JP5128484B2 - 静的に検証可能なプロセス間通信の分離プロセス - Google Patents
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Description
・データは、各チャネルが厳密に2つのエンドポイントから成る双方向チャネル上で、交換される。任意の時点で、各チャネルエンドポイントは、単一のスレッドによって所有される(すなわち、単一のプロセスが所有する)。
・バッファおよび他のメモリデータ構造は、そのバッファ内およびメモリデータ構造内に含まれるデータをコピーすることによってではなく、ポインタによって転送される。これらの転送は、メモリブロックの所有権(ownership)を渡す。
・チャネル通信は、メッセージ、メッセージの引数の型、および有効なメッセージインタラクションのシーケンスを、セッション型と類似の有限状態マシンとして記述する、静的に検証可能なチャネル規約(channel contracts)によって規定される。
・チャネルエンドポイントを、メッセージでチャネルを介して送信することができる。したがって、通信ネットワークは、動的に発展することがある。
・チャネル上の送受信は、メモリ割り当てを必要としない。
・送信は、ノンブロッキングかつノンフェーリング(non-failing)である。ノンブロッキングは、送信側は通信の成功を待たないことを意味する。ノンフェーリングは、通信は、常に最終的には成功することを意味する。本実装では、定義によってこれを達成する。すなわち、送信操作は、結果を待つことなく完了する。(しかし、「チャネル」は失敗する可能性があり、チャネル上で受信するときにこれを監視することができる)。
図1は、静的に検証可能なプロセス間通信ソフトウェア分離プロセス(SIP:Software-Isolated Process)と、そのような静的に検証可能なプロセス間通信SIPのプログラミングを促進するプログラミングツールの使用とをサポートする例示的な動作シナリオを示す。
コンピュータ科学の分野、より詳細にはオペレーティングシステムの分野では、「ソフトウェアプロセス」(または、より単純には「プロセス」)という用語は、よく知られている。アプリケーションは、1つまたは複数のプロセスから成ることが多い。OSは、コンピュータ上で実行中の1つまたは複数の別個のプロセスを認識し、実際には、管理および監視することがある。
・SIPは、閉じたオブジェクト空間であり、アドレス空間ではない。2つのSIPは、同時にオブジェクトにアクセスすることができない。プロセス間の通信は、排他的なデータ所有権を転送する。
・SIPは、閉じたコード空間でもある。プロセスは、動的にコードをロードまたは生成しない。
・SIPは、分離に関してメモリ管理ハードウェアに依拠せず、したがって、複数のSIPは、物理または仮想アドレス空間内に存在することができる。
・SIP間の通信は、双方向であり強く型付けされた高次のチャネルを通して行われる。チャネルの型は、チャネルの通信プロトコル、ならびにチャネルが転送する値を記述し、両方の態様が検証される。
・SIPは、作成が安価であり、SIP間の通信が受けるオーバヘッドは低い。この低コストにより、SIPを、細かい分離および拡張メカニズムとして使用することが現実的になる。
・SIPは、オペレーティングシステムによって作成および管理され、その結果、終了時にSIPのリソースを、効率的に再利用することができる。
・SIPは、異なるデータレイアウト、ランタイムシステム、およびガーベジコレクタを有する範囲にいたるまで、独立した実行環境を有する。他の安全な言語システムは、1つの実行環境をサポートする。
図2は、SIP間の予期せぬインタラクション(unanticipated interaction)なしにプロセス間通信を促進する例示的なプロセス間通信(IPC:inter-process communication)アーキテクチャ200を示す。プロセスの間の通信を提供することに加えて、例示的なIPCアークテクチャ200は、プロセスとオペレーティングシステムのカーネルとの間の通信を提供することができる。
各SIPは、自己の独立した専用のヒープを維持する。SIPは、互いにメモリを共有しない。したがって、データが、あるSIPから別のSIPに渡されるとき、その渡されたデータは、プロセスの専用ヒープ(private heap)からは来ない。代わりに、そのデータは、プロセス間で移動可能なデータの保持に使用される別個のヒープから来る。その別個のヒープは、図1に示される交換ヒープ132または図2に示される交換ヒープ290などの、交換ヒープである。
IPCアーキテクチャ200では、チャネルは、厳密に2つのエンドポイントから成る双方向のメッセージコンジット(message conduit)である。エンドポイントは、チャネルピアと呼ばれることもある。チャネルは、損失を少なく(loss-lessly)かつ順番にメッセージを送達する。また、メッセージは典型的に、送信された順序で取り出される。意味的に、各エンドポイントは、受信キューを有し、エンドポイント上の送信側は、ピアのキュー上のメッセージを待ち行列に入れる。
チャネル上で転送されるエンドポイントと他のデータとのメモリ分離は、コンパイル時に交換ヒープ内の全てのブロックを追跡することによって保証される。特に静的チェックは、これらのリソースがリソースを所有するプログラムポイントで発生し、方法がこれらのリソースの所有権をリークしないようにアクセスを実施する。追跡されたリソースは、正確な所有権モデルを有する。
チャネル規約は、プロセス分離アーキテクチャを促進するために、本明細書で説明される実装によって使用される。チャネル規約(およびプロセス間通信の他の態様)は、“Inter-Process Communications Employing Bi-directional Message Conduits”でも説明されている。
contract C1{
in message Request (int x) requires x>0;
out message Reply (int y);
out message Error ();
state start: Request?
