JPH05224961A - タスクの時間待ち処理方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ＯＳの割り込み応答性を大幅に向上させること
により、割り込み等の外部事象を迅速に対応し、システ
ムの信頼性を向上することを目的とする。 【構成】システムコールの発行順にタスクの待ち時間を
記録する記録手段１と、待ち時間の少ない順にタスクの
待ち時間を記憶する記憶手段２と、前記記憶手段１によ
り記憶したタスクの待ち時間を記憶した順に獲得する獲
得手段１、記憶手段２により記憶した待ち時間を記憶し
た順に獲得する獲得手段２を有し、時間待ちシステムコ
ール処理では、記憶手段１により待ち時間を記憶して終
了し、タイマ処理において、記憶していた前記待ち時間
を獲得手段１で獲得し、記憶手段２により、記憶した後
に、獲得手段２によりタスクの起床を行うことにより、
時間待ちシステムコール処理中の割り込み禁止時間が一
定になり、ＯＳの応答性を向上させることが出来る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、リアルタイム・システ
ムを管理するオペレーティング・システムにおいて、特
に、タスクを時間待ちにする際の処理に関する。

【０００２】

【従来の技術】ロボット、ＮＣ、ファクシミリ等の分野
では、発生した事象に対する素早い応答と高速処理が要
求される。この様な分野におけるオペレーティング・シ
ステムは、 処理オーバーヘッドの短縮 発生した事象に対する応答性の確保 に重点を置いて設計される。このようなオペレーティン
グ・システムは、特に『リアルタイム・オペレーティン
グ・システム』（以下、ＯＳと略す。）と呼ばれる。

【０００３】ＯＳは、アプリケーション・プログラムを
『タスク』および『ハンドラ』として管理する。タスク
は継続的に動作するプログラム単位である。ＯＳは状況
に応じて最適なタスクを選び出し、ＣＰＵを割り当て
る。ハンドラは、割り込み等の外部イベントに対応し、
起動されるプログラムである。ＯＳに直接管理されるこ
となく、非同期に動作する。

【０００４】今、以下のような状況を想定する。図１２
は、リアルタイム・システムが動作する環境の一例を簡
略化して示した図である。図１２において、１２０１は
ＣＰＵ、１２０２はバス、１２０３は割り込みコントロ
ーラ、１２０４はメモリ、１２０５タイマ・コントロー
ラである。

【０００５】このシステム上で動作するアプリケーショ
ン・プログラムは、タスクがタスクＡとタスクＢとタス
クＣとタスクＤの４つ、割り込みハンドラがハンドラＡ
の１つで構成されている。タスクの優先順位はＡＢＣＤ
の順に優先されるものとする。ハンドラＡはＯＳの１部
であり、タイマ・コントローラ１２０５から１ｍｓｅｃ
毎に割り込みコントローラ１２０３にいれられる割り込
み信号により起動される。４つのタスクは全て時間待ち
を行い、指定時間経過後にハンドラＡにより起床させる
（ＷＡＩＴ状態を解除されＲＥＡＤＹ状態になる）。時
間待ちをするシステムコールは『ＷＡＩ ＴＳＫ』であ
り、パラメータは、待ち時間である。図９に時間待ちキ
ューにタスクＡ、タスクＢがつながる状態を示し、図１
１にＷＡＩ ＴＳＫの処理フローを示す。

【０００６】次に、図７〜１１を参照しながら、ＯＳの
動作を説明する。簡単のために、既にタスクＡは待ち時
間『１５』で、タスクＢは待ち時間『１』で時間待ちを
しているもとのする。時間待ちキューには、待ち時間の
小さいタスクから順につなげられ、２番目以降につなが
れるタスクの待ち時間は、その前につながれている全て
のタスクの待ち時間を引いた値であり、図９のようにな
っている。待ち時間の単位はｍｓｅｃである。また、Ｏ
Ｓは、割り込み許可状態で動作しているものとする。

