JPH0883253A - 仮想空間管理方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 複数の計算機をネットワークを介して結合し
た分散環境で、全ての計算機が同じ仮想空間を共有する
場合に、オペレーティングシステムが効率よく仮想空間
を管理できる方法の提供を目的とする。 【構成】 メモリーチャプターという仮想空間を大きく
分割する管理単位を導入し、分散環境内の各計算機はチ
ャプターサーバに対して記憶領域の割り当てを要求す
る。チャプターサーバはメモリチャプター単位で各計算
機に記憶領域を割り当てる。一度計算機にメモリチャプ
ターが割当てられると、そのメモリチャプター内のメモ
リ管理は、自計算機内だけで個別に行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、仮想記憶空間管理機構
を有する計算機システムが、相互にネットワーク等を介
して接続され、分散システムを構築している場合の仮想
空間を管理する方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、計算機性能の向上とネットワーク
技術の進歩により、複数の計算機上でプログラムを動作
させ、通信しながら協調して処理を進めていく分散処理
が一般化してきている。

【０００３】従来からの計算機を用いての処理形態で
は、１台の計算機で、単独にすべての処理を行ってい
た。したがって計算機資源を管理し、アプリケーション
プログラムにサービスを提供する基本プログラムである
オペレーティングシステム(OS)は、単独システム用のも
のが古くから開発され利用されてきた。たとえばAT&T社
が開発したUNIXやIBM 社のMVS などのOSがその代表例で
ある。

【０００４】ここで、新しい分散処理の形態に拡張する
ために、従来からのOSを拡張して対応させることは、比
較的容易である。つまり、従来からの機能を維持しつ
つ、新しい分散機能を追加提供していく。しかし、拡張
には自ずと限度があり、将来の新しい機能の要望に対し
て柔軟に対応できない可能性がある。また、OSの上です
べてのアプリケーションプログラムが動作するので、OS
自身の実行効率、信頼性などの点が、拡張を繰り返し、
OSの内部が複雑になるにつれて問題になってくる。

【０００５】従来の単独システム用のOSでは、アプリケ
ーションプログラムの実行する場であるアドレス空間
は、計算機ごとに管理されてきた。したがって、従来の
OSを分散システムに拡張するには、専用のシステムコー
ルを設けるのが常であった。たとえば、Unix系のOSであ
る4.3BSDでは、ソケットインタフェースという新しいシ
ステムコールを設けて、従来のアドレス空間上でアプリ
ケーションプログラムを動かす。従来の（分散を使わな
い）アプリケーションを変更無しに動作できるが、アプ
リケーションプログラマは、分散対応のアプリケーショ
ンを設計する際に、そのシステム構成を理解しなくては
ならない欠点があった。また、OSの種類によって、分散
化への拡張方法が異なるので、アプリケーションプログ
ラムを他のOS上で動作するように変更しなければならな
いという欠点もあった。

【０００６】以上まとめると、従来のOSを分散環境に対
応するように拡張すると、分散対応のアプリケーション
を実行する仮想空間の対応がばらばらになり、プログラ
ムの再利用、共有データの利用などが非常に煩雑になる
欠点があった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明においては、上
記の欠点を解決するために、単一仮想空間、つまり、す
べてのアプリケーションを実行する仮想空間を同一にし
たOSに関し、単一仮想空間の分散環境への拡張方法を単
一仮想空間をネットワークワイドに広げることで、ネッ
トワーク透過な仮想空間をOSが提供し、アプリケーショ
ンレベルに分散化を意識させないようにする。特に、本
発明は、上記のようなネットワーク透過な単一仮想空間
を実現する際に問題となる仮想空間の管理法について解
決するものである。

【０００８】即ち、本発明は、実際には単体で処理を行
う計算機が複数で共通して１つの仮想空間を利用して
も、相互の計算機がどのようにこの空間を利用している
か等の管理を簡単にでき、OSやアプリケーションを効率
よく動作させることのできる仮想空間管理装置及び方法
の提供を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の発明は、
複数の計算機とこれらの計算機間で相互に通信を行うた
めの通信手段とから成るシステムにおける仮想空間管理
方法であって、プログラムあるいはデータを配置するた
めの仮想空間が前記各計算機から共有されており、この
仮想空間は複数の領域に分割されており、各計算機は前
記通信手段による他の計算機との通信を行わずに管理
（プログラムあるいはデータの配置、アクセス保護の設
定等）できる前記仮想空間の一部を要求し、この要求に
応えて前記仮想空間の領域を、一つの領域が複数の計算
機に割り当てられることの無いよう、要求した計算機に
割り当てることを特徴とするものである。ここで、仮想
空間の共有とは、どの計算機にとっても同じアドレスの
ところには同じ実体（プログラムやデータ）が存在する
ということを意味する。

【００１０】本発明の第２の発明は、複数の計算機とこ
れらの計算機間で相互に通信を行うための通信手段とか
ら成るシステムに接続された仮想空間管理装置であっ
て、前記各計算機から共有された仮想空間を複数の領域
に分割して管理（分割状況を把握）する手段と、各計算
機から前記通信手段による他の計算機との通信を行わず
に管理（プログラムあるいはデータの配置、アクセス保
護の設定等）できる前記仮想空間の一部を要求された場
合に、前記仮想空間の領域を要求した計算機に割り当て
る手段と、この割り当ての状況を保持する手段とを具備
し、保持された前記状況に基づいて、一つの領域が複数
の計算機に割り当てられることの無いよう前記割り当て
を行うことを特徴とするものである。

【００１１】本発明の第３の発明は、第１の発明の仮想
空間管理方法において、各計算機は、割り当てられた前
記仮想空間の領域をさらに複数のサブ領域に分け、この
サブ領域ごとに保護属性を設定して管理（設定状況の把
握）することを特徴とするものである。

