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16
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1 <!DOCTYPE html>
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2 <html>
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3 <head>
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4 <meta http-equiv="content-type" content="text/html;charset=utf-8">
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5 <title>Code Gear と Data Gear を持つ Gears OS の設計</title>
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6
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7 <meta name="generator" content="Slide Show (S9) v2.5.0 on Ruby 2.4.0 (2016-12-24) [x86_64-darwin16]">
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8 <meta name="author" content="Mitsuki Miyagi, Shinji Kono" >
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9
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10 <!-- style sheet links -->
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11 <link rel="stylesheet" href="s6/themes/projection.css" media="screen,projection">
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12 <link rel="stylesheet" href="s6/themes/screen.css" media="screen">
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13 <link rel="stylesheet" href="s6/themes/print.css" media="print">
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14 <link rel="stylesheet" href="s6/themes/blank.css" media="screen,projection">
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15
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16 <!-- JS -->
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17 <script src="s6/js/jquery-1.11.3.min.js"></script>
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18 <script src="s6/js/jquery.slideshow.js"></script>
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19 <script src="s6/js/jquery.slideshow.counter.js"></script>
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20 <script src="s6/js/jquery.slideshow.controls.js"></script>
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21 <script src="s6/js/jquery.slideshow.footer.js"></script>
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22 <script src="s6/js/jquery.slideshow.autoplay.js"></script>
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23
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24 <!-- prettify -->
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25 <link rel="stylesheet" href="scripts/prettify.css">
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26 <script src="scripts/prettify.js"></script>
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27
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28 <script>
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29 $(document).ready( function() {
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30 Slideshow.init();
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31
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32 $('code').each(function(_, el) {
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33 if (!el.classList.contains('noprettyprint')) {
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34 el.classList.add('prettyprint');
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35 }
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36 });
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37 prettyPrint();
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38 } );
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39
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40
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41 </script>
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42
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43 <!-- Better Browser Banner for Microsoft Internet Explorer (IE) -->
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44 <!--[if IE]>
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45 <script src="s6/js/jquery.microsoft.js"></script>
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46 <![endif]-->
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47
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48
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49
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50 </head>
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51 <body>
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52
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53 <div class="layout">
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54 <div id="header"></div>
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55 <div id="footer">
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56 <div align="right">
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57 <img src="s6/images/logo.svg" width="200px">
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58 </div>
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59 </div>
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60 </div>
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61
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62 <div class="presentation">
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63
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64 <div class='slide cover'>
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65 <table width="90%" height="90%" border="0" align="center">
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66 <tr>
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67 <td>
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68 <div align="center">
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69 <h1><font color="#808db5">Code Gear と Data Gear を持つ Gears OS の設計</font></h1>
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70 </div>
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71 </td>
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72 </tr>
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|
|
73 <tr>
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|
74 <td>
|
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75 <div align="left">
|
|
|
