JPH0877029A - 負荷率に基づいた処理要求実行順序制御方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】複数の計算プロセッサとサーバプロセッサから
構成される計算機システムにおいて、プロセッサ間で同
期を取って処理を遂行する形態のアプリケーションプロ
グラムを効率的に実行することを目的する。 【構成】ジョブ割り当てプロセッサＪはジョブ数が均等
化されるように計算プロセッサＡ〜Ｅにジョブを割り当
てる。計算プロセッサ上のプロセスが処理要求メッセー
ジをサーバプロセッサＳに送信する。サーバプロセッサ
は、処理要求を受信後、処理要求の送信元の計算プロセ
ッサの負荷状況、処理要求を送信したプロセスのスケジ
ューリング優先度を考慮して処理要求の実行優先度を決
定し、決定した順序に従って処理要求を実行し、応答を
計算プロセッサに返信する。このため、計算プロセッサ
間での処理の進み具合が調整され、複数プロセッサを連
携させて処理を進める形態のプログラムを効率的に実行
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複数のプロセッサが連
携して処理を行う計算機システムにおいて、プロセッサ
間で生じる処理要求の実行順序制御方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、プロセッサを複数結合し、計算中
心の処理を行う計算プロセッサと、計算プロセッサに共
通な機能を提供するサーバプロセッサから構成される計
算機システムにおいては、計算プロセッサのプロセスか
らの処理要求をサーバプロセッサで実行する際に、計算
プロセッサの負荷情報が処理要求の実行順序に反映され
ていなかった。

【０００３】複数のプロセスが複数のプロセッサに跨
り、プロセス間で同期を取って処理を遂行する形態のア
プリケーションは、複数のプロセスに処理を振り分ける
役割を果たすプロセス（マスタプロセス）と、マスタプ
ロセスからの処理を請け負うプロセス（ワーカープロセ
ス）から構成される。マスタプロセスが複数のワーカー
プロセスに処理を依頼した場合、全てのワーカープロセ
スが処理を完了してマスタプロセスに応答を送るまでマ
スタプロセスの処理は待ち続ける。このため、プロセッ
サ毎に負荷の高低がばらついている複数の計算プロセッ
サにワーカープロセスが分散されている場合、マスタプ
ロセスの待ち時間は、負荷の一番高いプロセッサ上のワ
ーカープロセスからの応答時間となり、非効率な待ち時
間が生じる。

【０００４】また、マスタプロセスが全ワーカープロセ
スにＩ／Ｏ処理を含む処理要求を依頼する場合、全ワー
カープロセスは同時にＩ／Ｏサーバプロセッサへ処理要
求を送信し、サーバプロセッサからの応答を待つことに
なる。ここで、従来方式では、サーバプロセッサでの処
理要求の実行順序は計算プロセッサの負荷情報を考慮し
ないため、サーバプロセッサから計算プロセッサへの応
答時間は計算プロセッサの負荷の高低に関わらず均一で
あった。

【０００５】このため、従来方式では、マスタプロセス
のワーカープロセスからの応答待ち時間は、負荷の最も
高い計算プロセッサ上のワーカープロセスの応答時間に
依存してしまい、前述の非効率な待ち時間を解消する有
効な手段が存在しなかった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】プロセッサ間の負荷の
差を減少させる方法として、ユーザから投入されたジョ
ブをジョブ数が均等になるように各計算プロセッサに配
分することが考えられるが、各ジョブの実行時間や特性
がジョブ毎に異なり、プロセスの生成・消滅により計算
プロセッサ上のプロセス数が動的に変化することも考え
られるため、動的な負荷の変化を吸収することは困難で
ある。そこで、サーバプロセッサで計算プロセッサから
の処理要求を実行する際に、負荷の高い計算プロセッサ
上で実行されている高優先度のプロセスからの処理要求
の実行順序を優先し、負荷の高い計算プロセッサへの応
答時間を短くし、負荷の高いプロセッサ上で実行されて
いるプロセスの処理遂行を効率化することを考えた。

【０００７】このことにより、マスタプロセスが複数の
ワーカープロセスにＩ／Ｏ処理を含む処理要求を依頼
し、複数のワーカープロセスがＩ／Ｏサーバプロセッサ
に同時にＩ／Ｏ処理要求を依頼した場合、サーバプロセ
ッサからワーカープロセスへの応答は、負荷の最も高い
計算プロセッサ上のワーカープロセスへ優先して行われ
る。このため、最も負荷の高い計算プロセッサ上のワー
カープロセスからマスタプロセスへの応答時間は従来方
式に比べて短くなる。このため、ワーカープロセスから
マスタプロセスへの応答時間が均一化され、マスタプロ
セスが全ワーカープロセスの応答を待つ時間が従来方式
に比べ短くなり、非効率な待ち時間が改善されることに
なる。