【０００７】この状態で、タスクＣは『１０』の時間待
ちを行うためにＷＡＩ ＴＳＫを発行する。制御はＯＳ
に移り、システムコール処理が行われる。ＯＳはコンテ
キストを退避する（図１１の）。タスクの状態を『時
間待ち』にする（図１１の）。次にタスクを時間待ち
キューに待ち時間でソートしてキューイングする（図１
１の）。この処理を細かく示したのが図４である。時
間待ちキューにタスクがつながれているかどうかを判定
する（図７の）。この場合、タスクがつながっている
ので、先頭タスクＢを比較タスクとする（図７の）。
タスクＣの待ち時間１０とタスクＢの待ち時間１を比較
する（図７の）。タスクＣの待ち時間の方が大きいの
でタスクＣの待ち時間１０からタスクＢの待ち時間１を
引く（図７の）。次のタスクがつながっているか判定
する（図７の）。タスクＡがあるので、タスクＡを比
較タスクとする（図７の）。タスクＣの待ち時間とタ
スクＡの待ち時間を比較する（図７の）。タスクＣの
待ち時間９は（１０−１）でタスクＡの待ち時間１４で
あり、タスクＣの方が小さいので、タスクＣはタスクＡ
の前に図１０のようにつながれる。さらに、タスクＡの
待ち時間は１４−９で５となる（図７の）。

【０００８】ここまでで、キューイング処理が終ったの
で、タスクのスケジューリングが行われ、タスクＤに処
理が移る（図８の）。ここでタイマ９０５の割り込み
が発生し、ハンドラＡが起動される。ハンドラＡは、タ
スクＤのコンテキストをセーブし（図８の）、ソフト
ウェア・タイマをカウント・アップし（図８の）、時
間待ちキューにタスクがつながっているかどうかを判定
する（図８の）。

【０００９】この場合タスクが３つつながっているの
で、先頭であるタスクＢの待ち時間から１を引く（図８
の）。タスクＢの待ち時間が０かどうか判定する（図
８の）。待ち時間は０なので、タスクＢを時間待ちキ
ューからはずし（図８の）、レディ・キューにつなげ
る（図８の）。再度時間待ちキューの先頭の待ち時間
が０かどうか見る（図８の）。タスクＣの待ち時間な
ので、スケジューリング処理（図８の）が行われ、タ
スクＢに処理が移る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ＯＳは、割り込み許可
状態で動作しているため、システムコール処理中でもハ
ンドラが動作する。今、タスクＣが発行したシステムコ
ールＷＡＩ ＴＳＫ処理の途中（図７のとの処理の
間）でタイマ１２０５による割り込みが発生し、ハンド
ラＡが動作することを考える。

【００１１】起動されたハンドラＡは、時間待ちキュー
の先頭につながっているタスクＢの待ち時間をカウント
・ダウンし、待ち時間が０になったのでタスクＢを待ち
キューからはずし、レディ・キューにつなげ、その処理
を終える。

【００１２】ＷＡＩ ＴＳＫ処理に戻ると、比較タスク
はタスクＢであり、タスクＢの次にタスクがあるかどう
か判断する（図７の）。タスクＢはすでに時間待ちキ
ューからはずれてレディ・キューの最後につながれてい
るので、次のタスクはない。そこでタスクＢの後ろにタ
スクＣがつながることになる。

【００１３】しかし、本来なら、時間待ちタスクは、待
ち時間の小さい順に時間待ちキューにつながらなければ
ならない。したがって、タスクＢが起床した場合は、タ
スクＣは時間待ちキューの先頭につながれ、その後ろに
タスクＡがつながれているはずであり、レディ・キュー
につながれているタスクＢの後につながるのは矛盾であ
る。これでは、タスクの時間待ちキューも、レディ・キ
ューも壊れてしまい、最悪の場合システムがハングアッ
プする状態にもなりかねない。

