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author Takahiro SHIMIZU <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
date Thu, 29 Nov 2018 17:06:31 +0900
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33 \captionsetup[lstlisting]{font={small, tt}}
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34 \usepackage{url}
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35 \begin{document}
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36
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Takahiro SHIMIZU <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
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37 % Title, Author %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
3
154c6acc0e23 add_abst
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38 \title{CbCを用いたPerl6処理系}
154c6acc0e23 add_abst
Takahiro SHIMIZU <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
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39
154c6acc0e23 add_abst
Takahiro SHIMIZU <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
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40 %\affiliate{IPSJ}{情報処理学会}
154c6acc0e23 add_abst
Takahiro SHIMIZU <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
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41 \affiliate{IERYUKYU}{琉球大学工学部情報工学科}
2
a758898008e6 add tex and Makefile
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42
3
154c6acc0e23 add_abst
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43 \author{清水 隆博}{Takahiro SHIMIZU}{IERYUKYU}[anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp]
154c6acc0e23 add_abst
Takahiro SHIMIZU <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
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44 \author{河野 真治}{Shinji KONO}{IERYUKYU}[kono@ie.u-ryukyu.ac.jp]
2
a758898008e6 add tex and Makefile
Takahiro SHIMIZU <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
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45
3
154c6acc0e23 add_abst
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46 %概要
2
a758898008e6 add tex and Makefile
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47 \begin{abstract}
3
154c6acc0e23 add_abst
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48 スクリプト言語であるPerl5の後継言語としてPerl6が現在開発されている．
154c6acc0e23 add_abst
Takahiro SHIMIZU <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 2
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49 Perl6は設計と実装が区分されており様々な処理系が開発されている．現在主流なPerl6はRakudoと言われるプロジェクトである．
53
27cb6c89b7d2 fix about returned comment
Takahiro SHIMIZU <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
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50 RakudoではPerl6自体をNQP(NotQuitPerl)と言われるPerl6のサブセットで記述し, NQPをVMが解釈するという処理の流れになっている．
76
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51 このVMは任意のVMが選択できるようになっており,主に利用されているVMにCで書かれたMoarVMが存在する．
48
443de29ac349 fix section names
Takahiro SHIMIZU <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 47
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52 MoarVMはJITコンパイルなどをサポートしているが, 全体的な起動時間及び処理速度がPerl5と比較し非常に低速である．
24
d8f77d0a3452 update environemt return and bib
Takahiro SHIMIZU <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
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53 この問題を解決するためにContinuation based C (CbC)という言語を一部用いてMoarVMの書き換えを行う．
71
79c887a307c9 fix abst
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parents: 70
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54 CbCはCよりも細かな単位で記述が可能である為, 言語処理系の実装に適していると考えられる.
76
Takahiro SHIMIZU <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 75
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55 CbCに関する今までの研究においては, 言語処理系にCbCを利用した事例が少ない.
74
Takahiro SHIMIZU <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 72
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56 その為, 本稿ではCbCを言語処理系に用いた場合の利点やデバッグ手法などについても述べる.
3
154c6acc0e23 add_abst
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57
154c6acc0e23 add_abst
Takahiro SHIMIZU <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 2
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58
2
a758898008e6 add tex and Makefile
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59 \end{abstract}
a758898008e6 add tex and Makefile
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a758898008e6 add tex and Makefile
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61 \begin{jkeyword}
48
443de29ac349 fix section names
Takahiro SHIMIZU <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 47
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62 プログラミング言語, コンパイラ, CbC, Perl6, MoarVM
2
a758898008e6 add tex and Makefile
Takahiro SHIMIZU <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
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63 \end{jkeyword}
a758898008e6 add tex and Makefile
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diff changeset
64
a758898008e6 add tex and Makefile
Takahiro SHIMIZU <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
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65 \maketitle
a758898008e6 add tex and Makefile
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66
a758898008e6 add tex and Makefile
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67 % Body %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
53
27cb6c89b7d2 fix about returned comment
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parents: 51
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68 \section{はじめに}
48
443de29ac349 fix section names
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69 当研究室ではContinuation Based C(以下CbC)という言語を開発している．
443de29ac349 fix section names
Takahiro SHIMIZU <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 47
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70 CbCはCよりきめ細やかな単位で実装する事が可能である為, 言語処理系に応用すれば効率的な開発，実行が出来ると期待される．
443de29ac349 fix section names
Takahiro SHIMIZU <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
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71 現在活発に開発が進んでいる言語にPerl6がある．
443de29ac349 fix section names
Takahiro SHIMIZU <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
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72 Perl6はMoarVMと呼ばれるVMを中心としたRakudoと呼ばれる実装が現在の主流となっている．
443de29ac349 fix section names
Takahiro SHIMIZU <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 47
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73 Rakudoは処理速度が他のプログラミング言語と比較しても非常に低速である．
53
27cb6c89b7d2 fix about returned comment
Takahiro SHIMIZU <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
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74 その為, 現在日本国内ではPerl6を実務として利用するケースは概ね存在しない．
27cb6c89b7d2 fix about returned comment
Takahiro SHIMIZU <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
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diff changeset
75 Perl6の持つ言語機能や型システムは非常に柔軟かつ強力であるため, 実用的な処理速度に達すれば, 言語の利用件数が向上することが期待される．
74
Takahiro SHIMIZU <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 72
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76 その為本稿では, CbCを用いた言語処理系の実装の一例としてMoarVMをCbCで書き換えたCbCMoarVMを提案する．
67
60a15dd5023c fix abst
Takahiro SHIMIZU <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 66
diff changeset
77
60a15dd5023c fix abst
Takahiro SHIMIZU <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 66
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78 CbCをMoarVMの実装として利用した場合, CbCの持つ機能によってMoarVMの高速化を中心とした改良に有益な効果があると推測出来る．
60a15dd5023c fix abst
Takahiro SHIMIZU <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 66
diff changeset
79 また, 現在までのCbCを用いた研究においては言語処理系への応用例が少ない.
74
Takahiro SHIMIZU <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 72
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80 従って, 本稿はCbCをスクリプト言語の実装に適応した場合, どのような利点やプログラミング上の問題点に遭遇するか, CbCの応用としての側面でも行う．
67
60a15dd5023c fix abst
Takahiro SHIMIZU <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 66
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81 この際にCbCを用いた言語処理系のデバッグを行う際には, CbCを使わずに記述されたオリジナルの言語処理系との並列デバッグが必要となる.
76
Takahiro SHIMIZU <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 75
diff changeset
82 従ってMoarVMにCbCを適応した場合, どのようにすれば並列デバッグが行えるかについても述べる．
74
Takahiro SHIMIZU <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 72
diff changeset
83 本稿ではまずCbC, Perl6の特徴及び現在の実装について述べ, CbCで書き換えたMoarVMについてデバッグ手法も含め解説する.
Takahiro SHIMIZU <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 72
diff changeset
84 研究にあたり, 得られたCbCを言語処理系に適応した場合の利点と欠点について述べ, 今後の展望について記載する.