【００１２】本発明の第４の発明は、第１の発明の仮想
空間管理方法において、各計算機は、割り当てられた前
記仮想空間の領域を自計算機内で管理（プログラムある
いはデータの配置、アクセス保護の設定等）し、自計算
機以外の計算機が管理する領域を使用（その領域に配置
されているプログラムやデータを読み、書き、実行）し
たい場合は、この領域を管理する計算機と前記通信手段
により通信を行い、使用の許可を得ることを特徴とする
ものである。

【００１３】本発明の第５の発明は、第１の発明の仮想
空間管理方法において、各計算機はそれぞれディスク装
置を備えており、自計算機に割り当てられた前記仮想空
間の領域に配置したプログラムあるいはデータを、自計
算機の備えるディスク装置に対して退避あるいは復旧す
ることを特徴とするものである。

【００１４】

【作用】本発明では、各計算機が処理のために必要とす
る仮想空間の一部を獲得する（あるいは解放する）頻度
は高いが、処理のために利用する部分は単一仮想空間の
全てはなくごく一部である（仮想空間のローカリティ）
という事実を利用して、仮想空間を管理する。つまり、
仮想空間を比較的大きな単位で分割し、その分割された
領域ごとに仮想空間の一部を各計算機に割り当てて管理
する。

【００１５】本発明によれば、全てのアプリケーション
プログラムを一つの仮想空間に配置する単一仮想空間の
OSを分散環境に拡張するにあたり、分散環境を構成する
全ての計算機で同一の単一仮想空間を共有する分散単一
仮想空間方式を取り、しかも上述した領域の割り当てに
よりこの分散単一仮想空間の管理が簡単化されているた
め、単一計算機上で動作していたプログラムを変更なし
に動作させることが可能であり、アプリケーションプロ
グラムを作成するプログラマに分散環境の複雑な仮想空
間管理を意識させることなくプログラムを作成可能にな
る。

【００１６】また、上述した各計算機への領域の割り当
てを集中管理する仮想空間管理装置を分散システム内に
設け、割り当ての管理と、各計算機ごとに独立に行う計
算機資源の管理とを分離することにより、全体の動作を
効率化できる。この仮想空間管理装置（実施例ではチャ
プターサーバと呼ぶものに相当）に対し、各計算機は新
たに仮想空間上の領域を必要とする際にこれを要求し、
割り当てられた領域を確保し、その領域にプログラムや
データを配置して実行することになる。

【００１７】ここで、複数の計算機により共有された前
記仮想空間の一部を各計算機に割り当てる単位である領
域と、各計算機が個々に、割り当てられた領域内でアク
セス保護を実現する単位であるサブ領域とを、独立にす
ることで、さらに全体の動作を効率化できる。

【００１８】また、分散単一仮想空間の管理を効率よく
実現するために、プログラムの実行上の性質を利用し
て、仮想空間の領域は割り当てられた計算機が一元的に
管理するようにすると、多数の計算機が一つの仮想空間
上のプログラムを実行しても管理が容易で、効率が低下
しない。

【００１９】ここで、仮想空間の領域に配置されたプロ
グラムやデータのバッキングストレージを、その領域が
割り当てられた計算機のディスク装置で行うようにすれ
ば、領域内の管理が割り当てられた計算機内に閉じて行
えるため、さらに効率化できる。

【００２０】

【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の一実施例
について説明する。 （実施例１）図１に本実施例に係る分散システムの全体
構成を示す。高速LAN (Local AreaNetwork) に結合さ
れた複数のホストから分散システムが構成されている。
ただし、ホストとは(1つ以上の)CPUとメモリから構成さ
れる計算機で、かつLAN 上（OSI のネットワーク層）で
識別のためのアドレス等のような識別子が与えられる単
位である。さらに、多くの場合、ホストは、プログラ
ム、データ、ファイルなどを記憶しておくディスク装置
を持っている。ホストでの実行時は、ディスクの内容
は、後述するＮＳＶＳに裏打ちされた物理メモリにロー
ドされ実行される。

【００２１】ホストには、分散システムを構成する為に
オペレーティングシステム(OS)がのっている。このOS
は、プログラムやデータなどを配置する仮想記憶空間の
管理方法として単一仮想記憶空間管理方式を採用する。
つまり、OSの機能によって、ホスト上で動作するプログ
ラムや、それを利用したりプログラムを開発したりする
ユーザからは、１つの仮想記憶空間しか存在していない
ように見せる。その仮想記憶空間を分散システム全体で
共有している。

【００２２】次に、分散システムで管理する仮想記憶空
間の構成を図２に示す。本実施例では、分散システム全
体で１つの巨大な仮想記憶空間を管理し、その上に本シ
ステムで扱うすべてのプログラム、データ、ファイルな
どを配置する。ここで、この分散システム全体に渡って
共有される単一の仮想記憶空間のことをネットワーク単
一仮想記憶空間(NSVS)と呼ぶ。本実施例では空間を64ビ
ットで表現するものとする。したがって空間の大きさは
（２の64乗）byteとなる。

【００２３】この空間はOSが管理して作り出している仮
想的なものであるので、実際には、各ホストの上での仮
想記憶空間機構で実現する。つまり、各ホストは、それ
ぞれに仮想記憶空間を別々に保持しており、その中のプ
ログラム配置はすべてのホストから共通である。ただ
し、すべてのホストが、すべてのプログラムをもってい
るわけではなく、各ホストの保持する仮想記憶空間内に
はそのホストにおける実行に必要なプログラムが配置さ
れている。つまり、同じプログラムは同じ仮想記憶空間
上の位置( アドレス) に存在することを各ホストのOSが
管理している。

【００２４】なお、上記のようにOSは、どのユーザに対
しても同じ一つの空間しか提供しないが、実際には、ホ
ストのハードウェア機能として複数の仮想記憶空間を管
理できるのが通常である。したがって、図３に示すよう
に、複数の仮想記憶空間を利用しながら、各仮想記憶空
間の同じ位置( アドレス) に同じプログラムを割り当て
る管理をOSが実現することによっても同等なことが実現
可能である。

