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1 title: CbC 言語による OS 記述
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2 author: Mitsuki Miyagi
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3 profile:
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4 lang: Japanese
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5 code-engine: coderay
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7 # メタ計算の重要性
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8 - プログラムを記述する際、通常の処理の他に、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 Meta Computation と呼ぶ。
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9 - Meta Computation はノーマルレベルの計算から切り離して記述したい。
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10 - 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。
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11 - そこで当研究室では Meta Computation 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。
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13 # Code Gear と Data Gear
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14 - Code Gear は関数に比べて細かく分割されているので Meta Computation をより柔軟に記述できる。
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15 - Data Gear はデータの単位であり、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。
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17 # Continuation based C (CbC)
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18 - 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。
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19 - 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。
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20 - 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。
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21 - 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。
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22 - 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。
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23 ```Code_Gear
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24 __code cs0(int a, int b){
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25 goto cs1(a+b);
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26 }
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28 __code cs1(int c){
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29 goto cs2(c);
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30 }
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31 ```
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33 # Gears OS
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34 - Gears OS は Code Gear、 Data Gear の単位を用いて開発されており、CbC で記述されている。
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35 - 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。
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36 - またGears OS では Meta Computation を Meta Code Gear、Meta Data Gear で表現する。
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37 - Meta Code Gear は通常の Code Gear の直後に遷移され、Meta Computation を実行する。
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38 - 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。
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40 # Context
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41 - 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 がある。
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42 - Gears OSは必要なCode/DataGearに参照したい場合、このContext を通す必要がある。
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44 # Gearef、GearImpl
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45 - Context には Allocation で生成した Data Gear へのポインタが格納されている。
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46 - 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。
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48 ```
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49 __code clearSingleLinkedStack_stub(struct Context* context) {
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50 SingleLinkedStack* stack = (SingleLinkedStack*)context->data[D_Stack]->Stack.stack->Stack.stack;
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51 enum Code next = context->data[D_Stack]->Stack.next;
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52 goto clearSingleLinkedStack(context, stack, next);
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53 }
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54 ```
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56 - そこで Code Gear がデータを参照するための Gearef と GearImpl というマクロを定義した。
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58 ```
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59 __code clearSingleLinkedStack_stub(struct Context* context) {
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60 SingleLinkedStack* stack = (SingleLinkedStack*)GearImpl(context, Stack, stack);
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61 enum Code next = Gearef(context, Stack)->next;
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62 goto clearSingleLinkedStack(context, stack, next);
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63 }
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64 ```
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66 # stub Code Gear
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67 - 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。
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68 - しかし、Context を直接扱うのはセキュリティ上好ましくない。
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69 - 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。
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71 ```stub
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72 __code clearSingleLinkedStack(struct Context *context,struct SingleLinkedStack* stack,enum Code next) {
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73 stack->top = NULL;
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74 goto meta(context, next);
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75 }
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77 __code clearSingleLinkedStack_stub(struct Context* context) {
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78 SingleLinkedStack* stack = (SingleLinkedStack*)GearImpl(context, Stack, stack);
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79 enum Code next = Gearef(context, Stack)->next;
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80 goto clearSingleLinkedStack(context, stack, next);
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81 }
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82 ```
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84 # interface の記述
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85 - interface を記述することで Context を通して Code Gear が参照できるようになった。
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86 - 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。
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87 - return で interface を返し、その先で指定した Code Gear へ継続できるようになる。
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88 ```impl
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89 Stack* createSingleLinkedStack(struct Context* context) {
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90 struct Stack* stack = new Stack();
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91 struct SingleLinkedStack* singleLinkedStack = new SingleLinkedStack();
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92 stack->stack = (union Data*)singleLinkedStack;
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93 singleLinkedStack->top = NULL;
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94 stack->push = C_pushSingleLinkedStack;
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95 stack->pop = C_popSingleLinkedStack;
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96 stack->pop2 = C_pop2SingleLinkedStack;
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97 stack->get = C_getSingleLinkedStack;
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98 stack->get2 = C_get2SingleLinkedStack;
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99 stack->isEmpty = C_isEmptySingleLinkedStack;
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100 stack->clear = C_clearSingleLinkedStack;
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101 return stack;
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102 }
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103 ```
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105 # Context、stub Code Segment の自動生成
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106 - Gears OS では通常の計算の他に Context や stub などの meta computation を記述する必要がある。
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107 - 現在の CbC で Gears OS を記述すると、この meta computation 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。
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108 - 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。
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110 # generate context
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111 - generate\_stub は指定された cbc ファイルの \_\_code型である Code Gear を取得
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112 - generate\_context は context.h から Data Gear、c ファイルから Code Gear の取得
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113 <img src="./fig/generate_context.svg" alt="message" width="800" >
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115 # 今後の課題
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116 - 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。
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117 - 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。
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118 - 今後の課題は Code Gear から meta computation 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。
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119 - 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も優先する。
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