76 Mitsuki Miyagi, Shinji Kono
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77 琉球大学
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78 <hr style="color:#ffcc00;background-color:#ffcc00;text-align:left;border:none;width:100%;height:0.2em;">
|
|
|
79 </div>
|
|
|
80 </td>
|
|
|
81 </tr>
|
|
|
82 </table>
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|
83 </div>
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84
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85 <div class='slide '>
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86 <!-- === begin markdown block ===
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87
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88 generated by markdown/1.2.0 on Ruby 2.4.0 (2016-12-24) [x86_64-darwin16]
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25
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89 on 2018-01-19 18:24:07 +0900 with Markdown engine kramdown (1.13.2)
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16
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90 using options {}
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91 -->
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92
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93 <!-- _S9SLIDE_ -->
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21
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94 <h1 id="section">研究目的</h1>
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16
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95
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17
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96 <ul>
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21
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97 <li>現代の OS では拡張性と信頼性を両立させることが要求されている。
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98 <!--信頼性 信頼性を保証するには従来のテストとデバッグでは不十分-->
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99 <!--信頼性を保証するには証明とモデル検査を用いる方法がある--></li>
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100 <li>信頼性をノーマルレベルの計算に対して保証し、拡張性をメタレベルの計算で実現することを目標に Gears OS を設計中である。</li>
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101 <li>ノーマルレベルの計算とメタレベルの計算を切り離して記述するために Code Gear と Data Gear という単位を用いている。</li>
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|
102 <li>Gears OS は Continuation based C(CbC) によってアプリケーションと OS そのものを記述する。</li>
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|
103 <li>本研究では、CbC を用いた Gears OS の実装と、メタ計算の実例を示す。</li>
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17
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104 </ul>
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105
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106 <!--
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107 # OS の拡張性と信頼性の両立
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108
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23
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109 - さまざまなコンピュータの信頼性の基本はメモリなどの資源管理を行う OS である。
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110 - 時代とともに進歩するハードウェア、サービスに対応して OS 自体が拡張される必要がある。
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|
111 - その信頼性を保証するには、従来の テストとデバッグでは不十分であり、テストしきれない部分が残ってしまう。
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112 - これに対処するため には、証明を用いる方法とプログラムの可能な実行をすべて数え上げるモデル検査を用いる方法がある。
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113 - 検証は一度ですむものではなく、アプリケーションやサービス、デバイスが新しくなることに検証をやり直す必要がある。
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114 - このため信頼性と拡張性を両立させることが重要である。
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17
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115 -->
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21
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116 <!--
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117 # 目次？
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118 -->
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23
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119
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120
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121 </div>
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122 <div class='slide '>
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123 <!-- _S9SLIDE_ -->
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124 <h1 id="section-1">メタ計算の重要性</h1>
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125 <ul>
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126 <li>プログラムを記述する際、ノーマルレベルの処理の他に、メモリ管理やスレッド管理、CPU や GPU の資源管理等、記述しなければならない処理が存在する。これらの計算をメタ計算と呼ぶ。</li>
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|
|
127 <li>メタ計算はノーマルレベルの計算から切り離して記述したい。</li>
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|
128 <li>そのためには処理を細かく分割する必要があるが、関数やクラスなどの単位は容易に分割できない。</li>
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|
129 <li>そこで当研究室ではメタ計算を柔軟に記述するためのプログラミング言語の単位として Code Gear、Data Gear という単位を提案している。</li>
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130 </ul>
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16
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131
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132
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133 </div>
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134 <div class='slide '>
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135 <!-- _S9SLIDE_ -->
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21
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136 <h1 id="continuation-based-c-cbc">Continuation based C (CbC)</h1>
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137 <ul>
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|
138 <li>Continuation based C (CbC) はこの Code Gear 単位を用いたプログラミング言語として開発している。</li>
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|
139 <li>Code Gear は 関数呼び出し時の環境を使わずに次の Code Gear へと goto 文によって遷移する。</li>
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|
140 <li>この goto 文による遷移を軽量継続と呼ぶ。</li>
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|
141 <li>CbC は軽量継続を持ち、C と互換性のある言語である。</li>
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142 </ul>