【００２５】このように分散システム内の各ホストが協
調して単一の仮想記憶空間を構築する場合、各ホストが
個別に記憶領域( 仮想記憶空間の一部分) を確保する
と、領域が重複してしまう可能性があり、重複した部分
の整合性がとれなくなり単一仮想記憶空間の管理を困難
にする。よって、あるホストが記憶領域を確保する場合
に、確保された領域が他のホストの確保している領域と
重複していないことを保証する機構（重複回避機構）が
必要となる。

【００２６】本実施例では、各ホストに割り当てる記憶
領域が重複しないように記憶領域の分配状況を管理する
機構を担ったホスト（以下チャプターサーバと呼ぶ）を
分散システム内に１台設ける。すなわち、分散システム
は図１に示すように、多数のホストとチャプターサーバ
がLAN で接続された構成をとる。

【００２７】ホストが必要に応じて( 随時) 、必要量分
だけの記憶領域の確保を行うと、領域の重複回避のため
の機構のオーバヘッドが増大し、性能に重大な影響を及
ぼす。また、予め記憶領域を各ホストに分配する方式を
採用すると、ホストの追加や削除といった分散システム
の運用上頻繁に起こる事態に対し柔軟に対応できない。
そこで、各ホストは、チャプターサーバが提供する重複
回避機構を介して記憶領域の確保を行う時には、必要量
より十分大きい量を一度に確保し（以下この領域をメモ
リチャプターと呼ぶ）、その領域から随時必要量だけ切
り出し使用する。予め確保した領域を使い果たした場
合、再度、重複回避機構を介してメモリチャプターの確
保を行う。この方法により、重複回避のオーバヘッドの
性能への影響を低減できる。

【００２８】以上で本実施例の構成の概要を説明したの
で、以下に、チャプターサーバと各ホストの内部構造と
動作を分けて詳しく説明する。本実施例では仮想記憶空
間の管理を効率良く行うために、メモリチャプターの大
きさを固定とし（例えば（２の48乗）byte）、仮想記憶
空間アドレスの上位１６bit をメモリチャプター番号と
する。 ［チャプターサーバ側の内部構造］上記のチャプターサ
ーバの構成を図４に示す。チャプターサーバは、分散シ
ステム内の他のホストと交信するための通信部４１を備
える。また、チャプターサーバ内でも他のホストと同様
にネットワーク単一仮想記憶空間をアプリケーションに
対して提供するために、後述する仮想記憶空間管理部４
２を備えても良い。

【００２９】さらに、分散システム内の各ホストに対し
て、記憶領域の割当を行うNSVS管理部４３を備える。NS
VS管理部４３内には、使用中のメモリチャプターとそれ
が割り当てられたホスト（これをチャプターオーナーと
呼ぶ）との対応関係を記録するNSVS管理テーブル４４を
持つ。NSVS管理テーブル４４の構造は、図５に示すよう
に、メモリチャプター番号、ホスト番号、状態の組から
成り、いずれかのホストに割り当てられたチャプターの
状態は「使用中」となる。ただしチャプターサーバは、
各メモリチャプター内のメモリの利用状況に関する情報
は保持せず、メモリチャプター内部についてはそれを確
保したチャプターオーナーが個別に管理する。 ［ホスト側内部構造］分散システム内の各ホストの構成
を図６に示す。各ホストは、他のホストやチャプターサ
ーバと交信するための通信部６１を備える。また、ユー
ザプログラム（アプリケーション）からのサービス要求
（システムコール）を受け付けるサービス要求受付部６
４を備える。さらに、ネットワーク単一仮想記憶空間を
アプリケーションに対して提供するために、仮想記憶空
間管理部６２（４２と同じもの）を備える。

【００３０】仮想記憶空間管理部６２内には、そのホス
トが確保した複数のメモリチャプターを管理するために
メモリチャプター管理リスト６３を持つ。メモリチャプ
ター管理リスト６３は図７に示すような構造を有し、リ
スト構造の要素はメモリチャプター管理テーブルと呼ば
れるテーブルである。メモリチャプター管理テーブル
は、そのホストが確保した複数のメモリチャプターのう
ちの１つについて、そのメモリチャプター中のメモリの
割り当て状況を保持する。メモリチャプター管理テーブ
ルの構造を図８に示す。

【００３１】以下、図７と図８について説明する。各メ
モリチャプター管理テーブルにはその属性として、その
テーブルがどのメモリチャプターを管理するものかを示
すためのメモリチャプター番号と、他のメモリチャプタ
ー管理テーブルとをリストの形で結合するためのポイン
タが登録されている。テーブルの内部には、メモリチャ
プター内の利用状況を記録するために、領域（開始番地
と大きさ）とその利用状況（使用中または未使用）が登
録されている。 ［動作］以下、分散システム内のあるホストが記憶領域
を確保する場合を例にとり、システム全体の動作を図９
を用いながら順を追って説明する。

【００３２】あるホスト上でユーザプログラムが動作
し、システムコールによって、メモリ獲得要求が発行さ
れると、まず、そのホストの仮想記憶空間管理部６２
が、既に獲得しているメモリチャプター内の空き領域
を、メモリチャプター管理テーブルを用いて検索する。
メモリ獲得要求を満たす大きさの空き領域がある場合
は、そこからメモリ領域を確保し割り当てを行い、メモ
リチャプター管理テーブルを更新する。要求を満たす空
き領域が、ホストの保持するメモリチャプター内に存在
しない場合は、通信部６１を介してチャプターサーバに
対し新規メモリチャプターの獲得要求を発行する。

【００３３】通信部４１を介して新規メモリチャプター
の獲得要求を受けとった（Ｓ１及びＳ２Yes ）チャプタ
ーサーバ内のNSVS管理部４３は、空きメモリチャプター
をNSVS管理テーブル４４を用いて検索する（Ｓ３）。即
ち、どのホストにも割り当てられていない（状態が「未
使用」である）メモリチャプターを検索する。そして、
これを要求を発行したホストに割り当てる。即ち、検索
により得られた空きメモリチャプターの番号を通信部４
１を介して要求元のホストへ返す（Ｓ４）。さらに、NS
VS管理テーブル４４内の割り当てたメモリチャプターに
該当する欄に、割り当て先のホスト番号を記入し状態を
使用中に変更する（Ｓ５）。

