annotate paper/chapter/03-gears.tex @ 93:b1febd693942

add fig
author anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
date Fri, 05 Feb 2021 20:06:02 +0900 (2021-02-05)
parents 4232c9dc1431
children 7b4d7d2446e6
Ignore whitespace changes - Everywhere: Within whitespace: At end of lines:
rev   line source
33
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents:
diff changeset
1 \chapter{GearsOS}
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents:
diff changeset
2
71
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 70
diff changeset
3 GearsOSとはContinuation Based Cを用いて信頼性と拡張性の両立を目指して実装しているOSプロジェクトである。\cite{gears}
34
fad87973f26a add gears flow
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 33
diff changeset
4 CodeGearとDataGearを基本単位として実行する。
65
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 61
diff changeset
5 CodeGearを基本単位としているため、 各CodeGearは割り込みされず実行される必要がある。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 61
diff changeset
6 割り込みを完全に制御することは一般的には不可能であるが、 GearsOSのメタ計算部分でこれを保証したい。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 61
diff changeset
7 DataGearも基本単位であるため、 各CodeGearがDataGearをどのように扱っているか、書き込みをしたかはGearsOS側で保証するとしている。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 61
diff changeset
8
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 61
diff changeset
9
34
fad87973f26a add gears flow
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 33
diff changeset
10 GearsOSはOSとして実行する側面と、 CbCのシンタックスを拡張した言語フレームワークとしての側面がある。
65
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 61
diff changeset
11 GearsOSはノーマルレベルとメタレベルの分離を目指して構築しているOSである。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 61
diff changeset
12 すべてをプログラマが純粋なCbCで記述してしまうと、 メタレベルの情報を実装しなければならず、ノーマルレベルとメタレベルの分離をした意味がなくなってしまう。
71
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 70
diff changeset
13 GesrsOSではユーザーが書いたノーマルレベルのコードの特定の記述や、シンタックスをもとに、メタレベルの情報を含む等価なCbCへとコンパイル時にコードを変換する。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 70
diff changeset
14 コード変換はPerlスクリプトで行われている。
34
fad87973f26a add gears flow
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 33
diff changeset
15
57
69e341226e5a add reference
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 40
diff changeset
16 現在のGearsOSはUnixシステム上のアプリケーションとして実装されているものと、 xv6の置き換えとして実装されているもの\cite{weko_195888_1}がある。
67
1a2b09854938 fix fig
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 66
diff changeset
17
1a2b09854938 fix fig
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 66
diff changeset
18 \section{GearsOSの構成}
1a2b09854938 fix fig
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 66
diff changeset
19
68
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 67
diff changeset
20 GearsOSは様々な役割を持つCodeGearとDataGearで構成されている。
71
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 70
diff changeset
21 またCodeGearとDataGearのモジュール化の仕組みとしてInterfaceが導入されている。
68
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 67
diff changeset
22 GearsOSの構成図を図\ref{fig:gearsstruct}に示す。
70
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 69
diff changeset
23 中心となるMetaDataGearは以下の要素である。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 69
diff changeset
24
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 69
diff changeset
25 \begin{itemize}
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 69
diff changeset
26 \item Context
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 69
diff changeset
27 \item TaskManager
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 69
diff changeset
28 \item TaskQueue
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 69
diff changeset
29 \item Worker
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 69
diff changeset
30 \end{itemize}
68
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 67
diff changeset
31
67
1a2b09854938 fix fig
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 66
diff changeset
32 \begin{figure}[h]
1a2b09854938 fix fig
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 66
diff changeset
33 \begin{center}
1a2b09854938 fix fig
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 66
diff changeset
34 \includegraphics[width=150mm]{fig/gears_structure.pdf}
1a2b09854938 fix fig
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 66
diff changeset
35 \end{center}
1a2b09854938 fix fig
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 66
diff changeset
36 \caption{GearsOSの構成}
1a2b09854938 fix fig
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 66
diff changeset
37 \label{fig:gearsstruct}
1a2b09854938 fix fig
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 66
diff changeset
38 \end{figure}
1a2b09854938 fix fig
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 66
diff changeset
39
60
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 58
diff changeset
40 \section{Context}
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 58
diff changeset
41 Contextとは従来のOSのプロセスに相当する概念である。
61
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 60
diff changeset
42 GearsOSでのデータの単位から見ると、 MetaDataGearに相当する。
71
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 70
diff changeset
43 Contextの概要図を図\ref{fig:context}に、実際のCbC上での定義をソースコード\ref{src:structContext}に示す。
61
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 60
diff changeset
44
70
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 69
diff changeset
45 ContextはMetaDataGearである為に、 ノーマルレベルのCodeGearからはcontextは直接参照しない。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 69
diff changeset
46 contextの操作をしてしまうと、メタレベルとノーマルレベルの分離をした意味がなくなってしまう為である。
69
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 68
diff changeset
47
66
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 65
diff changeset
48 Contextはプロセスに相当するので、ユーザープログラムごとにCotnextが存在する。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 65
diff changeset
49 このContextをUser Contextと呼ぶ。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 65
diff changeset
50 さらに実行しているGPUやCPUごとにContextが必要となる。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 65
diff changeset
51 これらはCPU Contextと呼ばれる。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 65
diff changeset
52 GearsOSはOSであるため、全体を管理するKernelのContextも必要となる。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 65
diff changeset
53 これはKernelContextやKContextと呼ばれる。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 65
diff changeset
54 KContextはすべてのContextを参照する必要がある。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 65
diff changeset
55 OSが持たなければならない割り込みのフラグなどはKContextに置かれている。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 65
diff changeset
56 GearsOSのメタレベルのプログラミングでは、 今処理をしているContextが誰のContextであるかを強く意識する必要がある。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 65
diff changeset
57
71
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 70
diff changeset
58 \lstinputlisting[label=src:structContext, caption=contextの定義]{src/structContext.h}
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 70
diff changeset
59 \begin{figure}[t]
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 70
diff changeset
60 \begin{center}
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 70
diff changeset
61 \includegraphics[width=120mm]{drawio/context.pdf}
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 70
diff changeset
62 \end{center}
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 70
diff changeset
63 \caption{Contextの概要図}
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 70
diff changeset
64 \label{fig:context}