4
1035c41fc2db add abstract
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85
10
9c172999d70e tweak Papers for CbC abstract
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parents: 9
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86 \section{CbC}
9c172999d70e tweak Papers for CbC abstract
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parents: 9
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87 \subsection{CbCの概要}
9c172999d70e tweak Papers for CbC abstract
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parents: 9
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88 CbCは当研究室で開発しているプログラミング言語である．
48
443de29ac349 fix section names
Takahiro SHIMIZU <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 47
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89 Cレベルでのプログラミングを行う場合, 本来プログラマが行いたい処理の他にmallocなどを利用したメモリのアロケートやエラーハンドリングなどを記述する必要がある．
24
d8f77d0a3452 update environemt return and bib
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parents: 23
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90 これらの処理をmeta computationと呼ぶ．これらmeta computationと通常の処理を分離することでバグの原因がmeta computation側にあるか処理側にあるかの分離などが可能となる．
48
443de29ac349 fix section names
Takahiro SHIMIZU <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 47
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91 しかしC言語などを用いたプログラミングでmeta computationの分離を行おうとすると, それぞれ事細かに関数やクラスを分割せねばならず容易ではない．
44
571f6ffcccf8 mv CodeSegment to CodeGear and Datasegment to Datagear
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parents: 43
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92 CbCでは関数よりmeta computationを細かく記述する為にCodeGearという単位を導入した．
571f6ffcccf8 mv CodeSegment to CodeGear and Datasegment to Datagear
Takahiro SHIMIZU <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 43
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93 またCodeGearの実行に必要なデータをDataGearという単位で受け渡す．
48
443de29ac349 fix section names
Takahiro SHIMIZU <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 47
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94 CbCではCodeGear, DataGearを基本単位として記述するプログラミングスタイルを取る．
10
9c172999d70e tweak Papers for CbC abstract
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parents: 9
diff changeset
95
44
571f6ffcccf8 mv CodeSegment to CodeGear and Datasegment to Datagear
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parents: 43
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96 \subsection{CodeGearとDataGear}
571f6ffcccf8 mv CodeSegment to CodeGear and Datasegment to Datagear
Takahiro SHIMIZU <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 43
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97 CbCではCの関数の代わりにCodeGearを導入する．
53
27cb6c89b7d2 fix about returned comment
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parents: 51
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98 CodeGearはCの関数宣言の型名の代わりに\_\_codeと書くことで宣言できる．
48
443de29ac349 fix section names
Takahiro SHIMIZU <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 47
diff changeset
99 \_\_codeはCbCコンパイラの扱いはvoidと同じ型であるが, CbCプログラミングではCodeGearである事を示す識別子としての意味で利用する．
44
571f6ffcccf8 mv CodeSegment to CodeGear and Datasegment to Datagear
Takahiro SHIMIZU <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 43
diff changeset
100 CodeGear間の移動はgoto文によって記述する．
48
443de29ac349 fix section names
Takahiro SHIMIZU <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 47
diff changeset
101 \lstinputlisting[label=cbcexample, caption=cbc\_example.cbc]{./src/cbc_example.cbc}
53
27cb6c89b7d2 fix about returned comment
Takahiro SHIMIZU <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 51
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102 Code\ref{cbcexample}に示すCbCのコードではmain関数からcg1, cg2に遷移し, 最終的にdataの値が2となる．
27cb6c89b7d2 fix about returned comment
Takahiro SHIMIZU <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 51
diff changeset
103 CodeGear間の入出力の受け渡しは引数を利用し行う．
27cb6c89b7d2 fix about returned comment
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diff changeset
104
27cb6c89b7d2 fix about returned comment
Takahiro SHIMIZU <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 51
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105 あるCodeGearの実行に必要なデータを, DataGearと呼ぶ．
27cb6c89b7d2 fix about returned comment
Takahiro SHIMIZU <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
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106 DataGearにはCodeGearで実行される関数や変数などの情報を含む．
27cb6c89b7d2 fix about returned comment
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107 Code\ref{cbcexample}に示す例では, CodeGearに渡す引数datapが, 一種のDataGearと言える．
16
ed882dba29f6 add about threaded code and jlisting.sty
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108
17
b2a795a294c4 update Moarvm bytecodes and perlcc
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109 \subsection{軽量継続}
22
fb4c1b408c9f add sample codes and tweak tex
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110 %TBD
48
443de29ac349 fix section names
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111 CbCでは次のCodeGearに移行する際, Cのgoto文を利用する．
443de29ac349 fix section names
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112 通常のCの関数呼び出しの場合, スタックポインタを操作しローカル変数などをスタックに保存する．
443de29ac349 fix section names
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113 CbCの場合スタックフレームを操作せず, レジスタの値を変更せずそのまま次のCodeGearに遷移する事が可能である．
24
d8f77d0a3452 update environemt return and bib
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114 通常Sechemeのcall/ccなどの継続は現在の位置までの情報を環境として所持した状態で遷移する．
48
443de29ac349 fix section names
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115 対してCbCは環境を持たず遷移する為, 通常の継続と比較して軽量であることから軽量継続であると言える．
22
fb4c1b408c9f add sample codes and tweak tex
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116 CbCは軽量継続を利用するためレジスタレベルでのきめ細やかな実装が可能となっている．
10
9c172999d70e tweak Papers for CbC abstract
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117
9c172999d70e tweak Papers for CbC abstract
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118 \subsection{現在の実装}
9c172999d70e tweak Papers for CbC abstract
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119 CbCは現在主要なCコンパイラであるgcc及びllvmをバックエンドとしたclang上の2種類の実装が存在する．
48
443de29ac349 fix section names
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120 gccはバージョン9.0.0に, clangは7.0.0に対応している．
14
56f4ac0231ee tweak tex and add bibfile
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121
56f4ac0231ee tweak tex and add bibfile
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122 \subsection{CbCコンパイラのバグ}
17
b2a795a294c4 update Moarvm bytecodes and perlcc
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123 % 局所変数のポインタを握ったままgotoするとtail callにならない
b2a795a294c4 update Moarvm bytecodes and perlcc
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124 CbCコンパイラは現在も開発中であり幾つかのバグが発見されている．
55
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125 まずCodeGear内で宣言した局所変数のポインタを大域変数の配列などに保存した状態でgotoしてしまうとtail call最適化が無効となる．
48
443de29ac349 fix section names
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126 これはただの関数呼び出しになってしまう為, 直接的な被害はないもののCbCとしての利点が損なわれてしまう．
55
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127 %また本来は操作しないはずのスタック領域の操作が入ってしまうため, プログラマの意図と反したスタックポインタなのど操作が行われてしまいバグが発生する可能性が存在する．
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128 また, CbCの挙動としてCodeGearへの遷移時には軽量継続を行う為スタック領域の操作は行われないはずである．
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129 しかし, 現状は配列にCodeGearのアドレスを代入し, 間接的に軽量継続を行おうとすると, スタック領域の操作が通常の関数呼び出しの様に行われてしまう．
74
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130 %これは一部CbCコンパイラが利用しているgcc側のref-zoneという機能が影響していたが
17
b2a795a294c4 update Moarvm bytecodes and perlcc
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131
10
9c172999d70e tweak Papers for CbC abstract
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132 \subsection{CbCとCの互換性}
55
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133 CbCコンパイラはコンパイル対象のソースコードがCbCであるかどうかを判断する．
44
571f6ffcccf8 mv CodeSegment to CodeGear and Datasegment to Datagear
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134 この際にCodeGearを利用していない場合は通常のCプログラムとして動作する．
48
443de29ac349 fix section names
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135 その為今回検証するMoarVMのビルドにおいてもCbCで書き換えたソースコードがあるMoarVMと, 手を加えていないオリジナルのMoarVMの2種類を同一のCbCコンパイラでビルドする事が可能である．
24
d8f77d0a3452 update environemt return and bib
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136
48
443de29ac349 fix section names
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137 またCからCbCへの遷移時に, 再びCの関数に戻るように実装したい場合がある．
76
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138 その際は環境付きgotoと呼ばれる手法を取る．これは\_CbC\_return及び\_CbC\_environmentという変数を使用する．
48
443de29ac349 fix section names
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139 この変数は\_CbC\_returnが元の環境に戻る際に利用するCodeGearを指し, \_CbC\_environmentは復帰時に戻す元の環境である．
58
8e5e2521d1db insert space after ,
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140 復帰する場合, 呼び出した位置には帰らず, 呼び出した関数の終了する位置に帰る．
48
443de29ac349 fix section names
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141 \lstinputlisting[label=cbcreturn, caption=環境付き継続の例]{./src/return.cbc}
51
baba702fb22b fix typo
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142 Code\ref{cbcreturn}に示す例ではc\_funcから環境付き継続でcgに継続している．
baba702fb22b fix typo
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143 通常c\_funcの返り値は-1であるが, cgから環境付き継続でmainに帰る為にcgから渡される1がtestの値となる．
10
9c172999d70e tweak Papers for CbC abstract
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144
9
8e80522a88bd tweek mindmap and wrote table of contents for Paper
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145
14
56f4ac0231ee tweak tex and add bibfile
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146 \subsection{言語処理系におけるCbCの応用}
48
443de29ac349 fix section names
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147 CbCを言語処理系, 特にスクリプト言語に応用すると幾つかの箇所に置いて利点があると推測される．
46
b2d28fb0b7a3 tweak anatofuz.tex
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148 CbCにおけるCodeGearはコンパイラの基本ブロックに相当する．
44
571f6ffcccf8 mv CodeSegment to CodeGear and Datasegment to Datagear
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149 その為従来のスクリプト言語では主にcase文で記述していた命令コードディスパッチの箇所をCodeGearの遷移として記述する事が可能である．
64
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150 通常の言語処理系では命令コードディスパッチ部分は巨大なcase文となり, この部分を実装したCファイルが巨大化してしまう．
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151 CodeGearを導入することで巨大なcase文をCodeGearとして分割する事が可能となり, 処理のモジュール化が可能となる．
65
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152 また, CodeGearとCodeGear間の遷移は軽量継続で行われる為, レジスタレベルでの最適化も可能となる．
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153
48
443de29ac349 fix section names
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154 CbCは状態を単位として記述が可能であるため, 命令コードなどにおける状態を利用するスクリプト言語の実装は応用例として適していると考えられる．
14
56f4ac0231ee tweak tex and add bibfile
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155
9
8e80522a88bd tweek mindmap and wrote table of contents for Paper
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156 \section{Perl6の概要}
5
06f3183ef6c3 add about Perl6
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157 この章では現在までのPerl6の遍歴及びPerl6の言語的な特徴について記載する．
62
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158
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159
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160 \subsection{Perl6の構想}
9
8e80522a88bd tweek mindmap and wrote table of contents for Paper
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161 Perl6は2002年にLarryWallがPerlを置き換える言語として設計を開始した．
8e80522a88bd tweek mindmap and wrote table of contents for Paper
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162 Perl5の言語的な問題点であるオブジェクト指向機能の強力なサポートなどを取り入れた言語として設計された．
62
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163 Perl5は設計と実装が同一であり, Larryらによって書かれたC実装のみだった．
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164 Perl6は設計と実装が分離している．
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165 言語的な特徴としては, 独自にPerl6の文法を拡張可能なGrammar, Perl5と比較した場合のオブジェクト指向言語としての進化も見られる．
Takahiro SHIMIZU <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
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166 またPerl6は漸進的型付け言語である.
