スーパーバイザーコール指示

この記事では、 IBM System/360および後継のメインフレーム コンピュータ、および互換機の特定の命令について説明します。オペレーティング システムへの呼び出しを発行する命令の一般的な概念については、 「システム コール」を参照してください。

スーパーバイザコール命令( SVC )は、System/360ファミリーのIBM メインフレームコンピュータから現代のzSeriesまで、Amdahl 470V/5、470V/6、470V/7、470V/8、580、5880、5990M、5990A など、Univac 90/ 60、90/70、90/80 など、Fujitsu M180 (UP) ^[1]、M200 (MP) などで使用されるハードウェア命令であり、Herculesオープン ソースメインフレームエミュレーション ソフトウェアでも使用されます。この命令により、オペレーティング システムにサービスを要求する割り込みが発生します。サービスを提供するシステム ルーチンはSVC ルーチンと呼ばれます。SVC はシステム コールです。

System/360 および後継ファミリーの IBM メインフレームは、問題状態または監視状態という2 つの状態のいずれかで動作し、16 個のストレージ アクセス キー (0 ～ 15)のいずれかで動作します。問題状態では、ユーザー プログラムは、特権のない汎用命令を大量に使用できます。監視状態では、システム プログラムは、さらに、一般に監視機能用の特権命令を少量使用できます。これらの機能は、他のユーザー、他のプロセッサ、またはコンピュータ システム全体に影響を及ぼす可能性があります。ストレージ キー 0 では、プログラムはすべてのアドレス指定可能な^[a]ストレージにアクセスできますが、それ以外の場合は、キーが一致するストレージ領域に制限されます。プログラムは、オペレーティング システムによる徹底的な権限チェック (DEBCHK (SVC 117)、TESTAUTH (SVC 119)、および場合によっては追加のテスト) を受けた後でのみ、特定の監視機能にアクセスできます。これらのテストのいずれかに合格しなかったプログラムは ABEND (異常終了)し、直ちに処理を停止します。これらのテストの一部は OS/360 では利用できませんでしたが、OS/VS1、SVS 、またはMVS/370で追加されました。ただし、すべて MVS/370 以降のリリースで利用可能であり、現在でも利用可能です。

OS/VS1、OS/VS2 (SVS)、MVS/370 、およびそれ以降のバージョンの OSでは、MODESET 機能 (SVC 107) によって、多くのユーザー作成 SVC が不要になりました。このシステム SVC は、モード (問題状態から監視プログラム状態) とキー (8-15 [ ユーザー ] から 0-7 [ システム ] ) の両方の変更を 1 回の操作で処理し、多くのユーザー作成 SVC はもともと単純なモードとキーの変更を目的としていたため、その後の唯一の特別な要件は、ジョブ ステップが APF 許可されていること^{[b] [c]}と、MODESET 呼び出しプログラムが、許可されていると識別されたライブラリの連結内に常駐していることであり、この安全なアプローチは完全にインストール先の制御下にあったのです。このアプローチでは、一般に、ユーザーによる許可の制御が簡素化されましたが、そのためにアプリケーションにいくつかの簡単な変更が必要でした。一般に、ユーザーのインストール先ではこのアプローチが好まれ、システム全体の信頼性が大幅に向上しました。

メインフレーム アプリケーションは通常は同期プロセスですが、オペレーティング システム自体は本来非同期です。ただし、システムは本来同期である多くのプロセスもサポートしています。アプリケーションが入出力処理などの本来非同期であるシステム サービスを要求する場合、アプリケーションとオペレーティング システムを同期するメカニズムを使用する必要があります。この重要なメカニズムは、オペレーティング システムに組み込まれている、またはオペレーティング システムによって特別にサポートされている機能を通じて実現されます。これには、WAIT (外部イベントが発生するまでアプリケーション処理を一時的に停止する)、POST (外部イベントの発生を示し、アプリケーション処理を続行できるようにする)、SYNCH (システムの整合性を維持しながらシステム処理モードをスーパーバイザからユーザへ、システム キーからユーザ キーへ変更し、アプリケーションに代わって同期的に機能を実行し、その後スーパーバイザ処理を続行できるようにする) が含まれます。