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 70
diff changeset
65 \end{figure}
66
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 65
diff changeset
66
70
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 69
diff changeset
67
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 69
diff changeset
68 ContextはGearsOSの計算で使用されるすべてのDataGearとCodeGearを持つ。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 69
diff changeset
69 つまりGearsOSで使われるCodeGearとDataGearは、 誰かのContextに必ず書き込まれている。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 69
diff changeset
70 各CodeGear、DataGearはContextはそれぞれ配列形式でContextにデータを格納する場所が用意されている。
71
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 70
diff changeset
71 CodeGearが保存されている配列はソースコード\ref{src:structContext}の6行目で定義している\texttt{code}である。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 70
diff changeset
72 StubCodeGearはContextのみを引数で持つため、 \texttt{\_\_code stub(struct Context*)}の様なCodeGearの関数ポインタのポインタ、つまりCodeGearの配列としての定義されている。
70
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 69
diff changeset
73 これは前述したStubCodeGearの関数ポインタが格納されており、 \texttt{\_\_code meta}でのディスパッチに利用される。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 69
diff changeset
74
71
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 70
diff changeset
75 DataGearが保存されている配列は7行目で定義している\texttt{data}である 。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 70
diff changeset
76 すべてのDataGearはGearsOS上では\texttt{union Data}型として取り扱えるので、 \texttt{union Data}のポインタの配列として宣言されている。
70
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 69
diff changeset
77 ただしGearsOSで使うすべてのDataGearがこのContextに保存されている訳ではない。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 69
diff changeset
78 Interfaceを利用したgoto時の値の保存場所として、この配列にDataGearごと割り振られた場所にDtaGearを保存する用途で利用している。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 69
diff changeset
79 CodeGearで利用している配列と同様に、 この配列の添え字もDataGearの番号に対応している。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 69
diff changeset
80
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 69
diff changeset
81
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 69
diff changeset
82 DataGearは配列形式のデータ格納場所のほかに、Contextが持つヒープに保存することも可能である。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 69
diff changeset
83 計算で必要なDataGearは、 CbCの中でアロケーションした場合はContextにヒープに書き込まれる。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 69
diff changeset
84 ヒープにはDataGearと、書き込んだDataGearのメタ情報が記載されているMetaDataGearで構成されている。
71
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 70
diff changeset
85 \section{Stub Code Gear}
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 70
diff changeset
86 次のCodeGearに継続する際、ノーマルレベルから見ると次のCodeGearを直接指定しているように見える。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 70
diff changeset
87 さらに次のCodeGearに引数などを直接渡しているようにも見える。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 70
diff changeset
88 しかしノーマルレベルから次のCodeGearに継続する場合は関数ポインタなどが必要になるが、 これらはメタ計算に含まれる。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 70
diff changeset
89 その為純粋にノーマルレベルからCodeGear間を自由に継続させてしまうと、 ノーマルレベルとメタレベルの分離ができなくなってしまう。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 70
diff changeset
90 ノーマルレベルとメタレベルの分離の為に、 次のCodeGearには直接継続させず、間にMetaCodeGearをはさむようにする必要がある。
72
951cb9681030 add source code
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 71
diff changeset
91 またポインタをノーマルレベルには持たせず、 継続先のCodeGearは番号を使って指定する。
71
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 70
diff changeset
92 CodeGear間の継続はGearsOSのビルド時にPerlスクリプトによって書き換えが行われ、MetaCodeGearを経由するように変更される。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 70
diff changeset
93
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 70
diff changeset
94 GearsOSではDataGearはすべてContextを経由してやり取りをする。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 70
diff changeset
95 次の継続にDataGearを渡す場合、 継続する前に一度ContextにDataGearを書き込み、 継続先でContextからDataGearを取り出す。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 70
diff changeset
96 ContextはMetaDataGearであるために、 ノーマルレベルのCodeGearではなくMetaCodeGearで扱う必要がある。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 70
diff changeset
97 各CodeGearの計算で必要なDataGearをContextから取り出すMetaCodeGearは、 実行したいCodeGearの直前で実行される必要がある。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 70
diff changeset
98 このCodeGearを特にStubCodeGearと呼ぶ。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 70
diff changeset
99 StubCodeGearはすべてのCodeGearに対して実装しなければならず、 手で実装するのは煩雑である。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 70
diff changeset
100 StubCodeGearもGearsOSのビルド時にPerlスクリプトによって自動生成される。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 70
diff changeset
101
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 70
diff changeset
102 ソースコード\ref{src:StackPush}に示すノーマルレベルで記述したCodeGearを、Perlスクリプトによって変換した結果をソースコード\ref{src:StackPushStub}に示す。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 70
diff changeset
103 常に自分自身のContextをCodeGearは入力の形で受け取る為、変換後の\texttt{pushSingleLinkedStack}は、 第1引数にContextが加わっている。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 70
diff changeset
104 pushSingleLinkedStackは引数は3つ要求していた。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 70
diff changeset
105 これらの引数は生成された\texttt{pushSingleLinkedStack\_stub}がContextの特定の場所から取り出す。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 70
diff changeset
106 このCodeGearはGearsOSのInterfaceを利用しており、 Stack Interaceの実装となっている。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 70
diff changeset
107 マクロ\texttt{Gearef}は、 contextのInterface用のDataGearの置き場所にアクセスするマクロであり、 Stack Interfaceの置き場所から、引数情報を取得している。
72
951cb9681030 add source code
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 71
diff changeset
108 マクロ\texttt{Gearef}の定義をソースコード\ref{src:gearef}に示す。
951cb9681030 add source code
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 71
diff changeset
109 マクロ\texttt{Gearef}では引数で与えられたDataGearの名前を、enumを利用した番号に変換し、contextから値を取り出している。
951cb9681030 add source code
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 71
diff changeset
110 DataGearは\texttt{enum Data}型で各DataGearの型ごとに番号が割り振られている。(ソースコード\ref{src:enumData})
951cb9681030 add source code
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 71
diff changeset
111 \lstinputlisting[label=src:gearef, caption=Gearefマクロ]{src/gearef.h}
951cb9681030 add source code
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 71
diff changeset
112 \lstinputlisting[label=src:enumData, caption=enumDataの定義]{src/enumData.h}
951cb9681030 add source code
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 71
diff changeset
113
951cb9681030 add source code
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 71
diff changeset
114
71
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 70
diff changeset
115 すべての引数を取得したのちに、\texttt{goto pushSingleLinkedStack}で、CodeGearに継続する。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 70
diff changeset
116 \lstinputlisting[label=src:StackPush, caption=StackにPushするCodeGear]{src/StackPush.cbc}
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 70
diff changeset
117 \lstinputlisting[label=src:StackPushStub, caption=\ref{src:StackPush}のStubCodeGear]{src/StackPush.c}
70
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 69
diff changeset
118
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 69
diff changeset
119
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 69
diff changeset
120 Contextと継続の関係性を図\ref{fig:stubCodeGear}に示す。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 69
diff changeset
