JPH1078942A - マルチプロセッサシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 プロセッサへのタスク割り当ての自由度を高
め、キャッシュのミスヒットによる性能の低下およびメ
モリアクセス競合や負荷軽減を図る。 【解決手段】 複数個のプロセッサ１〜８はプロセッサ
グループ２０，２１を単位として構成され、プロセッサ
グループ毎に主記憶１１のデータをバッファする共有バ
ッファ９，１０を備える。プロセッサ管理手段はプロセ
ッサグループに属するプロセッサを管理し、キュー手段
はプロセッサグループ毎に設定された待ち状態キュー群
からなり、タスク割り当て手段はエンキュー時にキュー
手段のどの待ち状態キューにタスクを割り当てるかを制
御し、検出手段はディスパッチ要求の要求元プロセッサ
番号からプロセッサグループを検出し、ローカルディス
パッチ指示手段は再ディスパッチング時にローカルタス
クかグローバルタスクかを判断し、ディスパッチング手
段はその結果に基づき選択するタスクを決定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はマルチプロセッサシ
ステムに関し、特に高並列プロセッサの効率的なプロセ
ッサ構成とそのプロセッサ構成に対する効率的なタスク
ディスパッチング手法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のマルチプロセッサシステムにおけ
る各プロセッサへのタスク割り当て方式は、例えば、特
開平３−４４７４２号公報の第２図に示されているよう
に、実行待ち状態のタスクのタスク制御ブロック（以
下、ＴＣＢと略記する）リストから予め定められた１つ
のＴＣＢを選択し、そのＴＣＢが初めてプロセッサに割
り当てられたものであれば即座に処理を実行する。ま
た、ＴＣＢが初めてプロセッサに割り当てられたもので
ない場合には、前回プロセッサに割り当てられた時から
の経過時間が一定時間以上であるか、前回処理されたプ
ロセッサと同一であるかを判断する。この場合、判定が
イエスであればタスクのプロセッサへの割り当てを実施
するが、ノーであればＴＣＢリストから予め定められた
手続きに従い選択されていない１つのＴＣＢを選択し、
新たに選択されたＴＣＢについて、上記の処理を繰り返
し、判定を実施する。選択されていないＴＣＢがなけれ
ば、ＴＣＢリストから予め定められた手続きに従い１つ
のＴＣＢを選択し、処理を実行するようになっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の技術の
第１の問題点は、タスクが再ディスパッチングされるプ
ロセッサが前回と同一のプロセッサのみと固定されてい
ることである。その理由は、同一プロセッサに再ディス
パッチングすることによって得られる効果はキャッシュ
にある従前のデータを再利用できることにあるためであ
り、キャッシュ効果が得られない場合には同一プロセッ
サへの再ディスパッチングによる効果はないからであ
る。

【０００４】第２の問題点は、処理ユニットの構成にお
いてキャッシュが個々のプロセッサに独立して構成され
ていることである。その理由は、本来キャッシュは個々
のプロセッサからのメモリアクセス要求に対して高速な
データ供給手段であるとユニプロセッサ時代から位置づ
けられていたため、ディスパッチング効果を図ることを
目的としてキャッシュを複数のプロセッサで共有すると
いった考えが無かったためである。

【０００５】本発明の目的は、タスクのプロセッサへの
再ディスパッチング時に、同一のプロセッサのみを対象
とするのではなく、プロセッサをグループ化することに
より、該プロセッサが含まれているプロセッサグループ
内であればどのプロセッサでも再ディスパッチングによ
る効果が得られる構成とし、プロセッサへのタスク割り
当ての自由度を高めるとともに、キャッシュのミスヒッ
トによる性能の低下およびメモリアクセス競合やそれに
伴う負荷の軽減を図り、高並列プロセッサの処理効率を
向上させるマルチプロセッサシステムを提供することに
ある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明のマルチプロセッ
サシステムは、複数個のプロセッサから構成され、タス
クを単位として該プロセッサにディスパッチし処理を実
行するマルチプロセッサシステムにおいて、前記複数個
のプロセッサは該プロセッサの幾つかをまとめたプロセ
ッサグループを単位として該プロセッサグループを１つ
以上合わせることにより構成されるものとし、該プロセ
ッサグループ毎に該プロセッサグループの各プロセッサ
によって主記憶のデータをバッファするために共有され
る共有バッファ手段を備え、該プロセッサグループに属
するプロセッサを管理するプロセッサ管理手段と、該プ
ロセッサグループ毎に設定された待ち状態キュー群から
なるキュー手段と、タスク生成によるエンキュー時に前
記キュー手段のどの待ち状態キューにタスクを割り当て
るかを制御するタスク割り当て手段と、ディスパッチ要
求の要求元プロセッサ番号から該プロセッサが属するプ
ロセッサグループを検出する検出手段と、前記タスクが
再ディスパッチング時に同一プロセッサグループ内のプ
ロセッサのみにディスパッチされるタスクかそれ以外の
プロセッサグループにもディスパッチ可能なタスクかを
判断するローカルディスパッチ指示手段と、その結果に
基づき選択するタスクを決定するディスパッチング手段
とを有する。

