JPH10240548A - タスクスケジューリング装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 固定優先順位スケジューリングを用いなが
ら、ＣＰＵを経済的に活用しつつ、所望のサービス品質
に対応するタスクスケジューリングを実現する。 【解決手段】 指定手段３が、タスクの実行によって提
供されるべきサービス品質を指定する。区分手段６が、
与えられた各タスクを、指定されたサービス品質を満足
するために必ず実行すべき必須部分と、可能ならば実行
すべきオプション部分に区分する。スケジューリング部
３９が、必須部分のスケジューリングを行い、必須部分
の実行終了後にＣＰＵ時間が余る場合に限って、前記オ
プション部分をスケジューリングする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マルチメディア・
ネットワーク等の高度な要求に柔軟に対応する組み込み
システム、及びマルチメディアデータ通信システムのた
めの、タスクスケジューリング技術に関わるもので、特
に、ＣＰＵを経済的に活用しつつ、所望のサービス品質
に対応するタスクスケジューリングを実現するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】コンピュータの急速な普及に伴って、コ
ンピュータを組み込みシステムとして普及する場合が増
大している。ここで、組み込みシステムとは、パーソナ
ルコンピュータのようにコンピュータとして独立して使
用されるものではなく、家電製品などの電気機器に組み
込まれる小規模で機能が制限されたコンピュータシステ
ムである。

【０００３】これまでの組み込みシステムは、冷蔵庫や
炊飯器のコントローラなど比較的単純なものが多く、８
ビット程度のＣＰＵで十分実現可能であった。しかし最
近のマルチメディア・ネットワークの多様な普及につ
れ、生活環境のなかに存在する組み込みシステムへの要
求は高度化しつつある。将来的には家電製品もネットワ
ークに接続され、動画や音声などマルチメディアデータ
をやり取りすることになると思われる。これらの用途で
は、３２ビット以上のＣＰＵの使用が当然のこととなる
と思われる。高速で強力なＣＰＵの使用は、これまでハ
ードウェアで実現してきた機能をソフトウェア化する可
能性をもたらすので、ＣＰＵ上で多くのタスクを効率的
に実行するためのタスクのスケジューリング技術が一層
重要となってきている。

【０００４】特に、動画や音声などマルチメディアを扱
うアプリケーションでは、性能の保証が重要である。動
画や音声データは、処理のデッドラインが守れない場
合、音声が途切れたり、動画がコマ落ちしたりして、品
質劣化としてユーザに容易に認識される。このため、こ
れらの分野において、デッドラインを意識したタスクス
ケジューリング、いわゆるリアルタイムスケジューリン
グが必要である。マルチメディアシステムをこの意味で
リアルタイムシステムと考えることも可能だが、マルチ
メディアシステムに課せられる時間制約は程度問題であ
って、エレベータ制御における安全管理機能など、これ
までの厳密なリアルタイムシステムの時間制約とは、基
本的に異なる。これまでのリアルタイムシステムにとっ
て、デッドラインは絶対であった。

【０００５】例えば、戦闘機制御システムでは、外部セ
ンサーが一定時間毎にデータをサンプリング・処理す
る。デッドラインを守れないと、撃墜される可能性があ
るので、デッドラインを守ることが最重要課題である。
このように、デッドラインを守ることが最大の優先課題
であるようなシステムを、ハードリアルタイムシステム
という。これに対して、マルチメディアシステムでは、
ある処理をいつまでに必ず行う、という制約は少なく、
各種の再生などを一定の品質で行うことの方が重要であ
る。このように厳しいデッドライン制約を持たないリア
ルタイムシステムは、しばしばソフトリアルタイムシス
テムと呼ばれる。

【０００６】タスクスケジューリングは、オペレーティ
ングシステムの基礎であり、リアルタイムシステムに適
用可能なスケジューリングとしては、これまでに多くの
手法が提案されている。組み込みシステムに関連するリ
アルタイムスケジューリングについては、軍事・航空管
制などを主なターゲットにした方式がいくつか提案され
ている。

【０００７】複数のタスクをスケジューリングする手法
としては、実行可能状態にある各タスクに優先順位（優
先度）を割当て、最も高い優先順位を持つタスクに、Ｃ
ＰＵ時間（実行権）を各タスクに与える優先順位スケジ
ューリングが一般的である。この方面で代表的な方式と
しては、周期的に発生するタスクを周期が短いものほど
優先順位を高く設定して、その優先順位に応じスケジュ
ーリングを行うレートモノトニック方式や、デッドライ
ンまでの残り時間が短いタスクほど優先順位を高く設定
し、その優先順位に応じスケジューリングを行うＥＤＦ
（Ｅａｒｌｉｅｔ Ｄｅａｄｌｉｎｅ Ｆｉｒｓｔ）方
式などがある（“Ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇａｌｇｏｒｉｔ
ｈｍｓ ｆｏｒ ｍｕｌｔｉ−ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ
ｉｎａ ｈａｒｄ ｒｅａｌ−ｔｉｍｅ ｅｎｖｉｒ
ｏｎｍｅｎｔ”ｂｙ Ｃ．Ｌ． Ｌｉｕ ａｎｄ Ｊ．
Ｗ． Ｌｅｙｌａｎｄ，ｉｎ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆｔ
ｈｅ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｃｏｍｐｕｔ
ｉｎｇ Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ ２０， １（Ｊａｎｕａ
ｒｙ １９７３）：４０−６１”）。

【０００８】このように、優先順位に基づくスケジュー
リング（優先順位スケジューリング）は、優先順位が固
定である固定優先順位スケジューリングと、優先順位が
動的に変化する動的優先順位スケジューリングに大別さ
れ、レートモノトニック方式は固定優先順位スケジュー
リングの、ＥＤＦ方式は動的優先順位スケジューリング
の、それぞれ代表的な例となっている。

【０００９】固定優先順位スケジューリングでは、タス
クに割り当てられた優先順位は、タスクの生成から消滅
まで不変である。レートモノトニックスケジューリング
は、周期的に実行が必要となるタスクのためのスケジュ
ーリング方式で、周期が短いタスクほど優先度を高く設
定するものである。例えば、画像データが５０ｍｓｅｃ
に一度到達し、音声データ図３０ｍｓｅｃに一度到達す
るとしよう。この時レートモノトニックスケジューリン
グでは、周期のより短い音声データを音声化するタスク
の優先順位を、画像データを画像化するタスクの優先順
位よりも高く設定する。

【００１０】図９は、優先順位スケジューリングの一実
行例である。ここでは、三つの周期的タスクτ1 ，τ2
，τ3 があり、それぞれが周期１５ｍｓ，２５ｍｓ，
４０ｍｓで、周期的に起動される。また、一度の周期
で、各タスクは７ｍｓだけ実行する。タスクの優先順位
は、タスクτ1 が一番高く、タスクτ2 が二番目、タス
クτ3 の優先順位が最も低い、と仮定する。この優先順
位は、レートモノトニック方式によるものである。

【００１１】この場合、時点０で、全てのタスクが起動
されるが、優先順位の一番高いタスクτ1 にＣＰＵでの
実行権が与えられ、７ｍｓ経過した後、最初の周期を終
了する。その後直ちに、タスクτ2 にＣＰＵでの実行権
が与えられ、７ｍｓ経過した１４ｍｓの時点でその最初
の周期を終了する。その後、タスクτ3 にＣＰＵの実行
権が渡されるが、１５ｍｓ時点でタスクτ1 がその二度
目の周期を開始するため、ＣＰＵでの実行権はタスクτ
3 からタスクτ1 へと移される。２２ｍｓ時点までタス
クτ1 は実行し、そこで二度目の周期を終える。２２ｍ
ｓ時点では、タスクτ2 の二度目の周期はまだ始まって
いないので、ＣＰＵはタスクτ3 に与えられる。しか
し、２５ｍｓ時点でタスクτ2 が二度目の周期を開始す
るため、タスクτ3 は３ｍｓだけ実行した後、タスクτ
2 に実行権を譲り渡す。