121 StubCodeGearはGearsOSで定義されているノーマルレベルのCodeGearのすべてに生成される。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 69
diff changeset
122
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 69
diff changeset
123 \begin{figure}[h]
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 69
diff changeset
124 \begin{center}
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 69
diff changeset
125 \includegraphics[width=160mm]{drawio/stubCodeGear.pdf}
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 69
diff changeset
126 \end{center}
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 69
diff changeset
127 \caption{Contextを参照したCodeGearのデータアクセス}
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 69
diff changeset
128 \label{fig:stubCodeGear}
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 69
diff changeset
129 \end{figure}
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 69
diff changeset
130
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 69
diff changeset
131
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 69
diff changeset
132 \texttt{\_\_code meta}の定義をソースコード\ref{src:meta}に示す。
72
951cb9681030 add source code
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 71
diff changeset
133 \lstinputlisting[label=src:meta, caption=\_\_code meta]{src/meta.cbc}
70
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 69
diff changeset
134 \texttt{\_\_code meta}はContextに格納されているCodeGearの配列からCodeGearのアドレスを取得し継続する。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 69
diff changeset
135 この際に配列の要素を特定する際に使われる添え字は、 各CodeGearに割り振られた番号を利用している。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 69
diff changeset
136 この番号はC言語の列挙体を使用した\texttt{enum Code}型で定義されている。
72
951cb9681030 add source code
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 71
diff changeset
137 \texttt{enum Code}型の定義をソースコード\ref{src:enumCode}に示す。
951cb9681030 add source code
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 71
diff changeset
138 命名規則は\texttt{C\_CodeGearName}となっている。
951cb9681030 add source code
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 71
diff changeset
139 \lstinputlisting[label=src:enumCode, caption=CodeGearの番号であるenumCodeの定義]{src/enumCode.h}
70
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 69
diff changeset
140 \texttt{enum Code}型はGearsOSのコンパイル時に利用されているCodeGearを数え上げて生成される。
72
951cb9681030 add source code
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 71
diff changeset
141 Contextのcode配列には、各CodeGearのStubCodeGearの関数ポインタが配置されている。
951cb9681030 add source code
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 71
diff changeset
142 よって\texttt{\_\_code meta}から継続する先のCodeGearは、呼び出し先のCodeGearの直前に実行されるStubCodeGearになる。
70
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 69
diff changeset
143
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 69
diff changeset
144 CodeGearからCodeGearへの継続は、関数型プログラミングの継続先に渡すDataとCodeの組のClosureとなっている。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 69
diff changeset
145 シンタックスでは継続の際に引数\texttt{(...)}を渡す。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 69
diff changeset
146 これは処理系では特に使用していないキーワードであるが、 このClosureを持ち歩いていることを意識するために導入されている。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 69
diff changeset
147
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 69
diff changeset
148
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 69
diff changeset
149
66
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 65
diff changeset
150 \section{TaskManager}
73
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 72
diff changeset
151 TaskManagerはGearsOS上で実行されるTaskの管理を行う。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 72
diff changeset
152 GearsOS上のTaskとはContextのことであり、 各Contextには自分の計算に必要なDataGearのカウンタなどが含まれている。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 72
diff changeset
153 TaskManagerは、CodeGearの計算に必要な入力のDataGear(InputDataGear)が揃っているかの確認、揃っていなかったら待ち合わせを行う処理がある。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 72
diff changeset
154 すべてのDataGearが揃った場合、 TaskをWorkerのQueueに通知しTaskを実行させる。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 72
diff changeset
155 この処理はGearsOSを並列実行させる場合に必要な機能となっている。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 72
diff changeset
156
66
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 65
diff changeset
157 TaskManagerは性質上シングルトンである。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 65
diff changeset
158 その為、複数Workerを走らせた場合でも1全体で1つのみの値を持っていたいものはTaskManagerが握っている必要がある。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 65
diff changeset
159 例えばモデル検査用の状態保存用のデータベース情報は、 TaskManagerが所有している。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 65
diff changeset
160
73
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 72
diff changeset
161 \section{TaskQueue}
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 72
diff changeset
162 GearsOSのTaskQueueはSynchronizedQueueで表現されている。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 72
diff changeset
163 TaskQueueはWorkerが利用するQueueとなっている。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 72
diff changeset
164
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 72
diff changeset
165 WorkerのQueueは、TaskManagerに接続してTaskを送信するスレッドと、 Taskを実行するWorker自身のスレッドで扱われる。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 72
diff changeset
166 さらにWorkerが複数走る可能性もある。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 72
diff changeset
167 その為SynchronizedQueueは、マルチスレッドでもデータの一貫性を保証する必要がある。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 72
diff changeset
168 GearsOSではCAS(Check and Set, Compare and Swap)を利用して実装が行われている。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 72
diff changeset
169
66
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 65
diff changeset
170 \section{Worker}
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 65
diff changeset
171 WorkerはWorkerの初期化にスレッドを作る。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 65
diff changeset
172 GearsOSではスレッドごとにそれぞれContextが生成される。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 65
diff changeset
173 Workerはスレッド作製後にContextの初期化APIを呼び出し、自分のフィールドにContextのアドレスを書き込む。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 65
diff changeset
174
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 65
diff changeset
175 スレッド作製後はTaskManagerからTaskを取得する。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 65
diff changeset
176 TaskはContextの形で表現されているために、WorkerのContextをTaskに切り替え、 Taskの次の継続に実行する。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 65
diff changeset
177 OutputDataGearがある場合は、Task実行後にDataGearの書き出しが行われる。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 65
diff changeset
178
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 65
diff changeset
179 WorkerはCodeGearの前後で確実に呼び出される。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 65
diff changeset
180 この性質を利用すると、 CodeGearの実行の前後での状態を記録することが可能である。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 65
diff changeset
181 つまりモデル検査が可能である為、モデル検査用のWorkerを定義して入れ替えるとコードに変更を与えずに実行できる。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 65
diff changeset
182 Worker自体はInterfaceで表現されているために、入れ替えは容易となっている。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 65
diff changeset
183 GearsOSでは通常のWorkerとしてCPUWorkerを、GPUに関連した処理をするCUDAWorker、合間にモデル検査関連のメタ計算をはさむMCWorkerが定義されている。
61
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 60
diff changeset
184 \section{union Data型}
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 60
diff changeset
185
68
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 67