【０００７】

【発明の実施の形態】次に、本発明について図面を参照
して詳細に説明する。

【０００８】図１は、本発明の一実施の形態に係るマル
チプロセッサシステムの全体構成を示すブロック図であ
る。本実施の形態に係るマルチプロセッサシステムは、
共有バッファ（２次キャッシュ）９を共有してプロセッ
サグループ２０としてグルーピングされたプロセッサ１
〜４と、共有バッファ（２次キャッシュ）１０を共有し
てプロセッサグループ２１としてグルーピングされたプ
ロセッサ５〜８と、主記憶１１と、システムバス１２
と、入出力処理装置１３とから、その主要部が構成され
ている。なお、図１には、主記憶１１のアクセスパスを
主とした接続態様を示しており、プロセッサ１〜８とシ
ステムバス１２とを直接接続するパス等も存在するもの
である。

【０００９】プロセッサ１〜８は、処理の単位であるタ
スクを実行する処理機構である。

【００１０】共有バッファ９および１０は、プロセッサ
１〜４またはプロセッサ５〜８の各々が共通にアクセス
可能で、主記憶部１１にあるデータを保持するための高
速バッファ機構である。

【００１１】主記憶部１１は、プロセッサ１〜８によっ
て使用されるデータ等を保持する記憶機構である。

【００１２】システムバス１２は、共有バッファ９およ
び１０と、主記憶１１と、入出力処理装置１３とを接続
するバスである。

【００１３】入出力処理装置１３は、磁気ディスク装置
等の外部装置へのアクセス処理制御するための装置であ
る。

【００１４】本実施の形態に係るマルチプロセッサシス
テムにおけるプロセッサグループは、プロセッサ１〜４
および共有バッファ９で構成されているプロセッサグル
ープ２０と、プロセッサ５〜８および共有バッファ１０
で構成されているプロセッサグループ２１との２グルー
プであるものとする。

【００１５】ここで、プロセッサグループ内のプロセッ
サ数は同数である必要はなく、例えば、１プロセッサの
みのプロセッサグループと、３プロセッサのプロセッサ
グループや５プロセッサのプロセッサグループとであっ
てもかまわない。すなわち、１つ以上のプロセッサとそ
のプロセッサによって共有可能な共有バッファとで構成
されていればよい。

【００１６】図２を参照すると、オペレーティングシス
テム（ＯＳ）のタスク管理プログラム中の待ち状態キュ
ー管理手段（図示せず）が、生成されたタスクを各プロ
セッサグループの待ち状態キューにエンキューするまで
の処理は、タスクタイプ設定ステップ５１と、プロセッ
サグループ決定ステップ５２と、待ち状態キューへの登
録ステップ５３とから構成されている。

【００１７】図３を参照すると、ＯＳのタスク管理プロ
グラム中のディスパッチャ（図示せず）の処理は、要求
元プロセッサ番号検出ステップ６１と、プロセッサグル
ープ検出ステップ６２と、待ち状態キュー検索ステップ
６３と、待ち状態タスク有無判定ステップ６４と、別プ
ロセッサグループ待ち状態キュー検索ステップ６５と、
待ち状態タスク有無判定ステップ６６と、グローバルタ
スク判定ステップ６７と、プロセッサアサインステップ
６８と、未検索プロセッサグループ待ち状態キュー有無
判定ステップ６９とからなる。

【００１８】マルチプロセッサシステムにおいては、同
時に複数のプロセッサで処理ができるようにタスク毎に
ＴＣＢが設けられており、タスクが何らかの事象（例え
ば、入出力割り込み，タイムスライス等）に伴う割り込
み等により処理が中断した場合に、その処理が再開でき
るようにＴＣＢにその情報を格納している。