Takahiro SHIMIZU <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
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167 従来のPerlの様に変数に代入する対象の型や, 文脈に応じて型を変更する動的型言語としての側面を持ちつつ, 独自に定義した型を始めとする様々な型に, 静的に変数の型を設定する事が可能である．
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168
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169 Perl6は言語仕様及び処理実装がPerl5と大幅に異なっており, 言語的な互換性が存在しない．
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170 従って現在ではPerl6とPerl5は別言語としての開発方針になっている．
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171 Perl6は現在有力な処理系であるRakudoから名前を取りRakuという別名がつけられている．
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172
74
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173 \subsection{Rakudo以前の処理系}
62
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174 Perl6の実装は様々なものが実装された.
13
80944267f9c7 tweak tex and mv footnote sites
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175 まず2005年に唐鳳によってHaskellで実装されたPugs\cite{pugs}が登場した．
9
8e80522a88bd tweek mindmap and wrote table of contents for Paper
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176
13
80944267f9c7 tweak tex and mv footnote sites
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177 その後Pythonとの共同動作環境としてParrot\cite{parrot}が実装された．
9
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178 ParrotはPASMと呼ばれるバイトコードを解釈可能なレジスタマシンである．
5
06f3183ef6c3 add about Perl6
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179 ParrotでのPerl6の実装はNQP(NotQuitPerl)と呼ばれるPerl6のサブセットでPerl6を記述するというアイディアの基実装された．
9
8e80522a88bd tweek mindmap and wrote table of contents for Paper
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180 ParrotVMは2006年のversion8.1.0が最後のリリースである．
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181 こちらもPugsと同様に現在のPerl6プロジェクトでは歴史的な実装とされている．
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182
5
06f3183ef6c3 add about Perl6
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183
06f3183ef6c3 add about Perl6
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184 \subsection{Rakudo}
06f3183ef6c3 add about Perl6
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185
48
443de29ac349 fix section names
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186 RakudoとはParrotで構想に上がったNQP, NQPに基づくPerl6を基にしたプロジェクトである．
6
6dcf1143dc8f add about NQP
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187 RakudoがPerl6のコンパイラかつインタプリタであると考えても良い．
22
fb4c1b408c9f add sample codes and tweak tex
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188 Rakudoは図\ref{fig:perl6construction}に示す構成になっている．
14
56f4ac0231ee tweak tex and add bibfile
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189 Rakudoにおけるコンパイラとは厳密には2種類存在する．
58
8e5e2521d1db insert space after ,
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190 まず第1のものがPerl6, もしくはNQPをMoarVM, JVMのバイトコードに変換するNQPコンパイラである．
14
56f4ac0231ee tweak tex and add bibfile
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191 次にそのNQPが出力したバイトコードをネイティブコードに変換するVMの2種類である．
58
8e5e2521d1db insert space after ,
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192 このVMは現在MoarVM, JavaVM, JavaScriptを選択可能である．
48
443de29ac349 fix section names
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193 Rakudo及びNQP projectではこのNQPコンパイラの部分をフロントエンド, VMの部分をバックエンド\cite{rani1}と呼称している．
443de29ac349 fix section names
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194 NQPで主に書かれ, MoarVMなどNQPが動作する環境で動くPerl6のことをRakudoと呼ぶ．
60
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195 Perl6はNQP以外にもNQPを拡張したPerl6自身で書かれている箇所が存在し, これはNQPコンパイラ側でMoarVMが解釈可能な形へ変換を行う．
6
6dcf1143dc8f add about NQP
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196
22
fb4c1b408c9f add sample codes and tweak tex
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197 \begin{figure}[ht]
fb4c1b408c9f add sample codes and tweak tex
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198 \begin{center}
fb4c1b408c9f add sample codes and tweak tex
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199 \includegraphics[width=70mm]{fig/perl6nqp.pdf}
fb4c1b408c9f add sample codes and tweak tex
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200 \end{center}
60
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201 \caption{Rakudoの構成}
22
fb4c1b408c9f add sample codes and tweak tex
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202 \label{fig:perl6construction}
fb4c1b408c9f add sample codes and tweak tex
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203 \end{figure}
fb4c1b408c9f add sample codes and tweak tex
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204
6
6dcf1143dc8f add about NQP
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205 \subsection{NQP}
14
56f4ac0231ee tweak tex and add bibfile
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206
58
8e5e2521d1db insert space after ,
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207 RakudoにおけるNQP\cite{nqp}は現在MoarVM, JVM上で動作し, MoarVMを一部利用することでNodeJSからも動作させる事が可能である．
55
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208 NQPはPerl6のサブセットであるため, 主な文法などはPerl6に準拠しているが幾つか異なる点が存在する．
62
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209 NQPは最終的にはNQP自身でブートストラップする言語であるが, ビルドの最初にはすでに書かれたMoarVMのバイトコードを必要とする．
65
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210 このMoarVMのバイトコードの状態をStage0と言う.%い, バイトコードが付随するソースディレクトリ内のディレクトリ名として設定されている．
55
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211 Perl6の一部はNQPを拡張したもので書かれている為, Rakudoを動作させる為にはMoarVMなどのVM, VMに対応させる様にビルドしたNQPがそれぞれ必要となる．
65
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212 現在のNQPではMoarVM, JVMに対応するStage0はそれぞれMoarVMのバイトコード, jarファイルが用意されており, JavaScriptではバイトコードの代わりにランタイム独自のModuleLoaderなどが設計されている．
57
6f876697210c fix notation for MoarVMBytecode
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213 MoarVMのModuleLoaderはStage0にあるMoarVMのバイトコードで書かれた一連のファイルが該当する．
9
8e80522a88bd tweek mindmap and wrote table of contents for Paper
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214
34
f01d5bc55dea tweak tex
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215
55
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216 Stage0にあるファイルをMoarVMに与えることで, NQPのインタプリタが実行される様になっている．
57
6f876697210c fix notation for MoarVMBytecode
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217 これはStage0の一連のファイルは, MoarVMのバイトコードなどで記述されたNQPコンパイラのモジュールである為である．
55
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218 NQPのインタプリタはセルフビルドが完了すると, nqpというシェルスクリプトとして提供される．
68
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219 このシェルスクリプトは, ライブラリパスなどを設定してMoarVMの実行バイナリであるmoarを起動するものである．
53
27cb6c89b7d2 fix about returned comment
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220 %NQPは6modelと呼ばれるオブジェクトモデルを採用としている．%が, これを構築する為に必要なNQPCORE,正規表現系のQRegex,MoarVMのModuleLoaderなどがMoarVMBytecodeで記述されている．これらMoarVMBytecodeの拡張子は.MoarVMである．
27cb6c89b7d2 fix about returned comment
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221 %MoarVMに対してStage0のディレクトリにライブラリパスを設定し, nqp.MoarVMを実行させることでnqpの対話型環境が起動する．
9
8e80522a88bd tweek mindmap and wrote table of contents for Paper
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222
23
7689b70a1a79 create stagenqp.pdf and tweak tex
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223 \begin{figure}[ht]
7689b70a1a79 create stagenqp.pdf and tweak tex
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224 \begin{center}
7689b70a1a79 create stagenqp.pdf and tweak tex
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225 \includegraphics[width=70mm]{fig/stagenqp.pdf}
7689b70a1a79 create stagenqp.pdf and tweak tex
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226 \end{center}
7689b70a1a79 create stagenqp.pdf and tweak tex
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227 \caption{NQPのビルドフロー}
7689b70a1a79 create stagenqp.pdf and tweak tex
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228 \label{fig:nqpbuild}
7689b70a1a79 create stagenqp.pdf and tweak tex
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229 \end{figure}
5
06f3183ef6c3 add about Perl6
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230
38
7d9b01a98b9a update about moarvm bytecodes
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231 NQPのビルドフローを図\ref{fig:nqpbuild}に示す．
76
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232 RakudoによるPerl6に処理系はNQPにおけるnqpと同様に, moarにライブラリパスなどを設定したperl6というシェルスクリプトである．
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233 このperl6を動かすためにはself buildしたNQPコンパイラが必要となる．その為にStage0を利用してStage1をビルドしNQPコンパイラを作成する．
58
8e5e2521d1db insert space after ,
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234 Stage1は中間的な出力であり, 生成されたNQPファイルはStage2と同一であるが, MoarVMのバイトコードが異なる．
48
443de29ac349 fix section names
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235 Perl6では完全なセルフコンパイルを実行したNQPが要求される為, Stage1を利用してもう一度ビルドを行いStage2を作成する．
34
f01d5bc55dea tweak tex
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236
53
27cb6c89b7d2 fix about returned comment
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237 Perl6のテストスイートであるRoast\cite{roast}やドキュメントなどによって設計が定まっているPerl6とは異なりNQP自身の設計は今後も変更になる可能性が開発者から公表されている．
34
f01d5bc55dea tweak tex
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238 現在の公表されているNQPのオペコードはNQPのリポジトリ\cite{nqpopcode}に記述されているものである．
f01d5bc55dea tweak tex
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239
f01d5bc55dea tweak tex
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240
9
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241 \subsection{Rakudo Perl6}
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242 Rakudo実装上におけるPerl6はRakudo Perl6と呼ばれているGitリポジトリで管理されているプログラムのことである．
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243 前述した通りRakudo Perl6はPerl6のサブセットであるNQPを用いて記述されている．
58
8e5e2521d1db insert space after ,
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244 従ってyaccやlexと言ったPerl5の文字解析, 構文解析に利用していたプログラムは利用せず, NQP側で構文定義などを行っている．
8e5e2521d1db insert space after ,
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245 NQPはNQP自身でBootstrappingされている為, Rakudo Perl6のbuild時にはNQPの実行環境として要したVM, それに基づいてbuildしたNQPがそれぞれ必要となる．
9
8e80522a88bd tweek mindmap and wrote table of contents for Paper
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246
6
6dcf1143dc8f add about NQP
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247
21
5ba21dfc6e0c add fig Perl6 construction
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248
13
80944267f9c7 tweak tex and mv footnote sites
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249 \subsection{現在のPerl6}
46
b2d28fb0b7a3 tweak anatofuz.tex
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250 Perl6の言語仕様\cite{perl6design}とその時点での実装状況をまとめた公式ドキュメント\cite{perl6doc}は分離している．
53
27cb6c89b7d2 fix about returned comment
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251 従来は言語仕様は自然言語の仕様書であったが, 現在はテストスイートであるRoast\cite{roast}そのものと定義されている．
68
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252 現在のPerl6の仕様を読む場合Roastを確認し, 現在Rakudo上に実装されている機能を見る場合は公式ドキュメントを確認する必要がある．
6
6dcf1143dc8f add about NQP
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253
43
f4d4cbf62aea add detail
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254 \subsection{処理速度}
f4d4cbf62aea add detail