diff changeset
186 CbC/GearsOSではDataGearは構造体の形で表現されていた。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 67
diff changeset
187 すべてのDataGearを管理する、Contextは計算で使うすべてのDataGearの型定義を持っている。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 67
diff changeset
188 各DataGearは当然ではあるが別の型である。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 67
diff changeset
189 例えばStack DataGearとQueue DataGearは、それぞれstruct Stackとstruct Queueで表現されるが、 C言語のシステム上別の型とみなされる。
61
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 60
diff changeset
190 メタレベルで見れば、 この型定義は\texttt{union Data}型にすべて書かれている。
68
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 67
diff changeset
191 しかしContextはこれらの型をすべてDataGearとして等しく扱う必要がある。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 67
diff changeset
192 この為にC言語の共用体を使用し、汎用的なDataGearの型であるunion Data型を定義している。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 67
diff changeset
193 共用体とは、構成するメンバ変数で最大の型のメモリサイズと同じメモリサイズになる特徴があり、複数の異なる型をまとめて管理することができる。
61
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 60
diff changeset
194 構造体と違い、1度に一つの型しか使うことができない。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 60
diff changeset
195
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 60
diff changeset
196
68
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 67
diff changeset
197 実際にどの型が書き込まれているかは、 Contextのどこに書き込まれているかによって確認の方法が異なる。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 67
diff changeset
198 Interfaceの入出力で利用しているdata配列の場合は、enumの番号とdata配列の添え字が対応している。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 67
diff changeset
199 このためenumで指定した場所に入っているunion Dataの具体的な型は、 enumと対応するDataGearになる。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 67
diff changeset
200 contextのヒープにアロケートされたDataGearの場合は、 型情報を取得できるMetaDataGearにアクセスすると、なんの型であったかが分かる。
60
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 58
diff changeset
201
71
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 70
diff changeset
202 Contextから取り出してきたunion DataからDataGearの型への変換はメタ計算で行われる。
68
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 67
diff changeset
203 GearsOSの場合は、計算したいCodeGearの直前で実行されるStubCodeGearで値のキャストが行われる。
73
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 72
diff changeset
204
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 72
diff changeset
205 \section{Interface}
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 72
diff changeset
206 GearsOSのモジュール化の仕組みとしてInterfaceがある。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 72
diff changeset
207 InterfaceはCodeGearと各CodeGearで使う入出力のDataGearの集合である。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 72
diff changeset
208 Interfaceに定義されているCodeGearは、各Interfaceが満たすこと期待するAPIである。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 72
diff changeset
209
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 72
diff changeset
210 Intefaceは仕様(Interface)と、実装(Implement, Impl)を別けて記述する。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 72
diff changeset
211 Interfaceを呼び出す場合は、Interfaceに定義されたAPIに沿ってプログラミングをすることで、Implの内容を隠蔽することができる。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 72
diff changeset
212 これによってメタ計算部分で実装を入れ替えつつInterfaceを使用したり、 ふるまいを変更することなく具体的な処理の内容のみを変更することが容易にできる。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 72
diff changeset
213 これはJavaのInterface、Haskellの型クラスに相当する機能である。
74
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 73
diff changeset
214
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 73
diff changeset
215 \subsection{Interfaceの定義}
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 73
diff changeset
216 GearsOSに実装されているQueueのInterfaceの定義をソースコード\ref{src:queue}に示す。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 73
diff changeset
217 \lstinputlisting[label=src:queue, caption=QueueのInterface]{src/queue.h}
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 73
diff changeset
218 Interfaceの定義は、前半に入出力で利用するDataGearを列挙する。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 73
diff changeset
219 ここでは\texttt{queue}と\texttt{data}を利用する。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 73
diff changeset
220 4行目からはAPIの宣言である。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 73
diff changeset
221 各APIはCodeGearであるので\texttt{\_\_code}で宣言する。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 73
diff changeset
222 各CodeGearの第1引数は\texttt{Impl*}型の変数になっている。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 73
diff changeset
223 これはInterfaceと対応するImplementのDataGearのポインタである。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 73
diff changeset
224 Javaなどのオブジェクト指向言語ではselfやthisのキーワードで参照できるものとほぼ等しい。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 73
diff changeset
225 Interface宣言時には具体的にどの型が来るかは不定であるため、 キーワードを利用している。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 73
diff changeset
226 ImplはInterfaceのAPI呼び出し時に、メタレベルの処理であるStubCodeGearで自動で入力される。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 73
diff changeset
227 その為ユーザーはInterfaceのAPIを呼び出す際は、 このImplに対応する引数は設定しない。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 73
diff changeset
228 すなわち実際にいれるべき引数は、 Implを抜いたものになる。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 73
diff changeset
229
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 73
diff changeset
230 第1引数にImplが来ないCodeGearとして\texttt{whenEmpty}と\texttt{next}がQueueの例で存在している。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 73
diff changeset
231 これらはAPIの呼び出し時に継続として渡されるCodeGearであるため、 Interfaceの定義時には不定である。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 73
diff changeset
232 その為\texttt{...}を用いて、不定なCodeGearとDataGearのClosureが来ると仮定している。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 73
diff changeset
233 8行目で定義している\texttt{whenEmpty}はQueueの状態を確認し、空でなければ\texttt{next}、空であれば\texttt{whenEmpty}に継続する。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 73
diff changeset
234 これらは呼び出し時にCodeGearを入力して与えることになる。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 73
diff changeset
235
73
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 72
diff changeset
236
74
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 73
diff changeset
237 \subsection{Interfaceの呼び出し}
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 73
diff changeset
238 Interfaceで定義したAPIは\texttt{interface->method}の記法で呼びだすことが可能である。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 73
diff changeset
239 ソースコード\ref{src:queueTake}では、 Queue Interfaceのtake APIを呼び出している。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 73
diff changeset
240 takeは\texttt{\_\_code next}を要求しているので、 CodeGearの名前を引数として渡している。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 73
diff changeset
241 これはノーマルレベルではenumの番号として処理される。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 73
diff changeset
242 takeは出力を1つ出すCodeGearである為、継続で渡された\texttt{odgCommitCUDAWorker4}はStubでこの出力を受け取る。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 73
diff changeset
243 \lstinputlisting[label=src:queueTake, caption=InterfaceのAPIの呼び出し]{src/queueTake.cbc}
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 73
diff changeset
244
77
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 76
diff changeset
245 また、Interfaceを利用する場合はソースコード中に\texttt{\#interface "interfaceName.h"}と記述する必要がある。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 76
diff changeset
246 例えばQueueを利用する場合は\texttt{\#interface "Queue.h"}と記述しなければならない。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 76
diff changeset
247 \texttt{\#interface}構文は、一見するとC言語のマクロの様に見える。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 76