【００１４】この様な状況は、ＯＳ処理を割り込み許可
状態で行ったために発生した。この様な矛盾を回避する
ために、ＯＳ処理を割り込み禁止状態で行うことを考え
る。この場合、上述した矛盾を回避することはできる。
しかし、逆に割り込みの応答性能が劣化し、割り込みを
とりこぼす恐れが生じる。また、図７のからの処理
は処理時間が、キューの状態によって変化する。このた
め、割り込みの応答性能を予想することが困難になり、
ＯＳを組み込んだ製品の信頼性がそこなわれることにな
る。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、リアルタイム
・システムを管理するオペレーティング・システムにお
いて、特にシステムコールの発行により、指定時間タス
クを待ちにする際の処理において、システムコールの発
行順にタスクの待ち時間を記憶する記憶手段１と、待ち
時間の少ない順にタスクの待ち時間を記憶する記憶手段
２と、前記記憶手段１により記憶したタスクの待ち時間
を記憶した順に獲得する獲得手段１と、記憶手段２によ
り記憶したタスクの待ち時間を記憶した順に獲得する獲
得手段２を有している。

【００１６】

【実施例】次に、本発明を用いてＲＴＯＳを動かす場合
について図面を参照して説明する。図１は本発明の実施
例１の時間待ちキューである。図１において、ＯＳのシ
ステム・テーブル１０１があり、その中に待ち時間でソ
ートする時間待ちキューの先頭を指すポインタ１０２と
その最後を指すポインタ１０３、ＦＩＦＯでつなげるワ
ーク・キューの先頭を指すポインタ１０４、その最後を
指すポインタ１０５がある。タスクにはそれぞれ管理テ
ーブルがあり、タスクＢの管理テーブル１０６、タスク
Ａの管理テーブル１０７、タスクＣの管理テーブル１０
８となっている。

【００１７】タスク管理テーブルには、次につながるタ
スク管理テーブルを指すポインタ１０９と前につながる
タスク管理テーブルを指すポインタ１１０、待ち時間１
１１がある。図２はシステムコールＷＡＩ ＴＳＫのフ
ロー、図３はタイマ・ハンドラの処理フローである。こ
れらの図を参照しながら、第１の実施例の方式を説明す
る。

【００１８】状況は従来例の説明のときと同様でタスク
Ａ、Ｂが待ち時間『１５』、『１』で時間待ちキューに
つながっている。タスクＣが動作しており、『１０』の
時間待ちを行うためにＷＡＩ ＴＳＫを発行する。制御
はＯＳに移り、システムコール処理が行われる。ＯＳは
コンテキストを退避し（図２の）、タスクＣの状態を
時間待ちにする（図２の）。そして、タスクＣを時間
待ちキューではなく、ワーク・キューの最後につなげる
（図２の）。ここで割り込みが発生し、ハンドラＡが
起動される。ハンドラＡはコンテキストを退避し（図３
の）、ソフトウェア・タイマをカウント・アップし
（図３の）、ワーク・キューにタスクがつながってい
るかどうかを判断する（図３の）。この場合、ワーク
・キューにはタスクＣがつながっているので、タスクＣ
を時間待ちキューに待ち時間順にソートしてつなげる
（図３の）。ワーク・キューにはもうタスクがつなが
っていないので、に処理が移る。時間待ちキューには
タスクＢ、Ａ、Ｃ、がつながっているので、時間待ちキ
ューの先頭であるタスクＢの待ち時間から１を引き（図
３の）、待ち時間が０になるかどうか判定し（図３の
）、０になるので、タスクＢを時間待ちキューからは
ずし（図３の）、レディ・キューにつなげる（図３の
）。

【００１９】次に現在システムコール処理中かどうかを
判定する（図２の(10)）。現在は、システムコールＷＡ
Ｉ ＴＳＫの処理中なので、スケジューラ処理は行わず
終了する。ハンドラＡが終了すると、ＷＡＩ ＴＳＫシ
ステムコール処理に戻り、残りのスケジューラ処理が行
なわれ、タスクＢに処理が移る。

