Scheduler activations

Scheduler activationsは、オペレーティングシステム（OS）のプロセススケジューラに組み込まれるマルチスレッド技術です。この機構は、カーネルレベルスレッドの安定性とユーザーレベルスレッドの柔軟性を両立させることを目指しています。具体的には、N個のアプリケーションスレッドをM個のカーネルスレッド（または仮想プロセッサ）に割り当てる「N:M」モデルを採用しています。これは、従来のカーネルレベルマルチスレッド（1:1モデル）やユーザーレベルマルチスレッド（N:1モデル）の中間的なアプローチと言えるでしょう。

N:Mモデルとは

N:Mモデルでは、アプリケーション内の複数のスレッドが、OSが管理する少数のカーネルスレッド上で実行されます。この方式の利点は、以下の通りです。

柔軟なスレッド管理: アプリケーションは必要に応じて自由にスレッドを作成できます。ユーザーレベルでのスレッド管理が可能になり、スレッドの切り替えが高速に行えます。
効率的なリソース利用: カーネルスレッドの数を絞ることで、システムのリソース消費を抑えられます。また、CPUを効率的に使用できます。

ただし、N:Mモデルはカーネル空間とユーザー空間の両方に変更を加える必要があるため、実装が複雑になる傾向があります。そのため、1:1モデルやN:1モデルよりも開発の難易度が高くなります。

歴史と実装

Scheduler activationsの概念は、1999年にAnderson、Bershad、Lazowska、Levyによって提唱されました。このアイデアは、マルチスレッド処理におけるパフォーマンスと柔軟性のバランスを取ることを目的としていました。提案後、NetBSDのカーネルにNathan Williamsによって実装されました。しかし、NetBSDは現在では1:1スレッドモデルに移行しています。

また、FreeBSDも同様の機構としてKernel Scheduled Entitiesを採用していましたが、こちらも現在は1:1モデルに移行しています。Linuxカーネルに対しては、Vincent Danjeanによってパッチとして実装されたことがあります。この際、ユーザーレベル部分はMarcel thread libraryを用いて実現されました。

現在の状況

Scheduler activationsは、その理論的な魅力にもかかわらず、OSの主流なマルチスレッドモデルとしては定着していません。その理由としては、N:Mモデルの複雑さや、1:1モデルでも十分なパフォーマンスが得られるようになったことなどが挙げられます。しかし、Scheduler activationsの概念は、より効率的なマルチスレッドモデルを追求する上での重要なステップであり、今後の研究や開発に影響を与える可能性があります。

まとめ

Scheduler activationsは、N:Mモデルを利用したマルチスレッド機構で、カーネルレベルとユーザーレベルのスレッド管理の良い点を組み合わせることを目指しました。実装の複雑さから広く採用されるには至りませんでしたが、マルチスレッドの概念を理解する上で、重要な役割を果たしたと言えるでしょう。将来的に、マルチコアプロセッサの普及に伴い、より効率的な並列処理が求められるようになれば、Scheduler activationsの考え方が再評価される可能性もあります。

もう一度検索