【００３４】チャプターサーバから新規メモリチャプタ
ーを受けとったホストの仮想記憶空間管理部６２は、受
けとったメモリチャプターの管理のために、メモリチャ
プター管理テーブルを新たに作成し、メモリチャプター
管理リスト６２に加える。そして、メモリ獲得要求を発
行したユーザプログラムに対し、新規メモリチャプター
の中から記憶領域を確保し割当を行い、その割当状況を
表す情報を該当するメモリチャプター管理テーブルに記
録する。最後に要求元へ処理が戻る。

【００３５】チャプターサーバ側の処理は、メモリチャ
プター要求が同時に複数のホストから発行されることを
考慮すると、上記検索・割り当ては排他的に行わなけれ
ばならない。そこで、チャプターサーバは複数のホスト
からの割り当て要求を並行に処理することはせず、逐次
的に処理を行う。 （実施例２）ここでは、実施例１で説明したメモリチャ
プターに加え、新たにメモリセクションを加え、２種類
の単位を用いてネットワーク単一仮想記憶空間( 以下、
NSVSと呼ぶ) の管理を行う実施例について述べる。

【００３６】実施例１で述べたように、空間全体が複数
のメモリチャプターと呼ばれる領域に分割されている。
このメモリチャプターは、仮想記憶空間を複数のホスト
で分担して管理する時の単位として用いられる。

【００３７】各メモリチャプターはさらに複数のメモリ
セクションと呼ばれる領域に分割されている。このメモ
リセクションは、仮想記憶空間内に配置されるファイル
やプログラムテキスト、データ等（以下プログラム等と
いう）の記憶空間内の内容の違いによる割当の単位とし
て用いらる。つまり、記憶領域の確保は、メモリセクシ
ョン単位に行うため、ユーザプログラムは、新規のメモ
リセクションを確保するためのシステムコール（OSに対
するサービス要求）を発行することで獲得できる。

【００３８】アクセス保護もメモリセクションを単位と
して行われる。アクセス保護とは、あるプログラム等へ
のアクセス（例えば読み出し、書き込み、実行）を、制
限する機構のことをいう。つまり、このアクセスをどの
スレッド（またはプロセス）が行おうとしているのかと
いう情報や、このアクセスがどのプログラムから行われ
ようとしているのかという情報に基づいて許可／禁止す
ることを言う。スレッドとは、プログラムを実行する主
体のことをいい、この実施例では、アクセス保護が許さ
れる範囲で、複数のメモリセクションをまたがってプロ
グラムを実行し、また、複数のメモリセクション内のデ
ータを読み書きすることができる。

【００３９】このようなアクセス制御の具体的機構に
は、あるスレッド（またはプロセス）によるあるプログ
ラム（またはメモリセクション）からのアクセスに対す
る許可／禁止を表す情報を、各メモリセクションに対応
して登録し、プログラム実行時にこの情報を元にアクセ
ス制御することにより、プログラム等に対するアクセス
制御を実現する。このアクセス制御の機構は、特願平５
−３９３７号に詳しい。

【００４０】なお、仮想記憶空間の主記憶（物理メモ
リ）への写像は、一般的な仮想記憶空間の実現法である
ページング方式を採用しているものとするが、他の方式
であっても一般性を失わない。ページング方式の場合
は、上記の各メモリセクションは複数のページから成
る。つまり、メモリセクションの大きさはページサイズ
の整数倍であるとする。

【００４１】本実施例では仮想記憶空間の管理を効率良
く行うために、メモリチャプター、メモリセクション、
ページの各大きさを固定とし（それぞれ（２の48乗）by
te、（２の32乗）byte、（２の12乗）byte）、仮想記憶
空間アドレスの上位16bit をメモリチャプターID、上位
32bit をメモリセクションID、上位52bit をページIDと
する。この様子を図１０に示す。

【００４２】また、各ホスト上で管理されるスレッドID
は、NSVSを形成するホストの範囲中でユニーク（お互い
のスレッドIDが重複しない）であるとする。まず、最初
に本実施例の説明で必要となるデータ構造の管理に関し
て述べ、さらに、メモリ領域の管理手順について述べ
る。 ［データ構造］NSVSが有効に機能するためには、メモリ
チャプターやメモリセクションがどのように割り当てら
れているかの管理が重要である。ここでは、メモリチャ
プターやメモリセクションの割り当て状況等の管理情報
の配置について説明する。

【００４３】NSVS内の各メモリチャプターがどのホスト
に割り当てられているかという情報の管理は、実施例１
と同様、チャプターサーバと呼ばれるホストで集中管理
している。この管理は図５に示すような表を用いて行っ
ている。この表には、現在のチャプターIDとチャプター
オーナーのホスト名および関連情報の対応が登録されて
いる。

【００４４】各ホストには、自ホストで現在利用してい
るメモリチャプターの情報をメモリチャプター管理リス
トで保持している。メモリチャプター管理リスト６３
は、図１１に示す構造を採り、図８のメモリ領域（開始
番地と大きさ）の代わりにメモリセクションIDを用い、
利用状況（使用中または未使用）のフィールドを拡張し
て、このメモリセクションを所有するスレッドID (また
はプロセスID) を用いるようになっている。この値が０
の時は、空きセクションを表す。また、そのメモリチャ
プタを管理しているオーナーホスト名を表すフィールド
を付加した。

