１実施形態に係るロック操作の記録を示す
図。

【図８】第１実施形態に係るロック毎のスレッド実行順
序を示す図。

【図９】第１実施形態に係るロックでのスレッド実行順
序がない場合を示す図。

【図１０】第１実施形態に係る再構成されたロック操作
順序を示す図。

【図１１】第１実施形態に係る入出力記録部の記録を示
す図。

【図１２】第１実施形態に係る通常処理における入出力
処理の手順を示すフローチャート。

【図１３】第１実施形態に係る回復処理の手順を示すフ
ローチャート。

【図１４】第１実施形態に係る回復処理における入出力
処理の手順を示すフローチャート。

【図１５】第１実施形態において従来技術の例を実行し
た場合を示す図。

【図１６】第２実施形態に係るロック操作を示す図。

【図１７】第３実施形態に係るロック操作を示す図。

【図１８】第３実施形態に係る回復処理を示す図。

【図１９】マルチプロセッサにおける非決定性を示す
図。

【符号の説明】

１…ＦＴマシン、２…実行順序記録部、３…ロック操作
記録部、４…再現性判定部、５…入出力記録部、６…入
力データ保持部、７…入出力装置、１１…普通の計算
機、１２…チェックポイントロールバック部、１３…入
出力要求保持部。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 チェックポイントロールバック機能を有
   してなるフォールトトレラント計算機システムにおい
   て、 前記計算機システムにて実行されるスレッドのスケジュ
   ーリング順序を記録する実行順序記録手段と、 前記スレッドが行なったロック操作を記録するロック操
   作記録手段と、 前記スレッドが入出力要求を発行したときに、前記ロッ
   ク操作記録手段に記録されたロック操作を参照してこの
   スレッドが他のスレッドとの間で依存関係をもつことな
   く直列実行可能であるか否かを判定する再現性判定手段
   と、 前記再現性判定手段が直列実行可能であると判定したと
   きに、その入出力要求を即座に入出力装置に対して発行
   するとともに、この入出力要求が入力要求であった際に
   入力装置から渡されたデータを保持しておく入力データ
   保持手段と、 前記直列実行可能と判定されたスレッドそれぞれが発行
   した入出力要求の順序を記録する入出力記録手段と、 前記チェックポイントロールバック機能により前記計算
   機システムの状態が所定のチェックポイントに復旧され
   た際、前記実行順序記録手段に記録されたスケジューリ
   ング順序および前記ロック操作記録手段に記録されたロ
   ック操作にしたがって前記スレッドを再実行させ、前記
   直列実行可能と判定されたスレッドが入力要求を発行し
   たときには、前記入出力記録手段を参照してこの入力要
   求に対応したデータを前記入力データ保持手段から引き
   渡し、出力要求を発行したときには、実際の出力を行な
   わずに出力完了として処理する回復処理手段とを具備す
   ることを特徴とする計算機システム。
2. 【請求項２】 通常稼働時に、前記スレッドがロックの
   獲得を要求した際、前記実行順序記録手段および前記ロ
   ック操作記録手段に記録された情報を参照して、このロ
   ック獲得により直列実行可能性が保証されなくなる場合
   には、直列実行可能になるまでそのスレッドの実行をロ
   ック獲得前で待機させることを特徴とする請求項１記載
   の計算機システム。
3. 【請求項３】 前記ロック操作記録手段は、前記スレッ
   ドがロック獲得を要求したときに、そのロック獲得を待
   機させることによるロック獲得順序の制御が可能か否か
   を記録する手段をさらに備え、前記再現性判定手段は、
   前記スレッドが入出力要求を発行したときに、前記ロッ
   ク操作記録手段に記録された情報から直列実行が不可能
   な場合であってもロック獲得順序を制御することにより
   再現が可能か否かを判定する手段をさらに備え、前記回
   復処理手段は、前記ロック操作記録手段の情報から故障
   が発生したときと同じ順序でロックが獲得されるように
   前記スレッドのロック獲得を制御する手段をさらに備え
   てなることを特徴とする請求項１記載の計算機システ
   ム。