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143
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144
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145 </div>
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146 <div class='slide '>
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147 <!-- _S9SLIDE_ -->
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|
148 <h1 id="cbc-">CbC のコード例</h1>
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16
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149 <ul lang="Code_Gear">
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150 <li>CbC では Code Gear は __code という型を持つ関数の構文で定義される。</li>
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|
151 <li>Code Gear は戻り値を持たないので、関数とは異なり return 文は存在しない。</li>
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|
152 <li>goto の後に Code Gear 名と引数を並べて、次の Code Gear の遷移を記述する。</li>
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|
|
153 <li>この goto の行き先を継続と呼び、このときの a+b が次の Code Gear への出力となる。</li>
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|
|
154 </ul>
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155 <pre><code>__code cs0(int a, int b){
|
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|
156 goto cs1(a+b);
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157 }
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|
158
|
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159 __code cs1(int c){
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|
|
160 goto cs2(c);
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|
161 }
|
|
|
162 </code></pre>
|
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21
|
163
|
|
|
164
|
|
|
165 </div>
|
|
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166 <div class='slide '>
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|
167 <!-- _S9SLIDE_ -->
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|
|
168 <h1 id="gears-os">Gears OS</h1>
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|
169 <ul>
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|
170 <li>Gears OS は Code Gear とデータの単位である Data Gear を用いて開発されており、CbC で記述されている。</li>
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|
|
171 <li>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。</li>
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|
|
172 <li>Input/Output Data Gear の依存関係が解決された Code Gear を並列実行する。</li>
|
|
|
173 </ul>
|
|
|
174
|
|
|
175
|
|
|
176 </div>
|
|
|
177 <div class='slide '>
|
|
|
178 <!-- _S9SLIDE_ -->
|
|
|
179 <h1 id="data-gear">Data Gear</h1>
|
|
|
180 <ul>
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|
|
181 <li>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。</li>
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|
|
182 <li>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。</li>
|
|
|
183 <li>接続された Data Gear 以外には参照を行わない。</li>
|
|
|
184 </ul>
|
|
|
185
|
|
|
186
|
|
|
187 </div>
|
|
|
188 <div class='slide '>
|
|
|
189 <!-- _S9SLIDE_ -->
|
|
|
190 <h1 id="gears-">Gears でのメタ計算</h1>
|
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|
191 <ul>
|
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|
192 <li>Gears OS ではメタ計算を Meta Code Gear、Meta Data Gear で表現する。</li>
|
|
|
193 <li>Meta Code Gear はノーマルレベルの Code Gear の直後に遷移され、メタ計算を実行する。</li>
|
|
|
194 <li>Meta Code Gear で OS の機能であるメモリ管理やスレッド管理を行う。</li>
|
|
|
195 </ul>
|
|
|
196
|
|
|
197 <div style="text-align: center;">
|
|
23
|
198 <img src="./fig/MetaGear.pdf" alt="MetaGear" width="600" />
|
|
21
|
199 </div>
|
|
16
|
200
|
|
|
201
|
|
|
202 </div>
|
|
|
203 <div class='slide '>
|
|
|
204 <!-- _S9SLIDE_ -->
|
|
|
205 <h1 id="gears-os-">Gears OS の構成</h1>
|
|
23
|
206 <ul>
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|
207 <li>Gears OS は以下の要素で構成される。
|
|
|
208 <ul>
|
|
|
209 <li>Context</li>
|
|
|
210 <li>TaskQueue</li>
|
|
|
211 <li>TaskManager</li>
|
|
|
212 <li>Worker</li>
|
|
|
213 </ul>
|
|
|
214 </li>
|
|
|
215 </ul>
|
|
16
|
216
|
|
|
217
|
|
|
218 </div>
|
|
|
219 <div class='slide '>
|
|
|
220 <!-- _S9SLIDE_ -->
|
|
23
|
221 <h1 id="gears-os--1">Gears OS の構成図</h1>
|
|
|
222
|
|
|
223 <div style="text-align: center;">
|
|
24
|
224 <img src="./fig/gears_structure.pdf" alt="gears_structure" width="900" />
|
|
23
|
225 </div>
|
|
|
226
|
|
16
|
227
|
|
|
228 </div>
|
|
|
229 <div class='slide '>
|
|
|
230 <!-- _S9SLIDE_ -->
|
|
|
231 <h1 id="context">Context</h1>
|
|
|
232 <ul>
|
|
23
|
233 <li>Context とは使用される Code Gear と Data Gear を全て格納した Meta Data Gear である。</li>
|
|
16
|
234 <li>Gears OSは必要なCode Gear、Data Gearに参照したい場合、このContext を通す必要がある。</li>
|
|
|
235 </ul>
|
|
24
|
236 <div style="text-align: center;">
|
|
|
237 <img src="./fig/Gearef.pdf" alt="gearef" width="900" />
|
|
|
238 </div>
|
|
16
|
239
|
|
24
|
240
|
|
|
241 </div>
|
|
|
242 <div class='slide '>
|
|
|
243 <!-- _S9SLIDE_ -->
|
|
|
244 <h1 id="context-">context の定義</h1>
|
|
|
245
|
|
|
246 <pre lang="contexr"><code>/* context define */
|
|
|
247 struct Context {
|
|
|
248 int codeNum; //実行可能な code の数
|
|
|
249 __code (**code) (struct Context*); //実行可能な code Gear のリスト
|
|
|
250 void* heapStart; //Data Gear の Allocate用のヒープ
|
|
|
251 void* heap;
|
|
|
252 long heapLimit;
|
|
|
253 int dataNum; //Data Gear の数
|
|
|
254 union Data **data; //Data Gear のリスト
|
|
|
255 };
|
|
|
256 </code></pre>
|
|
|
257
|
|
|
258 <!--
|
|
|
259 # CbC による Gears OS 記述の問題点
|
|
|
260 - Gears OS を CbC で実装する上でメタ計算の記述が煩雑であることがわかった。
|
|
|
261 - 本研究ではこれらのメタ計算を自動生成することにより Gears OS を記述する上においてより良い構文をユーザーに提供することにした。
|
|
|
262 - そのためのプロトタイプとして perl スクリプトを作成した。
|
|
|
263 -->
|
|
16
|
264
|
|
|
265
|
|
|
266 </div>
|
|
|
267 <div class='slide '>
|
|
|
268 <!-- _S9SLIDE_ -->
|
|
|
269 <h1 id="interface">Interface</h1>
|
|
|
270 <ul>
|
|
23
|
271 <li>Code Gear と Data Gear は Interface と呼ばれるまとまりとして記述される。</li>
|
|
|
272 <li>Interface は使用される Data Gear の定義と、それに対する Code Gear の集合である。</li>
|
|
|
273 <li>Interface の操作に対応する Code Gear の引数は Interface に定義されている Data Gear を通して行われる。</li>
|
|
16
|
274 </ul>
|
|
|
275
|
|
23
|
276 <pre lang="interface"><code>typedef struct Stack<Type, Impl>{
|
|
|
277 union Data* stack;
|
|
|
278 union Data* data;
|
|