【００１２】このタスクτ2 も３０ｍｓ時点でタスクτ
1 が三度目の周期を開始するため、５ｍｓだけ実行した
後、タスクτ1 にＣＰＵを譲り渡す。３７ｍｓ時点で、
タスクτ1 はその三度目の周期を終え、優先順位が二番
目であるタスクτ2 にＣＰＵの実行権が与えられる。タ
スクτ2 は残っていた２ｍｓの仕事を行い、３９ｍｓ時
点でその二度目の周期を終える。３９ｍｓでタスクτ3
に実行権が戻ってきたが、その最初の周期が終わる４０
ｍｓまでには、残された７−１−３＝３ｍｓ分の実行は
行えず、タスクτ3 の二度目の周期が開始されてしま
い、４０ｍｓの時点でこのデッドラインを破ってしま
う。もっとも、優先順位のいちばん高いタスクτ1 の実
行は確保されており、このことがこの種のスケジューリ
ングの特徴である。その後も、このように優先順位に基
づいてタスクがスケジューリングされていく。

【００１３】一般に、固定優先順位スケジューリングの
方が、実現の容易さ・過負荷時の挙動の予測可能性など
から選好される傾向があり、リアルタイムスケジューリ
ング理論ではレートモノトニック方式が主流になってい
る。マルチメディア関係でも、動画や音声は周期的に発
生・到着することから、ネットワークに接続されたマル
チメディアファイルサーバに対して、レートモノトニッ
ク方式を階層的ラウンドロビン方式と併せ適用しようと
いう提案（ＵＳＰ５５２８５１３）などがある。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来提唱され
ているリアルタイムスケジューリング技術は、マルチメ
ディアアプリケーション特有の要求を十分満たしてはい
ない。まず、マルチメディア対応の組み込みシステムで
は、コストの問題から、ＣＰＵの能力にはあまり余裕が
ないのが普通である。しかし、既存のリアルタイムスケ
ジューリング手法は、デッドラインを守るためＣＰＵの
能力にはかなり余裕を持たせるのが通常であり、経済的
コストの面で不利益を生じる。このため、ＣＰＵを効率
よく利用するタスクスケジューリング装置が求められて
いた。

【００１５】また、マルチメディアアプリケーションに
特徴的なものとして、サービス品質（Ｑｕａｌｉｔｙ
ｏｆ Ｓｅｒｖｉｃｅ，ＱｏＳ）の保証がある。ユーザ
がマルチメディアアプリケーションにデータの再生要求
を出す際は、再生の質についての要求も行う。これをサ
ービス品質の指定というが、マルチメディアアプリケー
ションは、サービス品質の指定に応じたスケジューリン
グを行う必要がある（“Ｒｅｓｏｕｒｃｅ ｍａｎａｇ
ｅｍｅｎｔ ｉｎ ｎｅｔｗｏｒｋｅｄ ｍｕｌｔｉｍ
ｅｄｉａ ｓｙｓｔｅｍｓ”ｂｙ Ｋ．Ｎａｈｒｓｔｅ
ｄｔ ａｎｄＲ．Ｓｔｅｉｎｍｅｔｚ ｉｎ ＩＥＥＥ
Ｃｏｍｐｕｔｅｒ ２８，５（Ｍａｙ １９９５）：
５２−６３）。

【００１６】これまでのリアルタイムスケジューリング
技術では、サービス品質の指定への対応は考えられてい
なかった。すなわち、レートモノトニック方式では、タ
スクの優先順位はその周期だけで決まってしまい、ユー
ザによるサービス品質指定を反映できない。

【００１７】一方、優先順位が状況に応じて変化する動
的優先順位スケジューリングでは、固定優先順位スケジ
ューリングと比べ柔軟なスケジューリングが可能であ
り、サービス品質の指定への対応も可能と思われ、サー
ビス品質が重要なマルチメディアシステムでは、動的優
先順位に基づくスケジューリング手段（スケジューラ）
の使用も提案されている。しかし、動的優先順位スケジ
ューリングには、実現コストが大きい・過負荷時の挙動
が予測できないといった課題が残されている。

【００１８】優先順位スケジューリングではないが、要
求に柔軟に対応するスケジューリング手法としては、ｉ
ｍｐｒｅｃｉｓｅ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎと呼ばれる
ものも存在する（“Ｉｍｐｒｅｃｉｓｅ ｃｏｍｐｕｔ
ａｔｉｏｎｓ”ｂｙ Ｊ．Ｗ．Ｓ．Ｌｉｕ ｅｔ ａ
ｌ．ｉｎ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｉ
ＥＥＥ８２，１（Ｊａｎｕａｒｙ １９９４）：８３−
９４）。この手法は、それぞれのタスクを実行が必須な
部分とオプショナルの部分に分割し、必須部分の実行が
終了した後オプショナルの部分を実行する。オプショナ
ルの部分は、最後まで実行することなく途中で実行を中
止することが可能である。ｉｍｐｒｅｃｉｓｅ ｃｏｍ
ｐｕｔａｔｉｏｎでは投入時間とサービス品質はトレー
ドオフの関係にあり、実行時間を長くするほど得られる
サービス品質は向上するが、利用できる時間には制限が
ある。この仮定は、動画再生など多くのアプリケーショ
ンに当てはまる。

【００１９】しかし、タスクが複数個存在した場合、ｉ
ｍｐｒｅｃｉｓｅ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎではオプシ
ョナルな部分をスケジュールするためには、非線形計画
法やマルコフ決定過程など大掛かりな数学的道具を必要
とする。また、ｉｍｐｒｅｃｉｓｅ ｃｏｍｐｕｔａｔ
ｉｏｎでは、スケジューリングを行うのに要する時間
が、タスクの個数について指数的に増加するので、組み
込みシステムのようにシステム自体は小規模だが、多く
のタスクが存在する場合への適用は困難である。

【００２０】本発明は、上記のような従来技術の問題点
を解決するために提案されたもので、その目的は、優先
順位スケジューリングを用いながら、ＣＰＵを経済的に
活用しつつ、所望のサービス品質に対応するタスクスケ
ジューリングを実現することである。また、本発明の他
の目的は、従来のタスクスケジューリング装置を用いた
システムへの導入が容易なタスクスケジューリング装置
を提供することである。

【００２１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、請求項１のタスクスケジューリング装置は、与えら
れた複数のタスクを、サービス品質を満足するために必
ず実行すべき必須部分と、可能ならば実行すべきオプシ
ョン部分に区分する区分手段と、各タスクの前記必須部
分のスケジューリングと、各タスクの前記オプション部
分のスケジューリングを行うスケジューリング手段と、
を有することを特徴とする。請求項７のタスクスケジュ
ーリング方法は、請求項１の発明を方法の観点から把握
したものであって、与えられた複数のタスクを、サービ
ス品質を満足するために必ず実行すべき必須部分と、可
能ならば実行すべきオプション部分に区分するステップ
と、各タスクの前記必須部分のスケジューリングと、各
タスクの前記オプション部分のスケジューリングを行う
ステップと、を含むことを特徴とする。

【００２２】請求項１，７の発明では、サービス品質を
指定することができ、タスクは、指定されたサービス品
質を満足するのに必須な必須部分と、それ以外のオプシ
ョン部分に区分される。そして、まず、必須部分のスケ
ジューリングを、レートモノトニック方式のような従来
の固定優先順位によって行う。レートモノトニック方式
のような従来のリアルタイムスケジューリング理論を用
いた部分は厳密なスケジューリング可能性解析が可能で
あり、このようなスケジューリングを必須部分に適用す
ることによって、サービス品質が確実に保証できる。オ
プション部分は、必須部分の実行が終了してなおかつ、
ＣＰＵ時間が余る場合に限って実行する。このため、マ
ルチメディア・ネットワークなどにおいて負荷が過剰の
場合も、特に指定されたサービス品質に係る必須部分は
他の部分より優先実行されるので、サービス品質が保証
される。必須部分以外のオプション部分もＣＰＵ時間に
余裕がある場合は実行されるので、ＣＰＵが経済的・効
率的に有効活用され、サービス品質が一層向上する。