【００４５】あるメモリチャプター内の全てのメモリセ
クションに関する管理情報は、チャプターオーナーがこ
のメモリチャプター管理テーブルで保持する。さらに、
現在利用中のメモリセクションに関する各種の情報は、
メモリセクション管理テーブルに記憶されている。メモ
リセクションの管理情報としては、メモリセクションI
D、そのメモリチャプターを管理するオーナースレッド
のID、オーナーホスト名、アクセス保護情報、バッキン
グストア（そのメモリセクションの内容を持っているデ
ィスク装置等）との対応関係（対応するディスク内のア
ドレス等）、メモリセクションが他のホストと共有され
た場合（後述する）の内容のコピーの分配状況、および
コピー間の一貫性維持のための制御情報などがある。こ
のメモリセクション管理テーブルの例（図１１のオーナ
ーホストＨ-Bのもの）を図１２に示す。 ［管理手順］次に、NSVSに基づく分散システムにおける
メモリ領域の管理手順について説明する。

【００４６】管理手順は、大きく２つに分けられる。１
つは、新規にメモリ領域を確保する場合であり、他方
は、既に存在しているメモリ領域を利用する場合で他の
ホストと共有する場合である。 ［新規メモリ領域確保］新規にあるホスト上でメモリ領
域を確保する場合、ユーザプログラムはメモリセクショ
ン確保のシステムコールを使ってOSに要求する。ＯＳで
は、メモリチャプタ管理リストをたどりながら、メモリ
チャプタ管理テーブルのチャプターオーナが自ホスト名
であるテーブルを探し、その中から空きメモリセクショ
ンを探す。あったら、要求したスレッドIDをオーナスレ
ッドとして空きメモリセクションのオーナスレッドのと
ころに登録する。要求元には、確保できたメモリセクシ
ョンIDを返す。さらに、メモリセクション管理テーブル
へも確保できたメモリセクションIDに関して新たなエン
トリを作成し、データを登録する。オーナスレッドは、
新しいメモリセクションを作成すると同時に、以後、バ
ッキングストアの管理、アクセス保護情報の管理、他ホ
ストとのメモリ共有に関する管理などを行う。

【００４７】もしそのホストに割り当てられたメモリチ
ャプター内の全てのメモリセクションが使用中である場
合には、そのホストは新たなメモリチャプターを確保す
る。メモリチャプターの確保は、実施例１と同様の方法
である。したがって、各ホストに確保されたメモリチャ
プターの領域は、他のホストが確保した領域と重複しな
いことが保証されているので、このメモリチャプター内
のすべてのメモリセクションは未使用であることが保証
される。そして確保されたメモリチャプターに関して新
規にメモリチャプタ管理テーブルを作成し、データを初
期化し、登録する。そこから上記の手順でメモリセクシ
ョンの割当を行う。 ［既存メモリ領域利用］次に、NSVSに基づく分散システ
ムにおける情報共有について考える。NSVSに基づく分散
システムでは、全てのホストから同じアドレス上に同じ
データが存在するように見せているため、情報の共有は
単に同じアドレスをアクセスすることをきっかけにして
行われる。

【００４８】本実施例では、メモリセクション毎にアク
セス制御が行われているため、情報の共有に際しては、
まずメモリセクションの共有を行わなければならない。
メモリセクションの共有は、あるホストが上述の手続き
により確保したメモリセクションの内容を、他のホスト
が参照さらには更新できるようにすることにより実現さ
れる。

【００４９】ここで、ホストＨ-AがメモリセクションＭ
Ｓ-Aを確保し単独で利用している状態で、ホストＨ-Bと
そのメモリセクションを共有するまでの具体的手順につ
いて説明する。メモリセクションＭＳ-Aのチャプター
は、ＭＣ-Aであり、そのオーナーホスト名は、ホストＨ
-Aである。

【００５０】まず、ホストＨ-B上で動いているプログラ
ムがメモリセクションＭＳ-A内のあるアドレスをアクセ
スする。アクセス手段は、ホストＨ-B上で動作している
スレッドがそのアドレスへコールやジャンプした場合
や、そのアドレスのデータを参照した場合などである。
しかしメモリセクションＭＳ-AはまだホストＨ-Bにアタ
ッチされていない、つまり、ホストＨ-Bで、そのメモリ
セクションはまだ利用実績がないので、ホストＨ-Bの仮
想記憶管理部６２には、メモリセクションＭＳ-Aが登録
されていない。したがって、アクセス時にページフォル
トが発生し、OSのページフォルト処理手続きが呼び出さ
れる。

【００５１】ページフォルトが生じると、OSはまずフォ
ルトを起こしたページがバッキングストアに退避されて
いるページかどうかを調べる。これは、メモリセクショ
ン管理テーブルを調べることで判明する。つまり、自ホ
ストがチャプターオーナである利用中のメモリセクショ
ンの場合には、メモリセクション管理テーブルに登録さ
れており、そのメモリセクションの内容が保管されてい
るバッキングストアが登録されているからである。登録
されている際は、バッキングストアに退避されているペ
ージを、通常のページング方式に従い主記憶（物理メモ
リ）にロードし、フォルトを起こしたスレッド( または
プロセス) を再開させるための手続きを行う。

【００５２】また、他のホストがチャプターオーナであ
るメモリセクションの場合には、登録されている分配状
況、一貫性制御情報などにしたがって、オーナホストか
らデータを転送し、主記憶（物理メモリ）にロードし、
フォルトを起こしたスレッド( またはプロセス) を再開
させるための手続きを行う。

【００５３】しかし、メモリセクション管理テーブルに
登録されていない場合、他のホストが保持するページに
対するアクセスと解釈され、チャプターサーバに対して
ページID( または、メモリセクションID) を送り、その
ページが含まれるメモリチャプターのオーナーの検索を
依頼する。

【００５４】具体的には、Ｈ-BのOSはページフォルトを
起こしたアドレスから、メモリチャプタIDを求める。こ
れは、アドレス上位１６ビットがメモリチャプタIDなの
で求められる。

【００５５】次に、自ホスト内のメモリチャプタ管理テ
ーブルをサーチして、このチャプタIDが登録されている
か調べる。あれば、そのテーブルのオーナーホスト名を
調べる。なければ、自分の知らないメモリセクションで
あるとを判断し、他のホストが保持するメモリセクショ
ンへのアクセスであると見なして、そのメモリセクショ
ンが含まれるメモリチャプターのオーナーがどのホスト
であるかをチャプターサーバに問い合わせる。チャプタ
ーサーバはチャプターIDと、それを保持し管理するホス
トの識別子の対応を保持するNSVS管理テーブル（図５）
を持っており、その表からチャプターオーナーを調べて
ホストＨ-Bに伝達する。

