JPS6336538B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、マルチプログラミングで動作する仮
想記憶方式の情報処理システムにおけるワーキン
グセツトの管理方式の改良に関するものである。

マルチプログラミングで動作する情報処理シス
テムにおいては主記憶上の各プログラムに対し
て、いかに主記憶ページを割当てるかが問題とな
る。

このための方式としてあるプログラムで、一定
時間内に参照したページはそのプログラムのため
に確保しておく、いわゆるワーキングセツト方式
が知られている。

ワーキングセツト方式は、実際には、次のよう
に実現される。即ち、主記憶上の全ページについ
て、ページテーブルの参照ビツトを一定周期毎に
調べ、参照があれば、即ち参照ビツトが“１”な
らば、これをリセツトするとともに対応するペー
ジの参照カウント置を“０”にし、参照されなか
つた場合には、カウント値をカウントアツプす
る。そして、参照カウント値が、ある値ｎよりも
大きくなつた場合には、即ちｎ周期の間参照され
なかつた場合には、そのページは不要ページとし
てプログラムからはずしシステムに戻され、空き
ページプールに登録される。

プログラムの実行中にページフオルトが発生し
た場合には、空きページプールからページがとら
れ、これが、そのプログラムに与えられることに
なる。

この方式により、各プログラムに割当てられる
ページ数はその動きにより、必要に応じて、縮
小、拡大し、固定的にプログラムにページを与え
る場合に比べて、主記憶を有効に使うことが可能
である。

しかしながらこの方式においては、ある特定の
プログラムでたとえばフエイズの切換わり等によ
り、アクセスするアドレス空間が急に切換わつた
場合には、ページフオルトが移発しこのプログラ
ムのワーキングセツトが拡大する。このために、
空きページプールから多くのページがこのプログ
ラムのために取られるために、他のプログラムで
発生したページフオルトに対して割当てるべき空
きページが不足するような事態が発生し、このた
めに、空きプールを回復するための処理が必要と
なりこれが処理速度の低下を招くという欠点があ
つた。そして、この空きプール不足の発生を少な
くするためには大きな空きプールを用意しておく
必要があり、これは主記憶の使用率を低下させる
要因となつていた。

本発明の目的は前記欠点を除いた比較的小さい
空きプールを用意するだけで、空きプールの不足
や、主記憶の使用率の低下、あるいは処理速度の
低下を改善することのできるワーキングセツト管
理方式を提供することにある。

本発明は各プログラムで、ワーキングセツトの
見直しの１周期間で与えることのできるページ数
の最大値を設けておき、あるプログラムで、ペー
ジフオルトが発生する毎にその最大値までは、空
きページプールからページをそのプログラムに割
当てるが、それ以上ページフオルトが発生した場
合にはそのプログラムのワーキングセツト枠の中
で最も長い間使われなかつたページを切り出し、
ここに新たなページを割当てるようにすることに
より、特定のプログラムにおけるページフオルト
の頻発により、空きページプールが不足する確率
を低くしようとするものである。

従つて本発明によれば、従来の方式に比べて、
比較的小さい空きプールしか用意しなくても、空
きプールの不足の発生の確率を低くでき、主記憶
の有効利用、処理速度の向上が期待できることに
なる。

以下図面を用いて、本発明の一実施例について
詳細に説明する。本実施例においては、各プログ
ラムに対応して、ワーキングセツト管理が行われ
ることとする。即ち、ワーキングセツト枠がプロ
グラム毎に設けられる。そして、ワーキングセツ
ト枠の制御のために、各枠に対して、ワーキング
セツト枠制御ブロツク（以下、WSCBと略す）
が用意される。第１図に示すように各WSCBは、
現在その枠につながれているページ数、即ち、現
ワーキングセツトサイズを保持するフイールド
CWS、その枠に属するページの使用状況のリス
トのトツプとラストのページを示すボインタを保
持するフイールドTP，LPの他に、ワーキングセ
ツト見直し周期内に、その枠で発生したページフ
オルト回数をカウントするフイールドPFCをも
つ。

同様に、空きページプール枠の管理のために、
空きプール枠制御ブロツク（以下EPCBと略す）
が用意され、これは、現在この枠につながれてい
るページ数即ち、空きページ数を保持するフイー
ルドEPN、空きページのリストへのポインタフ
イールドTP、をもつ。