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255 現在のPerl6が他のプログラミング言語と比較した場合どのような違いがでるのか計測した．
53
27cb6c89b7d2 fix about returned comment
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256 macOSの/var/log/system.logファイルから正規表現でログ中のプログラムが書き込んだ回数を個別に数え上げるというものである．
48
443de29ac349 fix section names
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257 今回はファイルを231Kと3GBの二種類用意し, どの様な違いが出るのか測定した．
43
f4d4cbf62aea add detail
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258
f4d4cbf62aea add detail
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259 測定した環境は次の通りである．
75
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260 今回は現在広く使用されているスクリプト言語であるPerl5を計測対象に追加した．
74
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261 またRakudoの処理系による処理時間の差を計測する為にMoarVM, JVMに構築したPerl6の処理速度を計測を行った．
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262 JVM自体の処理時間とRakudoを構築したJVMの速度の差を見るために, 同様のプログラムをJava10でも行った.
43
f4d4cbf62aea add detail
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263
f4d4cbf62aea add detail
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264 \begin{itemize}
f4d4cbf62aea add detail
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265 \item Perl6 (MoarVM) ver.2018.04.01
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266 \item Perl6 (JVM) 2018.06-163-g612d071b8 built on JVM
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267 \item Java 10
f4d4cbf62aea add detail
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268 \item Perl5
f4d4cbf62aea add detail
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269 \end{itemize}
f4d4cbf62aea add detail
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270
f4d4cbf62aea add detail
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271 測定した結果を以下に示す．測定結果の単位は秒である．
f4d4cbf62aea add detail
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272
f4d4cbf62aea add detail
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273 \begin{table}[htb]
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274 \begin{tabular}{|l|c|c|c|c|c|} \hline
75
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275 FileSize & MoarVM & Perl6 on JVM & Java & Perl5\\ \hline
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276 231K & 0.86 & 21.48 & 0.27 & 0.04 \\
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277 3G & 2331.08 & 1665.56 & 48.85 & 41.35\\ \hline
43
f4d4cbf62aea add detail
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278 \end{tabular}
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279 \end{table}
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280
48
443de29ac349 fix section names
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281 計測結果からファイルサイズが小さい場合はMoarVMよりJVMに乗せたPerl6が低速であるが, ファイルサイズが大きい場合はJavaのJITが働くためMoarVMより高速に動いていると推測できる．
43
f4d4cbf62aea add detail
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282
74
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283
43
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284 %# 計測(3GB)
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285
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286 %* Perl5c
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287 % * 41.35s
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288 %* Ruby
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289 % * 574.52s
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290 %* Python
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291 % * 101.16s
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292 %* Java
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293 % * 48.85s
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294 %* Perl6(Moar)
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295 % * 2331.08s
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296 %* Perl6(JVM)
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297 % * 1665.56s
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298
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299 %# 参考(231K)
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300
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301 %* Perl5
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302 % * 0.04s
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303 %* Ruby
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304 % * 0.15s
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305 %* Python
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306 % * 0.06s
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307 %* Java
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308 % * 0.27s
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309 %* Perl6(Moar)
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310 % * 0.86s
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311 %* Perl6(JVM)
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312 % * 21.48s
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313
9
8e80522a88bd tweek mindmap and wrote table of contents for Paper
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314
10
9c172999d70e tweak Papers for CbC abstract
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315 \section{CbCによるMoarVM}
13
80944267f9c7 tweak tex and mv footnote sites
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316 この章では改良を行ったPerl6処理系であるMoarVMについて述べる．
68
Takahiro SHIMIZU <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
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317 今回改良を行ったMoarVMは2018.04.01であり, 利用したNQPは2018.04-3-g45ab6e3バージョンである．
15
8580ad6c50dd tweak .tex and bib
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318 \subsection{方針}
74
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319 Rakudo処理系の処理速度はNQPコンパイラ側の処理速度, 実行環境であるMoarVMなどのVM環境の主に2種類が影響していると考えられる．
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320 NQP側はNQPで書かれている為, NQPの記述を修正すれば高速化することも考えられるが, 今回はVM側の処理系に着目した．
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321 Rakudoが動作するVMは複数存在するが, MoarVMが現在主流の処理系である．
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322 MoarVM自身はCで記述されているため, CbCを導入する事が可能である．
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323 CbCの持つCodeGearや軽量継続を導入する事で, 通常のMoarVMと比較してよりきめ細やかな実装が出来ると推測される．
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324 CodeGearをThreadedCodeなどに応用する事で, MoarVMの高速化が見込める．
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325 また, CbCに関する今までの研究においては, CbCを言語処理系に応用した例が少ない為, CbCを言語処理系に適応した場合の挙動などを確認したい．
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326 その為, 本稿ではCbCをMoarVMに導入したCbCMoarVMを実装する.
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327
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328
15
8580ad6c50dd tweak .tex and bib
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329 MoarVMそのものをCbCで書き換えることも考えられるがMoarVM自体既に巨大なプロジェクトである為すべてを書き換える事は困難である．
8580ad6c50dd tweak .tex and bib
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330 その為まず比較的CbCで書き換えることが容易な箇所を修正する．
44
571f6ffcccf8 mv CodeSegment to CodeGear and Datasegment to Datagear
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331 前章までに述べた通りCbCのCodeGearはコンパイラの基本ブロックに該当する．
571f6ffcccf8 mv CodeSegment to CodeGear and Datasegment to Datagear
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332 従ってMoarVMにおける基本ブロックの箇所をCodeGearに書き換える事が可能である．
15
8580ad6c50dd tweak .tex and bib
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333 MoarVMにおける基本ブロックはインタプリタが実行するバイトコードごとの処理に該当する．
17
b2a795a294c4 update Moarvm bytecodes and perlcc
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334
57
6f876697210c fix notation for MoarVMBytecode
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335 \subsection{MoarVMのバイトコードのディスパッチ}
17
b2a795a294c4 update Moarvm bytecodes and perlcc
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336 MoarVMのバイトコードインタプリタはsrc/core/interp.cで定義されている．
b2a795a294c4 update Moarvm bytecodes and perlcc
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337 この中の関数MVM\_interp\_runで命令に応じた処理を実行する．
58
8e5e2521d1db insert space after ,
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338 関数内では命令列が保存されているcur\_op, 現在と次の命令を指し示すop, Threadの環境が保存されているThreadcontextなどの変数を利用する．
49
933dbfa8f06f add oplabels
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339 命令実行は大きく二種類の動作があり, Cのgotoが利用できる場合はCode\ref{orig_macro}に示すMVM\_CGOTOフラグが立ちラベル遷移を利用する．
17
b2a795a294c4 update Moarvm bytecodes and perlcc
Takahiro SHIMIZU <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
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340 それ以外の場合は巨大なcase文として命令を実行する．
b2a795a294c4 update Moarvm bytecodes and perlcc
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diff changeset
341
58
8e5e2521d1db insert space after ,
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342 ラベル遷移を利用する場合はCode\ref{oplabelsh}に示すラベルテーブルLABELSにアクセスし, テーブルに登録されているアドレスを取得し, マクロNEXTで遷移する．
68
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343 Code\ref{dispatch_c}に示すno\_opは何もせず次の命令に移動する為, goto NEXT;のみ記述されている．
39
e216aa15e656 update cbc_next
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344
48
443de29ac349 fix section names
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345 このラベルテーブルの中身はラベルが変換されたアドレスであるため, 実際に呼ばれている命令コードの名前はデバッガレベルでは確認できない．
39
e216aa15e656 update cbc_next
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346 Cレベルでのデバッグ時にはアドレスと実際に呼ばれる箇所を確認する事に手間がかかる．
58
8e5e2521d1db insert space after ,
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347 巨大なcase文として実行された場合, 実行時間が遅いだけでなく, ラベル遷移と共存させて記述を行っている為Cのソースコードにおける可読性も低下する．
17
b2a795a294c4 update Moarvm bytecodes and perlcc
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348
39
e216aa15e656 update cbc_next
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parents: 38
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349
49
933dbfa8f06f add oplabels
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350 \lstinputlisting[label=oplabelsh, caption=ラベルテーブルの一部分]{./src/oplabels.h}
48
443de29ac349 fix section names
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parents: 47
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351 \lstinputlisting[label=orig_macro, caption=interp.cのマクロ部分]{./src/orig_macro.c}
22
fb4c1b408c9f add sample codes and tweak tex
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352
48
443de29ac349 fix section names
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parents: 47
diff changeset
353 \lstinputlisting[label=dispatch_c, caption=オリジナル版MoarVMのバイトコードディスパッチ]{./src/dispatch.c}
39
e216aa15e656 update cbc_next
Takahiro SHIMIZU <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
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354
48
443de29ac349 fix section names
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parents: 47
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355 interp.cでは命令コードのディスパッチはマクロを利用したcur\_opの計算及びラベルの遷移, もしくはマクロDISPATCHが展開するswitch文で行われていた．
61
db9c52b9c219 add detail moarvm problem
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356 この為MoarVM内の命令コードに対応する処理は, 命令ディスパッチが書かれているCソースファイルの, 特定の場所のみに記述せざるを得ない．
db9c52b9c219 add detail moarvm problem
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357 その為命令コードのモジュール化などが行えず, 1ファイル辺りの記述量が膨大になってしまう.