【００２３】請求項２の発明は、請求項１記載のタスク
スケジューリング装置において、前記スケジューリング
手段は、必須部分の優先順位をオプション部分の優先順
位よりも高く設定し、優先順位の高いタスクにＣＰＵの
実行権を順次与え、全ての必須部分の実行が終了した場
合に、オプション部分を実行することを特徴とする。

【００２４】請求項２の発明では、優先順位を可変とし
ておき、必須部分の優先順位をオプション部分よりも高
くしておく。この状態で、固定優先順位のスケジューリ
ングを行うことにより、必須部分のみが先に実行され
る。必須部分の実行が終了した場合は、今度はオプショ
ン部分が実行対象となる。このようにすれば、必須部分
とオプション部分に、一貫して固定優先順位スケジュー
リングを適用できる。このため、固定優先順位スケジュ
ーリングを用いた従来の組み込みシステムに、本発明を
適用しようとする場合も、最小限の追加・変更で済む。

【００２５】請求項３の発明は、請求項１又は２記載の
タスクスケジューリング装置において、区分された前記
オプション部分をスケジューリングするためのサブスケ
ジューリング手段を有することを特徴とする。請求項３
の発明では、オプション部分のスケジューリングを専用
のサブスケジューラに任せるので、必須部分をスケジュ
ーリングする主なスケジューラの負担が軽減され、より
経済的なスケジューリングが可能である。

【００２６】請求項４の発明は、請求項１，２又は３記
載のタスクスケジューリング装置において、区分された
必須部分の実行所要時間を見積る見積手段と、見積られ
た前記実行所要時間に基づいて、指定されたサービス品
質を満足するように各タスクがスケジューリング可能か
否かを判定する判定手段と、を有することを特徴とす
る。請求項４の発明では、必須部分の実行所要時間が見
積られ、さらに、見積られた実行所要時間を用いて、指
定されたサービス品質を満足するように各タスクがスケ
ジューリング可能か否かが判定される。すなわち、指定
されたサービス品質を前提として、スケジューリング可
能かどうかがシステムの稼働前に判断できるので、ＣＰ
Ｕの負担過剰によるシステム障害を事前に回避できる。
なお、見積られた実行所要時間は、指定したサービス品
質が実現できるかどうかや、オプション部分がどのくら
い実行できそうかをユーザなどが判断しようとする場合
に、ＣＰＵ時間の余裕を容易に判断するために用いても
よい。

【００２７】請求項５の発明は、請求項４記載のタスク
スケジューリング装置において、サービス品質と、タス
ク中の必須部分と、当該必須部分の実行所要時間との対
応関係をあらかじめ記憶させたデータベースを有し、前
記区分手段及び前記見積手段は、前記データベースに記
憶された対応関係を参照することによって、前記タスク
の区分及び前記実行所要時間の見積を行うように構成さ
れたことを特徴とする。請求項５の発明では、あらかじ
めデータベースに記憶させた情報を用いて、サービス品
質から必須部分を定めたり、必須部分の実行所要時間を
得ることができるので、処理が正確かつ迅速に行われ
る。

【００２８】請求項６の発明は、請求項１，２，３，４
又は５記載のタスクスケジューリング装置において、前
記スケジューリング手段及び前記サブスケジューリング
手段のうち少なくとも一方は、所定量のＣＰＵ時間を与
えた場合に各タスクの実行によって生じる効用を、あら
かじめ所定の基準で計算したデータを記憶させた第２の
データベースを用い、次に実行するタスクを複数のタス
クから選択する場合に、前記複数のタスクのそれぞれに
ＣＰＵ時間を与えた場合の効用を前記第２のデータベー
スから参照し、当該効用が最大のタスクを次に実行する
タスクとして選択するように構成されたことを特徴とす
る。請求項８の発明は、請求項６の発明を方法の観点か
ら把握したものであって、請求項７記載のタスクスケジ
ューリング方法において、前記スケジューリングの際
に、所定量のＣＰＵ時間を与えた場合に各タスクの実行
によって生じる効用を、あらかじめ所定の基準で計算し
たデータを記憶させた第２のデータベースを用い、次に
実行するタスクを複数のタスクから選択する場合に、前
記複数のタスクのそれぞれにＣＰＵ時間を与えた場合の
効用を前記第２のデータベースから参照し、当該効用が
最大のタスクを次に実行するタスクとして選択すること
を特徴とする。請求項６，８の発明では、ＣＰＵ時間を
与えた場合の効用（効果）が最大のタスクが実行される
ので、システムの性能が最大限に発揮される。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の複数の実施形態に
ついて、図面を参照して詳細に説明する。

【００３０】１．第１実施形態 （１）構成 図１は、第１実施形態の全体構成を示すブロック図であ
り、具体的には、本発明によるスケジューリング装置と
ネットワーク及び周辺装置、典型的にはインターネット
端末やビデオオンデマンドなどのマルチメディア機器で
ある。ここでは説明を具体的にするため、ネットワーク
に接続されたマルチメディアクライアント・サーバシス
テムを題材にとり、図１のシステムは、マルチメディア
サーバ１０５、複数のマルチメディアクライアント１０
７（請求項１にいうタスクスケジューリング装置に相当
するもの）、さらにそれらの間のネットワーク１０３な
どからなるものとする。

【００３１】マルチメディアサーバ１０５は、ＣＰＵ１
１０とメモリ１１２、タスクのスケジューラ１１４、ス
ケジューリング可能かどうかの判定部１１６、大規模な
ＤＶＤや光ディスクドライブなどからなる記憶装置（ス
トレージ）１０１を持ち、ネットワーク１０３で接続さ
れている。

【００３２】マルチメディアクライアント１０７も、Ｃ
ＰＵ１２０とメモリ１２２、タスクのスケジューラ１２
４、スケジューリング可能かどうかの判定部１２６を持
つ。さらに、クライアント１０７は、マルチメディアデ
ータの再生・表示用に、ディスプレー１３４・スピーカ
１３６などのＡＶ機器に接続されている。なお、マルチ
メディアクライアント１０７も、ハードディスクドライ
ブ（ＨＤＤ）など二次の補助記憶１３２を有し、マルチ
メディアサーバ１０５からのデータを格納する場合があ
る。マルチメディアクライアント１０７は、ネットワー
ク１０３を経由して、マルチメディアサーバ１０５とつ
ながっている。

【００３３】なお、ここでは、動画データ・音声データ
などのメディアデータの記録・再生を、コンピュータに
よって制御・統合するシステムをマルチメディアシステ
ムと呼んでいる。さらにここでは、マルチメディアシス
テムはスタンドアローンではなく、ネットワークによっ
て結合されていると想定している。このようなシステム
において、動画データ・音声データなどの送受信やそれ
に付随したデータの圧縮・伸長などが典型的なマルチメ
ディアタスクである。サーバーからは毎秒３０フレーム
送り出される動画データなどがこれにあたる。この場合
の周期は３３ｍｓで、一つのフレームをどの程度のサー
ビス品質で再生するかによって、ＣＰＵ消費時間は異な
る。

【００３４】このようなデータを処理するマルチメディ
アアプリケーションでは、サーバからクライアントまで
の間で、サービス品質（ＱｏＳ：Ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ
Ｓｅｒｖｉｃｅ）の保証が要求される。ＱｏＳの保証
には、サーバやクライアント以外にも、ネットワークノ
ードの役割が大きいが、ここでは、主にサーバ・クライ
アントにおけるスケジューリングについて説明する。

