|
22
|
1 \chapter{Gears OS}
|
|
|
2 \section{Gears OS}
|
|
|
3 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。
|
|
|
4 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。
|
|
|
5 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。
|
|
|
6 また、接続された Data Gear 以外には参照を行わない。
|
|
|
7 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。
|
|
|
8
|
|
|
9 Gears OS ではメタ計算を、Meta Code Gear、Meta Data Gear で表現する。
|
|
|
10 Meta Code Gear は通常のCode Gear の直後に遷移され、メタ計算を実行する。
|
|
|
11
|
|
|
12 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。
|
|
|
13
|
|
|
14 図\ref{fig:gearsos} に Gears OS の構成図を示す。
|
|
|
15
|
|
|
16 \begin{figure}[htpb]
|
|
|
17 \begin{center}
|
|
|
18 \scalebox{0.2}{\includegraphics{fig/gearsos.pdf}}
|
|
|
19 \end{center}
|
|
|
20 \caption{Gears OS の構成図}
|
|
|
21 \label{fig:gearsos}
|
|
|
22 \end{figure}
|
|
|
23
|
|
|
24 \section{Context}
|
|
|
25 Gears OS では Context と呼ばれる接続可能な Code/Data Gear のリスト、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。
|
|
|
26 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。
|
|
|
27 メインとなる Context と Worker 用の Context がある。
|
|
|
28 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。
|
|
|
29
|
|
|
30 Context は Task でもあり、TaskManager によってが Context 生成され CPUWorker へ送られる。
|
|
|
31 Worker に渡された Task である Context の Input/Output Data Gear の依存関係が解決されたものから並列実行される。
|
|
|
32
|
|
|
33 %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。
|
|
|
34 %Meta Computation
|
|
|
35
|
|
|
36
|
|
|
37 %Context や stub は Meta Computation であるため。
|
|
|
38
|
|
|
39
|
|
|
40 \section{interface の記述}
|
|
|
41
|
|
|
42 interface を記述することでデータ構造のapiと Data Gear を結びつけることが出来、呼び出しが容易になった。
|
|
|
43 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。
|
|
|
44 return で interface を返し、その先で Code Gear や Data Gear へ継続できるようになる。
|
|
|
45
|
|
|
46 \begin{lstlisting}[frame=lrbt,label=interface,caption={interface}]
|
|
|
47 typedef struct Stack<Impl>{
|
|
|
48 union Data* stack;
|
|
|
49 union Data* data;
|
|
|
50 union Data* data1;
|
|
|
51 __code whenEmpty(...);
|
|
|
52 __code clear(Impl* stack,__code next(...));
|
|
|
53 __code push(Impl* stack,union Data* data, __code next(...));
|
|
|
54 __code pop(Impl* stack, __code next(union Data*, ...));
|
|
|
55 __code pop2(Impl* stack, union Data** data, union Data** data1, __code next(union Data**, union Data**, ...));
|
|
|
56 __code isEmpty(Impl* stack, __code next(...), __code whenEmpty(...));
|
|
|
57 __code get(Impl* stack, union Data** data, __code next(...));
|
|
|
58 __code get2(Impl* stack,..., __code next(...));
|
|
|
59 __code next(...);
|
|
|
60 } Stack;
|
|
|
61 \end{lstlisting}
|
|
|
62
|
|
|
63 \begin{lstlisting}[frame=lrbt,label=create,caption={createSingleLinkedStack}]
|
|
|
64 Stack* createSingleLinkedStack(struct Context* context) {
|
|
|
65 struct Stack* stack = new Stack();
|
|
|
66 struct SingleLinkedStack* singleLinkedStack = new SingleLinkedStack();
|
|
|
67 stack->stack = (union Data*)singleLinkedStack;
|
|
|
68 singleLinkedStack->top = NULL;
|
|
|
69 stack->push = C_pushSingleLinkedStack;
|
|
|
70 stack->pop = C_popSingleLinkedStack;
|
|
|
71 stack->pop2 = C_pop2SingleLinkedStack;