【００２０】本発明の第２の実施例を説明する。図５は
本発明の第２の実施例を示したものである。図５におち
て、ＯＳのシステム・テーブル５０１があり、その中に
待ち時間でソートする時間待ちキューの先頭を指すポイ
ンタ５０２とその直後を指すポインタ５０３、ＦＩＦＯ
でつなげるワーク・キューの先頭を指すポインタ５０
４、その最後を示すポインタ５０５、タイマ処理のネス
ト状態を示すタイマ処理レベル５０６と、タイマ・ハン
ドラが未処理の経過時間５０７がある。タスクにはそれ
ぞれ管理テーブルがあり、タスクＢの管理テーブル５０
８、タスクＡの管理テーブル５０９となっている。

【００２１】タスク管理テーブルには、次につながるタ
スク管理テーブルを指すポインタ５１０と前につながる
タスク管理テーブルを指すポインタ５１１、待ち時間５
１２がある。システムコールＷＡＩ ＴＳＫ処理は第１
の実施例と同様であり、図６はタイマ・ハンドラの処理
の第２の実施例のフローである。これらの図を参照しな
がら、第２の実施例の方式を説明する。

【００２２】状況は従来例や第１の実施例の説明のとき
と同様でタスクＡ、Ｂが待ち時間『１５』、『１』で時
間待ちキューにつながっている。タスクＣが動作してお
り、『１０』の時間待ちを行うためにＷＡＩ ＴＳＫを
発行する。ＯＳに処理が移り、コンテキストをセーブし
（図２の）、タスクＣの状態を時間待ちにし（図２の
）、タスクＣをワーク・キューの最後につなげる（図
２の）。ここで割り込みが発生し、ハンドラＡが起動
される。

【００２３】ハンドラＡは従来通り、コンテキストを退
避し、ソフトウェア・タイマをカウント・アップする。
ここから本実施例では図６のようなフロー処理になる。
タイマの処理レベルが０かどうかで（ネストしていない
かどうか）を判断する（図６の）。ここではネストし
ていないので、に移り、レベルを１にし（図６の
）、経過時間も１にする（図６の）。次にワーク・
キューにタスクがつながっているかどうかを判断する
（図６の）。この場合、ワーク・キューにはタスクＣ
がつながっているので、タスクＣを時間待ちキューに待
ち時間順にソートしてつなげる（図６の）。

【００２４】この処理を細かく示したフローが従来と同
様、図７である。ワーク・キューにはもうタスクがつな
がっていないので、時間待ちキューにタスクがつながっ
ているかどうかを判断する（図６の）。この場合、時
間待ちキューにはタスクＢ、Ａ、Ｃがつながっているの
で、先頭であるタスクＢの待ち時間から１を引き（図６
の）、さらに経過時間からも１引く（図６の）。タ
スクＢの待ち時間が０になるので、タスクＢを時間待ち
キューからはずし（図６の(10)）、レディ・キューにつ
なげる（図６の(11)）。

【００２５】次に経過時間が０かどうかを判定し（図６
の(12)）。現在は、システムコールＷＡＩ ＴＳＫの処
理中なので、スケジューラ処理は行わず終了する。ハン
ドラＡが終了すると、ＷＡＩ ＴＳＫシステムコール処
理に戻り、残りのスケジューラ処理を行い、タスクＢに
処理が移る。

【００２６】ハンドラＡの処理の途中（図６のから(1
2)の処理の間）で、タイマ割り込みがネストし、ハンド
ラＡが再度動作することを考える。コンテキストを退避
し、ソフトウェア・タイマをカウント・アップした後、
経過時間を１インクリメントし（図６の）、タイマ処
理レベルをチェックする（図６の）。この場合タイマ
処理レベルは１なので、処理を終了する。２度目にネス
トしたハンドラＡが終了すると、ネストされたハンドラ
Ａの処理に戻る。ネストされたハンドラＡの処理では、
経過時間が１増えているので、図６のから(12)のルー
プの回数が１回増える。経過時間が０になりループから
抜けると、タイマ処理カウントを０にして、ＯＳ処理中
かどうかを判定する。この場合はシステムコールＷＡＩ
ＴＳＫの処理中なので、スケジューラを飛ばして終了
する。システムコールＷＡＩ ＴＳＫに戻り、スケジュ
ーラを起動し、タスクがＢに切り替わる。

