JPH0877025A - タスクの優先度制御方法、タスクの優先度制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 オーバヘッドの増加を極力抑えてタスク優先
度の逆転現象を防止する。 【構成】 低位優先度のタスク７が資源管理手段３を介
して共有資源を専有使用している最中に、高位優先度の
タスク５から同じ共有資源の使用要求が発行されると、
タスク管理手段２はタスク７の優先度を共有資源の使用
終了までの間、タスク５の優先度に一時変更する。 【効果】 優先度の一時変更により、タスク７の共有資
源使用中に中位優先度のタスク６から割り込みが入って
タスク７の処理が後回しになり、結果としてタスク６が
より優先度の高いタスク５より先に処理を行うという、
逆転現象が防止される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、タスクの優先度制御方
法およびその装置に係わり、とくに半導体制御装置など
のリアルタイム性が要求される制御システムに適したタ
スクの優先度制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体制御装置などの従来のリアルタイ
ムオペレーティングシステムでは、オペレーティングシ
ステムのリアルタイム性を補償する手段として、固定優
先度スケジューリングをサポートしている。すなわち、
複数のタスクの各々に予め優先度を定めておいて、高い
優先度のタスクを優先して実行するようにしている。

【０００３】また、オペレーティングシステム資源への
アクセスを割り込み可能（Preemption）にする試みも行
われている。例えば、Unix System V R4.0，Lynxos な
どがあり、これらは、オペレーティングシステムの処理
を細かく分析し、中断可能なコード部分を見つけてそこ
で割り込みを行えるようにすることで、オペレーティン
グシステムの処理中であっても割り込みによりオペレー
ティングシステム資源を優先度のより高いタスクが優先
使用できるようにするものである。

【０００４】さらに、あるタスクが共有資源を使用して
処理を行っているときに、より優先度の高いタスクから
の処理要求が発生したとき、その高い優先度を一時的に
実行中のタスクに継承させる方式が、カーネギメロン大
学の ARTS（Advanced Real Time System）や、Real-Tim
e Mach として研究されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】固定優先度スケジュー
リングを行う場合、資源利用の競合が生じたときに、優
先度の低いタスクが高いタスクより先に実行されてしま
うという、優先度の逆転現象が発生することがある。図
４はその現象の説明図で、低い優先度のタスク１がある
資源Ａをロックしているとする（状態Ｓ１）。このとき
高い優先度のタスク４が起動され、同じ資源Ａを要求し
たとすると、資源Ａはすでにタスク１にロックされてい
るため、その解除待ちの状態Ｓ２となる。そしてタスク
１の処理が続けられる（状態Ｓ３）。このときタスク１
のロックが解除される前に、中位の優先度のタスク２あ
るいはタスク３が起動されてその処理状態Ｓ３、Ｓ４な
どになると（タスク２、３から資源Ａは要求されていな
いとする）、そのあいだ低い優先度のタスク１は資源Ａ
をロックしたまま待ち状態になる。中位の優先度のタス
ク２または３などの処理が終わってタスク１の処理状態
に戻り、さらにこれが終わって資源Ａのロックが解除さ
れ、ここで初めてタスク４による資源Ａのロック（状態
Ｓ７）が可能になる。こうしてタスク４より低い優先度
のタスク２、３などが、タスク４より先に実行されてし
まうという、優先度の逆転現象が生じ、リアルタイム性
を損なうことになる。

【０００６】前記従来技術の内、Unix System V R4.0
などの方法では、オペレーティングシステム資源へのア
クセスを割り込み可能にすることはできても、ユーザレ
ベルで使用する資源に関しては関知していない。これ
は、ユーザレベルで資源の排他を制御しているものに関
しては、オペレーティングシステムは関与できないから
である。