【００３５】次に、図２は、クライアント１０７の具体
的な構成を示す機能ブロック図であり、スケジューラ１
２４の構成要素を具体的にし、ＣＰＵ１２０など、他の
要素と共に示したものである。すなわち、クライアント
１０７は、請求項１のタスクスケジューリング装置に対
応するもので、タスクの実行によって提供されるべきサ
ービス品質を指定するための指定手段３を有する。ま
た、クライアント１０７は、与えられた各タスクを、指
定されたサービス品質を満足するために必ず実行すべき
必須部分と、可能ならば実行すべきオプション部分に区
分する区分手段６と、この区分に用いるデータを格納し
ているシミュレーション結果データベース１５（請求項
５にいうデータベースに相当するもの）と、を有する。

【００３６】また、クライアント１０７は、区分された
必須部分の実行所要時間を見積る見積手段２１（請求項
４）と、必須部分のスケジューリングを行い、必須部分
の実行終了後にＣＰＵ時間が余る場合に限って、前記オ
プション部分をスケジューリングするスケジューリング
部３９（請求項１にいうスケジューリング手段に相当す
るもの）と、を有する。また、クライアント１０７は、
指定されたサービス品質を満足するように各タスクがス
ケジューリング可能か否かを判定する判定部１２６（請
求項４にいう判定手段に相当するもの）を有する。

【００３７】また、クライアント１０７は、ネットワー
ク機器２７から到着するタスクを検出する到着タスク検
出部３３と、スケジューリング部３９によるスケジュー
リングにしたがって、タスクを実行するＣＰＵ１２０
と、ＣＰＵ１２０とともに情報処理や情報出力を行うた
めのメモリ１２２、ハードディスクユニット（ＨＤＤ）
１３２、スピーカ１３６及びディスプレイ１３４を有す
る。

【００３８】（２）作用及び効果 上記のような構成を有する第１実施形態は、次のような
作用を有する。すなわち、マルチメディアクライアント
１０７からは、マルチメディアサーバ１０５に対し、デ
ータの送信・停止・再送などの要求が送られる。マルチ
メディアサーバ１０５は、マルチメディアクライアント
１０７からの要求により、マルチメディアデータを記憶
装置１０１から検索し、ネットワーク１０３を通じてク
ライアント１０７に送信する。マルチメディアサーバ１
０５からのデータの送信は、多くの場合、データを処理
するタスクの周期的な実行を必要とする。

【００３９】マルチメディアサーバ１０５は、多数のマ
ルチメディアクライアント１０７からの要求に対応する
必要がある。これらのマルチメディアクライアント１０
７の要求はユーザのサービス品質指定を反映したサービ
ス品質指定を持つので、マルチメディアサーバ１０５で
も、サービス品質保証を目的としたタスクスケジューリ
ングが必要である。またマルチメディアクライアント１
０７は、ひとつのマルチメディアサーバ１０５から複数
のデータストリームを受信する場合も、複数のマルチメ
ディアサーバー１０５から同時にデータを受信する場合
もある。マルチメディアクライアント１０７のスケジュ
ーラは、それぞれのデータストリームに対し、ユーザが
指定したサービス品質が提供できるよう、タスクスケジ
ューリングを行う。このように、マルチメディアサーバ
１０５・マルチメディアクライアント１０７は、共にサ
ービス品質を保証するためのスケジューリングを必要と
するが、両者で共通のスケジューリング手法が適用でき
ること、構成が簡単であること、本実施形態での例が組
み込みシステムであることから、ここではマルチメディ
アクライアント１０７のＣＰＵでのタスクスケジューリ
ングについて説明する。

【００４０】すなわち、マルチメディアクライアント１
０７のＣＰＵのスケジューラ１２４に求められるのは、
サービス品質指定を充足しつつ過負荷時にも破局的な結
果をもたらさないよう、マルチメディアアプリケーショ
ンをスケジューリングすることである。スケジューラ１
２４の構成は、レートモノトニックスケジューリングを
ベースにしたものである。

【００４１】（２−１）サービス品質の指定 まず、指定手段３により、サービス品質の指定が行われ
る。サービス品質の指定は、ユーザがその都度行っても
よいが、タスクやデータの種類によってデフォルト値が
自動的に選択されるようにしてもよい。ユーザによるサ
ービス品質指定は、以下により、本スケジューリング装
置に反映される。なお、サービス品質の例は、動画にお
ける１秒間のフレーム数や、音声におけるサンプリング
周波数などである。多くのタスクでは割り当てられたＣ
ＰＵ時間によって、サービス品質が定まると考えられ
る。ユーザの指定したサービス品質を保証するために必
要なＣＰＵ使用時間を、タスクの中での必須部分の消費
するＣＰＵ使用時間として設定する。

【００４２】（２−２）タスクの区分 サービス品質が指定されると、区分手段６が、タスク
を、必須部分とオプション部分に区分する。この区分
は、例えば、次のように行うことができる。すなわち、
シミュレーション等を行うことによって、タスク中どこ
まで実行すればどの程度のサービス品質が得られるかの
データを収集してデータベース化し、要求されるサービ
ス品質と必須部分やその実行所要時間との対応関係を判
定しておく。この場合、必須部分の実行所要時間は、シ
ミュレーションで求めるだけでなく、プログラムの実行
時間を測定する従来の装置を用いて得ることができる。
そして、必須部分の量と実行所要時間との対応関係もデ
ータベースに保存しておく。

【００４３】このような情報は、シミュレーション結果
データベース１５（図２）に記憶させておく。ユーザが
サービス品質を指定すると、区分手段６がデータベース
１５を照会してどの部分を必須部分に区分するかを決定
する。通常は、必須部分はタスクの最初の部分であり、
オプション部分はタスクのその後の部分である。さら
に、見積手段２１が、必須部分ごとの実行所要時間を前
記データベースから読み出して実行時間を見積ることに
よって、サービス品質を充足するために必要なＣＰＵ時
間を計算する。

【００４４】なお、判定部１２６は、指定されたサービ
ス品質を満足するように各タスクがスケジューリング可
能か否かを判定し、可能と判定された場合に次のスケジ
ューリングが行われる（請求項４）。このように、第１
実施形態では、指定されたサービス品質を前提として、
スケジューリング可能かどうかがシステムの稼働前に判
断できるので、ＣＰＵの負担過剰によるシステム障害を
事前に回避できる。

【００４５】（２−３）スケジューリング 続いて、スケジューリング部３９が、各タスクの必須部
分について、レートモノトニック方式に従ってスケジュ
ーリングを行う。レートモノトニックスケジューリング
は、スケジューリング可能性の厳密な判定が可能なの
で、必ず実行されるべき部分が実際スケジューリング可
能であること、言い換えれば指定されたサービス品質が
提供できることを厳密に保証できる。レートモノトニッ
ク方式では、スケジューリング部３９は、必須部分の優
先順位をオプション部分の優先順位よりも高く設定し、
優先順位の高いタスクにＣＰＵの実行権を順次与え、全
ての必須部分の実行が終了した場合に、オプション部分
を実行する（請求項２）。

【００４６】すなわち、スケジューリング部３９は、ま
ず、必須部分の優先順位を高く設定し、オプション部分
の優先順位を低く設定する。ここで、図３は、必須部分
とオプション部分に区分されたタスクを示す概念図であ
る。ここでは、３つのタスクτ1 、τ2 、τ3 が存在
し、タスクτ1 は必須部分τ′1及びオプション部分τ"
1に区分され、タスクτ2 は必須部分τ′2及びオプショ
ン部分τ"2に区分され、タスクτ3 は必須部分を含まず
にオプション部分τ"3のみから構成されるものとする。
この場合、実行対象は、図３に示すように、優先順位が
高い必須部分３１０と優先順位が低いオプション部分３
２０の二つに分かれる。必須部分３１０は具体的には、
必須部分τ′1（３１２）及びτ′2（３１４）で、ユー
ザのサービス品質指定を保証するために必ず実行する必
要のある部分である。オプション部分３２０は具体的に
は、オプション部分τ"1（３２２）、τ"2（３２４）及
びτ"3（３２６）で、必須部分必須部分τ′1（３１
２）及びτ′2（３１４）の実行が終了して余裕がある
場合に限り実行対象となる。

