\chapter{Gears OS}
\section{Gears OS}
Gears OS では並列実行するための Task を、実行する Code Gear 、実行に必要な Input Data Gear 、Output Data Gear の組で表現する。
Data Gear はデータの単位であり、int や文字列などの Primitive Type を持っている。
Code Gear は 任意の数の Input Data Gear を参照して処理を行い、Output Data Gear を出力し処理を終える。
また、接続された Data Gear 以外には参照を行わない。
Gears OS は Input/Output Data Gear の依存関係が解決された Task を並列実行する。
処理やデータの構造が Code Gear、Data Gear に閉じているため、これにより実行時間、メモリ使用量などを予測可能なものにすることが可能になる。

Gears OS では Meta Computation を Meta Code Gear、Meta Data Gear で表現する。
Meta Code Gear は通常のCode Gear の直後に遷移され、Meta Computation を実行する。

CbC は Code Gear を処理の単位として用いたプログラミング言語であるため、Gears OS の Code Gear を記述するのに適している。

図\ref{fig:gearsos} に Gears OS の構成図を示す。

\begin{figure}[htpb]
    \begin{center}
        \scalebox{0.2}{\includegraphics{fig/gearsos.pdf}}
    \end{center}
    \caption{Gears OS の構成図}
    \label{fig:gearsos}
\end{figure}

\section{Context}
Gears OS では Context と呼ばれる接続可能な Code/Data Gear のリスト、TaskQueue へのポインタ、Persistent Data Tree へのポインタ、Temporal Data Gear のためのメモリ空間等を持っている Meta Data Gear である。
Gears OS は必要な Code/Data Gear に参照したい場合、この Context を通す必要がある。
メインとなる Context と Worker 用の Context があり、TaskQueue と Persistent Data Tree は共有される。
Temporal Data Gear のためのメモリ空間は Context 毎に異なり、互いに干渉することはできない。
Persistent Data Tree への書き込みのみで相互作用を発生させ目的の処理を達成する。

%現在 CbC で Gears OS を記述すると通常の Computation に加えて Meta Computation である stub を記述する必要がある。
%Meta Computation


%Context や stub は Meta Computation であるため。


\section{interface の記述}

interface を記述することで Context から Code Gear が呼び出せるようになった。
create は関数呼び出しで呼び出され、interface と impliment の初期化と Code Gear のポインタの設定を行う。
return で interface を返し、その先で interface で指定した Code Gear へ継続できるようになった。

\begin{lstlisting}[frame=lrbt,label=interface,caption={interface}]
typedef struct Stack<Impl>{    
    union Data* stack;
    union Data* data;
    union Data* data1;
    __code whenEmpty(...);
    __code clear(Impl* stack,__code next(...));
    __code push(Impl* stack,union Data* data, __code next(...));
    __code pop(Impl* stack, __code next(union Data*, ...));
    __code pop2(Impl* stack, union Data** data, union Data** data1, __code next(union Data**, union Data**, ...));
    __code isEmpty(Impl* stack, __code next(...), __code whenEmpty(...));
    __code get(Impl* stack, union Data** data, __code next(...));
    __code get2(Impl* stack,..., __code next(...));
    __code next(...);
} Stack;
\end{lstlisting}

\begin{lstlisting}[frame=lrbt,label=create,caption={createSingleLinkedStack}]
Stack* createSingleLinkedStack(struct Context* context) {
    struct Stack* stack = new Stack();
    struct SingleLinkedStack* singleLinkedStack = new SingleLinkedStack();
    stack->stack = (union Data*)singleLinkedStack;
    singleLinkedStack->top = NULL;
    stack->push = C_pushSingleLinkedStack;
    stack->pop  = C_popSingleLinkedStack;
    stack->pop2  = C_pop2SingleLinkedStack;
    stack->get  = C_getSingleLinkedStack;
    stack->get2  = C_get2SingleLinkedStack;
    stack->isEmpty = C_isEmptySingleLinkedStack;
    stack->clear = C_clearSingleLinkedStack;
    return stack;
}
\end{lstlisting}