db9c52b9c219 add detail moarvm problem
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parents: 60
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358 またラベルジャンプもしくはswitch文に展開されてしまう為, 別のCソースファイルからの処理の再利用が出来ない．
db9c52b9c219 add detail moarvm problem
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359 CbCMoarVMではこの問題を解決するために, それぞれの命令に対応するCodeGearを作成し, 各CodeGearの名前を要素として持つCbCのCodeGearのテーブルを作成した．
48
443de29ac349 fix section names
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360 このCodeGearのテーブルを参照するCodeGearはcbc\_nextであり, この中のマクロNEXTはinterp.cのマクロNEXTをCbC用に書き直したものである．
39
e216aa15e656 update cbc_next
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361
48
443de29ac349 fix section names
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parents: 47
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362 \lstinputlisting[label=cbc_dispatch_c, caption=CbCMoarVMのバイトコードディスパッチ]{./src/cbc-interp-next.cbc}
17
b2a795a294c4 update Moarvm bytecodes and perlcc
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363
54
Takahiro SHIMIZU <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 53
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364
70
bb09f3bd682f add detail interp structure
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365 Code\ref{cbc_dispatch_c}に示す変更例では, マクロNEXTなどの引数に変数iを導入している．
bb09f3bd682f add detail interp structure
Takahiro SHIMIZU <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 69
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366 このiとは, バイトコードインタプリタ内で利用するMoarVMのレジスタ情報などが,格納された, 構造体へのポインタである．
bb09f3bd682f add detail interp structure
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parents: 69
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367 iが示す構造体INTER,及びiの型であるポインタINTERPはCode\ref{interp}に示すように宣言している．
bb09f3bd682f add detail interp structure
Takahiro SHIMIZU <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 69
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368 これはマクロ内部で現在の命令を示すopや命令列cur\_opなどにアクセスする必要があるが, CbCのCodeGearを適応した場合に元のマクロの記述方法ではアクセスできない為に導入したものである．
bb09f3bd682f add detail interp structure
Takahiro SHIMIZU <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 69
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369 \lstinputlisting[label=interp, caption=MoarVMの情報を格納した構造体INTER]{./src/INTERP.h}
54
Takahiro SHIMIZU <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 53
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370
44
571f6ffcccf8 mv CodeSegment to CodeGear and Datasegment to Datagear
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371 \subsection{命令実行箇所のCodeGearへの変換}
48
443de29ac349 fix section names
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372 ラベルテーブルやcase文のswitch相当の命令実行箇所をCbCに変換し, CodeGearの遷移として利用する．
70
bb09f3bd682f add detail interp structure
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373 interp.cはCode\ref{dispatch_c}に示す様にマクロOPを利用して記述されている．
39
e216aa15e656 update cbc_next
Takahiro SHIMIZU <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
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374
22
fb4c1b408c9f add sample codes and tweak tex
Takahiro SHIMIZU <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
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375
70
bb09f3bd682f add detail interp structure
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376 OP(.*)の.*に該当する箇所はバイトコードの名前である．通常このブロックにはLABELから遷移, またはswtich-caseによって分岐する為, バイトコードの名前は配列LABELSの添字に変換されている．
59
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377 そのため対象となるCodeGearをLABELSの並びと対応させ, Code\ref{cbcoplabelsh}に示すCodeGearの配列CODESとして設定すればCodeGearの名前は問わない．
53
27cb6c89b7d2 fix about returned comment
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378 今回はCodeGearである事を示す為に接頭辞としてcbc\_をつける．
17
b2a795a294c4 update Moarvm bytecodes and perlcc
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379
49
933dbfa8f06f add oplabels
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380 \lstinputlisting[label=cbcoplabelsh, caption=CodeGear配列の一部分]{./src/oplables-cbc-codes.h}
31
5b5fb929c67f update abotu MoarBM
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381
48
443de29ac349 fix section names
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382 命令の実行処理でMoarVMのレジスタであるreg\_baseや命令列cur\_opなどの情報を利用しているが, これらはMVM\_interp\_run内のローカル変数として利用している．
443de29ac349 fix section names
Takahiro SHIMIZU <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 47
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383 ラベルを利用しているオリジナル版では同一関数内であるためアクセス可能であるが, CodeGear間の移動で命令を表現するCbCではアクセスできない．
70
bb09f3bd682f add detail interp structure
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384 その為Code\ref{interp}に示す様に, インタプリタの情報を集約した構造体interを定義する．
bb09f3bd682f add detail interp structure
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385 この構造体へのポインタであるINTERP型の変数iをCodeGearの入出力として与える．
44
571f6ffcccf8 mv CodeSegment to CodeGear and Datasegment to Datagear
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386 CodeGear内ではINTERPを経由することでインタプリタの各種情報にアクセスする．
48
443de29ac349 fix section names
Takahiro SHIMIZU <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 47
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387 CodeGear間の遷移ではレジスタの値の調整は行われない為, 入力引数を使ってレジスタマッピングを管理できる．
28
f200e3702c5a update register info
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388 その為INTERPのメンバであるMoarVMのレジスタそのものをアーキテクチャのレジスタ上に乗せる事が可能である．
27
df723be56106 add about INTERP section
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389
44
571f6ffcccf8 mv CodeSegment to CodeGear and Datasegment to Datagear
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390 命令実行中のCodeGearの遷移を図\ref{fig:perl6cbcinter}に示す．
48
443de29ac349 fix section names
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391 この中で実線で書かれている部分はCbCのgoto文で遷移し, 波線の箇所は通常のCの関数呼び出しとなっている．
22
fb4c1b408c9f add sample codes and tweak tex
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parents: 21
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392
68
Takahiro SHIMIZU <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 67
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393 現在のCbCMoarVMは次の命令セットのディスパッチをcbc\_nextが行っている．
48
443de29ac349 fix section names
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parents: 47
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394 その為cbc\_nextから命令コードに対応するCodeGearに継続し, CodeGearからcbc\_nextに継続するサイクルが基本の流れである．
443de29ac349 fix section names
Takahiro SHIMIZU <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 47
diff changeset
395 CodeGear内からCの関数は問題なく呼ぶ事が可能であるため, Cの関数を利用する処理は変更せず記述する事ができる．
443de29ac349 fix section names
Takahiro SHIMIZU <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 47
diff changeset
396 また変換対象はswitch文であるため, breakせず次のcaseに移行した場合に対応するように別のCodeGearに継続し，その後cbc\_nextに継続するパターンも存在する．
27
df723be56106 add about INTERP section
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parents: 25
diff changeset
397
48
443de29ac349 fix section names
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parents: 47
diff changeset
398 \lstinputlisting[label=cbc_codesegs_c, caption=CbCMoarVMのバイトコードに対応するCodeGear]{./src/cbc_codesegs.cbc}
22
fb4c1b408c9f add sample codes and tweak tex
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parents: 21
diff changeset
399
20
2bf64cfb91b1 add CbC evaluation and CbCinterp fig
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400 \begin{figure}[ht]
2bf64cfb91b1 add CbC evaluation and CbCinterp fig
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parents: 19
diff changeset
401 \begin{center}
2bf64cfb91b1 add CbC evaluation and CbCinterp fig
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parents: 19
diff changeset
402 \includegraphics[width=70mm]{fig/cbc_next.pdf}
2bf64cfb91b1 add CbC evaluation and CbCinterp fig
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parents: 19
diff changeset
403 \end{center}
32
43e0cf46d40b add cbc_codesegs.cbc
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parents: 31
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404 \caption{CbCにおけるMoarVMバイトコードインタプリタ内の状態遷移}
22
fb4c1b408c9f add sample codes and tweak tex
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parents: 21
diff changeset
405 \label{fig:perl6cbcinter}
20
2bf64cfb91b1 add CbC evaluation and CbCinterp fig
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parents: 19
diff changeset
406 \end{figure}
2bf64cfb91b1 add CbC evaluation and CbCinterp fig
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parents: 19
diff changeset
407
48
443de29ac349 fix section names
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parents: 47
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408 バイトコードの数は膨大である為, すべてを手作業で変換する事は望ましくない．
74
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parents: 72
diff changeset
409 従ってPerlScriptを用いてinterp.cからCbCのCodeGearを自動生成するスクリプトを作成した．
31
5b5fb929c67f update abotu MoarBM
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diff changeset