diff changeset
248 実際にはマクロではなく、 Perlスクリプトによってメタレベルの情報を含むCbCファイルに変換する際に、 Perlスクリプトに使っているInterfaceを教えるアノテーションの様な役割である。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 76
diff changeset
249 Perlスクリプトによって変換時に、 \texttt{\#interface}の宣言は削除される。
76
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 74
diff changeset
250
74
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 73
diff changeset
251 \subsection{Interfaceのメタレベルの実装}
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 73
diff changeset
252 Interface自身もDataGearであり、実際の定義はcontextのunion Data型に記述されている。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 73
diff changeset
253 メタレベルではIntefaceのDataGearのGearsOS上の実装である構造体自身にアクセス可能である。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 73
diff changeset
254 Queue Interfaceに対応する構造体の定義をソースコード\ref{src:queueStruct}に示す。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 73
diff changeset
255 \lstinputlisting[label=src:queueStruct, caption=QueueのInterfaceに対応する構造体]{src/queueStruct.h}
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 73
diff changeset
256
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 73
diff changeset
257 Interfaceの実装は、この構造体に代入されている値で表現される。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 73
diff changeset
258 Interfaceの定義(ソースコード\ref{src:queue})と、 実際の構造体(ソースコード\ref{src:queueStruct})を見比べると、 CodeGearは\texttt{enum Code}として表現し直されている。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 73
diff changeset
259 \texttt{enum Code}はGearsOSで使うすべてのCodeGearに割り振られた番号である。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 73
diff changeset
260 InterfaceはAPIに対応するenum Codeに、Impl側のenumCodeを代入することで、実装を表現している。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 73
diff changeset
261 InterfaceのImpl側のDataGearは、 各Interfaceに存在する、Interface名の最初の一文字が小文字になったunion Data型のポインタ経由で取得可能である。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 73
diff changeset
262
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 73
diff changeset
263 \subsection{InterfaceのImplの実装}
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 73
diff changeset
264 実際にInterfaceの初期化をしている箇所を確認する。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 73
diff changeset
265 Queue Interfaceに対応するSingleLinkedQueueの実装を\ref{src:SingleLinkedQueueOld}に示す。
73
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 72
diff changeset
266 \lstinputlisting[label=src:SingleLinkedQueueOld, caption=SingleLinkedQueueの実装]{src/SingleLinkedQueueOld.cbc}
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 72
diff changeset
267
77
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 76
diff changeset
268 Interfaceの実装の場合も、 Interface呼び出しのAPIである\texttt{\#interface "Queue.h"}を記述する必要がある。
74
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 73
diff changeset
269 \texttt{createSingleLinkedQueue}はSingleLinkedQueueで実装したQueue Interfaceのコンストラクタである。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 73
diff changeset
270 これは関数呼び出しで実装されており、 返り値はInterfaceのポインタである。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 73
diff changeset
271 コンストラクタ内ではQueueおよびSingleLinkedQueueのアロケーションを行っている。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 73
diff changeset
272 \texttt{new}演算子が使われているが、 これはGearsOSで拡張されたシンタックスの1つである。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 73
diff changeset
273 newはGearsOSのビルド時にPerlスクリプトによって、contextが持つDataGearのヒープ領域の操作のマクロに切り替わる。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 73
diff changeset
274 ノーマルレベルではcontextにアクセスできないので、 Javaの様なアロケーションのシンタックスを導入している。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 73
diff changeset
275
76
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 74
diff changeset
276 \subsection{goto時のContextとInterfaceの関係}
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 74
diff changeset
277 Interfaceはモジュール化の仕組みとしてでなく、 メタレベルでは一時的な変数の置き場所としても利用している。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 74
diff changeset
278 ソースコード\ref{src:queueTake}で呼び出しているtakeは、 OutputDataGearがあるAPIである。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 74
diff changeset
279 このOutputDataGearは、 context内のDataGearの置き場所であるdata配列の、 Interfaceのデータ格納場所に書き込まれる。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 74
diff changeset
280 OutputDataGearを取得する場合は、 継続先でなく、APIのInterfaceから取得しないといけない。
73
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 72
diff changeset
281
76
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 74
diff changeset
282 また、goto文で別のCodeGearに遷移する際も、引数情報を継続先のcontextのdata配列の場所に書き込む必要がある。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 74
diff changeset
283 この処理はメタレベルの計算であるため、 GearsOSのビルド時にPerlで変換される。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 74
diff changeset
284 ソースコード\ref{src:takeStub}にソースコード\ref{src:queueTake}の変換結果を示す。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 74
diff changeset
285 この例ではStubCodeGearのディスパッチを行う\texttt{\_\_code meta}へのgotoの前に、Gearefマクロを使ったcontextへの書き戻しが行われている。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 74
diff changeset
286 GearsOSはCbCを用いて実装している為、スタックを持っていない。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 74
diff changeset
287 その為都度データはContextに書き戻す必要があるが、データの一時保管場所としても利用されている。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 74
diff changeset
288 \lstinputlisting[label=src:takeStub, caption=takeを呼び出す部分の変換後]{src/queueTakeStub.cbc}
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 74
diff changeset
289 この性質からInterfaceには、Interfaceを実装するDataGearが持っておきたい変数はいれてはいけない。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 74
diff changeset
290 例えばQueueの実装では先頭要素を指し示す情報が必要であるが、 これをInterface側のDataGearにしてしまうと、 呼び出し時に毎回更新されてしまう。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 74
diff changeset
291 常に持っておきたい値は、 Impl側のDataGearの要素として定義する必要がある。
73
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 72
diff changeset
292
90
a93c2401753b s/for/as/
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 84
diff changeset
293 \section{par goto}
a93c2401753b s/for/as/
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 84
diff changeset
294 TODO
a93c2401753b s/for/as/
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 84
diff changeset
295
34
fad87973f26a add gears flow
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 33
diff changeset
296 \section{GearsOSのビルドシステム}
fad87973f26a add gears flow
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 33
diff changeset
297 GearsOSではビルドツールにCMakeを利用している。
35
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 34
diff changeset
298 ビルドフローを図\ref{fig:gearsbuild1}に示す。
34
fad87973f26a add gears flow
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 33
diff changeset
299 CMakeはautomakeなどのMakeファイルを作成するツールに相当するものである。
70
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 69
diff changeset
300 GearsOSでプログラミングする際は、ビルドしたいプロジェクトで利用するソースコード群をCMakeの設定ファイルであるCMakeLists.txtに記述する。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 69
diff changeset
301 CMakeLists.txtではGearsOSのビルドに必要な一連の処理をマクロ\texttt{GearsCommand}で制御している。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 69
diff changeset
302 このマクロにプロジェクト名を\texttt{TARGET}として、 コンパイルしたいファイルを\texttt{SOURCES}に記述する。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 69
diff changeset
303 ソースコード\ref{src:cmakeGearsMacro}の例では\texttt{pop\_and\_push}が\texttt{TARGET}に指定されている。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 69
diff changeset
304 なおヘッダファイルは\texttt{SOURCES}に指定する必要はなく、 自動で解決される。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 69
diff changeset
305
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 69