\section{Gearef、GearImpl}
Context には Allocation 等で生成した Data Gear へのポインタが格納されている。
Code Gear が Context にアクセスする際、ポインタを使用してデータを取り出すためコードが煩雑になってしまう(リスト\ref{ref})。
そこで Code Gear がデータを参照するための Gearef というマクロを定義した。
Gearef に Context と型を渡すことでデータの参照が行える。
また impliment を参照する際も、ポインタでの記述が複雑になってしまうため 同様に GearImpl を定義した。
GearImpl は Context と interface 名、interface の変数名を指定して参照する。
Gearef と GearImpl を用いたコードがリスト\ref{Gearef}である。

\begin{lstlisting}[frame=lrbt,label=ref,caption={Gearef、GearImplのないコード}]
__code pushSingleLinkedStack_stub(struct Context* context) {
    SingleLinkedStack* stack = (SingleLinkedStack*)context->data[D_Stack]->Stack.stack->Stack.stack;
    Data* data = context->data[D_Stack]->Stack.data;
    enum Code next = context->data[D_Stack]->Stack.next;
    goto pushSingleLinkedStack(context, stack, data, next);
}
\end{lstlisting}

\begin{lstlisting}[frame=lrbt,label=Gearef,caption={Gearef、GearImplを使ったコード}]
__code pushSingleLinkedStack_stub(struct Context* context) {
    SingleLinkedStack* stack = (SingleLinkedStack*)GearImpl(context, Stack, stack);
    Data* data = Gearef(context, Stack)->data;
    enum Code next = Gearef(context, Stack)->next;
    goto pushSingleLinkedStack(context, stack, data, next);
}
\end{lstlisting}

\section{stub Code Gear}
Code Gear が必要とする Data Gear を取り出す際に Context を通す必要がある。
しかし、Context を直接扱うのはセキュリティ上好ましくない。
そこで Context から必要なデータを取り出して Code Gear に接続する stub Code Gear を定義し、これを介して間接的に必要な Data Gear にアクセスする。
stub Code Gear は Code Gear が Code Gear へと継続する間に挟まれる。
必要とする Data Gear を Context から取り出すという処理を行うものである。
stub Code Gear は Code Gear 毎に生成される。

%この機能により、CbC は Code Gear のみでなく Data Gear を単位として用いることが可能になった。
%Meta Code Gear、Meta Data Gear により meta computation を通常の Code Gear 内に記述せずにすむ、Code Gear 間に実行される Meta Code Gear で継続先を変更する、エラーハンドリングを行うといった使い方ができるようになるだろう。

%\section{TaskQueue}
%ActiveTaskQueue と WaitTaskQueue の 2 つの TaskQueue を持つ。
%先頭と末尾の Element へのポインタを持つ Queue を表す Data Gear である。
%Element は Task を表す Data Gear へのポインタと次の Element へのポインタを持っている。
%Compare and Swap(CAS) を使ってアクセスすることでスレッドセーフな Queue として利用することが可能になる。
%
%\section{TaskManager}
%Task には Input Data Gear, Output Data Gear が存在する。
%Input/Output Data Gear から依存関係を決定し、TaskManager が解決する。
%依存関係が解決された Task は WaitTaskQueue から ActiveTaskQueue に移される。
%TaskManager はメインとなる Context を参照する。
%
%\section{Persistent Data Tree} 
%非破壊木構造で構成された Lock-free なデータストアである。
%Red-Black Tree として構成することで最悪な場合の挿入・削除・検索の計算量を保証する。
%
%\section{Worker}
%TaskQueue から Task の取得・実行を行う。
%Task の処理に必要なデータは Persistent Data Tree から取得する。
%処理後、必要なデータを Persistent Data Tree に書き出して再び Task の取得・実行を行う。
%