【００５６】検索の結果、そのメモリチャプターが未使
用でオーナがいない場合、フォルトを起こしたメモリア
クセスは不当として処理される。チャプターオーナーID
が得られた場合には、そのホストに対してアクセス要求
を送るとともに、アクセス保護のチェックを受けるため
に要求したスレッドID(またはプロセスID) などの情報
を送る。チャプターオーナーでアクセスが許可された場
合には、オーナーホストから該当ページ（またはそれを
含むメモリセクション全体）のコピーが送られてくるの
で、それを受けとり、フォルトを起こした（要求した）
スレッド( またはプロセス) を再開させるための手続き
を行う。さらに、そのメモリチャプターやメモリセクシ
ョンを管理するためのメモリチャプター管理テーブルを
必要なら要求し、送られてたテーブルをメモリチャプタ
ー管理リストに加える。既に、存在している場合は、更
新される。

【００５７】また、そのメモリセクションに関する情報
をメモリセクション管理テーブルに追加する。具体的に
は、ホストＨ-Bは得られたチャプターオーナー（この場
合ホストＨ-A）に対して、アクセスしたスレッドID（ま
たはプロセスID）と共に、メモリセクションＭＳ-Aの共
有要求を送り、メモリセクションの内容（コピー）と必
要に応じてそのメモリチャプター管理テーブルを受けと
る。

【００５８】一方、要求を受けた側のチャプターオーナ
ーＨ-Aは、要求元のスレッドIDをメモリセクション管理
テーブルのアクセス保護情報に従ってアクセス許可を判
断し、許可されると、該当メモリセクションのコピーを
ホストＨ-Bに送り、自分の保持するメモリセクションの
コピーがホストＨ-Bにできたことを自ホスト内のメモリ
セクション管理テーブルの分配状況に登録するととも
に、コピー間の一貫性維持のための一貫性制御情報に登
録して、ロックの管理や、更新されたデータの配布、ホ
ストＨ-Bに対するメモリセクションＭＳ-Aのバッキング
ストアのサービス等を提供する。データの更新が生じた
時やロック/ アンロックなどのイベントが生じた時に、
コピーを持つホストＨ-Bに伝達する。要求に応じて、メ
モリチャプター管理テーブルの内容を送る。

【００５９】オーナーホストにて使用中のメモリセクシ
ョンが不要になり、メモリセクション解放要求が発行さ
れると、OSはメモリチャプター管理リスト（図１１）の
中を検索し、解放されたメモリセクションの状態を未使
用に変更し、ページテーブルからそのメモリセクション
に属するページを全て削除する。さらに、メモリセクシ
ョン管理テーブルからも該当メモリセクションのエント
リの開放作業を行う。他ホストと共有関係にある場合
は、それを加味した開放作業を行う。 ［チャプターサーバ］上述のようにチャプターサーバ
は、新たなメモリチャプターを割り当てる処理と、アド
レスまたはメモリセクションIDまたはメモリチャプター
IDからチャプターオーナーがどのホストであるかを検索
・応答する処理の２種類のサービスを提供する。

【００６０】このサービスを提供するために、チャプタ
ーサーバはNSVS管理テーブル（図５）を内部的に保持し
ている。このテーブルはメモリチャプターIDをキーとす
るテーブルであり、チャプターオーナーの検索が高速に
行えるように構成されている。さらに、このテーブルを
リスト構造とすれば、未使用領域の検索を高速に行え
る。

【００６１】つぎにチャプターサーバの処理手順につい
て図１３を用いて説明する。チャプターサーバは分散シ
ステム内のホストが発行するサービス要求を受信し（Ｓ
１１）、その要求が新規メモリチャプター要求である場
合には（Ｓ１２Yes ）、NSVS管理テーブル４４から未使
用メモリチャプターを検索し（Ｓ１５）、そのIDを要求
を発行したホストに返す（Ｓ１６）。尚、空きメモリチ
ャプターがない場合は、その旨を要求元のホストに伝え
る。この時、NSVS管理テーブル４４内の未使用メモリチ
ャプターがリストを構成していると、この検索が高速に
行える。

【００６２】サービス要求がチャプターオーナーの問い
合わせの場合には（Ｓ１３Yes ）、要求とともに送られ
てきたチャプターIDをキーとしてNSVS管理テーブル４４
を引くことにより、簡単かつ高速にチャプターオーナー
のIDを得ることができ、それを要求を発行したホストに
返す（Ｓ１４）。以上の処理を繰り返すことによりチャ
プターサーバの機能が実現される。また、サービス要求
が発行されない間は、分散システムの他のホストと同
様、普通の仕事もすることができる。 （実施例３）本実施例に係るホストの構成を図１４に示
す。本実施例で実施例１の構成と異なる点は、ディスク
管理部６６及びその内部のディスク領域管理テーブル６
７が付加される点である。

【００６３】この実施例では、自己がそのチャプターオ
ーナであるチャプター（即ち、ネットワーク単一仮想記
憶空間中の自ホストが管理している領域）に割り当てら
れているデータを実際に格納する領域として、自ホスト
に接続されているディスクの領域を利用する。

【００６４】以下、図１５のフローチャートに従って説
明する。あるホスト上で、動作中のユーザ、アプリケー
ションプログラムから仮想空間の一部領域の獲得要求
（システムコール）が発行されると、その要求は、サー
ビス要求受付部６４に入る（Ｓ１）。つぎに、要求内容
がメモリ領域の獲得要求かどうか調べ（Ｓ２）、そうで
あると、仮想記憶空間管理部６２に処理が進む。そうで
ないと、その他の処理実行部６５に処理が進む（Ｓ
３）。