【００４７】タスクτ1 （３１２），τ2 （３１２）
が、ユーザ品質指定を保証するに十分なだけ実行してい
ない間は、必須部分τ′1（３１２），と必須部分τ′2
（３１２）を対象としてレートモノトニック方式でス
ケジューリングが行われる。この時点では、矢印３１６
及び３１８のように、必須部分τ′1（３１２），と必
須部分τ′2 （３１２）との間でタスクの切り替えが
行われる。しかし、タスクτ1 ，τ2 について、ユーザ
品質指定を保証するに十分なだけ必須部分τ′1及び
τ′2を実行したら、その後、実行対象タスクの切り替
えが矢印３３１，３３２のように行われ、オプション部
分τ"1、τ"2、τ"3が、高い優先順位で実行されるタス
クがない間だけ、実行される。

【００４８】図４は、本実施形態におけるスケジューリ
ングの処理の流れを表したフロー図である。すなわち、
スケジューリング部３９は、現在実行可能なタスクのう
ち、最も高い優先順位の与えられたタスクを選びそのタ
スクにＣＰＵの実行権を与える（ステップ４２０）。タ
スクはＣＰＵ１２０で実行されるが（ステップ４３
０）、その間にネットワーク機器２７から新しいタスク
が届いた場合は（ステップ４４０）、その到着を到着タ
スク検出部３３が検出し、その新しく到着したタスクも
含めて優先順位最高のものを調べ直す（ステップ４２
０）。また、ＣＰＵで実行していたタスクが終了したら
（ステップ４５０）、残りのタスクの中で優先順位最高
のものを選び直す（ステップ４２０）。また、高い優先
順位で実行される時間が終了したら（ステップ４６
０）、必須部分の優先順位を下げた後（ステップ４７
０）、どのタスクにＣＰＵを与えるか決定するために優
先順位を調べ直す（ステップ４２０）。

【００４９】例えば、優先順位として、当初、必須部分
τ′1に１、必須部分τ′2に２、オプション部分τ"1に
３、オプション部分τ"2に４、オプション部分τ"3に５
を設定したとする。この場合、当初は、優先順位が高い
必須部分τ′1又は必須部分τ′2のうち、待ち状態では
なく実行可能状態にあるものが交互に実行される。もち
ろん、必須部分τ′1及びτ′2の双方が待ち状態の時
は、オプション部分τ"1などを実行してよい。必須部分
のための時間帯が終了すると、必須部分τ′1及びτ′2
はもはやＣＰＵを要求しないので、実行対象がオプショ
ン部分τ"1、τ"2、τ"3に移る。なお、他の態様とし
て、必須部分τ′1及びτ′2の優先順位をそれぞれ６と
７に引き下げることによって優先順位を逆転させる手法
も考えられる。このようにすると、オプション部分τ"
1、τ"2、τ"3の優先順位の方が、必須部分τ′1及び
τ′2の優先順位よりも高くなるので、実行対象がオプ
ション部分τ"1、τ"2、τ"3に移る。

【００５０】（２−４）スケジューリングに適した条件 なお、第１実施形態によるスケジューリングに適した条
件について説明する。各マルチメディアタスクτi （１
≦ｉ≦ｎ）が周期的に発生するとし、その周期をＴｉで
表わす。ユーザのサービス品質指定を満足するために最
低限実行する必要がある部分を実行するのに必要なＣＰ
Ｕ使用時間を、Ｃi とする。ここで、Ｃi ≦Ｔi を仮定
するのは当然である。なぜなら、もしＣi ＞Ｔi なら
ば、タスクの次の発生までのＣＰＵ時間を全てこのタス
クに割り当てても、ユーザが指定するサービス品質は得
られず、ユーザのサービス品質指定に達しないからであ
る。タスクの新しいインスタンスが発生した場合は、古
いインスタンスを破棄することも当然であり、我々はス
ケジューラにこの性質を仮定する。

【００５１】タスクτi の、ユーザのサービス品質指定
を満足するため実行する必要がある部分を必須部分τ′
iで、それ以外の部分をオプション部分τ"iで表わす。
以下では説明を簡単にするため、必須部分τ′i，オプ
ション部分τ"iをタスクであるかのように議論する。以
下の議論では、タスク自体よりその消費時間を問題にし
ているので、必須部分τ′i，オプション部分τ"iを導
入することで議論が簡単になるからである。

【００５２】次の量をユーザの指定するサービス品質に
関するＣＰＵ消費要求と呼び、μで表わす。

【数１】 この値は、個々のタスクが要求するＣＰＵ占有割合の合
計であり、個々のタスクのＣＰＵ消費要求は、指定され
たサービス品質を確保するために必要なＣＰＵ使用時間
を、タスクの発生周期で除したものである。μ＞１の場
合は、ユーザのサービス品質指定が実現が不可能である
ことが、直ちに分かる。さらに、前掲Ｌｉｕ−Ｌａｙｌ
ａｎｄの論文でも結果として示されているように、次の
関係が成り立つ場合は、各タスクτi の一部分必須部分
τ′iを、それぞれ周期Ｔi のタスクとみなし、周期の
短いものほど優先順位を高く設定して、優先順位に従っ
てスケジューリングを行うと、全ての必須部分τ′iは
次の周期までに実行される。

【数２】 これは、全てのタスクのＣＰＵ使用率の合計が約７０％
までであれば、すべてのタスクτi について、指定のサ
ービス品質が提供される、すなわち、サービス品質指定
が必ず実現可能であることを意味する。すなわち、タス
ク数ｎを無限大にすると、μは０．６９７に収束する
が、第１実施形態ではμを０．６９７以下とする。これ
以上にした場合でも特定の条件の場合には、スケジュー
リング可能であるが、

【数３】 の場合は、組み合わせ的な性質により実現可能か否かが
微妙に影響されるため、スケジューリング可能であるた
めの必要十分条件を数値的に与えることはできない。こ
の点、安全サイドにたって、ユーザ品質指定の実現可能
性保証を与えるのは、

【数４】 の場合に限ることが適当と考えられる。一方で、μを上
記の範囲以外にする場合を含め、実行が必要な部分がレ
ートモノトニック方式でスケジューリング可能かどうか
を判定するための必要十分条件も知られているので、そ
れを利用することも可能である。

【００５３】これまで述べてきたのは必須部分τ′iが
一つ以上実行可能状態な場合であり、実行可能な必須部
分τ′iが存在しないとき、オプション部分τ"i達をど
うスケジューリングするか、については、何も述べてい
ない。このような場合のスケジューリング方式は多数考
えられるが、ここでは必須部分τ′iの実行が終了した
時点で、オプション部分τ"iの優先順位を、必須部分
τ′i（１≦ｉ≦ｎ）で最大のものよりもさらに低いも
のに設定する。そのうえで、スケジューリングは、これ
まで通りの優先順位スケジューリングに基づいて行われ
る。この方式の利点は、これまでのシステムをそのまま
でサービス品質制御に転用できることである。この記述
から明らかなように、固定優先順位スケジューリング
（フラットスケジューリング方式）を応用した第１実施
形態は、従来技術とは異なった優れた効果を有するもの
である。特に、第１実施形態は、従来の固定優先順位ス
ケジューリングに、タスクの優先順位変更機能を追加す
ることによって、わずかの変更で実現できる点で優れて
いる。

【００５４】一方で問題となるのは、どのように優先度
を変更したらよいかである。組み込みシステムでは、コ
スト性能比が重要であり、必須部分τ′iがＣＰＵを使
用していないときでも、できるだけ有効にＣＰＵ資源を
利用することが望ましい。