【００２７】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
は、システムコールの発行順にタスクの待ち時間を記憶
する記憶手段１と、待ち時間の少ない順にタスクの待ち
時間を記憶する記憶手段２と、前記記憶手段１により記
憶したタスクの待ち時間を記憶した順に獲得する獲得手
段１と、記憶手段２により記憶したタスクの待ち時間を
記憶した順に獲得する獲得手段２を有することにより、
従来問題であった、システムコール処理の割り込みによ
るタイマ処理のネストによるＯＳ内部の矛盾から生じる
システムのハングアップを防ぐことができるという効果
がある。

【００２８】また、従来この問題を解決するために行っ
ていた、ＯＳ内部の割り込み禁止状態にする方法を取る
必要がなくなり、割り込み応答性を大幅に向上させるこ
とができる。このために、割り込み等の外部事象に迅速
に対応することができ、ＯＳ、ならびにシステムの信頼
性を向上することができるという効果がある。

【００２９】さらに、第２の実施例では、タイマ処理中
かどうかを示す『タイマ処理レベル』と『経過時間』の
２つのデータを持つことにより、タイマ処理ハンドラ
に、タイマ処理ハンドラがネストすることも可能になっ
ている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例１の時間待ちキューを示
す図である。

【図２】第１の実施例のシステムコールＷＡＩ ＴＳＫ
のフローを示す図である。

【図３】第１の実施例のタイマ処理のフローチャートで
ある。

【図４】第１の実施例の全処理終了後の時間待ちキュー
を示す図である。

【図５】第２の実施例のシステムコールＷＡＩ ＴＳＫ
発行前の時間待ちキューを示す図である。

【図６】第２の実施例のタイマ処理のフローチャートで
ある。

【図７】待ち時間でソートするキューイング処理のフロ
ーチャートである。

【図８】従来のタイマ処理のフローチャートである。

【図９】タスクＣがシステムコールＷＡＩ ＴＳＫ発行
前の時間待ちキューを示す図である。

【図１０】従来例の時間待ちキューを示す図である。

【図１１】従来のシステムコールＷＡＩ ＴＳＫ処理の
フローチャートである。

【図１２】ＯＳが動作する環境の一例を示す図である。

【符号の説明】

１０１ ＯＳ用テーブル １０２ 時間待ちキューの先頭ポインタ １０３ 時間待ちキューの最後のポインタ １０４ ワーク・キューの先頭ポインタ １０５ ワーク・キューの最後ポインタ １０６ タスクＢの管理テーブル １０７ タスクＡの管理テーブル １０８ タスクＣの管理テーブル １０９ 次の管理テーブルを指すポインタ １１０ 前の管理テーブルを指すポインタ １１１ 待ち時間

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 リアルタイム・システムを管理するオペ
   レーティング・システムにおいて、システムコールの発
   行順にタスクの待ち時間を記憶する第１の記憶手段と、
   待ち時間の少ない順にタスクの待ち時間を記憶する第２
   の記憶手段と、前記第１の記憶手段により記憶したタス
   クの待ち時間を記憶した順に獲得する第１の獲得手段
   と、前記第２の記憶手段により記憶したタスクの待ち時
   間を記憶した順に獲得する第２の獲得手段とを有し、時
   間待ちのシステムコール処理において、前記第１の記憶
   手段により待ち時間を記憶し待ちタスクを起床させるタ
   イマ処理時では前記第１の獲得手段によりタスクの待ち
   時間を取りだし、前記第２の記憶手段により待ち時間の
   小さい順に記憶した後に、前記第２の獲得手段を用いて
   タイマ処理を行うことを特徴とするタスク時間待ち処理
   方式。