【００６５】仮想記憶空間管理部６２では、まず、すで
に獲得してあるメモリチャプター内の空き領域から、メ
モリチャプター管理リスト６３を用いて要求サイズを満
たす大きさのものを検索する（Ｓ４）。この検索の結果
を判定し（Ｓ５）、メモリ獲得要求を満たす大きさの空
き領域がある場合は、そこからメモリ領域を確保し割り
当てを行い、メモリチャプター管理テーブルを更新する
（Ｓ６）。次に、確保した領域に対するディスク領域の
割当を要求するために、ディスク管理部６６へ、ディス
クの割当を要求する（Ｓ７）。ディスク管理部６６から
の返答により、ディスクの割当が確保できたか判定し
（Ｓ８）、確保できないとエラー処理をして終える（Ｓ
９）。確保できると、そのディスクの領域（ディスクア
ドレス）をメモリチャプター管理テーブルにあわせて登
録する（Ｓ１０）。

【００６６】この場合のメモリチャプター管理リスト６
３の構造は図１６のようになり、ディスク内の記憶領域
の位置（ディスクアドレス）など必要な情報を、仮想記
憶空間上の領域と対応させて記憶するようになってい
る。そして最後に、メモリ獲得サービスを要求を発行元
（スレッドまたはプロセス、タスク）に対して獲得でき
た仮想記憶空間上の領域の開始アドレス他必要な情報を
サービス要求受付部６４を介して伝え、処理を終える
（Ｓ１１）。

【００６７】要求を満たす大きさの空き領域が、ホスト
の保持するメモリチャプター内に存在しない場合は、チ
ャプターサーバー通信部６１を介してチャプターサーバ
に対し新規メモリチャプターの獲得要求を発行する（Ｓ
１２）。チャプターサーバをもつホストでは、通信部４
１を介して新規メモリチャプターの獲得要求を受けとっ
たチャプターサーバ内のNSVS管理部４３が、空きメモリ
チャプターをNSVS管理テーブル４４を用いて検索し、要
求を発行したホストに割り当てる。さらに、NSVS管理テ
ーブル４４内の割り当てたメモリチャプターに該当する
欄に、割り当てたホストIDを記入し状態を使用中に変更
する。以上のチャプターサーバ内の処理は、実施例１と
同様である。

【００６８】要求元のホスト側では、チャプターサーバ
通信部６１を介してチャプターサーバから返答がくる
と、この返答から、新規メモリチャプターが獲得できた
かチェックする（Ｓ１３）。獲得できなかったときは、
エラー処理をして終える（Ｓ１５）。新規メモリチャプ
ターを受けとったホストは、受けとったメモリチャプタ
ーの管理のために、メモリチャプター管理テーブルを新
たに作成し、メモリチャプター管理リスト６３に加える
（Ｓ１４）。そして、メモリ獲得要求を発行したスレッ
ド（またはプロセス、タスク）と、新規メモリチャプタ
ーに関して上記Ｓ６以降の処理を行う。

【００６９】以下に、ディスク管理部６６の動作を図１
７を用いながら説明する。ディスク管理部６６には、デ
ィスクの利用状況を管理するディスク領域管理テーブル
６７がある。その構成は図１８に示すように、ディスク
のセクター単位に管理されたディスクアドレスとその利
用状況を記憶するようになっている。テーブルの大きさ
は、全物理ディスク容量をカバーできる範囲である。

【００７０】まずディスク管理部６６内にある要求受付
部が要求を受け付ける（Ｓ２１）。要求内容は、ディス
ク領域の要求、解放などである。要求の場合は、パラメ
ータとして容量を添える。また、解放の場合は、解放す
るディスクアドレスを添える。

【００７１】以下の説明では、領域要求の場合（Ｓ２２
Yes ）で説明する。要求された容量を、まず、テーブル
６７の空き容量に格納されている値と比較する（Ｓ２
４）。足りる場合は、要求量を引いて空き容量のデータ
を更新する（Ｓ２６）。不足する場合は、要求元（仮想
記憶空間管理部６２）にその旨を伝えて処理を終了する
（Ｓ２５）。

【００７２】足りた場合、次に空きセクターを探して確
保する。空きポインタによって空きセクターがリスト構
造でつながっているので、必要な量のセクターをリスト
をたどって取り出す。つまり必要な数のセクター分、ポ
インタをたどりながらポイント先のアドレスを記憶し、
このアドレスのエントリの状態フィールドを使用中にか
えていく（Ｓ２７，Ｓ２８，Ｓ２９No，Ｓ３１）。

【００７３】必要な数のセクタを確保したら（Ｓ２９Ye
s ）、記憶しておいたアドレスを要求元に返して処理を
終了する（Ｓ３０）。尚、ディスクの解放の処理は、上
記と逆の手順をふみ、返されたセクターの分だけ空き容
量を増やし、空きポインタに返されたセクターのアドレ
スをつなぎ、そのアドレスの状態を未使用にする（Ｓ２
３の例）。

【００７４】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれ
ば、複数の計算機をネットワークを介して結合した分散
環境において、メモリーチャプターという仮想空間を比
較的大きく分割する管理単位を導入し、この単位を用い
て分散環境内の各計算機に記憶領域を割り当てる。

【００７５】一度、計算機にメモリチャプターを割当て
られると、その内の管理は、自計算機内だけで独占して
行えるので、分散環境下でも、プログラム実行時のプロ
グラムコードやデータなどを格納するところである仮想
空間の領域の管理が他の計算機と交信して決めることな
く独立して行えるので、通信量を減らせ、オーバヘッド
少ない仮想空間管理が可能になる。

【００７６】よって、分散環境下でのオペレーティング
システム(OS)が行っている仮想空間の管理機能におい
て、どの計算機からでも同じ仮想空間を共有する仮想空
間の管理法の効率化が実現できる。