【０００７】また、カーネギメロン大学で研究中の ART
S などの方法では、オペレーティングシステムはタスク
の優先度構成に係わらず、すべての資源の排他制御にお
いて、優先度の逆転現象を解消しようと、タスクが排他
資源を要求する時点すべてで優先度継承のための処理を
行う。しかし、同じ資源を利用するタスクの間に優先度
の差異がない場合、あるいは同じ資源を利用する高位の
優先度のタスクと、低位の優先度のタスクの間の優先度
を持つタスクが存在しない場合には、優先度の継承処理
は不要であり、このためシステムのオーバヘッドは増大
する。

【０００８】本発明の目的は、システムのオーバヘッド
無しに優先度の逆転現象を防止することのできる、タス
クの優先度制御方法およびその装置を提供するにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的は、複数のタ
スクの各々にその優先度を予め設定し、より優先度の高
いタスクを優先して実行するシステムのタスクの優先度
制御方法において、１つのタスクがある共有資源を占有
して使用している最中に、より優先度の高い別のタスク
から上記共有資源の使用要求が発行されたとき、上記１
つのタスクの優先度を上記別のタスクの優先度に一時変
更し、上記１つのタスクによる上記共有資源の使用が終
了したとき、上記一時変更した優先度を元の優先度へ戻
すことにより達成される。

【００１０】

【作用】１つのタスクがある共有資源を占有している最
中に、より優先度の高い別のタスクがその共有資源の使
用要求をしたとき、占有中のタスクの優先度を別のタス
クの優先度に一時置き換えるから、上記１つのタスクの
優先度と別のタスクの優先度の中間の優先度を持つ第３
のタスクは割り込めないから、上記１つのタスクの実行
を遅らせ、従って上記別のタスクの上記共有資源へのア
クセスを遅らせるという、優先度の逆転現象を防止でき
る。また、優先度の一時変更は、より優先度の高いタス
クからの共有資源要求がその共有資源が他のより低い優
先度のタスクに占有されているときだけ行われるので、
優先度の一時変更のためのオーバヘッド増加は必用最小
限に抑えられる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明を実施例により詳細に説明す
る。図３は、タスクの優先度にもとづいてマルチタスク
の制御を行うシステムの機能ブロック図で、処理待ちキ
ューＡ〜Ｃを参照し、決められたルールに従って各タス
クを起動するスケジューリング手段１、タスク管理テー
ブルＤに各タスクの状態を格納し、また処理待ちキュー
Ａ〜Ｃに処理待ち状態を格納するタスク管理手段２、メ
モリ、装置などのハードウェア資源や、排他制御のため
のフラグ領域などのソフト資源を資源管理テーブルＥを
用いて管理する資源管理手段３、およびタスクインタフ
ェース４などがオペレーティングシステムに含まれる部
分で、これらにより各優先度のタスク５〜７の実行順序
が制御される。

【００１２】図１は、本発明の制御方法の一実施例を示
すフローチャートで、図３のシステム上で実行される。
タスク５〜７には、優先度の設定を行うことができるシ
ステムコール（オペレーティングシステムへのサービス
要求を行うこと）setprio と、タスク管理手段２を介し
て優先度の参照を行うことができるシステムコール get
prio と、資源管理手段３により排他制御のためのロッ
クの資源（セマフォと呼ぶ）を作成するシステムコール
getsem 、セマフォを操作する（ロック／開放する）た
めのシステムコール opsem 、およびセマフォの情報
（おもに先にロックしているタスクの番号）を得るため
のシステムコール ctrlsem などが用意されていて、次
に示すようなアルゴリズムで利用される。

【００１３】まず図１の資源利用サブルーチンでは、最
初に資源に対応したセマフォを操作してウエイトなしの
ロックを試みる（ステップ１０１）。即ち、ウエイトな
しを指定して opsem を呼び出すと、セマフォをロック
できたか、出来ないかに係わらずすぐにリターンして来
る。ここで指定するセマフォとは、予め排他制御する資
源に対応させて、ロックの資源を getsem によって作成
しておいたものである。

【００１４】リターンの値を参照して（ステップ１０
２）、既に他者がロック中であれば、そのロック中のタ
スクの番号を ctrlsem で得る（ステップ１０３）。又
ロック中でなければ、資源操作サブルーチンを呼び出す
（ステップ１１０）。ロック中タスク番号を得たとき
は、そのタスク番号を指定して getprio を呼び出し、
ロック中のタスクの優先度を得る（ステップ１０４）。