-> (Reply! Or Error!)
-> Start;
}
public contract TcpConnectionContract{
// Request(要求)
in message connect (uint dstIP, ushort dstPort);
out message Ready ();
// Initial state(初期状態)
state Start : Ready! -> ReadyState;
state ReadyState : one {
Connect? -> ConnectResult;
BindLocalEndpoint? -> BindResult;
Close? -> Closed;
}
// Binding to a local endpoint(ローカルエンドポイントにバインド)
state BindResult : one {
OK! -> Bound;
InvalidEndPoint! -> ReadyState;
}
in message Listen ();
state Bound : one {
Listen? -> ListenResult;
Connect? -> ConnectResult;
Close? -> Closed;
}
・・・
チャネルは、そのチャネルのインポート側およびエクスポート側を表すエンドポイントの対として明示される。各エンドポイントは、チャネルが順守する規約を指定する型を有する。エンドポイント型は、各規約内で暗黙的に宣言される。規約C1は、クラスとして表され、エンドポイント型は、以下のようにそのクラス内部のネストされた型である。
・ C1.Imp −規約C1でのチャネルのインポートエンドポイントの型
・ C1.Exp −規約C1でのチャネルのエクスポートエンドポイントの型
各規約クラスは、その規約内で宣言したメッセージを送受信するためのメソッドを含む。例として、以下のメソッドを与える。
C1.Imp {
void SendRequest (int x);
void RecvReply (out int y);
void RecvError ();
}
C1.Exp {
void RecvRequest (out int x);
void SendReply (int y);
void SendError ();
}
図3は、静的に検証可能なSIPのための効率的なプロセス間通信を促進する方法300および400を示す。これらの方法300および400は、図1および図2に示される様々なコンポーネントの1つまたは複数によって実施される。さらに、これらの方法300および400を、ソフトウェア、ハードウェア、ファームウェア、またはそれらの組合せで実施することができる。
プログラミングツール160は、1つまたは複数のSIPのプログラミングを検証することができる。プログラミングツール160は、実行されるコードがタイプセーフであることを検証し、コンパイラによる強い不変条件の使用、および実行時の強い不変条件の使用の実施を検証する。このような強い不変条件は、(限定ではなく例として)以下を含む。
・ 交換ヒープ内の各ブロックは、任意の時点で、多くても1つの所有スレッド(すなわち、プロセス)を有する。
・ 交換ヒープ内のブロックは、そのブロックの所有者によってアクセスされるのみである。したがって、ブロックが解放された後、または所有権の転送後、アクセスはない。
・ チャネル規約の実施形態は、プロセス間の通信(例えば、そのチャネル規約に対応するチャネルにおいて観察されたメッセージのシーケンス)を定義し、制限する。
図5は、分離プロセスの検証方法500を示す。この方法500は、図1および図2に示される様々なコンポーネントの1つまたは複数によって実施される。さらに、この方法500を、ソフトウェア、ハードウェア、ファームウェア、またはそれらの組合せで実施することができる。
本明細書で説明される技術を、1つまたは複数のコンピュータネットワークの一部、あるいはそれらの組合せとして、プログラムモジュール、汎用および専用のコンピューティングシステム、ネットワークサーバおよび装置、専用電子回路およびハードウェア、ファームウェアを含む(がこれらに限らない)多くの方法で実装することができる。
Claims (9)
- コンピュータにおいて実行される方法であって、
前記コンピュータのオペレーションシステムが、特定のデータセットの所有権を第1のプロセスに関連付けることと、
前記オペレーティングシステムが、前記第1のプロセスによって所有される第1のエンドポイントと、第2のプロセスによって所有される第2のエンドポイントとを含む2つのエンドポイントのみを有するプロセス間通信チャネルを介して、該プロセス間通信チャネルに関連付けられた静的に検証可能なチャネル規約に従って、前記特定のデータセットを前記第1のプロセスから前記第2のプロセスに送信することと