|
279 union Data* data1;
|
|
|
280 __code whenEmpty(...);
|
|
|
281 __code clear(Impl* stack,__code next(...));
|
|
|
282 __code push(Impl* stack,Type* data, __code next(...));
|
|
|
283 __code pop(Impl* stack, __code next(Type* data, ...));
|
|
|
284 __code pop2(Impl* stack, __code next(Type* data, Type* data1, ...));
|
|
|
285 __code isEmpty(Impl* stack, __code next(...), __code whenEmpty(...));
|
|
|
286 __code get(Impl* stack, __code next(Type* data, ...));
|
|
|
287 __code get2(Impl* stack, __code next(Type* data, Type* data1, ...));
|
|
|
288 __code next(...);
|
|
|
289 } Stack;
|
|
|
290 </code></pre>
|
|
|
291
|
|
|
292
|
|
|
293 </div>
|
|
|
294 <div class='slide '>
|
|
|
295 <!-- _S9SLIDE_ -->
|
|
|
296 <h1 id="interface-1">Interface</h1>
|
|
|
297
|
|
25
|
298 <ul lang="impl">
|
|
|
299 <li>implement の例</li>
|
|
24
|
300 </ul>
|
|
25
|
301 <pre><code>Stack* createSingleLinkedStack(struct Context* context) {
|
|
16
|
302 struct Stack* stack = new Stack();
|
|
|
303 struct SingleLinkedStack* singleLinkedStack = new SingleLinkedStack();
|
|
|
304 stack->stack = (union Data*)singleLinkedStack;
|
|
|
305 singleLinkedStack->top = NULL;
|
|
|
306 stack->push = C_pushSingleLinkedStack;
|
|
|
307 stack->pop = C_popSingleLinkedStack;
|
|
|
308 stack->pop2 = C_pop2SingleLinkedStack;
|
|
|
309 stack->get = C_getSingleLinkedStack;
|
|
|
310 stack->get2 = C_get2SingleLinkedStack;
|
|
|
311 stack->isEmpty = C_isEmptySingleLinkedStack;
|
|
|
312 stack->clear = C_clearSingleLinkedStack;
|
|
|
313 return stack;
|
|
|
314 }
|
|
24
|
315
|
|
25
|
316 __code pushSingleLinkedStack(struct SingleLinkedStack* stack, union Data* data, __code next(...)) {
|
|
24
|
317 Element* element = new Element();
|
|
|
318 element->next = stack->top;
|
|
|
319 element->data = data;
|
|
|
320 stack->top = element;
|
|
|
321 goto next(...);
|
|
|
322 }
|
|
|
323
|
|
16
|
324 </code></pre>
|
|
|
325 <!--
|
|
|
326
|
|
|
327 <div style="text-align: center;">
|
|
|
328 <img src="./images/multiComponent.pdf" alt="message" width="600">
|
|
|
329 </div>
|
|
|
330
|
|
|
331 -->
|
|
|
332
|
|
|
333
|
|
|
334 </div>
|
|
|
335 <div class='slide '>
|
|
|
336 <!-- _S9SLIDE_ -->
|
|
24
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337 <h1 id="stub-code-gear">stub Code Gear</h1>
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16
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338
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339 <ul>
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340 <li>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。</li>
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24
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341 <li>しかし、Meta Data Gear である Context をノーマルレベルの Code Gear から直接アクセスするのはよろしくない。</li>
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16
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342 <li>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、メタレベルの 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。</li>
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343 </ul>
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344
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345 <pre lang="stub"><code>__code clearSingleLinkedStack(struct Context *context,struct SingleLinkedStack* stack,enum Code next) {
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346 stack->top = NULL;
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347 goto meta(context, next);
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348 }
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349
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350 __code clearSingleLinkedStack_stub(struct Context* context) {
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351 SingleLinkedStack* stack = (SingleLinkedStack*)GearImpl(context, Stack, stack);
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352 enum Code next = Gearef(context, Stack)->next;
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353 goto clearSingleLinkedStack(context, stack, next);
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354 }
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355 </code></pre>
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356
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357
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358 </div>
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359 <div class='slide '>
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360 <!-- _S9SLIDE_ -->
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24
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361 <h1 id="contextstub-code-gear-">Context、stub Code Gear の自動生成</h1>
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362 <ul>
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363 <li>Gears OS ではノーマルレベルの計算の他に Context や stub などのメタ計算を記述する必要がある。</li>
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364 <li>現在の CbC で Gears OS を記述すると、このメタ計算の記述も行わなくてはならず、これには多くの労力を要する。</li>
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365 <li>この記述を助けるために Context を生成する generate_context と stub Code Gear を生成する generate_stub を perl スクリプトで作成した。</li>
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366 </ul>
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25
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367 <div style="text-align: center;">
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368 <img src="./fig/generate_context.pdf" alt="generate_context" width="900" />
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369 </div>
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24
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370
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371
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372 </div>
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373 <div class='slide '>
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374 <!-- _S9SLIDE_ -->
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16
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375 <h1 id="stub-code-gear-">stub Code Gear の生成</h1>
