PCLSリング

PCLSRing （プログラムカウンタLusering ^{[1] [a]}とも呼ばれる）は、ITSオペレーティングシステムで、あるプロセスが別のプロセスの状態にアクセスする方法の一貫性原則を表すために使用される用語です。^[2]

このシナリオでは、特に複雑な問題が生じます。

• プロセス A は時間のかかるシステム コールを実行します。「時間のかかる」とは、システムがプロセス A を待機キューに入れる必要があり、実行準備が整った別のプロセスがあればその実行をスケジュールできることを意味します。一般的な例としては、I/O操作が挙げられます。
• プロセス A がこの待機状態にある間に、プロセス B はプロセス A と対話したりアクセスしたりしようとします (たとえば、プロセス A に信号を送信します)。

プロセス B によるアクセス時にプロセス A のコンテキストの可視状態はどうなっているでしょうか。実際には、プロセス A はシステム コールの途中ですが、ITS はシステム コールが他のプロセス (または同じプロセス) に表示されないように見せかけます。

アクセス前にシステムコールが完了できない場合は、再開可能でなければなりません。つまり、コンテキストはシステムコールのエントリポイントまでバックアップされ、呼び出し引数は操作のどの部分が完了しているかを反映するように更新されます。^[2] I/O操作の場合、これは、バッファ開始アドレスをすでに転送されたデータまで進める必要があり、転送されるデータの長さをそれに応じて減らす必要があることを意味します。プロセスBのやり取りが完了すると、プロセスAは実行を再開でき、システムコールは中断したところから再開されます。

この技術は、 PDP-10 がハードウェアで行う処理をソフトウェアで再現します。BLT などの一部の PDP-10 命令は、割り込みまたはページ フォールトが原因で、完了まで実行されない場合があります。^[2]命令の処理中に、PDP-10 は命令の引数を含むレジスタを変更し、後で新しい引数を使用して命令を再度実行して、残りの作業を完了できるようにします。PCLSRing は、同じ技術をシステム コールに適用します。

これには、さらに複雑さが加わります。たとえば、ITS のシステム コール中にユーザー空間のメモリ ページをページ アウトすることはできません。これが許可されると、システム コールが PCLSR され、呼び出しを中止できるように引数を更新しようとすると、引数を含むページが存在しない可能性があり、システム コールがブロックされ、PCLSR が成功しなくなります。これを防ぐために、ITS では、システム コール中に最初にアクセスされた後にユーザー空間のメモリ ページをページ アウトすることは許可されておらず、システム コールは通常、アクセスする必要があることがわかっているユーザー空間のページにアクセスすることから開始されます。^[2]

これをUNIXオペレーティング システムで採用されているアプローチと比較すると、再開は可能ですが、透過的ではありません。代わりに、I/O 操作は実際に転送されたバイト数 (または、実際にバイトが転送される前に操作が中断された場合はEINTRエラー) を返し、すべてのバイトが転送されるまで、アプリケーションがこれを確認し、操作の再開を管理する必要があります。UNIXの哲学では、これはRichard P. Gabrielによって「 worse is better (悪い方がよい)」の原則の例として示されました。

別のアプローチも可能です。上記から明らかなように、システム コールは同期的である必要があります。つまり、呼び出しプロセスは操作が完了するまで待機する必要があります。これは必然的なことではありません。OpenVMS オペレーティング システムでは、すべての I/O およびその他の時間のかかる操作は本質的に非同期です。つまり、システム コールのセマンティクスは「操作を開始し、完了時にこれらの通知の 1 つ以上を実行する」ことであり、その後、呼び出し元に直ちに戻ります。使用可能な通知の標準セット (イベント フラグの設定、非同期システム トラップの配信など) と、これらの通知を待機している間プロセスを明示的に一時停止するためのシステム コールのセットがあります。これらのシステム コールは、a) ITS の意味で完全に再起動可能であり、b) 実際の時間のかかるシステム コールのセットより数がはるかに少ないです。

OpenVMS は、すべての時間のかかるシステム コールの代替として、「操作を開始して完了を待つ」同期バージョンを提供します。これらは、「実際の非同期操作を実行する」に続いて「操作によってイベント フラグが設定されるまで待つ」という形で実装されます。この間にプロセス コンテキストにアクセスすると、イベント フラグ待ちの呼び出しに (再) 入ろうとしていることがわかります。