【００７７】また、本発明の第２の発明のように、チャ
プターサーバを導入すると、共有仮想空間の計算機ごと
の分担を集中して管理するので、空間管理機構が単純に
なり、かつ、チャプターサーバは、領域の分担だけを管
理しており、割り当てられた領域の中身は、各計算機の
み独占して管理する分散管理になるので、チャプターサ
ーバに負担がかからない。

【００７８】また、本発明の第３の発明のように、保護
の単位であるセクションと領域分担の単位であるチャプ
ターを別にすると、チャプターサーバはチャプターの管
理だけ行い、各計算機のOSは、セクションの管理のみ行
うので、機能分担が明確になって、各計算機のOSとチャ
プターサーバとの相互作用が減って双方のオーバヘッド
が増えない。とくに計算機が増えてもオーバヘッドが大
幅に増えない。

【００７９】本発明の第４の発明によれば、チャプター
の各計算機どうしの共有使用において、チャプターオー
ナの計算機がその領域を一元的に管理しているので、チ
ャプターオーナがその領域の整合性（コンシステンシ
ー）を管理でき、他の計算機や、チャプターサーバとの
ネゴシエーションが不要でオーバヘッドが軽減できる。

【００８０】また、自計算機がチャプターオーナーであ
るところ以外の領域にアクセスする際には、全計算機に
問い合わせすることなく、チャプターサーバのみに問い
合わすだけで、そのチャプターのオーナーの計算機がわ
かるので、以降は、そのオーナーの計算機に対してだけ
チャプター利用に関してネゴシエーションすればよい。
よって共有管理が単純になる。

【００８１】本発明の第５の発明によれば、各計算機に
おいて、チャプターオーナーになったチャプターを自計
算機がもつディスクにバッキングストレージとしてデー
タを保存することによって、データの保存や、復帰の際
に、ネットワークを利用せず、データの通信によるネッ
トワークに負荷を与えない。

【００８２】また、ネットワークが不通になっても、チ
ャプター内のデータとディスクの内容の不一致が発生し
ないので、一貫性（コンシステンシー）維持の作業が不
要になる。

【００８３】また、チャプターオーナーのチャプターと
ディスクが、同じ計算機に閉じているので、OSのメモリ
管理部は、ディスクの存在を他の計算機に問い合わせる
ことなく、チャプターのデータ保存のディスクが決まる
ため、OSの処理が単純化される。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例のシステム構成を示す図。

【図２】 本実施例システムで管理する仮想記憶空間の
構成例を示す図。

【図３】 図２とは別の構成例を示す図。

【図４】 チャプターサーバの内部構成を示す図。

【図５】 ＮＳＶＳ管理テーブルの構造例を示す図。

【図６】 各ホストの内部構成を示す図。

【図７】 メモリチャプター管理リストの構造例を示す
図。

【図８】 メモリチャプター管理テーブルの構造例を示
す図。

【図９】 実施例１におけるチャプターサーバの動作の
流れを示すフローチャート。

【図１０】 仮想記憶空間アドレスの使用法を表す図。

【図１１】 メモリチャプター管理リストの別の構造例
を示す図。

【図１２】 メモリセクション管理テーブルの構造例を
示す図。

【図１３】 実施例２におけるチャプターサーバの動作
の流れを示すフローチャート。

【図１４】 実施例３における各ホストの内部構成を示
す図。

【図１５】 実施例３のシステムの動作の流れを示すフ
ローチャート。

【図１６】 メモリチャプター管理リストのさらに別の
構造例を示す図。

【図１７】 ディスク管理部の動作の流れを示すフロー
チャート。

【図１８】 ディスク領域管理テーブルの構造例を示す
図。

【符号の説明】

４１、６１…通信部 ４２、６２…仮想記憶空間管理部 ４３…ＮＳＶＳ管理部 ４４…ＮＳＶＳ管理テーブル ６３…メモリチャプター管理リスト ６４…サービス要求受付部 ６５…その他の処理実行部 ６６…ディスク管理部 ６７…ディスク領域管理テーブル

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の計算機とこれらの計算機間で相互に
   通信を行うための通信手段とから成るシステムにおける
   仮想空間管理方法であって、 プログラムあるいはデータを配置するための仮想空間が
   前記各計算機から共有されており、 この仮想空間は複数の領域に分割されており、 各計算機は前記通信手段による他の計算機との通信を行
   わずに管理できる前記仮想空間の一部を要求し、 この要求に応えて前記仮想空間の領域を、一つの領域が
   複数の計算機に割り当てられることの無いよう、要求し
   た計算機に割り当てることを特徴とする仮想空間管理方
   法。
2. 【請求項２】複数の計算機とこれらの計算機間で相互に
   通信を行うための通信手段とから成るシステムに接続さ
   れた仮想空間管理装置であって、 前記各計算機から共有された仮想空間を複数の領域に分
   割して管理する手段と、 各計算機から前記通信手段による他の計算機との通信を
   行わずに管理できる前記仮想空間の一部を要求された場
   合に、前記仮想空間の領域を要求した計算機に割り当て
   る手段と、 この割り当ての状況を保持する手段とを具備し、 保持された前記状況に基づいて、一つの領域が複数の計
   算機に割り当てられることの無いよう前記割り当てを行
   うことを特徴とする仮想空間管理装置。
3. 【請求項３】各計算機は、割り当てられた前記仮想空間
   の領域をさらに複数のサブ領域に分け、このサブ領域ご
   とに保護属性を設定して管理することを特徴とする請求
   項１記載の仮想空間管理方法。
4. 【請求項４】各計算機は、割り当てられた前記仮想空間
   の領域を自計算機内で管理し、 自計算機以外の計算機が管理する領域を使用したい場合
   は、この領域を管理する計算機と前記通信手段により通
   信を行い、使用の許可を得ることを特徴とする請求項１
   記載の仮想空間管理方法。
5. 【請求項５】各計算機はそれぞれディスク装置を備えて
   おり、自計算機に割り当てられた前記仮想空間の領域に
   配置したプログラムあるいはデータを、自計算機の備え
   るディスク装置に対して退避あるいは復旧することを特
   徴とする請求項１記載の仮想空間管理方法。