また、主記憶上の実ページを管理するために、
実ページに対応したエントリをもつページマツプ
PMAPが用意される。ページマツプの各エント
リはそのページが参照されたかどうかを示すＲビ
ツト、書込みが行われたことを示すＷビツト、現
在の使用カウント値を保持するフイールドUC、
このページにつながるページへの両方向のポイン
タをもつフイールドFP，BPをもつ。

ワーキングセツト枠につながれたページは、
WSCBおよびページマツプ上のポインタにより、
使用カウントの小さい順に、即ち、最も新しくア
クセスされたページはトツプに、最も長い間アク
セスされなかつたページはラストにおかれ新しく
アクセスされた順に並べられリフト状に管理され
ている。

また、本実施例においては、各ワーキングセツ
ト枠に対して、ワーキングセツト見直しの一周期
内に新たに割当てることのできるページ数の最大
値は枠にかかわらず一定のページ数Ｎとする。

また、一定の周期の間参照されなかつたページ
即ち使用カウントがある値より大になつたページ
は、ワーキングセツトからはずされるが、その閾
値をｎとする。これらの値が制御パラメータとし
て保持される。

次に、本実施例における動作を説明する。

あるプログラムｊの実行中に、ページフオルト
が発生するとまず、前回のワーキングセツト見直
以後発生したこのプログラムにおけるページフオ
ルト回数、即ちPFCjの値がカウントアツプされ
る。更新されたPFCjの値がＮよりも、小か等し
い場合には、空きページプールからリストのトツ
プにある１ページがはずされこれが、プログラム
ｊのワーキングセツト枠のトツプにつながれここ
に、必要な内容が二次記憶からロードされる。

そして、このつなぎかえに伴い、EPCBの空き
ページへのポイツタTP、空ページ数EPN、つな
ぎかえられたページｉに対応するページマツプエ
ントリのポインタFPi、ページフオルトを起した
プログラムのWSCBの現ワーキングセツトサイ
ズCWSj、ページのリストへのポインタTPj、つ
なぎかえまでその枠でトツプにいたページのポイ
ンタBPが更新される。

PFCjの値がＮよりも大の場合、即ち、そのワ
ーキングセツトの枠で規定値Ｎ以上のページフオ
ルトが発生した場合には、空きページ枠からのつ
なぎかえを行わず、自枠のラストにあつたページ
を主記憶から追出し、ここに、必要な情報を二次
記憶から転送する。

即ち枠ｊのラストにあつたページｋを、この枠
のトツプにつなぎかえ、このページに内容の変更
があつたかどうかを調べる。内容の変更がない場
合には直ちに、あつた場合には、これを二次記憶
にページアウトした後、必要な情報を二次記憶装
置からページインする。

なお、このつなぎかえに伴い、WSCBjのTP，
LP、つなぎかえられたページｋに対応するFP、
つなぎかえの直前までリストのトツプにあつたペ
ージに対応するBPの更新が行われる。

なお、これらの動作を第２図のフロウチヤート
に示す。

たとえば、ある時点で、プログラムｊが実行さ
れていたときに、ページフオルトを発生したとす
る。この時点で、プログラムｊには、６ページが
つながれており（CWS＝６）、前回のワーキング
セツト見直しからこれまでに既に３回ページフオ
ルトを発生しているとする。（PFC＝３）また、
この枠に属する６ページのつながれている順序
は、ページ番号が７，１，10，14，13，２の順で
あり、これはトツプが７（TP＝７）、ラストが２
（LP＝２）およびページマツプの対応するページ
の前方向および後方向のポインタFP，BPにより
接続されている。また、これは、その枠に属する
各ページの使用カウント（UC）がさい順に並べ
られていることが示されている。

また、空きページ枠は、この時点で５ページを
もち、そのページのトツプはページ番号に、次に
15，０，４，５の順に、ページマツプのポインタ
FPによりリストを構成している。この様子が第
１図ａに示されている。