【００１９】図４を参照すると、タスクの生成に伴い生
成されるＴＣＢは、タスクタイプと、プロセッサグルー
プ番号と、タスクを再開するための情報とからなる。タ
スクタイプには、グローバルタスクとローカルタスクと
の２種類がある。グローバルタスクは、プロセッサにて
処理が実行される場合、個々のプロセッサグループに固
定されることなくどのプロセッサグループにおいても実
行可能なタスクであり、ローカルタスクは一旦プロセッ
サグループが指定されると以後はそのプロセッサグルー
プのみにディスパッチされるタスクである。このタスク
タイプは、ジョブ制御言語（ＪＣＬ）によって指定され
る。ＯＳ等のシステム系のタスクに関しては、規定タイ
プを予めシステム生成（ＳＧ）等において指定しておく
ことも可能である。タスクタイプの指定がされていない
場合には、グローバルタスクとしての指定が自動的に行
われる。

【００２０】図５を参照すると、プロセッサグループ管
理テーブルは、プロセッサグループ番号と、プロセッサ
グループ毎にそのプロセッサグループに属するプロセッ
サ番号と、そのプロセッサグループに対応する待ち状態
キューの先頭キューのアドレスを示すポインタとから構
成されている。プロセッサグループに属するプロセッサ
は、そのプロセッサに対応するプロセッサ番号を示すビ
ットに“１”が設定されることによって表示される。

【００２１】図６を参照すると、待ち状態キューにエン
キュー／デキューされる各キューは、タスクタイプと、
その他の制御情報と、ＴＣＢへのポインタと、次のキュ
ーへのポインタとからなる。

【００２２】次に、このように構成された本実施の形態
に係るマルチプロセッサシステムの動作について説明す
る。

【００２３】まず、タスクを各プロセッサグループの待
ち状態キューにエンキューするキューイング処理につい
て、図２のフローチャートを参照しながら説明する。

【００２４】タスクが生成されると、待ち状態キュー管
理手段は、ＪＣＬによって指定された、あるいは自動的
に決定されたタスクのタスクタイプを図４に示すＴＣＢ
上に登録するとともに、図６に示すキュー上にも登録す
る（ステップ５１）。

【００２５】ステップ５１でタスクタイプが設定される
と、待ち状態キュー管理手段は、プロセッサグループを
決定する（ステップ５２）。このプロセッサグループへ
の割り振りは、ＪＣＬで指定することによって強制的に
制御する方法と、ラウンドロビン等の既存の負荷分散手
法によって自動的に割り振ることとが可能である。この
両者の選択は、ＪＣＬによるプロセッサグループの指定
がなかった場合に、自動的に後者のアルゴリズムによっ
て指定される。本実施の形態では、後者に関しては、ラ
ウンドロビンを前提に処理されるものとする。なお、Ｏ
Ｓ等のシステム系のタスクに関しては実行するプロセッ
サグループを予めＳＧ等において指定しておくことも可
能である。

【００２６】ステップ５２でプロセッサグループが決定
されると、待ち状態キュー管理手段は、そのプロセッサ
グループに対応した待ち状態キューにタスクをエンキュ
ーする（ステップ５３）。これにより、キューイング処
理が完了する。

【００２７】次に、プロセッサグループ２０および２１
の個々のプロセッサ１〜８から次に実行するタスクを要
求された場合の動作について、図３のフローチャートを
参照しながら説明する。

【００２８】プロセッサからタスクのディスパッチング
要求があると、ディスパッチャは、まず、要求元プロセ
ッサ番号を検出する（ステップ６１）。プロセッサ番号
を検出すると、ディスパッチャは、そのプロセッサの属
するプロセッサグループを割り出し、そのプロセッサグ
ループに対応する待ち状態キューの先頭を示すポインタ
（アドレス）を入手する（ステップ６２）。この一連の
作業は、図５に示したプロセッサグループ管理テーブル
を検索することにより行われる。

【００２９】プロセッサグループに対応する待ち状態キ
ューの先頭を示すポインタを入手すると、ディスパッチ
ャは、そのプロセッサグループに対応する待ち状態キュ
ーに対し待ち状態のタスクがあるかどうかの検索を開始
する（ステップ６３）。本実施の形態では、待ち状態の
タスクの有無の判定は、キューを示すポインタ先のデー
タエリアの全ビットが“１”である場合に待ち状態のタ
スクがないと判断する。

【００３０】待ち状態のタスクが存在する場合には（ス
テップ６４でイエス）、ディスパッチャは、ポインタ先
のキューが示すタスクを選択し（デキュー）、選択した
タスクをプロセッサにアサインして（ステップ６８）、
ディスパッチング処理を完了する。