410 このスクリプトでは以下の修正手続きを実行する．
5b5fb929c67f update abotu MoarBM
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411
5b5fb929c67f update abotu MoarBM
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412 \begin{itemize}
48
443de29ac349 fix section names
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413 \item OP(.*)の.*部分をCodeGearの名前として, 先頭にcbc\_をつけた上で設定する．
31
5b5fb929c67f update abotu MoarBM
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414 \item cur\_opなど構造体INTERのメンバ変数はポインタiから参照するように修正する
48
443de29ac349 fix section names
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415 \item GC対策のためマクロMVMROOTを使い局所変数のポインタをスタックに積む箇所は, 局所変数をstatic化する
31
5b5fb929c67f update abotu MoarBM
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416 \item 末尾のgoto NEXTをgoto cbc\_next(i)に修正する
48
443de29ac349 fix section names
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417 \item case文で下のcase文に落ちている箇所は, case文に対応するCodeGearに遷移する様にgoto文を付け加える
31
5b5fb929c67f update abotu MoarBM
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418 \end{itemize}
5b5fb929c67f update abotu MoarBM
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419
5b5fb929c67f update abotu MoarBM
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420
39
e216aa15e656 update cbc_next
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421 上記Code\ref{cbc_codesegs_c}ではcbc\_const\_i8などがcase文の下のcase部分に該当するcbc\_const\_i64に遷移する様に変換されている．
48
443de29ac349 fix section names
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422 またcbc\_pushcompscではMVMROOTに局所変数scを渡している為, これをstaticで宣言し直している．
38
7d9b01a98b9a update about moarvm bytecodes
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423
22
fb4c1b408c9f add sample codes and tweak tex
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424 現在CbCで記述されたOSであるGearsOSにはInterfaceが導入されている．
58
8e5e2521d1db insert space after ,
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425 これはJavaのinterface, Haskellの型クラスに該当する概念であり, 次のCodeGearにInterface経由で継続する事が可能である．
64
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426 Interfaceは現在のCbCMoarVMの実装には用いていないが, 今後ThreadedCodeの実装を行うにあたり命令コードディスパッチ箇所に導入を検討している．
31
5b5fb929c67f update abotu MoarBM
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427
75
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428 \subsection{他手法との比較}
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429 本稿ではPerl6処理系の改良としてCbCを用い, 初期の実装を行った．
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430 CbCを用い無い場合のMoarVMの改良方法としては, 命令コードに対応する処理をCの関数として記述し, この関数のポインタを利用する方法が考えられる．
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431 関数ポインタの配列を作成し, 次の命令コードに対応する関数をポインタ経由で実行する．
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432 Cの関数ポインタを利用した場合, CbCと同様に処理のモジュール化は可能である．
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433 しかし, CbCとは違い軽量継続ではなく関数呼び出しで処理をする為, Cのスタックフレームが非常に巨大になる．
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434 Cの関数呼び出しのコストから, 通常のcase文やラベルジャンプを利用した場合と速度差的に優位にならない．
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435
29
765dc5c49ae1 halfway add about test and debugging for MoarVM
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436 \section{MoarVMのデバッグ}
765dc5c49ae1 halfway add about test and debugging for MoarVM
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437
765dc5c49ae1 halfway add about test and debugging for MoarVM
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438 MoarVM自体のデバッグはMoarVMのリポジトリにテストコードが付随していない為単体では実行不可能である．
67
60a15dd5023c fix abst
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439 また, CbCを用いて言語処理系の改良時を行った際に言語処理系のデバッグを行う場合は, CbCを用いないオリジナルの処理系との並列デバッグが必要となる．
60a15dd5023c fix abst
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440 MoarVM自体にはデバッグを支援するツールが存在しない為, MoarVM自体のデバッグ方法や, CbCを用いた処理系との並列デバッグについて独自の手法を利用する必要がある．
74
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441 本稿ではMoarVMのデバッグにおけるCデバッガの使用方法とMoarVMのテスト方法についても示す．
57
6f876697210c fix notation for MoarVMBytecode
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442
6f876697210c fix notation for MoarVMBytecode
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443 \subsection{MoarVMのバイトコードのデバッグ}
68
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444 MoarVMの実行バイナリであるmoarに対して, MoarVMのバイトコードをdumpオプションを付けて読み込ませると, バイトコードがMoarVMによるアセンブリコードとして出力される．
65
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445 しかしこれはMoarVMが実行したバイトコードのトレースではなく, MoarVMのバイトコードを変換したものに過ぎない．
57
6f876697210c fix notation for MoarVMBytecode
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446 また, 明らかに異なる挙動を示すオリジナルのMoarVMと, CbCで書き換えたCbCMoarVM両者のmoarを利用しても同じ結果が返ってきてしまう．
6f876697210c fix notation for MoarVMBytecode
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447 そのため今回のMoarVMのバイトコードインタプリタの実装のデバッグにはこの方法は適さない．
17
b2a795a294c4 update Moarvm bytecodes and perlcc
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448 従って実際に実行した命令を確認するにはgdbなどのCデバッガを利用してMoarVMを直接トレースする必要がある．
25
7a2d604607d8 add debugging MoarVM
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449
34
f01d5bc55dea tweak tex
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450 CbC側はCode\ref{cbc_b}に示す様にcbc\_nextにbreak pointを設定する．
48
443de29ac349 fix section names
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451 オリジナル側は次のオペコードの設定のマクロにダミーの関数を呼び出すように修正し, そこにbreak pointを設定する．
443de29ac349 fix section names
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452 CbC側ではCodeGearの名前をデバッガ上で直接確認できるが, オリジナル版はLABLEの配列の添え字から自分でどのオペコードに対応しているかをデバッガの外で探す必要がある．
25
7a2d604607d8 add debugging MoarVM
Takahiro SHIMIZU <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
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453
48
443de29ac349 fix section names
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454 添字を確認するためにはCode\ref{orig_b}に示すようにオリジナルのMoarVMの場合cur\_opの値をMVMuint16のポインタでキャストし, これが指す値を出力する．
443de29ac349 fix section names
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parents: 47
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455 break pointを掛けているダミー関数ではcur\_opにアクセスする事が出来ない為, スタックフレームを一つupする必要がある．
443de29ac349 fix section names
Takahiro SHIMIZU <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 47
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456 \lstinputlisting[label=cbc_b, caption=CbCMoarVMに対してのbreak point設定]{./src/cbc_breakpoint.txt}
443de29ac349 fix section names
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457 \lstinputlisting[label=orig_b, caption=オリジナル版MoarVMに対してのbreak point設定]{./src/origin_b_set.txt}
20
2bf64cfb91b1 add CbC evaluation and CbCinterp fig
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458
17
b2a795a294c4 update Moarvm bytecodes and perlcc
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459
b2a795a294c4 update Moarvm bytecodes and perlcc
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460 \subsection{MoarVMの並列デバッグ手法}
b2a795a294c4 update Moarvm bytecodes and perlcc
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461 しかしMoarVMが実行する命令は膨大な数がある．
68
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462 その為gdbなどのCデバッガで, オリジナルのMoarVMと, 一部をCbCで記述したCbCMoarVMの並列デバッグを手動で全て行うことは困難である．
48
443de29ac349 fix section names
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463 Perlなどのスクリプトを用いて自動的に解析したいため, ログを残す為にscriptコマンドを実行した状態でgdbを起動する．
59
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464 トレースでは実行した命令名のみ取得できれば良い為, Code\ref{cbc_b}, \ref{orig_b}でbreak pointにcommandとして設定している様に，設定されたcur\_opの値を出力し続けるのみの動きを導入する．
25
7a2d604607d8 add debugging MoarVM
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465
48
443de29ac349 fix section names
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466 実際に実行したログ・ファイルの一部をそれぞれCode\ref{debug_origmoar}, \ref{debug_cbcmoar}に示す．
443de29ac349 fix section names
Takahiro SHIMIZU <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 47
diff changeset
467 \lstinputlisting[label=debug_origmoar, caption=オリジナル版MoarVMのバイトコードのトレース]{./src/origin_breakpoint.txt}
443de29ac349 fix section names
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parents: 47
diff changeset
468 \lstinputlisting[label=debug_cbcmoar, caption=CbCMoarVMのバイトコードのトレース]{./src/trace_cbc.txt}
25
7a2d604607d8 add debugging MoarVM
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parents: 24
diff changeset
469
48
443de29ac349 fix section names
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parents: 47
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470 オリジナル版では実際に実行する命令処理はラベルに変換されてしまう為名前をデバッガ上では出力できないが, CbCでは出力する事が可能である．
58
8e5e2521d1db insert space after ,
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471 CbCとオリジナルのCODES, LABELの添字は対応している為, ログの解析を行う際はそれぞれの添字を抽出し違いが発生している箇所を探索する．
50
619edd118aab add about test
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472 これらはscriptコマンドが作成したログを元に異なる箇所を発見するスクリプトを用意し自動化する．(Code \ref{logs2})
619edd118aab add about test
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parents: 49