ページフオルトが発生すると、PFCがカウン
トアツプされ４になる。ここで一周期内で新たに
枠に与えることのできるページの最大数を４とし
た場合には、即ちＮ＝４の場合にはPFCＮで
あるので空きページ枠から、そのトツプにあるペ
ージ１２が枠ｊのトツプにつなぎかえられここに
ページ転送が行われる。第１図ｂに示すようにこ
れに伴い空きページ枠のページ数EPNは、５か
ら４に、リストのトツプは以前のページ番号12の
次につながつていたページ番号15となるTP＝15。
また、枠ｊのTPには12が、ページ数CWSは６か
ら７にカウントアツプされる。また、これに伴い
ページマツプのポインタも更新される。また、枠
ｊに新たにつなげられたページ12のUC，Ｗビツ
トは０に、Ｒビツトは１にセツトされる。また、
Ｎ＝３とした場合には、ページフオルトの発生に
より、PFC＞Ｎとなる。従つて、この場合には、
ページ枠からのページのつなぎかえは行わず、第
１図ｃに示すように枠ｊのラストにあるページ２
がトツプにつなぎかえられる。ページ２は、
PMAPのページ２に対応するＷビツトが１であ
り、書込みが行われているので、まず、このペー
ジの内容を二次記憶装置に転送し、Ｗビツトをリ
セツトした後要求された情報を、二次記憶からペ
ージ転送し、Ｒビツトを１にセツトする。また
UCも０にリセツトする。なお、これに伴い、
WSCBjのトツプは２に（TP＝２）、ラストはペ
ージ２の前にあつた13になる（LP＝13）また、
ページマツプのポインタも第１図ｃのように変更
される。

なおこれらの処理を第２図のフロウチヤートに
示す。また、第１図においてページ３，６，８，
９，11は枠ｊにも空きページ枠にも属していない
ページである。

なお、ワーキングセツトの見直しは、一定時間
毎に起動され、次に処理が行われる。即ち、主記
憶上にあるプログラムに属する全ページについ
て、そのページに参照があつた場合即ち参照ビツ
トＲが１の場合にはこれをリセツトするとともに
対応する使用カウンタUCを０にするとともにこ
のページをそのページの属するワーキングセツト
のトツプにつなぎかえる。

ページに参照がなかつた場合には、対応する使
用カウンタUCをカウントアツプし、この値が閾
値ｎを越えている場合には、即ち、Ｔ周期の間使
用されなかつたページは、ワーキングセツトから
はずし空きページ枠に戻す。（即ち、CWSをカウ
ントダウンするとともに、このページの空きペー
ジ枠へのつなぎかえのためのポインタの更新、
EPNのカウントアツプを行う。）ｎを越えていな
い場合には何も行わない。

また、全ワーキングセツト枠のWSCBのPFC
をクリアする第１図ｃの状態でワーキングセツト
の見直しを行つた場合を例として示す。なおここ
では枠ｊを空きページ枠だけを対象としている。
また、ここではｎ＝２としている。

まず、ページ２は参照されているので（Ｒビツ
ト＝１）UCは０に、またリストのトツプにおか
れ、ページ７はＲ＝０なのでUCは１にカウント
アツプされ、リスト上の順序はそのまま、ページ
１はＲ＝１なのでUCは０、最新にアクセスされ
たページとしてリストのトツプにおかれ、次にペ
ージ10はＲ＝０なのでUCは２にカウントアツプ
される。ページ14はＲ＝０なのでUC＝３になり
ｎ＝２よりも大となつたので、これは枠ｊのリス
トからはずし、この場合には、Ｗビツトが０なの
で、そのまま空きプール枠のトツプにつなげる。
これにより、枠ｊのCWSは、６から５にカウン
トダウンされ、空きプールサイズEPNは５から
６にカウントアツプされる。ページ13は、Ｒ＝１
なのでUCは２から０にリセツトされ、リストの
トップにつながれる。また、PFCは０にリセツ
トされる。ワーキングセツトの見直しが完了した
時点で枠ｊには、13，１，２，７，10の順で５個
のページがつながれ、空きページ枠には、新たに
ページ14が加えられている。これを第１図ｄに示
す。なお、メモリマツプにおける一は何の値でも
関係ないことを示す。以上、本発明の一実施例に
ついて説明したように、本発明の主旨は、特定の
ワーキングセツト枠におけるページフオルトの頻
発により、空きプール枠から無制限にページが割
当てられるのを防ぐために、特定のワーキングセ
ツト枠が一周期に空きページ枠から取出せるペー
ジ数に上限を設け、これ以上は割当てられないよ
うにすることにより、主記憶の有効利用、処理速
度の向上を計ることにあり、この主旨に背かない
かぎり、いくつかの変形が可能であることは明ら
かであろう。

たとえば、本実施例においては、ワーキングセ
ツト枠は、プログラム毎に用意するとしている
が、複数のプログラムに対して、１個のワーキン
グセツト枠を設けることも可能である。