以下の OS/360 SVC 表は、これらの同期機能が使用される条件を示しています。

SVC は16 進数 操作コード 0Aを持つ 2 バイトの命令です。命令の 2 番目のバイトであるSVC 番号は、特定の要求を示します。^[2] SVC 番号は 0 から 255 までの任意の値にすることができ、特定の SVC 番号はオペレーティングシステムの実装者次第です。たとえば、IBM の MVS では、SVC 3 はプログラムを終了するために使用されますが、UNIVAC VS/9 および Fujitsu BS2000 オペレーティングシステムでは、SVC 9 が同じ目的で使用されていました。

プログラムが SVC を発行すると、割り込みが発生します。PSW は、8 バイト (System 360 および S/370 の場合) または 16 バイト (z/System の場合) の特権レジスターで、実行される命令の現在のアドレス、特権ビット (特権の場合は 1)、およびストレージ キーなどが格納されており、実^[d]アドレスに保存されます。これは、360 および 370 では位置 32 ～ 39、z/System では位置 320 ～ 335 です。次に、PSW は別の実^[d]アドレスからロードされます。これは、360 および 370 では位置 96 ～ 103、z/System では位置 448 ～ 463 です。実行は、PSW にロードされたアドレスから再開されます。保存された PSW ( 360 および 370 では 実^{[d]アドレス 35、z/System では 323) のビット 24 ～ 31 には、スーパーバイザー呼び出し番号が含まれます。}

SVC は、通常、システムの SVC割り込みハンドラの「クローズド サブルーチン」として実装される監視機能を呼び出します。SVC ルーチンとの間で受け渡される情報は、汎用レジスタまたはメモリで受け渡されます。

OS/360 および後継製品では、SVC ルーチンからの戻りは、タイプ 2、3、および 4 の SVC ルーチンの場合は SVC 3 (EXIT) 呼び出しによって行われ、その他の SVC タイプの場合は特権Load PSW (LPSW) 命令によって行われ、これは制御プログラムのディスパッチャまたは SVC 割り込みハンドラによって SVC ルーチンに代わって実行されます。

IBM メインフレーム用にカナダのモントリオールにあるマギル大学で開発されたMUSIC/SPや、UNIVACシリーズ 90メインフレーム ライン用に Univac ( RCA Spectra 70シリーズコンピュータ用のTSOSオペレーティング システムから開発) で開発されたVS/9 などの IBM 以外で開発されたオペレーティング システム、および富士通のメインフレーム用に開発された B800 オペレーティング システム (これも TSOS オペレーティング システムから開発) では、いずれもスーパーバイザ コールを終了するために LPSW 命令を使用します。

スーパーバイザ コールを LPSW 命令を介して直接呼び出しプログラムに戻すか、サブルーチン リターン命令やスーパーバイザ コール自体などの他の手段を介して戻すかの選択は、設計の問題です。これを行うための明白な「正しい」方法はありません。両方の方法に理由がある可能性があります。LPSW 命令を使用して SVC ルーチンを終了すると、実行速度は速くなりますが、ルーチンの実際のテストは、実際のオペレーティング システム スーパーバイザの一部としてコードを実行する専用マシンで行う必要があります。コードが通常のサブルーチンとして記述されている場合は、通常のプログラムと同じ方法でテストでき、変更せずに展開できる可能性があります。また、スーパーバイザ コール ルーチンがタスクを完了するのにかかった時間に関するメトリックを測定できるため、実行時間が長すぎるルーチン (または非常に高速なルーチン) を分析できます。

OS/360 およびそれ以降の OS では、一部のスーパーバイザー モード ルーチンでは、分岐およびリンク エントリ ポイントが SVC 呼び出しの代替手段となります。MVS/SP V1R3 およびそれ以降の OS では、プログラム呼び出し (PC) エントリによって、許可されたプログラムと許可されていないプログラムの両方による多くのスーパーバイザー機能の呼び出し用の SVC が拡張され、一部の機能は分岐または PC エントリによってのみ呼び出されます (例: STARTIO )。(これには、IBM オペレーティング システムを IBM 以外のハードウェアで実行できないようにする利点もあります。)

異なる IBM オペレーティング システムでは、使用される特定のコードや呼び出される可能性のあるスーパーバイザ サービスに互換性がほとんどありません。VM /370 および z/VMシステムでは、DIAG 命令が同様の方法で使用され、仮想マシンで実行されるオペレーティング システムによる使用のために SVC が残されています。ほとんどの OS/360 SVC は「レガシー」プログラム用に維持されていますが、一部の SVC は時間の経過とともに「拡張」されています。