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473 \lstinputlisting[label=logs2, caption=バイトコードの差分検知の一部分]{./src/logs2.txt}
25
7a2d604607d8 add debugging MoarVM
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parents: 24
diff changeset
474
58
8e5e2521d1db insert space after ,
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parents: 57
diff changeset
475 違いが生じている箇所が発見できた場合, その前後のCodeGear及びディスパッチ部分にbreak pointをかけ, それぞれの変数の挙動を比較する．
48
443de29ac349 fix section names
Takahiro SHIMIZU <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 47
diff changeset
476 主にcbc\_return系の命令が実行されている場合は, その直前で命令を切り替えるcbc\_invoke系統の命令が呼ばれているが,この周辺で何かしらの違いが発生している可能性が高い．
443de29ac349 fix section names
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parents: 47
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477 また主に次のCodeGearに遷移する際にCbCコンパイラのバグが生じている可能性もある為, アセンブラレベルの命令を確認しながらデバッグを進めることとなる．
19
3e4ffa621ae9 add after work
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parents: 17
diff changeset
478
47
6fc015dd380b fix fig lines
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479 \subsection{MoarVMのテスト方法}
17
b2a795a294c4 update Moarvm bytecodes and perlcc
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diff changeset
480
47
6fc015dd380b fix fig lines
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parents: 46
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481 MoarVMは単体で実行する事が不可能である．
69
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parents: 68
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482 またNQPのリポジトリに付随するテストはNQPで書かれている．
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483 従ってNQPを解釈可能な, NQPのセルフビルド時に生成されるシェルスクリプトnqpが必要である．
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484 その為, シェルスクリプトnqpを生成出来ない場合, MoarVMのテストを行う事が出来ない．
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485 CbCMoarVMはNQPのセルフビルドが現時点では達成出来ない為, 通常ではテストが実行出来ない．
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486 しかし, MoarVMのバイナリmoarはMoarVMのバイトコードを読み込むことはNQPをセルフビルドしなくとも可能である．
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487
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diff changeset
488 その為, 正常に動作しているMoarVMのバイナリmoarとnqpを用意し, このnqp側からMoarVMのバイトコードにNQPで記述されたテストを変換する．
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parents: 68
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489 変換されたMoarVMのバイトコードはバイナリmoarに渡す事で実行可能であり, テストを行う事が出来る．
17
b2a795a294c4 update Moarvm bytecodes and perlcc
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parents: 16
diff changeset
490
10
9c172999d70e tweak Papers for CbC abstract
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parents: 9
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491 \subsection{CbCコンパイラによるバグ}
55
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parents: 54
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492 これまでのCbCに関する研究においては, 複数個の入出力をCodeGearに与えるユースケースで利用していた．
58
8e5e2521d1db insert space after ,
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parents: 57
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493 CbCコンパイラ自身はそれぞれ用意したテストスイートを通化するものの, MoarVMの様な巨大なプロジェクトのCodeGearをコンパイルを実行する場合, 予期せぬバグが発生した．
8e5e2521d1db insert space after ,
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parents: 57
diff changeset
494 主にCodeGear間のgotoにおけるtail callフラグの除去や, DataGearとして渡している構造体の変数のアドレスがスタックポインタの値より上位に来てしまい, 通常のCの関数をcallした際にローカル変数の領域がDataGearのアドレスの周辺を利用してしまう．
48
443de29ac349 fix section names
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parents: 47
diff changeset
495 その為DataGearの構造体の値が書き換わり, CからDataGearにreturnした際にDataGearの構造体が破壊されるバグである．
19
3e4ffa621ae9 add after work
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parents: 17
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496 このバグは先程の並列デバッグを行いながらプログラムカウンタや変数の動きをトレースする事などで発見することが出来る．
17
b2a795a294c4 update Moarvm bytecodes and perlcc
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parents: 16
diff changeset
497 現状ではCbCコンパイラがプログラマの意図と反する挙動を取るためCbCコンパイラのバグを回避するプログラミングが要求されている．
25
7a2d604607d8 add debugging MoarVM
Takahiro SHIMIZU <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 24
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498 本来コンパイラ側のバグを回避するプログラミングをプログラマに要求する事は好ましくない．
17
b2a795a294c4 update Moarvm bytecodes and perlcc
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parents: 16
diff changeset
499 従ってCbCコンパイラ自身の信頼性を向上させる事も今後の課題となっている．
6
6dcf1143dc8f add about NQP
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parents: 5
diff changeset
500
44
571f6ffcccf8 mv CodeSegment to CodeGear and Datasegment to Datagear
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parents: 43
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501 また現在はclang上に実装したCbCコンパイラではCodeGear内部のtaill call除去のエラーが発生してしまう為コンパイルする事が出来ない．
25
7a2d604607d8 add debugging MoarVM
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parents: 24
diff changeset
502 その為現在はgcc上に実装したcbcコンパイラを利用しgdbを利用しデバッグを行う．
16
ed882dba29f6 add about threaded code and jlisting.sty
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parents: 15
diff changeset
503
74
Takahiro SHIMIZU <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 72
diff changeset
504
Takahiro SHIMIZU <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 72
diff changeset
505
16
ed882dba29f6 add about threaded code and jlisting.sty
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parents: 15
diff changeset
506
48
443de29ac349 fix section names
Takahiro SHIMIZU <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 47
diff changeset
507 \section{CbCMoarVMの利点と欠点}
20
2bf64cfb91b1 add CbC evaluation and CbCinterp fig
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parents: 19
diff changeset
508 MoarVMの様な巨大なスクリプト言語処理系にCbCを適応した所現在までに複数の利点と欠点が発見された．
48
443de29ac349 fix section names
Takahiro SHIMIZU <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 47
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509 本章ではまず利点を述べ, 次に現段階でのCbCを適応した場合の欠点について考察する．
20
2bf64cfb91b1 add CbC evaluation and CbCinterp fig
Takahiro SHIMIZU <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
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510
48
443de29ac349 fix section names
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511
443de29ac349 fix section names
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512 オリジナルのMoarVMでは命令コードに対応する箇所はラベルジャンプ, もしくはswitch文で実装されていた．
20
2bf64cfb91b1 add CbC evaluation and CbCinterp fig
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513 その為同じCファイルに命令コードの実行の定義が存在しなければならない．
2bf64cfb91b1 add CbC evaluation and CbCinterp fig
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514 今後MoarVMに新たなバイトコードが導入されていく事を考えるとinterp.cが巨大になる可能性がある．
48
443de29ac349 fix section names
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515 関数単位での処理の比重が偏る事に加え,
443de29ac349 fix section names
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516 switch文中に書かれている処理は他の関数から呼ぶ事が出来ないため, 余計な手間がかかる箇所が発生すると考えられる．
2
a758898008e6 add tex and Makefile
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517
48
443de29ac349 fix section names
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518
443de29ac349 fix section names
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519 CbCMoarVMの場合, CodeGearとして基本ブロックを記述出来る為オリジナルのMoarVMの様にswtich文のブロック中に書く必要性が無くなる．
443de29ac349 fix section names
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520 その為類似する命令系をコード分割し, モジュール化する事が可能である．
29
765dc5c49ae1 halfway add about test and debugging for MoarVM
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521 またCbCはgoto文で遷移する以外は通常のCの関数と同じ扱いをする事が可能である．
44
571f6ffcccf8 mv CodeSegment to CodeGear and Datasegment to Datagear
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522 従ってCodeGear内部の処理を別の箇所から使用する事も可能となる為再利用性も向上する．
29
765dc5c49ae1 halfway add about test and debugging for MoarVM
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523
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443de29ac349 fix section names
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524
58
8e5e2521d1db insert space after ,
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525 ThrededCodeを実装する場合, 通常命令ディスパッチの箇所と, 実際に実行される命令処理を大幅に変更しなければならない．
48
443de29ac349 fix section names
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526 CbCを用いた実装の場合, 命令処理はただのCodeGearの集合である．
44
571f6ffcccf8 mv CodeSegment to CodeGear and Datasegment to Datagear
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527 その為CodeGearをThrededCodeに対応した並びとして選択する事ができれば命令処理部分の修正をほぼせずにThrededCodeを実現する事が可能である．
29
765dc5c49ae1 halfway add about test and debugging for MoarVM
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528
48
443de29ac349 fix section names
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529 またCodeGearはバイトコードレベルと同じ扱いができるため, ThrededCodeそのものを分離して最適化をかける事が可能である．
44
571f6ffcccf8 mv CodeSegment to CodeGear and Datasegment to Datagear
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530 これもCodeGearが関数単位として分離できる事からの利点である．
