\chapter{Gears OS}
\section{Gears OS}
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。
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。
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。
また、接続された Data Gear 以外には参照を行わない。
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。

Gears OS ではメタ計算を、Meta Code Gear、Meta Data Gear で表現する。
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。

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。

図\ref{fig:gearsos} に Gears OS の構成図を示す。

\begin{figure}[htpb]
    \begin{center}
        \scalebox{0.2}{\includegraphics{fig/gearsos.pdf}}
    \end{center}
    \caption{Gears OS の構成図}
    \label{fig:gearsos}
\end{figure}

\section{Context}
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。
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。
メインとなる Context と Worker 用の Context がある。
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。

Context は Task でもあり、TaskManager によってが Context 生成され CPUWorker へ送られる。
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。

%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。
%Meta Computation


%Context や stub は Meta Computation であるため。


\section{interface の記述}

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。
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。
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。

\begin{lstlisting}[frame=lrbt,label=interface,caption={interface}]
typedef struct Stack<Impl>{    
    union Data* stack;
    union Data* data;
    union Data* data1;
    __code whenEmpty(...);
    __code clear(Impl* stack,__code next(...));
    __code push(Impl* stack,union Data* data, __code next(...));
    __code pop(Impl* stack, __code next(union Data*, ...));
    __code pop2(Impl* stack, union Data** data, union Data** data1, __code next(union Data**, union Data**, ...));
    __code isEmpty(Impl* stack, __code next(...), __code whenEmpty(...));
    __code get(Impl* stack, union Data** data, __code next(...));
    __code get2(Impl* stack,..., __code next(...));
    __code next(...);
} Stack;
\end{lstlisting}

\begin{lstlisting}[frame=lrbt,label=create,caption={createSingleLinkedStack}]
Stack* createSingleLinkedStack(struct Context* context) {
    struct Stack* stack = new Stack();
    struct SingleLinkedStack* singleLinkedStack = new SingleLinkedStack();
    stack->stack = (union Data*)singleLinkedStack;
    singleLinkedStack->top = NULL;
    stack->push = C_pushSingleLinkedStack;
    stack->pop  = C_popSingleLinkedStack;
    stack->pop2  = C_pop2SingleLinkedStack;
    stack->get  = C_getSingleLinkedStack;
    stack->get2  = C_get2SingleLinkedStack;
    stack->isEmpty = C_isEmptySingleLinkedStack;
    stack->clear = C_clearSingleLinkedStack;
    return stack;
}
\end{lstlisting}

\section{Gearef、GearImpl}
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。
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})。
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。
Gearef に Context と型を渡すことでデータの参照が行える。
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。
GearImpl は Context と interface 名、interface の変数名を指定して参照する。
Gearef と GearImpl を用いたコードがリスト\ref{Gearef}である。

\begin{lstlisting}[frame=lrbt,label=ref,caption={Gearef、GearImplのないコード}]
__code pushSingleLinkedStack_stub(struct Context* context) {
    SingleLinkedStack* stack = (SingleLinkedStack*)context->data[D_Stack]->Stack.stack->Stack.stack;
    Data* data = context->data[D_Stack]->Stack.data;
    enum Code next = context->data[D_Stack]->Stack.next;
    goto pushSingleLinkedStack(context, stack, data, next);
}
\end{lstlisting}

\begin{lstlisting}[frame=lrbt,label=Gearef,caption={Gearef、GearImplを使ったコード}]
__code pushSingleLinkedStack_stub(struct Context* context) {
    SingleLinkedStack* stack = (SingleLinkedStack*)GearImpl(context, Stack, stack);
    Data* data = Gearef(context, Stack)->data;
    enum Code next = Gearef(context, Stack)->next;
    goto pushSingleLinkedStack(context, stack, data, next);
}
\end{lstlisting}

\section{stub Code Gear}
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。
しかし、Context を直接扱うのはセキュリティ上好ましくない。
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。
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。

%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。
%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。

%\section{TaskQueue}
%ActiveTaskQueue と WaitTaskQueue の 2 つの TaskQueue を持つ。
%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。
%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。
%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。
%
%\section{TaskManager}
%Task には Input Data Gear, Output Data Gear が存在する。
%Input/Output Data Gear から依存関係を決定し、TaskManager が解決する。
%依存関係が解決された Task は WaitTaskQueue から ActiveTaskQueue に移される。
%TaskManager はメインとなる Context を参照する。
%
%\section{Persistent Data Tree} 
%非破壊木構造で構成された Lock-free なデータストアである。
%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。
%
%\section{Worker}
%TaskQueue から Task の取得・実行を行う。
%Task の処理に必要なデータは Persistent Data Tree から取得する。
%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。
%