【００３１】タスクをディスパッチングされたプロセッ
サは、プロセッサグループ毎に共有バッファを備えてい
るため、タスクが再ディスパッチングされたプロセッサ
が前回と異なったプロセッサであっても、そのプロセッ
サが前回のプロセッサと同一プロセッサグループ内のプ
ロセッサであるので、プロセッサ内部のキャッシュ（１
次キャッシュ）でヒットしなくても、共有バッファによ
るキャッシュ効果で主記憶１１へのアクセスを抑えられ
るために性能低下を軽減できる。

【００３２】一方、ステップ６４で要求元プロセッサ番
号のプロセッサが属するプロセッサグループ（以下、自
プロセッサグループという）の待ち状態キューに待ち状
態のタスクが存在しなかった場合、すなわちキューを示
すポインタ先のデータエリアの全ビットが“１”である
場合、ディスパッチャは、別のプロセッサグループの待
ち状態キューを検索し（ステップ６５）、この待ち状態
キューに対して待ち状態のタスクが存在しないかどうか
を検索する（ステップ６６）。この場合に、次のプロセ
ッサグループの選択は、現行のプロセッサグループ番号
＋１のプロセッサグループ番号を選択する。そして、プ
ロセッサグループ番号が最大値になると、最小値のプロ
セッサグループ番号のプロセッサグループに移り、自プ
ロセッサグループまで待ち状態キューの検索を繰り返
す。図１に示す本実施の形態に係るマルチプロセッサシ
ステムでは、プロセッサグループがプロセッサグループ
２０および２１の２グループしかないので、現行のプロ
セッサグループが２０であれば２１に、プロセッサグル
ープが２１であれば２０に移る。

【００３３】ここで、プロセッサグループがプロセッサ
グループＧ１〜Ｇ４までの４グループであったとし、自
プロセッサグループがＧ３であったすると、ディスパッ
チャは、自プロセッサグループＧ３の待ち状態キューか
らプロセッサグループＧ４→Ｇ１→Ｇ２の待ち状態キュ
ーへと待ち状態のタスクを見つけるまで検索を繰り返
し、最終的に自プロセッサグループＧ３の待ち状態キュ
ーに戻るまで待ち状態のタスクがなければ全てのプロセ
ッサグループの待ち状態キューを検索したこととなる。

【００３４】ステップ６６で待ち状態のタスクがあった
場合には、ディスパッチャは、選択された待ち状態のタ
スクのタスクタイプがグローバルタスクかローカルタス
クかを判断する（ステップ６７）。これは、図６に示さ
れるキュー上のタスクタイプをみることによって判断す
る。

【００３５】タスクタイプがグローバルタスクでなくロ
ーカルタスクである場合には、ディスパッチャは、別の
待ち状態のタスクを選択するために、ステップ６６に制
御を戻す。

【００３６】タスクタイプがグローバルタスクであれ
ば、ディスパッチャは、その待ち状態のタスクを選択し
（デキュー）、選択したタスクをプロセッサにアサイン
して（ステップ６８）、ディスパッチング処理を完了す
る。この場合、ディスパッチャは、選択された待ち状態
のタスクのＴＣＢのプロセッサグループを、ディスパッ
チャを起動させた要求元プロセッサ番号のプロセッサの
属するプロセッサグループに変更する。

【００３７】ステップ６６で別のプロセッサグループの
待ち状態キューにも待ち状態のタスクがなければ、ディ
スパッチャは、さらに未検索のプロセッサグループがあ
るかどうかを判定し（ステップ６９）、未検索のプロセ
ッサグループがあれば、ステップ６５に制御を戻し、ス
テップ６５以降の処理を繰り返す。

【００３８】全てのプロセッサグループの待ち状態キュ
ーを検索して、待ち状態のタスクがなければ（ステップ
６９でノー）、ディスパッチャは、ディスパッチング処
理を終了する。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の第１の効
果は、キャッシュ効果を生かしたプロセッサへのタスク
の再ディスパッチングにおいて、前回実行したプロセッ
サのみが対象となるのではなく、そのプロセッサを含む
プロセッサグループ内のプロセッサであれば全て対象に
することが可能であるということである。これにより、
処理のターンアラウンドタイムの短縮をはかれ、プロセ
ッサの使用効率を高めて、ＭＰ（マルチプロセッサ）係
数の向上に大きく寄与することができる。また、これに
より、キャッシュ効果を高めメモリアクセス頻度を軽減
し、ひいてはメモリ競合やシステムバスビジィの軽減を
図れる。その理由は、第１に、システム構成を１つ以上
のプロセッサとそのプロセッサの全てでデータ共有が可
能な共有バッファとからなるプロセッサグループによっ
てシステムが構成されているために、プロセッサグルー
プ内でのデータ使用効率を高められるからである。第２
に、待ち状態キューをプロセッサグループ単位に設定す
ることにより、ディスパッチャの処理負荷を高めること
なくグループディスパッチング処理を可能としたことで
ある。