【０００８】本発明の１つの目的は、負荷の高い計算プ
ロセッサ上で実行されているプロセスに対して、サーバ
プロセッサの応答時間を短くすることにより、そのプロ
セスの処理遂行時間を相対的に短くさせることである。

【０００９】本発明の他の目的は、計算プロセッサ上の
各プロセスの処理遂行時間を相対的に均衡化することに
より、プロセス間で同期を取って処理を遂行する形態の
アプリケーションプログラムを効率的に実行することで
ある。

【００１０】本発明の更に他の目的は、各計算プロセッ
サの負荷状況を把握する手段として、各計算プロセッサ
がサーバプロセッサへ処理要求を送信する際に負荷状況
も一緒に送信することにより負荷状況を監視するための
オーバーヘッドを減少させることである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明では、前述した目
的を達成するために、計算プロセッサの負荷を計算する
ための手段と、それを計算プロセッサ上で与えられたプ
ロセスのスケジューリング優先度とともにサーバプロセ
ッサへの処理要求メッセージに挿入する手段とを提供
し、サーバプロセッサにおいては、処理要求メッセージ
に含まれる情報からその処理要求を送信した計算プロセ
ッサの相対的な負荷を計算するための手段と、そこで求
めた負荷情報とプロセスのスケジューリング優先度によ
り、処理要求の実行順序と処理要求を実行するサーバプ
ロセスのスケジューリング優先度を制御する手段を提供
する。

【００１２】

【作用】ワーカープロセスからサーバプロセッサへの処
理要求の実行順序と、その処理要求を実行するサーバプ
ロセスのスケジューリング優先度を制御することがで
き、計算プロセッサの負荷とアプリケーシヨンが設定し
たプロセスのスケジューリング優先度に応じてサーバプ
ロセッサから計算プロセッサへの応答時間を制御するこ
とができる。このことにより、プロセッサ間で同期を取
って処理を遂行する形態のアプリケーションプログラム
を効率的に実行できる。

【００１３】

【実施例】図１は本発明のシステム構成図である。Ａ〜
Ｅは計算プロセッサである。

【００１４】計算プロセッサではユーザから投入された
ジョブをプロセスとして実行する。Ｊはジョブ割当プロ
セッサである。ジョブ割当プロセッサは各計算プロセッ
サに割り当てられているジョブの数を把握する手段を備
え、各計算プロセッサのジョブ数が均等になるようにジ
ョブを割り当てる。Ｓはサーバプロセッサである。サー
バプロセッサでは、計算プロセッサからの処理要求を実
行する。ＩはＩ／Ｏ処理装置である。ここでは、サーバ
プロセッサの一例としてＩ／Ｏサーバプロセッサを示し
ている。Ｎは各プロセッサを接続する高速ネットワーク
である。

【００１５】図２は、図１で示した計算機システム上で
動作するアプリケーションプログラムの動作例を示して
いる。ジョブ割当プロセッサに投入されたジョブはジョ
ブＪ１，Ｊ２として示されている。ジョブＪ１，Ｊ２は
計算プロセッサに割り当てられるのを待っている状態で
あり、すでに割り当てられたジョブは、計算プロセッサ
上でプロセスとして実行されている。また、計算プロセ
ッサＢ，Ｃ，Ｄでは、マスタプロセスＡ１に属さない他
のプロセスＢ２，Ｃ１，Ｄ１が実行されていることを示
している。マスタプロセスＡ１はワーカープロセスＢ
１，Ｅ１にＩ／Ｏ処理を含む処理要求を送信し、ワーカ
ープロセスはＩ／Ｏ処理要求をサーバプロセッサＳに送
信する。サーバプロセッサＳでは、計算プロセッサから
の処理要求を処理するためにＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４の
４つのサーバプロセスを用意して処理要求を実行する例
を示している。また、それら４つのサーバプロセスで処
理しきれない数の処理要求がある場合、それらの処理要
求は処理要求キューＳ５にキューイングされる。サーバ
プロセッサでの処理が終了した処理要求は、応答として
送信元のワーカープロセスに返信される。ワーカープロ
セスはサーバプロセッサからの応答を処理した後、マス
タプロセスＡ１にその処理結果を返信する。マスタプロ
セスＡ１からワーカープロセスＢ１，Ｅ１への処理要求
をＡ１Ｂ１，Ａ１Ｅ１として示し、ワーカープロセスＢ
１，Ｅ１からサーバプロセッサＳへの処理要求をＢ１
Ｓ，Ｅ１Ｓで示す。また、サーバプロセッサＳからワー
カープロセスＢ１，Ｅ１への応答をＳＢ１，ＳＥ１とし
て示し、ワーカープロセスＢ１，Ｅ１からマスタプロセ
スＡ１への応答をＢ１Ａ１，Ｅ１Ａ１として示す。本方
式では、例えば、計算プロセッサＢの負荷が計算プロセ
ッサＥの負荷よりも高く、計算プロセッサＢとＥからほ
ぼ同時に処理要求がサーバプロセッサＳに送信された場
合、サーバプロセッサでは処理要求Ｂ１Ｓを優先して実
行する。このことにより、負荷の最も高い計算プロセッ
サ上のワーカープロセスからマスタプロセスへの応答時
間は短縮され、その結果として、マスタプロセスの非効
率な待ち時間は改善される。