【００５５】なお、フラットスケジューリング方式の性
能は、優先順位決定アルゴリズムに依存する側面がある
ので、単にやみくもに優先度を下げるだけでは、ユーザ
にとり好ましいサービス品質を提供することは困難であ
る。一例として、タスク数をｎとして、必須部分を終え
たら優先順位をｎ＋１に設定する、などの単純な方法に
限定することは、サービス品質の視点からは必ずしも良
い選択ではない。優先順位を決定するアルゴリズムとし
て種々考えられるが、本来の優先度を考慮したり、タス
クの発生周期を考慮するなど、さまざまな手法がありう
る。選択肢の例として、タスク数をｎ、必須部分に設定
された優先度がｉであったとき、必須部分の実行を終え
たら優先順位を ・ｎ＋１に設定する ・ｎ＋ｉに設定する ・２ｎ＋１−ｉに設定する などが考えられるが、他の様々なバリエーションも検討
すべきである。そして、サービス品質の支点からどれが
よい選択であるかは、具体的な適用対象や適用目的に応
じて、実験やシミュレーションなどを行い、具体的に決
定すべきである。

【００５６】（２−５）第１実施形態の効果 以上説明したように、第１実施形態によれば、固定優先
順位スケジューリング手法と優先順位調整機能を利用す
ることで、既存のシステムに対する変更を最小限にとど
めつつ、これまでの組み込みシステムでは困難だったマ
ルチメディア・ネットワークアプリケーションにおける
サービス品質保証が可能になる。特に、第１実施形態に
おけるスケジューリング方式は、リアルタイムスケジュ
ーリング理論に根拠を置いており、厳密なサービス品質
を保証できる。

【００５７】すなわち、第１実施形態では、サービス品
質が指定される。タスクは、サービス品質の満足に必須
な必須部分と、それ以外のオプション部分に区分され
る。そして、まず、必須部分のスケジューリングを、レ
ートモノトニック方式のような従来の固定優先順位によ
って行う。レートモノトニック方式のような従来のリア
ルタイムスケジューリング理論を用いた部分は厳密なス
ケジューリング可能性解析が可能であり、このようなス
ケジューリングを必須部分に適用することによって、サ
ービス品質が確実に保証できる（請求項１，７）。オプ
ション部分は、必須部分の実行が終了してなおかつ、Ｃ
ＰＵ時間が余る場合に限って実行する。このため、マル
チメディア・ネットワークなどにおいて負荷が過剰の場
合も、特に指定されたサービス品質に係る必須部分は他
の部分より優先実行されるので、サービス品質が保証さ
れる。必須部分以外のオプション部分もＣＰＵ時間に余
裕がある場合は実行されるので、ＣＰＵが経済的・効率
的に有効活用され、サービス品質が一層向上する。

【００５８】また、第１実施形態におけるスケジューリ
ングでは、優先順位を可変としておき、必須部分の優先
順位をオプション部分よりも高くしておく。この状態
で、固定優先順位のスケジューリングを行うことによ
り、必須部分のみが先に実行される。必須部分の実行が
終了した場合は、今度はオプション部分が実行対象とな
る。このようにすれば、必須部分とオプション部分に、
一貫して固定優先順位スケジューリングを適用できる。
このため、固定優先順位スケジューリングを用いた従来
の組み込みシステムに、本発明を適用しようとする場合
も、最小限の追加・変更で済む（請求項２）。

【００５９】また、第１実施形態では、必須部分の実行
所要時間が見積られ、さらに、見積られた実行所要時間
を用いて、指定されたサービス品質を満足するように各
タスクがスケジューリング可能か否かが判定される。す
なわち、指定されたサービス品質を前提として、スケジ
ューリング可能かどうかがシステムの稼働前に判断でき
るので、ＣＰＵの負担過剰によるシステム障害を事前に
回避できる（請求項４）。なお、見積られた実行所要時
間は、指定したサービス品質が実現できるかどうかや、
オプション部分がどのくらい実行できそうかをユーザな
どが判断しようとする場合に、ＣＰＵ時間の余裕を容易
に判断するために用いてもよい。

【００６０】また、第１実施形態では、あらかじめデー
タベース１５に記憶させた情報を用いて、サービス品質
から必須部分を定めたり、必須部分の実行所要時間を得
ることができるので、処理が正確かつ迅速に行われる
（請求項５）。

【００６１】特に、第１実施形態は通信ネットワークに
接続されているので、通信ネットワークを経由して画像
や音声などのマルチメディアデータが複数種類送信され
る場合も、画像や音声などに応じた複数のタスクをスケ
ジューリングすることによって、指定されたサービス品
質を保証することができる。

【００６２】２．第２実施形態 （１）構成 第２実施形態のタスクスケジューリング装置は、第１実
施形態と略同様の構成を有するが、次の点で第１実施形
態と異なるので、第１実施形態との相違点を中心に説明
する。すなわち、図５は、第２実施形態のタスクスケジ
ューリング装置の構成を示す機能ブロック図である。こ
の図に示すように、第２実施形態は、第１実施形態と異
なり、区分された前記オプション部分をスケジューリン
グするためのサブスケジューリング部８７（請求項３に
いうサブスケジューリング手段に相当するもの）と、サ
ブスケジューリング部８７がタスクを選択するためのデ
ータを記録したタスク効用データベース９３（請求項
６，８にいう第２のデータベースに相当するもの）と、
を有する。

【００６３】（２）作用及び効果 第１実施形態においては、オプション部分τ"iは優先順
位を低く設定し、後に必須部分とオプション部分の優先
順位を逆転させたが、スケジューラ自体は、一貫して優
先順位に従い、優先順位の高い各必須部分τ′jと同様
の手法で、オプション部分τ"iをスケジューリングして
いた。このため、オプション部分τ"iにどのような優先
順位を与えるのが適当かが問題となる。

【００６４】第２実施形態では、各オプション部分τ"i
をもっぱらスケジューリングする機構を導入する。第２
実施形態では、各オプション部分τ"iは、これまでのレ
ートモノトニック方式によるスケジューラの監督を離
れ、異なるスケジューラの監督下に入る。新たなスケジ
ューラとその監督下にある各オプション部分τ"iは、本
来のスケジューラからはひとつのタスクであるかのよう
に見えるという意味で、このスケジューリング方式は階
層的である。

【００６５】この新たなスケジューラ（サブスケジュー
リング部８７）を、ここではサブスケジューラと呼ぶ。
それに対し、いままで考えてきた本来のスケジューラ
（スケジューリング部３９）を、主スケジューラと呼
ぶ。サブスケジューラが複数であることも可能である
し、サブスケジューラ自体がさらに階層的な構造を持つ
可能性もある。ここでは二階層からなる階層的スケジュ
ーリングを述べるが、本発明は三階層以上の階層的スケ
ジューリングに適用することもできる。

【００６６】階層的スケジューリング方式の目的は、サ
ービス品質の一層の向上とＣＰＵ資源の有効利用であ
る。ユーザの指定した最低限のサービス品質を保証した
だけでは、最大の性能を発揮してユーザの期待に応える
ことはできない。ＣＰＵに余裕がある限り、より高いサ
ービス品質が提供されることがユーザにとって望まし
い。ユーザが指定した以上のサービス品質に対応する部
分をいかにスケジューリングするかも重要な問題にな
る。ここでは、全体としてのサービス品質を向上させる
ことを目的として、マルチメディアアプリケーションを
スケジューリングする階層的スケジューリング方式の一
実現方法を述べる。