|
|
|
72 stack->get = C_getSingleLinkedStack;
|
|
|
73 stack->get2 = C_get2SingleLinkedStack;
|
|
|
74 stack->isEmpty = C_isEmptySingleLinkedStack;
|
|
|
75 stack->clear = C_clearSingleLinkedStack;
|
|
|
76 return stack;
|
|
|
77 }
|
|
|
78 \end{lstlisting}
|
|
|
79
|
|
|
80 \section{Gearef、GearImpl}
|
|
|
81 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。
|
|
|
82 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})。
|
|
|
83 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。
|
|
|
84 Gearef に Context と型を渡すことでデータの参照が行える。
|
|
|
85 また impliment のデータを参照する際も、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。
|
|
|
86 GearImpl は Context と interface 名、interface の変数名を指定して参照する。
|
|
|
87 Gearef と GearImpl を用いたコードがリスト\ref{Gearef}である。
|
|
|
88
|
|
|
89 \begin{lstlisting}[frame=lrbt,label=ref,caption={Gearef、GearImplのないコード}]
|
|
|
90 __code pushSingleLinkedStack_stub(struct Context* context) {
|
|
|
91 SingleLinkedStack* stack = (SingleLinkedStack*)context->data[D_Stack]->Stack.stack->Stack.stack;
|
|
|
92 Data* data = context->data[D_Stack]->Stack.data;
|
|
|
93 enum Code next = context->data[D_Stack]->Stack.next;
|
|
|
94 goto pushSingleLinkedStack(context, stack, data, next);
|
|
|
95 }
|
|
|
96 \end{lstlisting}
|
|
|
97
|
|
|
98 \begin{lstlisting}[frame=lrbt,label=Gearef,caption={Gearef、GearImplを使ったコード}]
|
|
|
99 __code pushSingleLinkedStack_stub(struct Context* context) {
|
|
|
100 SingleLinkedStack* stack = (SingleLinkedStack*)GearImpl(context, Stack, stack);
|
|
|
101 Data* data = Gearef(context, Stack)->data;
|
|
|
102 enum Code next = Gearef(context, Stack)->next;
|
|
|
103 goto pushSingleLinkedStack(context, stack, data, next);
|
|
|
104 }
|
|
|
105 \end{lstlisting}
|
|
|
106
|
|
|
107 \section{stub Code Gear}
|
|
|
108 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。
|
|
|
109 しかし、Context を直接扱うのはセキュリティ上好ましくない。
|
|
|
110 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。
|
|
|
111 stub Code Gear は Code Gear 毎に生成され、次の Code Gear へと継続する間に挟まれる。
|
|
|
112
|
|
|
113 %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。
|
|
|
114 %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。
|
|
|
115
|
|
|
116 %\section{TaskQueue}
|
|
|
117 %ActiveTaskQueue と WaitTaskQueue の 2 つの TaskQueue を持つ。
|
|
|
118 %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。
|
|
|
119 %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。
|
|
|
120 %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。
|
|
|
121 %
|
|
|
122 %\section{TaskManager}
|
|
|
123 %Task には Input Data Gear, Output Data Gear が存在する。
|
|
|
124 %Input/Output Data Gear から依存関係を決定し、TaskManager が解決する。
|
|
|
125 %依存関係が解決された Task は WaitTaskQueue から ActiveTaskQueue に移される。
|
|
|
126 %TaskManager はメインとなる Context を参照する。
|
|
|
127 %
|
|
|
128 %\section{Persistent Data Tree}
|
|
|
129 %非破壊木構造で構成された Lock-free なデータストアである。
|
|
|
130 %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。
|
|
|
131 %
|
|
|
132 %\section{Worker}
|
|
|
133 %TaskQueue から Task の取得・実行を行う。
|
|
|
134 %Task の処理に必要なデータは Persistent Data Tree から取得する。
|
|
|
135 %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。
|
|
|
136 %
|
