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1 \chapter{Gears OS}
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2 \section{Gears OS}
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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。
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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。
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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。
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6 また、接続された Data Gear 以外には参照を行わない。
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7 Gears OS は Input/Output Data Gear の依存関係が解決された Task を並列実行する。
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8 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。
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10 Gears OS では Meta Computation を Meta Code Gear、Meta Data Gear で表現する。
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11 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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13 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。
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15 図\ref{fig:gearsos} に Gears OS の構成図を示す。
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17 \begin{figure}[htpb]
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18 \begin{center}
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19 \scalebox{0.2}{\includegraphics{fig/gearsos.pdf}}
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20 \end{center}
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21 \caption{Gears OS の構成図}
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22 \label{fig:gearsos}
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23 \end{figure}
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25 \section{Context}
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26 Gears OS では Context と呼ばれる接続可能な Code/Data Gear のリスト、TaskQueue へのポインタ、Persistent Data Tree へのポインタ、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。
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27 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。
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28 メインとなる Context と Worker 用の Context があり、TaskQueue と Persistent Data Tree は共有される。
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29 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。
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30 Persistent Data Tree への書き込みのみで相互作用を発生させ目的の処理を達成する。
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32 %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。
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33 %Meta Computation
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36 %Context や stub は Meta Computation であるため。
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39 \section{interface の記述}
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41 interface を記述することで Context から Code Gear が呼び出せるようになった。
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42 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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43 return で interface を返し、その先で interface で指定した Code Gear へ継続できるようになった。
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45 \begin{lstlisting}[frame=lrbt,label=interface,caption={interface}]
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46 typedef struct Stack<Impl>{
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47 union Data* stack;
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48 union Data* data;
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49 union Data* data1;
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50 __code whenEmpty(...);
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51 __code clear(Impl* stack,__code next(...));
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52 __code push(Impl* stack,union Data* data, __code next(...));
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53 __code pop(Impl* stack, __code next(union Data*, ...));
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54 __code pop2(Impl* stack, union Data** data, union Data** data1, __code next(union Data**, union Data**, ...));
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55 __code isEmpty(Impl* stack, __code next(...), __code whenEmpty(...));
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56 __code get(Impl* stack, union Data** data, __code next(...));
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57 __code get2(Impl* stack,..., __code next(...));
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58 __code next(...);
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59 } Stack;
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60 \end{lstlisting}
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62 \begin{lstlisting}[frame=lrbt,label=create,caption={createSingleLinkedStack}]
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63 Stack* createSingleLinkedStack(struct Context* context) {
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64 struct Stack* stack = new Stack();
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65 struct SingleLinkedStack* singleLinkedStack = new SingleLinkedStack();
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66 stack->stack = (union Data*)singleLinkedStack;
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67 singleLinkedStack->top = NULL;
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68 stack->push = C_pushSingleLinkedStack;
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69 stack->pop = C_popSingleLinkedStack;
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70 stack->pop2 = C_pop2SingleLinkedStack;
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71 stack->get = C_getSingleLinkedStack;
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72 stack->get2 = C_get2SingleLinkedStack;
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73 stack->isEmpty = C_isEmptySingleLinkedStack;
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74 stack->clear = C_clearSingleLinkedStack;
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75 return stack;
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76 }
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77 \end{lstlisting}
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79 \section{Gearef、GearImpl}
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80 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。
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81 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})。
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82 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。
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83 Gearef に Context と型を渡すことでデータの参照が行える。
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84 また impliment 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。
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85 Gearef と GearImpl を用いたコードがリスト\ref{Gearef}である。
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87 \begin{lstlisting}[frame=lrbt,label=ref,caption={Gearef、GearImplのないコード}]
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88 __code pushSingleLinkedStack_stub(struct Context* context) {
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89 SingleLinkedStack* stack = (SingleLinkedStack*)context->data[D_Stack]->Stack.stack->Stack.stack;
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90 Data* data = Gearef(context, Stack)->data;
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91 Data* data = context->data[D_Stack]->Stack.data;
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92 enum Code next = context->data[D_Stack]->Stack.next;
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93 goto pushSingleLinkedStack(context, stack, data, next);
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94 }
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95 \end{lstlisting}
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97 \begin{lstlisting}[frame=lrbt,label=Gearef,caption={Gearef、GearImplを使ったコード}]
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98 __code pushSingleLinkedStack_stub(struct Context* context) {
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99 SingleLinkedStack* stack = (SingleLinkedStack*)GearImpl(context, Stack, stack);
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100 Data* data = Gearef(context, Stack)->data;
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101 enum Code next = Gearef(context, Stack)->next;
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102 goto pushSingleLinkedStack(context, stack, data, next);
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103 }
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104 \end{lstlisting}
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107 \section{stub Code Gear}
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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。
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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。
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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。
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111 stub Code Gear は Code Gear が Code Gear へと継続する間に挟まれる。
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112 必要とする Data Gear を Context から取り出すという処理を行うものである。
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113 stub Code Gear は Code Gear 毎に生成される。
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115 %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。
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116 %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。
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118 %\section{TaskQueue}
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119 %ActiveTaskQueue と WaitTaskQueue の 2 つの TaskQueue を持つ。
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120 %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。
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121 %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。
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122 %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。
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123 %
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124 %\section{TaskManager}
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125 %Task には Input Data Gear, Output Data Gear が存在する。
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126 %Input/Output Data Gear から依存関係を決定し、TaskManager が解決する。
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127 %依存関係が解決された Task は WaitTaskQueue から ActiveTaskQueue に移される。
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128 %TaskManager はメインとなる Context を参照する。
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129 %
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130 %\section{Persistent Data Tree}
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131 %非破壊木構造で構成された Lock-free なデータストアである。
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132 %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。
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133 %
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134 %\section{Worker}
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135 %TaskQueue から Task の取得・実行を行う。
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136 %Task の処理に必要なデータは Persistent Data Tree から取得する。
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137 %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。
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138 %
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