diff changeset
306 CMake自身はコンパイルに必要なコマンドを実行することはなく、ビルドツールであるmakeやninja-buildに処理を移譲している。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 69
diff changeset
307 CMakeはmakeやninja-buildが実行時に必要とするファイルであるMakefile、 build.ninjaの生成までを担当する。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 69
diff changeset
308 \lstinputlisting[label=src:cmakeGearsMacro, caption=CMakeList.txt内でのプロジェクト定義]{src/GearsMacroCMake.txt}
34
fad87973f26a add gears flow
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 33
diff changeset
309
fad87973f26a add gears flow
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 33
diff changeset
310
35
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 34
diff changeset
311 GearsOSのビルドでは直接CbCコンパイラがソースコードをコンパイルすることはなく、 間にPerlスクリプトが2種類実行される。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 34
diff changeset
312 Perlスクリプトはビルド対象のGearsOSで拡張されたCbCファイルを、純粋なCbCファイルに変換する。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 34
diff changeset
313 ほかにGearsOSで動作する例題ごとに必要な初期化関数なども生成する。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 34
diff changeset
314 Perlスクリプトで変換されたCbCファイルなどをもとにCbCコンパイラがコンパイルを行う。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 34
diff changeset
315 ビルドの処理は自動化されており、 CMake経由でmakeやninjaコマンドを用いてビルドする。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 34
diff changeset
316
60
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 58
diff changeset
317 \begin{figure}[h]
34
fad87973f26a add gears flow
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 33
diff changeset
318 \begin{center}
60
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 58
diff changeset
319 \includegraphics[width=150mm]{drawio/geasflow1.pdf}
34
fad87973f26a add gears flow
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 33
diff changeset
320 \end{center}
fad87973f26a add gears flow
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 33
diff changeset
321 \caption{GearsOSのビルドフロー}
fad87973f26a add gears flow
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 33
diff changeset
322 \label{fig:gearsbuild1}
61
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 60
diff changeset
323 \end{figure}
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 60
diff changeset
324
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 60
diff changeset
325
34
fad87973f26a add gears flow
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 33
diff changeset
326
60
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 58
diff changeset
327 \section{GearsOSのCbCから純粋なCbCへの変換}
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 58
diff changeset
328 GearsOSはCbCを拡張した言語となっている。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 58
diff changeset
329 ただしこの拡張自体はCbCコンパイラであるgcc、 llvm/clangには搭載されていない。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 58
diff changeset
330 その為GearsOSの拡張部分を、等価な純粋なCbCの記述に変換する必要がある。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 58
diff changeset
331 現在のGearsOSでは、 CMakeによるコンパイル時にPerlで記述された\texttt{generate\_stub.pl}と\texttt{generate\_context.pl}の2種類のスクリプトで変換される。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 58
diff changeset
332
76
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 74
diff changeset
333 これらのPerlスクリプトはプログラマが自分で動かすことはない。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 74
diff changeset
334 Perlスクリプトの実行手順はCMakeLists.txtに記述しており、 makeやninja-buildでのビルド時に呼び出される。(ソースコード \ref{src:cmake1})
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 74
diff changeset
335
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 74
diff changeset
336 \lstinputlisting[label=src:cmake1, caption=CMakeList.txt内でのPerlの実行部分]{src/cmakefile.1.txt}
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 74
diff changeset
337
60
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 58
diff changeset
338 \section{generate\_stub.pl}
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 58
diff changeset
339 generate\_stub.plは各CbCファイルごとに呼び出される。
77
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 76
diff changeset
340 図\ref{fig:generate_stub_pl_1}にgenerate\_stub.plを使った処理の概要を示す。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 76
diff changeset
341 ユーザーが記述したGearsOSのCbCファイルは、 ノーマルレベルのコードである。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 76
diff changeset
342 generate\_stub.plは、 CbCファイルにメタレベルの情報を付け加え、GearsOSの拡張構文を取り除いた結果のCbCファイルを新たに生成する。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 76
diff changeset
343 返還前のGearsOSのファイルの拡張子は.cbcであるが、 generate\_stub.plによって変換されると、 同名で拡張子のみ.cに切り替わったファイルが生成される。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 76
diff changeset
344 拡張子は.cであるが、中身はCbCで記述されている。
91
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 90
diff changeset
345 generate\_stub.plはあるプログラムのソースコードから別のプログラムのソースコードを生成するトランスパイラとして見ることができる。
77
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 76
diff changeset
346
60
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 58
diff changeset
347
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 58
diff changeset
348 \begin{figure}[h]
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 58
diff changeset
349 \begin{center}
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 58
diff changeset
350 \includegraphics[width=160mm]{drawio/gears_os_build_flow.pdf}
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 58
diff changeset
351 \end{center}
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 58
diff changeset
352 \caption{generate\_sub.plを使ったトランスコンパイル}
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 58
diff changeset
353 \label{fig:generate_stub_pl_1}
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 58
diff changeset
354 \end{figure}
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 58
diff changeset
355
77
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 76
diff changeset
356 generate\_stub.plはGearsOSのソースコードを2回読む。
91
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 90
diff changeset
357 1度目の読み込みは関数getDataGearが担当する。(図\ref{fig:aboutDataGear})
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 90
diff changeset
358 ソースコード中に登場するCodeGearと、CodeGearの入出力を検知する。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 90
diff changeset
359 この際に\texttt{\#interface}構文でInterfaceの利用が確認された場合、 Interfaceの定義ファイルを開き、getDataGearをさらに呼び出す。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 90
diff changeset
360 これらの処理で、 1つのGearsOSのファイル自身と、 呼び出しているInterfaceの定義ファイルに実装されているCodeGearとDataGearの組を取得する。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 90
diff changeset
361 データの収集は、入力で与えられたファイルを1行ずつ読み込み、 あらかじめ設定した正規表現にパターンマッチすることで処理を行っている。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 90
diff changeset
362 ソースコード\ref{src:generateExampleInterface}は、GearsOSのソースコード中でInterfaceの使用宣言部分のパターンマッチ処理である。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 90
diff changeset
363 \lstinputlisting[label=src:generateExampleInterface, caption=CMakeList.txt内でのPerlの実行部分]{src/generateStubInterfaceExample.pl}
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 90
diff changeset
364
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 90
diff changeset
365 ここでは使用しているInterfaceの名前を変数\texttt{\$interfaceHeader}にキャプチャし、 Interfaceの読み込み処理を8行目の\texttt{includeInterface}関数で実行している。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 90
diff changeset
366 includeInterface関数の中ではgetDataGearを呼び出し、CodeGear、DataGearの情報を取得している。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 90
diff changeset
367
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 90