また、本実施例においては、第２図のフロウチ
ヤートの右側に示すようにあるWS枠で最大値Ｎ
以上のページフオルトが発生した場合には、その
WS枠からまずページを切出し、必要ならばペー
ジアウトを行つた後、ページ転送を行うとしてい
るが、そのかわりに、次のようにすることも可能
である。即ち、まず空きページからページを割当
て、このページに対して二次記憶からのページの
転送を起動する。この後でこれがこのWS枠に対
する最大値Ｎ以上のページフオルトであるかどう
か調べ、そうであつた場合には、そのWS枠から
リストの最後のページを取出し、このページのＷ
ビツトを調べ、これら０ならば直ちに、これが１
ならば、二次記憶に対して追出しを行つた後（ペ
ージアウト）、空きページ枠に戻すようにするこ
とも可能である。これにより、自WS枠内での切
出しに際して、切出すべきページに書込みがあつ
た場合においても、この追出しに先立つて空きペ
ージ枠のページへのページインが行えるので、ペ
ージフオルト処理を短縮することができる。

なお、本実施例においては、ページマツプは専
用のメモリ上におかれ、ページへの参照があるた
びに、ページマツプ上の参照ビツトＲが１にセツ
トされまた、書込みがあるたびにＷビツトに１が
セツトされるとしているが、ワーキングセツト見
直しにおける参照ビツトのリセツト時に、アドレ
ス変換テーブル上の参照ビツトを同時にリセツト
しておき、アドレス変換テーブルで参照ビツトの
０から１への書換えがあつたときにのみページマ
ツプ上の参照ビツトを１にセツトするように構成
することも可能である。また、参照ビツトをメモ
リマツプ上に設けずに、ページテーブル上に設け
ることも可能である。

また、本実施例においては、各ワーキングセツ
トの枠に対して、ページフオルトに際して空きペ
ージから与えるページ数の最大値を、枠によらず
一定値Ｎとしたが、各ワーキングセツトの枠毎に
たとえば、現在のワーキングセツトサイズに応じ
て異なる値を与えるようにしてもよい。

第３図は本実施例の構成の概要を示すブロツク
図である。本実施例においては、各ワーキングセ
ツト枠におけるページリスト、現ワーキングセツ
トサイズ、発生ページフオルト回数を管理するワ
ーキングセツト枠管理ブロツク１、主記憶上の各
ページにおける書込、参照、用カウント等の使用
状況、ワーキングセツト枠、あるいは空きページ
枠上につながれている順序等を管理するメモリマ
ツプ２、空きページを管理する空きページブロツ
ク３、および関連する制御回路４が用意される。

制御回路４はページフオルトの発生に伴う、ペ
ージのプールからワーキングセツト枠へのつなぎ
かえ、ワーキングセツトの見直しに伴う、メモリ
マツプ上の参照ビツトのチエツク、使用カウント
の更新、ワーキングセツト枠から空きページ枠へ
のつなぎかえ、あるいは、ページへの参照、書込
に伴うＲビツト、Ｗビツトの更新等の前述の動作
を制御するが、本発明の詳細な構成あるいは、制
御回路の詳細な動作は本発明の主旨とは直接関係
がないので詳細な説明は省略してあるが従来知ら
れている技術で容易に実現可能であることは明ら
かであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における動作を示す
もので第１図ａは、ページフオルト発生直前の主
記憶のページの状態を示すものである。第１図ｂ
は、ページフオルト日数が最大値を超えなかつた
場合、第１図ｃは最大値をこえた場合における、
ページフオルト後の状態を示す。なお、第１図ｄ
はワーキングセツト見直し後の状態を示す。第２
図は、本発明における動作を示すフロウチヤー
ト、第３図は、本発明の一実施例の構成の概要を
示すブロツク図である。 図において、１は、ワーキングセツト枠制御ブ
ロツク、２は、メモリマツプ、３は、空きページ
プール制御ブロツク、４は、制御回路を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ マルチプログラムで動作する情報処理システ
   ムにおいて、ワーキングセツトを管理する単位で
   あるワーキングセツト枠（WS枠）に対して、ワ
   ーキングセツトの見直し周期内において空きペー
   ジプールから取得しうるページ数の最大値を定め
   るとともに各WS枠単位に各ワーキングセツト見
   直し周期内におけるページ取得数を管理し、前記
   ワーキングセツト見直し周期内におけるページフ
   オルト発生に際しては、ページフオルトを発生し
   たページに対応するWS枠の前記周期内のページ
   取得数を調べ、これが前記最大値を越えない場合
   には空きページからこのWS枠に対してページを
   与え、このページ取得数が前記最大値を越える場
   合には対応するWS枠の中からページを切出し、
   これをページフオルトを発生したページに割当て
   ることを特徴とするワーキングセツト管理方式。