【００６７】図６は、第２実施形態におけるタスクの構
成を示す概念図である。この図に示すように、必須部分
τ′1（６０２），必須部分τ′2（６０４）は、ユーザ
の品質指定を満足するために割り当てられた時間をまだ
使いきっていない間、主スケジューラによってレートモ
ノトニック方式による優先順位が割り当てられ、スケジ
ューリングが行われている。図３に示した第１実施形態
の場合と異なるのは、ユーザの品質指定を満足するため
に割り当てられた時間を使いきった後、オプション部分
τ"1（６１２），オプション部分τ"2（６１４），オプ
ション部分τ"3（６１６）は、主スケジューラによるス
ケジューリングの対象とはならず、これら３つ合わせた
オプション部分群６１０として、一括してサブスケジュ
ーラによりスケジューリングされることである。オプシ
ョン部分τ"1，オプション部分τ"2，オプション部分
τ"3は、主スケジューラからは、サブスケジューラによ
ってまとめてスケジューリングされるため、ひとつのタ
スクのように見え、この意味で第２実施形態におけるス
ケジューリングは階層的である。

【００６８】すなわち、必須部分τ′1（６０２）及び
τ′2（６０４）間での制御移転（６０６，６０８）は
主スケジューラによって行われるが、オプション部分
τ"1（６１２），τ"2（６１４）及びτ"3（６１６）へ
の制御移転（６２１，６２２）はサブスケジューラが行
う。

【００６９】図７は、第２実施形態におけるタスクスケ
ジューリングの処理手順を示すフローチャートである。
第２実施形態におけるスケジューリングでは、まず、主
スケジューラのタスクキューが空かどうか、すなわちユ
ーザの品質指定を満足するために割り当てられた時間を
まだ使いきっていない実行可能タスクがあるかどうかを
調べる（ステップ７２０）。もしタスクキューが空な
ら、サブスケジューラに制御が移る（ステップ７５２／
後述）。

【００７０】もしタスクキューが空でなければ、その中
で最も優先順位の高いものにＣＰＵでの実行権を与える
（ステップ７２５）。実行権を与えられたタスクはＣＰ
Ｕ上で実行されるが（ステップ７３０）、新しく到着し
たタスクがあれば（ステップ７３５）、どのタスクにＣ
ＰＵを与えるかを決定するために優先順位を再び比較す
る（ステップ７２５）。新しく到着したタスクがない場
合でも、現在のタスクが終了したなら（ステップ７４
０）、主スケジューラのタスクキューが空であるかのチ
ェックに戻る（ステップ７２０）。

【００７１】現在のタスクが終了しない場合でも、もし
現在のタスクに割り当てられた高い優先順位で実行する
時間が終了したら（ステップ７４５）、現在のタスクを
主スケジューラのタスクキューから外しサブスケジュー
ラのタスクキューに移し（ステップ７５０）、その後主
スケジューラのタスクキューが空かどうかのチェックに
戻る（ステップ７２０）。これらの条件がどれも成立し
ない限りは、このタスクをＣＰＵ上で実行し続ける（ス
テップ７３０）。

【００７２】ステップ７２０において、主スケジューラ
のタスクキューが空の場合、制御はサブスケジューラに
移る。この場合、まず、サブスケジューラのタスクキュ
ーが空かどうかを調べる（ステップ７５２）、もし空で
ない場合は、サブスケジューラは所定の基準に基づい
て、タスクキューからＣＰＵを割り当てるタスクを選択
する（ステップ７５５）。選択されたタスクはＣＰＵ上
で実行されるが（ステップ７６０）、その間に新しいタ
スクが到着した場合は（ステップ７６５）、ＣＰＵを取
り上げられて、制御は主スケジューラに移され、主スケ
ジューラのタスクキューをチェックする（ステップ７２
０）。

【００７３】新しいタスクが到着せず、現在のタスクが
終了したら（ステップ７７０）、サブスケジューラのタ
スクキューをチェックし（ステップ６５２）、サブスケ
ジューラの基準にしたがって、どのタスク（オプション
部分）何をスケジューリングするかを決定する（ステッ
プ７５５）。そうでない場合、主スケジューラからサブ
スケジューラに移されたタスクがあれば（ステップ７７
５）、再びスケジューラのポリシに従いどのタスクにＣ
ＰＵを与えるかを選択する（ステップ７５５）。

【００７４】そうでない場合、クオンタを使い果たした
ら（ステップ７８０）、このタスクをＣＰＵから外しサ
ブスケジューラの基準に基づいてどのタスクをスケジュ
ーリングするかを決定する（ステップ７５５）。このど
れも成立しない限り、タスクはＣＰＵ上で実行され続け
る（ステップ７６０）。ステップ７５２において、サブ
スケジューラのタスクキューが空である場合は（ステッ
プ７５３）、新しいタスクが到着したかどうかを調べ
（ステップ７８５）、もし到着すれば主スケジューラに
制御を移し（ステップ７２５）、到着しない間はこのチ
ェック（ステップ７８５）を繰り返す。

【００７５】なお、サブスケジューラ８７は、ＣＰＵで
実行するタスク（オプション部分）を、次のような基準
で選択すればよい。まず、全てのサービス品質は何等か
の形で定量化が可能で、異なるタスクのサービス品質が
比較できる、との仮定を置く。例えば、動画についての
サービス品質と音声についてのサービス品質が比較でき
るとする。もちろんこのような数量化は絶対的なもので
はありえないが、経済学ではしばしば用いられ、その比
較可能な量は効用（ｕｔｉｌｉｔｙ）と呼ばれているの
で、ここでもこの用語法を採用する。ユーザの指定する
サービス品質は、それぞれのタスクに関する、効用のし
きい値と考えられ、それ以下の効用はユーザに受け入れ
られない。

【００７６】マルチメディアアプリケーションでは、Ｃ
ＰＵ使用時間の割り当てを増加させても、サービス品質
はそれほど向上しないことがしばしばある。例えば、Ｃ
ＰＵ使用時間を倍にしても、音声再生のサービス品質は
倍にならない。本明細書にいう効用に対しても、経済学
で言うところの収穫逓減現象が当てはまると思われる。

【００７７】収穫逓減現象は、ＣＰＵ消費時間に対して
サービス品質を描いたグラフは、上に凸である、と言い
換えられる。この性質は必ずしも成立する必要はない
が、以下に述べるタスクの選択基準は、このような場合
に最適なものとなっている。また、ＣＰＵ消費時間と効
用の関係は既知であり、データベースもしくは計算式等
として、利用可能であると仮定する。

【００７８】すなわち、サブスケジューラは、現在実行
可能な各オプション部分τ"iそれぞれに対し、次のクオ
ンタ（固定の時間幅）を割り当てたときの効用の増加量
を計算し、増加量が最大になるオプション部分τ"iにＣ
ＰＵを割り当てる。なお、このような効用の増加量はあ
らかじめ計算しておき、その情報をタスク効用データベ
ース９３に記憶させておく。

【００７９】ここで、図８を参照して実例を説明する。
説明を単純にするため、二つのタスクτ"1とτ"2があっ
たとし、それぞれの効用と時間との関係が、図８（ａ）
のグラフ８１０及び図８（ｂ）のグラフ８３０で与えら
れているとする。クオンタをδとし、効用の変化量を見
ると、タスクτ"1における変化量８２０の方がタスク
τ"2における変化量８４０よりも大きい。このため、最
初のクオンタはタスクτ"1に割り当てられる。しかし、
次のクオンタについては、タスクτ"1に割り当てた場合
の効用の変化量８２５よりもタスクτ"2に割り当てた場
合の変化量８４０の方が大きいので、次のクオンタはタ
スクτ"2に割り当てられる。さらにその次のクオンタに
ついても、同様にタスクτ"2に割り当てられる。このよ
うな手法によって、ＣＰＵ時間を最も効果的に活用する
ことができる。

【００８０】この方式は、効用に関して常に最適である
とは限らないが、効用がＣＰＵ消費時間の増加に対し非
減少かつ上に凸との性質を満たす場合には最適である。
もちろん、この方式によるスケジューリング結果は、効
用の与え方に大きく依存する。例えば、ＣＰＵ消費時間
に対して定数であるとして、効用を与えることも可能で
あり、この場合はどのようにスケジュールしても良い。