【００４０】また、本発明の第２の効果は、プロセッサ
障害時におけるプロセッサ数のデグレード時においても
キャッシュ効果を生かしたディスパッチング処理が可能
なことである。その理由は、従来技術で示されているよ
うな、前回実行したプロセッサのみを再ディスパッチン
グの対象とするのではなく、プロセッサグループ内のプ
ロセッサであればどのプロセッサでも再ディスパッチン
グの対象となるグループディスパッチング処理を行って
いるためである。

【００４１】さらに、本発明の第３の効果は、ローカル
タスクおよびグローバルタスクのタスクタイプを設定し
たことにより、負荷分散が図られることである。その理
由は、自プロセッサグループ内で待ち状態のタスクが無
い場合には、別のプロセッサグループのグローバルタス
クを処理することが可能であるためである。

【００４２】さらにまた、本発明の第４の効果は、特定
用途に応じたプロセッサの分散処理が可能なことであ
る。その理由は、ローカルタスクとしてプロセッサグル
ープを指定することにより、プロセッサグループ単位に
タスクのディスパッチングを可能とするためである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係るマルチプロセッサ
システムの全体構成を例示する図である。

【図２】ＯＳのタスク管理プログラム中の待ち状態キュ
ー管理手段がタスクを各プロセッサグループの待ち状態
キューにエンキューするまでの処理手順を示すフローチ
ャートである。

【図３】ＯＳのタスク管理プログラム中のディスパッチ
ャがタスクをプロセッサにディスパッチングするための
処理手順を示すフローチャートである。

【図４】待ち状態キュー管理手段が使用するＴＣＢの構
成を示す図である。

【図５】ディスパッチャが使用するプロセッサグループ
管理テーブルの内容を示す図である。

【図６】待ち状態キュー管理手段およびディスパッチャ
が使用する待ち状態キューを構成する各キューの内容を
示す図である。

【符号の説明】

１〜８ プロセッサ ９，１０ 共有バッファ １１ 主記憶 １２ システムバス １３ 入出力処理装置 ２０，２１ プロセッサグループ ５１ タスクタイプ設定ステップ ５２ プロセッサグループ決定ステップ ５３ 待ち状態キューへの登録ステップ ６１ 要求元プロセッサ番号検出ステップ ６２ プロセッサグループ検出ステップ ６３ 待ち状態キュー検索ステップ ６４ 待ち状態タスク有無判定ステップ ６５ 別プロセッサグループ待ち状態キュー検索ステッ
プ ６６ 待ち状態タスク有無判定ステップ ６７ グローバルタスク判定ステップ ６８ プロセッサアサインステップ ６９ 未検索プロセッサグループ待ち状態キュー有無判
定ステップ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数個のプロセッサから構成され、タス
   クを単位として該プロセッサにディスパッチし処理を実
   行するマルチプロセッサシステムにおいて、 前記複数個のプロセッサは該プロセッサの幾つかをまと
   めたプロセッサグループを単位として該プロセッサグル
   ープを１つ以上合わせることにより構成されるものと
   し、該プロセッサグループ毎に該プロセッサグループの
   各プロセッサによって主記憶のデータをバッファするた
   めに共有される共有バッファ手段を備えることを特徴と
   するマルチプロセッサシステム。
2. 【請求項２】 前記請求項１のマルチプロセッサシステ
   ムにおいて、該プロセッサグループに属するプロセッサ
   を管理するプロセッサ管理手段と、該プロセッサグルー
   プ毎に設置された待ち状態キュー群からなるキュー手段
   と、タスク生成によるエンキュー時に該タスクを前記キ
   ュー手段のどの待ち状態キューに割り当てるかを制御す
   るタスク割り当て手段とを備えるマルチプロセッサシス
   テム。
3. 【請求項３】 前記請求項２のマルチプロセッサシステ
   ムにおいて、ディスパッチ要求の要求元プロセッサ番号
   から該プロセッサが属するプロセッサグループを検出す
   る検出手段と、前記タスクが再ディスパッチング時に同
   一プロセッサグループ内のプロセッサのみにディスパッ
   チされるタスクかそれ以外のプロセッサグループにもデ
   ィスパッチ可能なタスクかを判断するローカルディスパ
   ッチ指示手段とを備え、その結果に基づき選択するタス
   クを決定するディスパッチング手段を有するマルチプロ
   セッサシステム。