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376 <ul>
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377 <li>stub Code Gear は Code Gear 間の継続に挟まれ、Code Gear が必要な Data Gear を Context から取り出す処理を行うものである。</li>
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378 <li>stub Code Gear は Code Gear 毎に記述する必要があり、そのCode Gear の引数を見て取り出す Data Gear を選択する。</li>
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25
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379 <li>generate_stub は指定された cbc ファイルの __code で記述された Code Gear を取得。</li>
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380 <li>Code Gear の引数と interface を照らし合わせ、Gearef または GearImpl を決定する。</li>
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381 <li>cbc ファイルの Code Gear から、生成した stub Code Gear を加えたファイルを生成する。</li>
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16
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382 </ul>
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383
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384 <pre lang="stub"><code>__code clearSingleLinkedStack(struct Context *context,struct SingleLinkedStack* stack,enum Code next) {
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385 stack->top = NULL;
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386 goto meta(context, next);
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387 }
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388
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389 __code clearSingleLinkedStack_stub(struct Context* context) {
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390 SingleLinkedStack* stack = (SingleLinkedStack*)GearImpl(context, Stack, stack);
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391 enum Code next = Gearef(context, Stack)->next;
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392 goto clearSingleLinkedStack(context, stack, next);
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393 }
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394 </code></pre>
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395
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396
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397 </div>
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398 <div class='slide '>
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399 <!-- _S9SLIDE_ -->
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24
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400 <h1 id="context--1">Context の生成</h1>
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16
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401
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402 <ul>
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403 <li>Context は Meta Data Gear に相当し、Code Gear や Data Gear を管理している。</li>
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25
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404 <li>generate_context は context.h から Data Gear、generate_stub から生成されたファイルから Code Gear を取得し、以下を生成する。
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405 <ul>
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406 <li>Context が持つ Code/Data Gear のリスト の Code/Data Gear 名とポインタを対応させるための enum の定義を記述した enumCode.h、enumData.h</li>
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407 <li>取得した Code/Data Gear から Context の生成を行う target-context</li>
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408 <li>Context を生成する際に Data Gear の Allocation を行う dataGearInit.c</li>
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409 </ul>
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410 </li>
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16
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411 </ul>
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412
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25
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413 <div style="text-align: center;">
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414 <img src="./fig/generate_context3.pdf" alt="generate_context3" width="900" />
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415 </div>
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416
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16
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417
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418 </div>
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419 <div class='slide '>
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420 <!-- _S9SLIDE_ -->
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421 <h1 id="section-2">今後の課題</h1>
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16
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422 <ul>
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423 <li>本研究では interface の記述、CbC ファイルから Gears OS の記述に必要な Context と stub の生成を行う perl スクリプトの生成を行なった。</li>
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424 <li>これにより Gears OS のコードの煩雑さは改善され、ユーザーは Context への接続を意識する必要がなくなった。</li>
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425 <li>今後の課題は Code Gear からメタ計算を行う meta Code Gear を生成できるようにし、ユーザーがメタレベルの処理を意識せずにコードを記述できるようにする。</li>
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426 <li>また、今回 perl スクリプトによって Context や stub の生成を行なったが、LLVM/clang 上で実装しコンパイラで直接 CbC を実行できるようにすることを目的とする。</li>
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427 </ul>
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428
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429 <p><a href="プロシン発表時間 セッション7 1/21 10:40 - 12:00"></a></p>
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16
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430 <!-- === end markdown block === -->
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431 </div>
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432
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433
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434 </div><!-- presentation -->
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435 </body>
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436 </html>
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