OS/360 および後継システムでは、SVC 番号 0 から約 127 までは IBM によって定義され、255 以降はインストールのシステム プログラミング スタッフが使用できます。z/OS では、追加のシステム サービス (主に暗号化/復号化のサポート) が IBM によって SVC を使用して実装されていたため、これを IBM 用の SVC 番号 0 から約 200、インストール用の SVC 番号 255 以降に変更しました。SVC ルーチンには、IGC で始まる特定の形式のモジュール名が必要です。

システム設計により、「無効」という用語は、MVS/370 以前のシステムでのマシン チェック割り込みを除くすべての割り込みに対して無効であり、「ローカル ロック」が保持されていることを意味しますが、MVS/370 以降のすべてのシステムでは、すべての割り込みに対して「無効」ではありません。前者は物理的な無効化であり、後者は論理的な無効化です。アドレス空間の「ローカル ロック」は、そのアドレス空間内では物理的な無効化と同じ影響を及ぼしますが、他のアドレス空間には影響を及ぼしません。

OS/360 では、「タイプ 1」から「タイプ 4」と呼ばれる 4 種類の SVC ルーチンが定義されていました。MVS/370 では、SVC ルーチンが物理的に無効になっている点を除いて「タイプ 6」が追加されました。「タイプ 5」は定義も実装もされていませんでした。次の情報は、OS/360 の表の一部であり、MVS/370 および後継システム用に拡張されており、SVC ルーチンの作成に関する考慮事項を示しています。

タイプ 3 および 4 の SVC ルーチンのサイズ制限は、呼び出されたときに指定された「一時領域」(MVT 後の PLPA) にロードされるため必要です。

• タイプ 1 の例は、GETMAIN と FREEMAIN の両方に使用される SVC 10 です。GETMAIN はメイン ストレージの領域をタスクに割り当て、その後、その領域を解放します。SVC 10 は、汎用レジスタのみを介してパラメータを交換し、ストレージの GET と FREE の両方が可能なため、非公式に「REGMAIN」と呼ばれています。SVC 4 と SVC 5 は、それぞれ同様の GET 機能と FREE 機能を実行できますが、パラメータの交換はストレージ内のパラメータ リストを介して行われます。
• タイプ 2 の例としては、新しいタスクを作成する SVC 42 (ATTACH) があります。
• タイプ 3 の例としては、SVC 33、IOHALT が挙げられます。これは、DASD 以外のデバイスでの I/O 操作を終了します。IOHALT は多くのテレプロセシング ベースのシステムで頻繁に使用されるため、この SVC は OS/VS でタイプ 2 に変更されました。
• タイプ 4 の例としては、SVC 19、OPEN があります。これは、データセットをユーザー プログラムで使用できるようにするために使用されます。このデータセットには、すべてのアクセス メソッドに共通するモジュールが含まれ、各アクセス メソッドに固有の追加モジュールが呼び出されます。OPEN は、 EXCPを使用してアクセスされるデータセットなど、「独自に作成する」アクセス メソッドによって操作されるデータセットもサポートします。
• タイプ 6 の例としては、SVC 107、MODESET があります。これはロックを取得しませんが、渡されたパラメータに従ってシステム モードとシステム キーを変更できます。

OS/360 には、一般的に SVC の使用を制限する方法がありませんでした。その結果、SVC やその他の命令の特定のシーケンスを使用することで、システムやデータの整合性が意図せずに侵害される可能性がかなりありました。好奇心旺盛なユーザーがこれらの侵害を発見しようとするのは一般的な習慣になりましたが、一部のシステム プログラマーは、独自のユーザー記述 SVC を開発するのではなく、これらの侵害を利用しました。

MVS/370 以降、IBM は、システム設計エラーによってアプリケーション プログラムが許可なくスーパーバイザー状態に入ることを許す場合、それを製品欠陥とみなしました。IBM は、すべての IBM SVC を保護して、システムおよびデータの整合性にかかわるすべてのリスクを解消することを義務付けました。IBM は、こうしたリスクが発見されたら、それを解消することを「保証」しました。1977 年の MVS/370 リリース 3.7 までに、100,000 件の Authorized Program Analysis Reports (APAR) と関連するProgram temporary fixes (PTF) を犠牲にして、こうしたリスクのほぼすべてが実際に特定され、解消されました。これは、システムの「稼働時間」がその後、日数や時間数ではなく、年数で測定されるようになったことから、注目すべき成果でした。

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