を含み、前記チャネル規約は、前記第1のプロセスが通信すべきプロセスと、前記プロセス間通信チャネルにおける通信方法とを指定し、および前記プロセス間通信チャネルの前記2つのエンドポイントの各々が一度に1つのプロセスのみによって所有されることを規定しており、前記チャネル規約が順守されているかどうかを、前記特定のデータセットの送信の前に検証し、
前記特定のデータセットを送信することによって、前記特定のデータセットの前記所有権が前記第1のプロセスから前記第2のプロセスに転送され、前記所有権を転送した後、前記第1のプロセスによる前記特定のデータセットに対するアクセスは制限されることを特徴とする方法。 - 前記特定のデータセットは、メッセージを含み、
前記チャネル規約は、さらに前記プロセス間通信チャネルにおけるメッセージのシーケンスを定義することを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 前記特定のデータセットは、割り当てられたメモリ内のアドレス可能な位置に格納され、前記割り当てられたメモリの前記アドレス可能な位置に対するアクセスは、一度に1つのプロセスのみに制限されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 請求項1に記載の方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。
- コンピュータにおいて実行される方法であって、
前記コンピュータのオペレーティングシステムが、2つのエンドポイントのみを有するプロセス間通信チャネルの特定のエンドポイントの所有権を、第1のプロセスに関連付けることと、
前記オペレーティングシステムが、前記プロセス間通信チャネルを介して、前記プロセス間通信チャネルに関連付けられた静的に検証可能なチャネル規約に従って、前記特定のエンドポイントを前記第1のプロセスから第2のプロセスに送信することと
を含み、前記チャネル規約は、前記第1のプロセスが通信すべきプロセスと、前記プロセス間通信チャネルにおける通信方法とを指定し、および前記プロセス間通信チャネルの前記2つのエンドポイントの各々が一度に1つのプロセスのみによって所有されることを規定しており、前記チャネル規約が順守されているかどうかを、前記特定のエンドポイントの送信の前に検証し、
前記特定のエンドポイントを送信することによって、前記特定のエンドポイントの所有権が、前記第1のプロセスから前記第2のプロセスに転送され、前記所有権を転送した後、前記第1のプロセスによる前記特定のエンドポイントへのアクセスは制限されることを特徴とする方法。 - 前記特定のエンドポイントを送信することは、前記特定のエンドポイントが格納されているアドレス可能な位置へのポインタを送信することを含むことを特徴とする請求項5に記載の方法。
- 請求項5に記載の方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。
- コンピュータにおいて実行される方法であって、
前記コンピュータのオペレーティングシステムが、独立の実行環境を有する複数の分離ソフトウェアプロセスを構築することと、
前記コンピュータの共有交換ヒープ内の複数のメモリブロックが、それぞれ、前記複数の分離ソフトウェアプロセスのうち2つ以上の分離ソフトウェアプロセスによって同時に所有されていないことを確認することと、
前記オペレーティングシステムが、第1のエンドポイントと第2のエンドポイントとからなる2つのエンドポイントのみを有するプロセス間通信チャネルを介して、該プロセス間通信チャネルに関連付けられたチャネル規約に従って、前記複数の分離ソフトウェアプロセスのうち前記第1のエンドポイントを有する送信側の分離ソフトウェアプロセスから、前記第2のエンドポイントを有する受信側の分離ソフトウェアプロセスにメッセージを送信することと
を含み、前記チャネル規約は、前記送信側の分離ソフトウェアプロセスが通信すべき受信側の分離ソフトウェアプロセスと、前記プロセス間通信チャネルにおける通信方法とを指定し、および前記プロセス間通信チャネルの前記2つのエンドポイントの各々が一度に1つのプロセスのみによって所有されることを規定しており、前記チャネル規約が順守されているかどうかを、前記メッセージの送信の前に検証し、
前記メッセージを送信することによって、前記メッセージに対する所有権が、前記送信側の分離ソフトウェアプロセスから前記受信側の分離ソフトウェアプロセスに転送され、前記所有権を転送した後、前記メッセージによって示される前記共有交換ヒープ内の特定のメモリブロックに対する前記送信側の分離ソフトウェアプロセスのアクセスは制限されることを特徴とする方法。 - 前記メッセージを送信する前に、前記特定のメモリブロックが前記送信側の分離ソフトウェアプロセス以外の別の分離ソフトウェアプロセスによってアクセスされていないかどうかを判定することと、
前記判定の結果を提示することと
をさらに含むことを特徴とする請求項8に記載の方法。
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