【００１６】また、サーバプロセッサの負荷が低いと
き、または、処理要求の数が少ないときは、サーバプロ
セッサからワーカープロセスへの平均的な応答時間が短
いため処理要求の実行順序を入れ換えた際のワーカープ
ロセスへ与える効果が少ない。しかし、サーバプロセッ
サの負荷が高いとき、または、処理要求の数が多いとき
は、一番最初に実行される処理要求と一番最後に実行さ
れる処理要求とでは、その処理要求を送信したワーカー
プロセスへの応答時間が大きく変わるため、処理要求の
実行順序を入れ換えた際のワーカープロセスへ与える効
果が大きく、本方式を用いて適切な順序で処理要求を実
行した際にマスタプロセスに与える効果が大きくなる。

【００１７】図３は計算プロセッサ上のプロセスがサー
バプロセッサへの処理要求を実行した際の処理要求メッ
セージの作成手順である。計算プロセッサの負荷率は、
走行可能プロセス数とＣＰＵ稼働率から求めるものとす
る。走行可能プロセス数とは、１つのプロセッサを共用
しているプロセスの数であり、子の値が大きいと１プロ
セスが単位時間あたりに利用できるＣＰＵ使用時間が少
なくなり、プロセッサの負荷が高い状態を表す。一方、
ＣＰＵ稼働率は、単位時間あたりにＣＰＵが稼働してい
る割合を示している。実際のシステムで負荷率を求める
場合の計算式の一例として、図３にある負荷率の計算式
を示す。次に、処理要求メッセージを作成するまでの手
順について説明する。プロセスが処理要求命令を発行し
た場合、システムは、そのプロセスのプロセス構造体に
記述されているスケジューリング優先度を求める。次
に、ＣＰＵ稼働率と走行可能プロセス数を求め、得られ
た走行可能プロセス数とＣＰＵ稼働率を用いてプロセッ
サの負荷を計算する。次に、図４に示す処理要求メッセ
ージを作成し、プロセスのスケジューリング優先度とプ
ロセッサの負荷をメッセージに代入し、メッセージをサ
ーバプロセッサに送信する。

【００１８】図５はサーバプロセッサにおける処理要求
の実行順序の決定手順を示している。処理要求の優先度
（実行順序）は、サーバプロセッサでどの処理要求から
実行するかを決定するために求めるものである。処理要
求の優先度は、処理要求を送信したワーカープロセスの
スケジューリング優先度とそのプロセスを実行している
計算プロセッサの相対的な負荷率から求めるものとす
る。計算プロセッサの相対的な負荷率とは、（計算プロ
セッサの負荷率／処理要求を送信した全計算プロセッサ
の負荷率の平均）によって求めるものとする。実際のシ
ステムで処理要求の優先度を求めるための計算式の一例
として図５にある処理要求優先度の計算式を示す。次
に、処理要求の実行順序を決定するための手順について
説明する。はじめに、処理要求メッセージを受信し、処
理要求の送信元アドレス、処理要求を送信したプロセス
のスケジューリング優先度、計算プロセッサの負荷率を
図６に示す実行順序管理テーブルに記録する。次に、実
行順序管理テーブルのプロセススケジューリング優先度
とプロセッサ負荷を参照し、図５に示す処理要求優先度
の計算式より処理要求優先度を求め、実行順序管理テー
ブルに記録する。図６に示す処理要求送信元アドレスと
は、処理要求が全システム上で一元的に識別できるアド
レスを示し、プロセススケジューリング優先度は、処理
要求を送信したワーカープロセスのスケジューリング優
先度であり、サーバプロセッサ上で処理要求を実行する
サーバプロセスのスケジューリング優先度を決定するた
めに用いる。また、プロセッサ負荷とは処理要求を送信
した計算プロセッサの負荷率、処理要求優先度とは、図
５に示す処理要求優先度の計算式より求めた優先度を示
している。次に、実行順序管理テーブルの処理要求優先
度に基づいて、処理要求を一時的に保持するための処理
要求キューの該当箇所に処理要求を挿入する。処理要求
キューは図７に示すように、多段階待ち行列となってい
る。図７の各段階が処理要求優先度を示し、図６の実行
順序管理テーブルにある処理要求優先度に対応してい
る。実行順序は、上位の優先度の段階にキューされてい
る処理要求から順に実行される。従来のＵＮＩＸのプロ
セスのスケジューリングに用いられているように、一定
の時間が経過した後に、下位の優先度の処理要求を上位
の段階に移動し、処理要求がある時間が経過した後には
必ず実行されることを保証するものとする。