diff changeset
368
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 90
diff changeset
369 取得した情報はgenerate\_stub.plが持つ変数に書き込まれる。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 90
diff changeset
370 この変数は主にPerlのハッシュ(連想配列)が利用される。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 90
diff changeset
371
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 90
diff changeset
372
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 90
diff changeset
373 \begin{figure}[h]
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 90
diff changeset
374 \begin{center}
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 90
diff changeset
375 \includegraphics[width=120mm]{drawio/getDataGearAbout.pdf}
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 90
diff changeset
376 \end{center}
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 90
diff changeset
377 \caption{getDataGearの処理の概要}
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 90
diff changeset
378 \label{fig:aboutDataGear}
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 90
diff changeset
379 \end{figure}
77
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 76
diff changeset
380
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 76
diff changeset
381 1度ファイルを完全に読み込み、 CodeGear、DataGearの情報を取得し終わると、以降はその情報をもとに変換したファイルを書き出す。
93
b1febd693942 add fig
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 91
diff changeset
382 この書き出しはgenerateDataGear関数で行われる。(図\ref{fig:aboutgenerateDataGear})
77
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 76
diff changeset
383 ファイルを書き出す際は、 元のCbCファイルを再読み込みし、 変換する必要があるキーワードが出現するまでは、変換後のファイルに転記を行う。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 76
diff changeset
384 例えば各CodeGearの最後に実行される\texttt{goto}文は、 GearsOSの場合はMetaCodeGearに継続するように、 対象を切り替える必要がある。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 76
diff changeset
385 この為にgenerate\_stub.plは、goto文を検知するとcontext経由で引数のやりとりをするメタ処理を付け加える。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 76
diff changeset
386 また、すべてのCodeGearはcontextを入力として受け取る必要があるため、 引数を書き換えてContextを付け加えている。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 76
diff changeset
387
93
b1febd693942 add fig
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 91
diff changeset
388 \begin{figure}[h]
b1febd693942 add fig
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 91
diff changeset
389 \begin{center}
b1febd693942 add fig
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 91
diff changeset
390 \includegraphics[width=130mm]{drawio/generateDataGearAbout.pdf}
b1febd693942 add fig
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 91
diff changeset
391 \end{center}
b1febd693942 add fig
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 91
diff changeset
392 \caption{generateDataGearの処理の概要}
b1febd693942 add fig
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 91
diff changeset
393 \label{fig:aboutgenerateDataGear}
b1febd693942 add fig
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 91
diff changeset
394 \end{figure}
b1febd693942 add fig
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 91
diff changeset
395
b1febd693942 add fig
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 91
diff changeset
396
91
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 90
diff changeset
397 generate\_stub.plはPerlで書かれたトランスパイラであり、 C言語のコンパイラのように文字列を字句解析、構文解析をする訳ではない。
77
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 76
diff changeset
398 いくつかあらかじめ定義した正規表現パターンに読み込んでいるCbCファイルの行がパターンマッチされたら、 特定の処理をする様に実装されている。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 76
diff changeset
399
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 76
diff changeset
400 CodeGearの入力をcontextから取り出すStubCodeGearの生成もgenerate\_stub.plで行う。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 76
diff changeset
401 なおすでにStubCodeGearが実装されていた場合は、 generate\_stub.plはStubCodeGearは生成しない。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 76
diff changeset
402
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 76
diff changeset
403
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 76
diff changeset
404
60
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 58
diff changeset
405 \section{generate\_context.pl}
76
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 74
diff changeset
406 generate\_context.plは、Contextの初期化関連のファイルを生成するPerlスクリプトである。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 74
diff changeset
407 Contextを初期化するためには、下記の処理をしなければならない。
60
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 58
diff changeset
408
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 58
diff changeset
409 \begin{itemize}
76
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 74
diff changeset
410 \item CodeGearのリストにStubCodeGearのアドレスの代入
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 74
diff changeset
411 \item goto meta時に引数を格納するdata配列のアロケーション
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 74
diff changeset
412 \item 計算で使用するすべてのDataGear、CodeGearに対して番号を割り振り、 enumを作製する
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 74
diff changeset
413 \item コンストラクタ関数のexternの生成
60
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 58
diff changeset
414 \end{itemize}
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 58
diff changeset
415
76
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 74
diff changeset
416 これらの記述は煩雑であるものの、CbCファイルとDataGearの情報が纏められたcontext.hを見れば、記述すべき内容は一意に決定でき為、自動化が可能である。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 74
diff changeset
417 generate\_context.plは、 context.hを読み、まずDataGearの取得を行う。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 74
diff changeset
418 CodeGearは、generate\_stub.plで変換されたCbCファイルを読み込み、 \texttt{\_\_code}があるものをCodeGearとして判断する。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 74
diff changeset
419 また、Cの一般関数でも\texttt{create}が関数名に含まれており、 ポインタ型を返す関数はInterfaceのコンストラクタとして判断する。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 74
diff changeset
420 これらの情報をもとに、 CodeGear、DataGearの番号を作製し、enumCode.hとenumData.hとして書き出す。
60
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 58
diff changeset
421
76
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 74
diff changeset
422
60
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 58
diff changeset
423
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 58
diff changeset
424 \begin{figure}[h]
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 58
diff changeset
425 \begin{center}
76
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 74
diff changeset
426 \includegraphics[width=90mm]{drawio/old_generate_context.pdf}
60
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 58
diff changeset
427 \end{center}
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 58
diff changeset
428 \caption{generate\_context.plを使ったファイル生成}
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 58
diff changeset
429 \label{fig:generate_context_1}
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 58
diff changeset
430 \end{figure}
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 58
diff changeset
431
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 58
diff changeset
432
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 58
diff changeset
433
57
69e341226e5a add reference
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 40
diff changeset
434 \section{CbC xv6}
69e341226e5a add reference
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 40
diff changeset