【００８１】ここでは、サブスケジューラの用いるアル
ゴリズムとして、効用に基づくものを述べたが、それ以
外のアルゴリズムを採用することも当然に可能である。
例えば、タイムシェアリングシステムでよく用いられる
ラウンドロビン方式は、タスクに一定のクオンタを割り
当て、タスクがそのクオンタを使い果たすと、タスクキ
ューの最後に移され、次のタスクがＣＰＵを割り当てら
れる、という手法であるが、サブスケジューラの方式と
して適用できる。

【００８２】以上のように、第２実施形態では、オプシ
ョン部分のスケジューリングを専用のサブスケジューラ
に任せるので、必須部分をスケジューリングする主なス
ケジューラの負担が軽減され、より経済的なスケジュー
リングが可能になるとともに、一層のサービス品質向上
が可能になる。また、第２実施形態では、ＣＰＵ時間を
与えた場合の効用（効果）が最大のタスクが実行される
ので、システムの性能が最大限に発揮される（請求項
６，８）。

【００８３】３．他の実施形態 なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない
ので、次に例示するような他の実施形態をも包含するも
のである。例えば、上記各実施形態ではもっぱら組み込
みシステムを例に議論したが、この手法はマルチメディ
ア通信システムのスケジューリングにも等しく適用でき
ることは明らかである。

【００８４】また、タスク管理には次のような手法を適
用することができる。例えば、区分された前記オプショ
ン部分ごとに生存期間を設定する。タスクのオプション
部分がＣＰＵに割り当てられようとする場合には、生存
期間が所定の値を超えているか否かを判定する。この結
果、生存期間が所定の値を超えているタスクは廃棄す
る。このように、割り付けられそうになったタスクの生
存期間をチェックし、タスクが生存期間を越えていれば
それを廃棄することで、タスクの生成と消滅が繰り返さ
れるような場合でも、未処理のタスクが増大し続けない
ようにできる。

【００８５】また、タスクの一部分が選択された場合
に、当該選択された部分によって、指定されたサービス
品質が満足できるか否かを判定する手段を設けてもよ
い。このようにすれば、スケジューリングの一部を手作
業で行ったり、タスクスケジューリング装置のデバッグ
を行うことが容易になる。なお、このような判定は、例
えば、サービス品質とその実現に必要なタスクの部分と
の対応関係をあらかじめ調べてデータとして記憶させて
おき、記憶されているタスクの部分が、選択された部分
に含まれているかどうかを調べることによって、実現す
ることができる。

【００８６】なお、本発明のタスクスケジューリング装
置及びタスクスケジューリング方法は、コンピュータプ
ログラムを用いて実現されることが一般的と考えられる
が、そのようなコンピュータプログラムを記録したフロ
ッピーディスクなどの記録媒体も本発明の一態様であ
る。

【００８７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ＣＰＵを経済的に活用しつつ、所望のサービス品質に対
応するタスクスケジューリングが実現される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態におけるマルチメディア
クライアント・サーバシステム全体の概略適構成を示す
ブロック図。

【図２】本発明の第１実施形態におけるクライアントの
具体的構成を示す機能ブロック図。

【図３】本発明の第１実施形態におけるタスクを示す概
念図。

【図４】本発明の第１実施形態におけるタスクスケジュ
ーリングの処理手順を示すフローチャート。

【図５】本発明の第２実施形態におけるクライアントの
具体的構成を示す機能ブロック図。

【図６】本発明の第２実施形態におけるタスクを示す概
念図。

【図７】本発明の第２実施形態におけるタスクスケジュ
ーリングの処理手順を示すフローチャート。

【図８】本発明の第２実施形態における投入時間（クオ
ンタ）とそれによる効用との関係を示すグラフ。

【図９】レートモノトニックスケジューリングの例を示
すタイムチャート。

【符号の説明】

３…指定手段 ６…区分手段 １５，９３…データベース ２１…見積手段 ２７…ネットワーク機器 ３３…到着タスク検出部 ３９…スケジューリング部 ８７…サブスケジューリング部 １０１…記憶装置 １０３…ネットワーク １０５…サーバ １０７…クライアント １１０，１２０…ＣＰＵ １１２，１２２…メモリ １１４，１２４…スケジューラ １１６，１２６…判定部 １３０…キーボード １３２…ハードディスクドライブ １３４…ディスプレイ １３６…スピーカ ３１０，６０２，６０３…必須部分 ３２０，６１０…オプション部分 ８１０，８３０…グラフ ８２０，８２５，９４０，９４５…変化量 ＳＴＥＰ…手順の各ステップ

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 与えられた複数のタスクを、サービス品
   質を満足するために必ず実行すべき必須部分と、可能な
   らば実行すべきオプション部分に区分する区分手段と、 各タスクの前記必須部分のスケジューリングと、各タス
   クの前記オプション部分のスケジューリングを行うスケ
   ジューリング手段と、 を有することを特徴とするタスクスケジューリング装
   置。
2. 【請求項２】 前記スケジューリング手段は、 必須部分の優先順位をオプション部分の優先順位よりも
   高く設定し、 優先順位の高いタスクにＣＰＵの実行権を順次与え、 全ての必須部分の実行が終了した場合に、オプション部
   分を実行することを特徴とする請求項１記載のタスクス
   ケジューリング装置。
3. 【請求項３】 区分された前記オプション部分をスケジ
   ューリングするためのサブスケジューリング手段を有す
   ることを特徴とする請求項１又は２記載のタスクスケジ
   ューリング装置。
4. 【請求項４】 区分された必須部分の実行所要時間を見
   積る見積手段と、 見積られた前記実行所要時間に基づいて、指定されたサ
   ービス品質を満足するように各タスクがスケジューリン
   グ可能か否かを判定する判定手段と、 を有することを特徴とする請求項１，２又は３記載のタ
   スクスケジューリング装置。
5. 【請求項５】 サービス品質と、タスク中の必須部分
   と、当該必須部分の実行所要時間との対応関係をあらか
   じめ記憶させたデータベースを有し、 前記区分手段及び前記見積手段は、前記データベースに
   記憶された対応関係を参照することによって、前記タス
   クの区分及び前記実行所要時間の見積を行うように構成
   されたことを特徴とする請求項４記載のタスクスケジュ
   ーリング装置。
6. 【請求項６】 前記スケジューリング手段及び前記サブ
   スケジューリング手段のうち少なくとも一方は、 所定量のＣＰＵ時間を与えた場合に各タスクの実行によ
   って生じる効用を、あらかじめ所定の基準で計算したデ
   ータを記憶させた第２のデータベースを用い、 次に実行するタスクを複数のタスクから選択する場合
   に、前記複数のタスクのそれぞれにＣＰＵ時間を与えた
   場合の効用を前記第２のデータベースから参照し、 当該効用が最大のタスクを次に実行するタスクとして選
   択するように構成されたことを特徴とする請求項１，
   ２，３，４又は５記載のタスクスケジューリング装置。
7. 【請求項７】 与えられた複数のタスクを、サービス品
   質を満足するために必ず実行すべき必須部分と、可能な
   らば実行すべきオプション部分に区分するステップと、 各タスクの前記必須部分のスケジューリングと、各タス
   クの前記オプション部分のスケジューリングを行うステ
   ップと、 を含むことを特徴とするタスクスケジューリング方法。
8. 【請求項８】 前記スケジューリングの際に、 所定量のＣＰＵ時間を与えた場合に各タスクの実行によ
   って生じる効用を、あらかじめ所定の基準で計算したデ
   ータを記憶させた第２のデータベースを用い、 次に実行するタスクを複数のタスクから選択する場合
   に、前記複数のタスクのそれぞれにＣＰＵ時間を与えた
   場合の効用を前記第２のデータベースから参照し、 当該効用が最大のタスクを次に実行するタスクとして選
   択することを特徴とする請求項７記載のタスクスケジュ
   ーリング方法。