【００１５】次に、ここで得たロック中のタスクの優先
度と自分の優先度とを比較し（ステップ１０５）、ロッ
ク中のタスクの優先度の方が高ければ、セマフォを操作
してウエイト指定でロックを要求する（ステップ１０
９）。ウエイト指定でロックを要求すると、他者がロッ
クを開放するまで処理の実行はブロックされる。又ロッ
ク中のタスクの優先度が自分の優先度よりも低ければ、
setprio を呼び出してロック中のタスクの優先度を自分
の優先度で置き換える（優先度の継承、ステップ１０
６）。こうしておいてセマフォを操作し、ウエイト指定
でロックを要求する（ステップ１０７）。

【００１６】こうしてウエイト指定でロックを要求する
と、他者がロックを開放するまで、処理の実行はブロッ
クされる。そしてタスクが再度スケジュールされたら、
先にロックしていたタスクは、セマフォを開放したこと
を示すので、先ほど与えた自分の優先度を元の優先度に
setprio を呼び出して戻してやる（ステップ１０
８）。その後、資源操作ルーチンを呼び出し、実際の資
源への操作を行う（ステップ１１０）。資源への操作が
終了すると、セマフォを開放して（ステップ１１１）終
了する。

【００１７】同じ資源を利用するタスクの間に優先度の
差異がない場合や、同じ資源を利用する高位の優先度の
タスクの優先度と低位の優先度のタスクの優先度の間の
優先度をもつタスクが存在しない場合などの、優先度継
承の機構がいらない場合には、図２に示したような単純
な機構で資源を利用すればよい。

【００１８】

【発明の効果】本発明によれば、優先度の逆転現象によ
って不確実となっていたリアルタイム性が保証できるよ
うになる。また、ARTS やReal-Time Mach での、オペレ
ーティングシステム側でタスクの優先度の構成に係わら
ず、全ての資源の排他制御に於て、タスクが排他資源を
要求する時点全てで優先度継承のための機構が動作して
しまう方式では、常に５〜８マイクロ秒のオーバヘッド
が発生していたが、本方式によればこれを防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の優先度制御方法の一実施例を示すフロ
ーチャートである。

【図２】優先度継承の必要がないときの優先度制御方法
を示すフローチャートである。

【図３】タスクの優先度に基づいて優先度制御を行うシ
ステムの例を示すブロック図である。

【図４】優先度逆転現象の説明図である。

【符号の説明】

１ スケジューリング手段 ２ タスク管理手段 ３ 資源管理手段 ４ タスクインタフェース ５、６、７ タスク

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のタスクの各々にその優先度を予め
   設定し、より優先度の高いタスクを優先して実行するシ
   ステムのタスクの優先度制御方法において、 １つのタスクがある共有資源を占有して使用している最
   中に、より優先度の高い別のタスクから上記共有資源の
   使用要求が発行されたとき、 上記１つのタスクの優先度を上記別のタスクの優先度に
   一時変更し、上記１つのタスクによる上記共有資源の使
   用が終了したとき、上記一時変更した優先度を元の優先
   度へ戻すことを特徴とするタスクの優先度制御方法。
2. 【請求項２】 複数のタスクに優先度を設定する第１の
   手段と、 １つのタスクがある共有資源を占有しているときに別の
   タスクが上記共有資源の使用要求を発行したときに、上
   記共有資源を占有しているタスクの優先度を検出する第
   ２の手段と、 該第２の手段により検出した優先度が上記別のタスクの
   優先度より低いときに上記１つのタスクの優先度を上記
   別のタスクの優先度に一時変更する第３の手段と、上記
   １つのタスクによる上記共有資源の占有使用が終了した
   ときに上記一時変更した１つのタスクの優先度を元へ戻
   す第４の手段とを備えたことを特徴とするタスクの優先
   度制御装置。