【００１９】図８は処理要求の実行手順を示している。
サーバプロセッサ上の４つのサーバプロセスのうち待機
状態にあるサーバプロセスが処理要求キューで最上位に
キューされている処理要求を取りだし、サーバプロセス
の優先度を図６の実行順序管理テーブルのプロセススケ
ジューリング優先度に変更して処理要求を実行する。実
行終了後は、送信先アドレス、送信元アドレス、処理結
果から構成される応答メッセージを作成し、送信元の計
算プロセッサに送信する。

【００２０】

【発明の効果】本発明によれば、サーバプロセッサの応
答時間を送信元の計算プロセッサの状況に応じて制御で
きるため、従来方式のように、計算プロセッサの状況を
無視して処理要求を実行する場合に比べ、計算プロセッ
サ間で負荷が変動した場合や、サーバプロセッサの負荷
が高くなった場合に、複数プロセッサを連携させて実行
する形態のアプリケーションプログラムを効率的に実行
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のシステム構成図である。

【図２】本発明のシステム上で動作するアプリケーショ
ンプログラムの動作例である。

【図３】処理要求メッセージの作成手順を示す図であ
る。

【図４】処理要求メッセージの構成図である。

【図５】処理要求の実行順序の決定手順を示す図であ
る。

【図６】実行順序管理テーブルの構成図である。

【図７】処理要求キューを示す図である。

【図８】処理要求の実行手順を示す図である。

【符号の説明】

Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ…計算プロセッサ、 Ｊ…ジョブ割り当てプロセッサ、 Ｓ…サーバプロセッサ、 Ｉ…ディスク装置、 Ｎ…高速ネットワーク、 Ａ１…マスタプロセス、 Ｂ１，Ｅ１…ワーカープロセス、 Ｂ２，Ｃ１，Ｄ１…マスタプロセスＡ１に属さないプロ
セス、 Ｊ１，Ｊ２…ユーザジョブ、 Ｓ５…処理要求キュー、 Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４…サーバプロセス、 Ａ１Ｂ１，Ａ１Ｅ１…マスタプロセスからワーカープロ
セスへの処理要求、 Ｂ１Ａ１，Ｅ１Ａ１…ワーカープロセスからマスタプロ
セスへの応答、 Ｂ１Ｓ，Ｅ１Ｓ…ワーカープロセスからサーバプロセッ
サへの処理要求、 ＳＢ１，ＳＥ１…サーバプロセッサからワーカープロセ
ッサへの応答、 ７１，７２，７３…高優先度処理要求、 ７４，７５…低優先度処理要求。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】メモリとＣＰＵからなるプロセッサを複数
   結合した計算機システムにおいて、 ＣＰＵ依存の計算処理を主体に行う計算プロセッサと、
   Ｉ／Ｏ処理、ネットワーク処理等の各プロセッサに共通
   の機能を提供し、かつ、計算プロセッサからの処理要求
   を実行するサーバプロセッサと、ユーザから投入された
   ジョブを計算プロセッサに均等に割り当てるジョブ割当
   プロセッサから構成され、 計算プロセッサ上では、自プロセッサの負荷状況を検知
   する手段を有し、計算プロセッサ上のプロセスがサーバ
   プロセッサへ処理要求を通知する際に、そのプロセスの
   スケジューリング優先度と検知したプロセッサの負荷状
   況を通知する手段を有し、 処理要求をサーバプロセッサにおいて実行する際に、処
   理要求を送信したプロセスのスケジューリング優先度と
   プロセッサの負荷の状況に基づいて実行順序と実行の優
   先度を制御することを特徴とする処理要求実行順序制御
   方式。