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author | kent <kent@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp> |
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date | Tue, 16 Feb 2010 14:35:36 +0900 |
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\chapter{序論} \label{chp:intro} \pagenumbering{arabic} %% 問題提起 %% 解決案の提示 %% 研究目標 %% 本論文の各章の概要 \section{背景と目的} 企業システムの多様化、IT導入の加速により、ソフトウェアは大規模化・複雑 化する傾向にある。また家電製品のデジタル化も進み、組み込みシステムの需 要も増大している。 それにともないハードウェアは驚異的な進歩を遂げ、近年はCPUのマルチコア 化が進み、また新たな段階を築こうとしている。 ハードウェアの進歩に対し、ソフトウェアの開発に用いられる記述言語は、オ ブジェクト指向プログラミングの発明・導入やデザインパターンに見られる技 術の集約などが行われ、注目されてきた。 %しかしながら90年代以降、言語その物に対する大きな変化は見られない。 オブジェクト指向を主としたJavaはその有用性が認められ多くのシステム開発 に取り入られている。 しかしその反面、Javaではガベージコレクタや実行時コンパイルにより、余分 な処理が必要となる。そのため軽量かつ高速な応答が要求される Real-time処 理や組込み用途には適さない。 %しかしその反面、Cなどの低レベルな言語による記述に比べてこれらの技術は %余分な条件判断やメモリアクセスを増やしてしまう。そのため軽量かつ高速な %応答が要求される Real-time処理や組み込み用途には適さない。 %またCellに見られるような複雑なアーキテクチャをもつマシンではプログラ %ミング自体も複雑になる。Cで記述されたプログラムからアーキテクチャに直 %接関わる命令 (DMAやシグナル)を使用するのでは、高級言語の設計思想と %矛盾するともみられる。 またPlayStation3にはCell Broadband Engineという特殊なCPUが採用され注目 されている。しかしこの様な複雑なアーキテクチャを持つマシンではプログラ ミング自体も複雑になる。Cで記述されたプログラムからアーキテクチャに直 接関わる命令 (DMAやシグナル)を使用するのでは、高級言語の設計思想と矛 盾するともみられる。 大規模システムにおけるバグの存在も深刻な問題である。 テストファーストな開発スタイルなどで工学的なアプローチからバグの抑制が 試みられているが、完全な排除は難しい。数学的なアプローチから無矛盾を証 明する技術の研究も進んでいるが、現在のスタックベースのプログラミングは 状態数が膨大になり、実用化された例は少ない。しかしマルチコアの台頭によ り並列プログラミングの必要性も高まっており、今後はより検証の必要性が増 すと考えられる。 ハードウェアの進化や数学的検証にソフトウェアが対応するためには、これま でとは違う新たな視点を持ったプログラミング言語が望ましい。 しかし既存のソフトウェアやシステムは膨大な数に上り、これらを新しい言語 に書き換えるのは無理がある。新しい言語は古い言語との互換性が必須である。 我々はこれらの問題に取り組むため、Continuation based C(以下CbC)とい う言語を提案している。Continuationとはプログラムの次の実行処理を表現す る制御構造で、継続とも呼ばれている。CbCではCからサブルーチンや ループ制御を除き、代わりに継続をベースとした実行制御を行う。この特徴か ら、CbCはCの下位言語と考ることができ、ハードウェアの記述や記述したプロ グラムの検証などを目的として設計されている。 %我々はこれらの問題に取り組むため、Continuation based Cという言語を提案 %している。Continuation based C(以下CbC)はCからサブルーチンやループ構 %造を除いたCの下位言語であり、ハードウェアの記述、また記述したプログラ %ムの検証などを目的としている。 %これまでCbCのコンパイルには、micro-cをベースとしたコンパイラとGNUコン %パイラコレクション(以下GCC)をベースとしたコンパイラが用いられてきた。 %しかしGCCにはバグや当初の期待ほど速度がでないという問題があり、研究段 %階であるCbC言語自体にも仕様の変更などがあった。 これまでCbCのコンパイルには、micro-cをベースとしたコンパイラが用いられ てきた。加えて2008年の研究においてGCCをベースとしたCbCコンパイラが開発 され、継続処理の実装が行われた。 %TODO: taskmanager 本論文ではGCCベースのコンパイラにおいて残るCbCの機能の実装を行い、実 用的な CbCプログラムの動作を目指す。 %本論文ではGCCベースのCbCコンパイラの問題の洗い出しとその問題の改善を行 %い、実用レベルのCbCプログラムの動作を目指す。 %また、CbCを用いたプログラムの例として現在開発中のCbCベースTaskManager %の紹介を行う。 また、実装したGCCベースコンパイラの評価としてmicro-cベースコンパイラと の速度比較を行い、GCCの開発リリースに合わせるためのメンテナンス手法に ついても考察する。 \section{論文構成} 次章以降、本論文では本研究での成果を報告する。 \ref{chp:cbc}章ではまずCbCについてその言語仕様から説明し、また現時点で のCbCコンパイラの問題点を挙げる。 \ref{chp:gcc}章では本研究での移植対象であるGNU コンパイラコレクション の構造について、簡単に説明する。 \ref{chp:impl}章は実際の実装方法、改善の手法を説明し、これらの結果の評 価を\ref{chp:eval}章で行う。 最後に、本研究での成果と今後の課題を\ref{chp:conc}章で述べ、本論文のま とめとする。