非同期システムトラップ

非同期システムトラップ（AST ）は、マサチューセッツ州メイナードの旧デジタルイクイップメントコーポレーション（DEC）が設計したいくつかのコンピュータオペレーティングシステムで使用されるメカニズムを指します。^[要出典]このメカニズムは、メイン実行スレッドの外側でサブルーチンを実行する方法です。 ^[1]

これらのシステム内のさまざまなイベントは、オプションでAST メカニズムを介してユーザー プロセスにシグナルを返すことができます。これらの AST はサブルーチン呼び出しのように動作しますが、非同期的に配信されます。つまり、メイン スレッドのコンテキストを考慮せずに配信されます。このため、次の点に注意する必要があります。

• メインスレッドとASTの間で共有されるコードは必ず再入可能になるように設計する。
• 共有されるデータは、AST によっていつでも変更された場合でも破損しないように安全でなければなりません。そうでない場合は、重要なセクション中に AST をブロックしてデータを保護する必要があります。

AST は、カーネルにQIO呼び出しを発行した結果として最もよく発生します。I/O の完了は、呼び出しプロセス/タスクに AST を発行することで通知できます。特定のランタイム エラーも AST メカニズムを使用して通知できます。OpenVMS では、プロセス コンテキストへの比較的便利なアクセス (必要に応じてプロセスを物理メモリにページングすることを含む) を取得するための標準メカニズムとして、特別なカーネル モード AST が使用されます。これらのタイプの AST は、スケジューラが次にそのプロセスを現在のプロセスにしたときに、プロセスごとに可能な限り最高の優先度で実行され、プロセス レベルの情報を取得する ($GETJPI "getjob/process information" システム コールに応答して) ためや、プロセスを削除するために特に使用されます。

次のオペレーティング システムは AST を実装しています。

• RSX-11（すべてのバリエーションを含む）
• RSTS/E
• オープンVMS

AST はUnix シグナルとほぼ類似しています。重要な違いは次のとおりです。

• AST には「シグナル コード」は割り当てられません。シグナル コードにハンドラーを割り当ててそのコードを発生させる代わりに、AST はアドレスによって直接指定されます。これにより、任意の数の AST を同時に保留にすることができます (プロセス クォータの影響を受けます)。
• AST は、進行中のシステム コールを中止することはありません。実際、プロセスは、($HIBER システム コールを使用して) 自分自身を「休止」状態にしたり、たとえば $WAITFR を呼び出してイベント フラグを待機したりすることができます。その場合、プロセスは AST が配信されるのを待つだけです。AST が配信されると (IO 完了、タイマー、またはその他のイベントによってトリガーされます)、プロセスは AST を実行するために一時的に待機状態から解除されます。AST 手順が完了すると、プロセスを休止状態にした呼び出しまたはイベント フラグ待機が再度行われます。つまり、待機の理由が再評価されます。このループから抜け出す唯一の方法は (プロセスを削除する以外)、待機を満たすために $WAKE または $SETEF システム コールを実行することです。これは、プロセス自体が AST 内で $WAKE または $SETEF を呼び出すか、(グローバル イベント フラグが使用されている場合は) 別のプロセス内で $SETEF を呼び出すことによって実行できます。

VAX/VMS V4 以降では、AST レベルと非 AST レベルのコード間の同期の問題に対する興味深い最適化が実装されました。$SETAST というシステム サービスを使用すると、現在のすべての低権限アクセス モード(リング ベースのセキュリティ機能を表す OpenVMS 用語) に対して AST の配信を無効または有効にすることができます。ただし、 AST からの保護を必要とするクリティカル セクションの長さが数命令だけの場合、$SETAST 呼び出しのオーバーヘッドがそれらの命令の実行時間よりはるかに大きくなる可能性があります。

そのため、ユーザー モード (通常のユーザー プログラムによって通常使用される最小権限リング) のみ、ビット フラグのペアが、定義済みのユーザー書き込み可能メモリ位置 (プロセスごとの "P1" スペース) に用意されました。これらの 2 つのフラグの意味は、「AST を配信しない」および「AST が無効になっている」と解釈できます。通常の $SETAST 呼び出しのペアの代わりに、ユーザー モード コードは、AST をブロックする必要がある命令シーケンスを実行する前に最初のフラグを設定し、シーケンスの後にそれをクリアします。次に(競合状態を回避するために、ここでは順序に注意してください)、この間に 2 番目のフラグが設定されたかどうかを確認します。設定されている場合、AST は本当に無効になっているため、$SETAST を呼び出して再度有効にする必要があります。最も一般的なケースでは、この間に保留になる AST はないため、$SETAST を呼び出す必要はまったくありません。

一方、カーネル AST 配信コードは、ユーザー モード AST を配信する前に最初のフラグをチェックします。このフラグが設定されている場合は、プロセス制御ブロック内の AST 無効ビット(ユーザー モードからの明示的な $SETAST 呼び出しによって設定されるビットと同じ) を直接設定し、2 番目のフラグも設定してから戻り、AST を未配信のままにします。

Windows NTファミリのオペレーティング システムの非同期プロシージャ呼び出しメカニズムも同様のメカニズムです。

• OpenVMS Alpha 内部構造とデータ構造: スケジューリングとプロセス制御: バージョン 7.0、Ruth Goldenberg、Saro Saravanan、Denise Dumas、ISBN 1-55558-156-0