435 CbC xv6はGearsOSのシステムを利用してxv6 OSの置き換えを目指しているプロジェクトである。\cite{cbcxv6repo}
69e341226e5a add reference
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 40
diff changeset
436 xv6はv6 OS\cite{lions1996lions}をx86アーキテクチャ用にMITによって実装し直されたものである。
69e341226e5a add reference
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 40
diff changeset
437 Raspberry Pi上での動作を目指しているため、 ARMアーキテクチャ用に改良されたバージョンを利用している。\cite{xv6rpi}
69e341226e5a add reference
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 40
diff changeset
438
69e341226e5a add reference
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 40
diff changeset
439 書き換えにおいてはビルドシステムはCMakeを利用し、 Perlクロスコンパイラを導入してたりとGearsOSのビルドシステムとほぼ同じシステムを利用している。
69e341226e5a add reference
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 40
diff changeset
440 GearsOSを使った比較的巨大な実用的なアプリケーションであるため、 xv6の書き換えを進むに連れて様々な面で必要な機能や課題が生まれている。
91
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 90
diff changeset
441
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 90
diff changeset
442 従来の研究ではxv6はCMakeを使わずにMakeを用いてクロスコンパイルしていた。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 90
diff changeset
443 現在はxv6にGearsOSのCMakeを使ったビルドシステムを導入している。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 90
diff changeset
444 ARM用のバイナリが出力できるCbCコンパイラがある場合、x86マシンからCMakeを利用してクロスコンパイル可能となっている。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 90
diff changeset
445
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 90
diff changeset
446 CMakeを導入したことでGearsOSの拡張構文が使えるようになった。
70
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 69
diff changeset
447 xv6はUNIX OSである為プロセス単位で処理を行っていたが、 ここに部分的にContextを導入した。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 69
diff changeset
448 xv6では割り込みのフラグなどを大域変数として使っていた。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 69
diff changeset
449 GearsOSで実装する場合はDataGear単位になるため、 これらのフラグもDataGearの形で実装し直した。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 69
diff changeset
450 このDataGearは各プロセスに対応するContextではなく、 中心的なContextがシングルトンで持っている必要がある。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 69
diff changeset
451 CbCxv6の実装を通してKernelの状況を記録しておくContext、つまりKernelContextが必要であることなどが判明した。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 69
diff changeset
452
57
69e341226e5a add reference
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 40
diff changeset
453 \section{ARM用ビルドシステムの作製}
33
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents:
diff changeset
454 GearsOSをビルドする場合は、x86アーキテクチャのマシンからビルドするのが殆どである。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents:
diff changeset
455 この場合ビルドしたバイナリはx86向けのバイナリとなる。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents:
diff changeset
456 これはビルドをするホストマシンに導入されているCbCコンパイラがx86アーキテクチャ向けにビルドされたものである為である。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents:
diff changeset
457
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents:
diff changeset
458 CbCコンパイラはGCCとllvm/clang上に構築した2種類が主力な処理系である。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents:
diff changeset
459 LVM/clangの場合はLLVM側でターゲットアーキテクチャを選択することが可能である。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents:
diff changeset
460 GCCの場合は最初からjターゲットアーキテクチャを指定してコンパイラをビルドする必要がある。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents:
diff changeset
461
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents:
diff changeset
462 時にマシンスペックの問題などから、 別のアーキテクチャ向けのバイナリを生成したいケースがある。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents:
diff changeset
463 教育用マイコンボードであるRaspberry Pi\cite{rpi}はARMアーキテクチャが搭載されている。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents:
diff changeset
464 Raspberry Pi上でGearsOSのビルドをする場合、 ARM用にビルドされたCbCコンパイラが必要となる。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents:
diff changeset
465 Raspberry Pi自体は非力なマシンであるため、 GearsOSのビルドはもとよりCbCコンパイラの構築をRaspberry Pi上でするのは困難である。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents:
diff changeset
466 マシンスペックが高めのx86マシンからARM用のバイナリをビルドして、 Raspberry Piに転送し実行したい。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents:
diff changeset
467 ホストマシンのアーキテクチャ以外のアーキテクチャ向けにコンパイルすることをクロスコンパイルと呼ぶ。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents:
diff changeset
468
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents:
diff changeset
469
58
b1e2bcdd5191 fix order
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 57
diff changeset
470 GearsOSはビルドツールにCMakeを利用しているので、 CMakeでクロスコンパイル可能に工夫をしなければならない。
35
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 34
diff changeset
471 ビルドに使用するコンパイラやリンカはCMakeが自動探索し、 決定した上でMakefileやbuild.ninjaファイルを生成する。
33
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents:
diff changeset
472 しかしCMakeは今ビルドしようとしている対象が、自分が動作しているアーキテクチャかそうでないか、クロスコンパイラとして使えるかなどはチェックしない。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents:
diff changeset
473 つまりCMakeが自動でクロスコンパイル対応のGCCコンパイラを探すことはない。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents:
diff changeset
474 その為そのままビルドするとx86用のバイナリが生成されてしまう。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents:
diff changeset
475
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents:
diff changeset
476
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents:
diff changeset
477 CMakeを利用してクロスコンパイルする場合、CMakeの実行時に引数でクロスコンパイラを明示的に指定する必要がある。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents:
diff changeset
478 この場合x86のマシンからARMのバイナリを出力する必要があり、 コンパイラやリンカーなどをARMのクロスコンパイル対応のものに指定する必要がある。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents:
diff changeset
479 また、 xv6の場合はリンク時に特定のリンカスクリプトを使う必要がある。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents:
diff changeset
480 これらのリンカスクリプトもCMake側に、 CMakeが提供しているリンカ用の特殊変数を使って自分で組み立てて渡す必要がある。
68
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 67
diff changeset
481 CMake側に使用したいコンパイラの情報を渡せれば、以降はCMake側が自動的に適切なビルドスクリプトを生成してくれる。
33
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents:
diff changeset
482 このようなCMakeの処理を手打ちで行うことは難しいので、 \texttt{pmake.pl}を作成した。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents:
diff changeset
483 \texttt{pmake.pl}の処理の概要を図\ref{fig:pmake}に示す。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents:
diff changeset
484 \texttt{pmake.pl}はPerlスクリプトで、 シェルコマンドを内部で実行しクロスコンパイル用のオプションを組み立てる。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents:
diff changeset
485 \texttt{pmake.pl}を経由してCMakeを実行すると、 makeコマンドに対応するMakefile、 ninja-buildに対応するbuild.ninjaが生成される。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents:
diff changeset
486 以降はcmakeではなくmakeなどのビルドツールがビルドを行う。
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents:
diff changeset
487
35
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 34
diff changeset
488 \begin{figure}[h]
33
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents:
diff changeset
489 \begin{center}
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents:
diff changeset
490 \includegraphics[width=160mm]{drawio/pmake.pdf}
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents:
diff changeset
491 \end{center}
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents:
diff changeset
492 \caption{pmake.plの処理フロー}
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents:
diff changeset
493 \label{fig:pmake}
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents:
diff changeset
494 \end{figure}
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents:
diff changeset
495
61
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 60
diff changeset
496
37
anatofuz <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 36
diff changeset
497