29
765dc5c49ae1 halfway add about test and debugging for MoarVM
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531
2
a758898008e6 add tex and Makefile
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532
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2bf64cfb91b1 add CbC evaluation and CbCinterp fig
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533 MoarVMのバイトコードインタプリタの箇所はオリジナルの実装ではラベルジャンプを用いて実装されている．
48
443de29ac349 fix section names
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534 その為, 直接ラベルにbreak pointをかける事が出来ない．
59
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535 作業者がデバッガが読み込んでいるCソースコードの位置を把握し, 行番号を指定してbreak pointを設定する必要があった．
20
2bf64cfb91b1 add CbC evaluation and CbCinterp fig
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536
59
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537 CbCMoarVMの場合, CodeGear単位でバイトコードの処理単位を記述している為, 通常の関数と同じく直接CodeGearにbreak pointをかける事が可能である．
48
443de29ac349 fix section names
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538 これはCプログラミングの関数に対してのデバッグで, 状態ごとにbreak pointをかける事が出来ることを意味する．
20
2bf64cfb91b1 add CbC evaluation and CbCinterp fig
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539 通常のC言語で言語処理系を実装した場合と比較して扱いやすくなっていると言える．
58
8e5e2521d1db insert space after ,
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540 さらにラベルテーブルでの管理の場合, 次のバイトコード箇所は数値でしか確認できず, 実際にどこに飛ぶのかはラベルテーブル内と数値を作業者が手作業で確認する必要があった．
20
2bf64cfb91b1 add CbC evaluation and CbCinterp fig
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541 スクリプトなどを組めば効率化は出来るがデバッガ上で完結しない為手間がかかる．
48
443de29ac349 fix section names
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542 CbC実装ではCODESテーブル内は次のCodeGearの名前が入っている為, 数値からCodeGearの名前をデバッガ上で確認する事が出来る
443de29ac349 fix section names
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543 ．
31
5b5fb929c67f update abotu MoarBM
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544
5b5fb929c67f update abotu MoarBM
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545 現在MoarVMはLuaJit\cite{luajit}を搭載しJITコンパイルを行っている．
48
443de29ac349 fix section names
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546 LuaJITそのものをCbCに適応させるわけではないが, CbCのABIにJITされたコードを合わせる事が可能であると推測できる．
9
8e80522a88bd tweek mindmap and wrote table of contents for Paper
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547 % \subsection{単純なループ処理の測定}
48
443de29ac349 fix section names
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548 % 簡単な例題としてfor文を用いて100000回ループさせ, ある変数をインクリメントするというプログラムを作成する．
443de29ac349 fix section names
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549 % 今回の評価対象としてPerl6は2018年4月にリリースされたMoarVM, NQP,Rakudoの実装を用いる．
9
8e80522a88bd tweek mindmap and wrote table of contents for Paper
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550 % Perl5は5.26.2を利用した．
20
2bf64cfb91b1 add CbC evaluation and CbCinterp fig
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551
9
8e80522a88bd tweek mindmap and wrote table of contents for Paper
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552 % \begin{table}[htb]
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553 % \begin{tabular}{|c|c|c|} \hline
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554 % ループ回数 & Perl5 (sec) & Perl6(sec) \\ \hline \hline
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555 % 1000000 & 0.131 & 1.444 \\ \hline
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556 % 10000000 & 0.131 & 1.444 \\ \hline
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557 % 100000000 & 3.258 & 124.69 \\ \hline
8e80522a88bd tweek mindmap and wrote table of contents for Paper
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558 % \end{tabular}
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559 % \end{table}
48
443de29ac349 fix section names
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560 本来処理系は広く使われる為に著名なOSSなどを利用して開発するのが良いが, CbCプロジェクトの認知度が低いという現状がある．
29
765dc5c49ae1 halfway add about test and debugging for MoarVM
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561
48
443de29ac349 fix section names
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562 また, 前章までに複数述べた通りCbCコンパイラが現在非常にバグを発生させやすい状態になっている．
443de29ac349 fix section names
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563 CbCコンパイラはgccとllvm/clangに実装している為, これらのアップデートに追従する必要がある．
443de29ac349 fix section names
Takahiro SHIMIZU <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
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564 しかしコンパイラのバージョンに応じてCbCで利用するコンパイラ内のAPIが異なる場合が多く, APIの変更に伴う修正作業などを行う必要がある．
20
2bf64cfb91b1 add CbC evaluation and CbCinterp fig
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565
58
8e5e2521d1db insert space after ,
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parents: 57
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566 CbCMoarVMではCからCodeGearへ, CodeGearからCへの遷移などが複数回繰り返されているが, この処理中のCodeGearでのtail callの強制が非常に難関である．
48
443de29ac349 fix section names
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567 tail callの強制には関数定義の箇所や引数, スタック領域のサイズ修正などを行う必要がある．
44
571f6ffcccf8 mv CodeSegment to CodeGear and Datasegment to Datagear
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568 現在のバグではCodeGear内部での不要なスタック操作命令を完全に排除しきれていない．
20
2bf64cfb91b1 add CbC evaluation and CbCinterp fig
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569
48
443de29ac349 fix section names
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570 またCodeGearからCに帰る場合, 環境付き継続を行う必要がある．
443de29ac349 fix section names
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571 Cの関数の末尾でCodeGearを呼び出している場合など環境付き継続を使用しなくても良いケースは存在するが, 頻繁にCとCbCを行き来する場合記述が冗長になる可能性はある．
443de29ac349 fix section names
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572
443de29ac349 fix section names
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573 \section{Threaded Code}
443de29ac349 fix section names
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574 現在のMoarVMは次の命令をバイトコードからディスパッチし決定後, ラベルジャンプを利用し実行している．
443de29ac349 fix section names
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575 この処理ではディスパッチの箇所にコストが掛かってしまう．
443de29ac349 fix section names
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diff changeset
576 CbCをMoarVMに導入することで, バイトコード列を直接サブルーチンコールの列に置き換えてしまう事が可能である．
443de29ac349 fix section names
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diff changeset
577 これはCbCが基本ブロックの単位と対応している為である．
443de29ac349 fix section names
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diff changeset
578 CbCでは現在ディスパッチを行うCodeGearであるcbc\_nextを利用しているが, Threaded Codeを実装するにあたり,
443de29ac349 fix section names
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579 cbc\_nextと次のCodeGearに直接遷移するcbc\_fixt\_nextの実装を予定している．
9
8e80522a88bd tweek mindmap and wrote table of contents for Paper
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580
48
443de29ac349 fix section names
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581 また段階的に現在8バイト列を1命令コードとして使用しているが, これを16バイトなどに拡張し2命令を同時に扱えるように実装する事なども検討している．
443de29ac349 fix section names
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582
443de29ac349 fix section names
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583 %CbCはCodeGearで末尾最適化(Tail call optimization)を行う．
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584 %これはCodeGearは必ず関数呼び出しではなくgotoで次の状態に遷移する為にスタック領域の操作が必要とならない為である．
443de29ac349 fix section names
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585 %現在のCbCコンパイラの実装ではCodeGearからCの関数に戻る場合は末尾最適化を切り, CodeSegment間の遷移では末尾最適化が行われる．
443de29ac349 fix section names
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586 %末尾最適化を応用することでContinuation-passingスタイルのThreaded Codeの実装が可能となる．\cite{threadedcode}
443de29ac349 fix section names
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587 %またCodeGear自体を直接次の遷移先として設定することも可能であるため, CbCならThrededCodeを実装するアプローチが複数検討出来る．
443de29ac349 fix section names
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588
443de29ac349 fix section names
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589 %現在のCbCMoarVMは次の命令セットのディスパッチをcbc\_nextというCodeGearで処理している．
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590 %これは元のMoarVMの命令ディスパッチで行われる現在のオペコードを示すcur\_opと命令列opの操作及び次のラベルに遷移するマクロに該当する．
443de29ac349 fix section names
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591 %CbCMoarVMではラベルに対しての遷移の代わりにMoarVMの命令のCodeGearの集合体である配列CODESにアクセスし, その要素であるCodeSegmentに対して遷移する形を取っている．
443de29ac349 fix section names
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592 %この一連の処理がオーバーヘッドになる為, 今後はcbc\_fixt\_nextというCodeGearを導入し直接次の命令に該当するCodeSegmentへgotoする様に実装する予定である．
2
a758898008e6 add tex and Makefile
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593
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443de29ac349 fix section names
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594 Perl5においてはperlccというモジュールが開発されている．
443de29ac349 fix section names
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595 これはPerl5内部で利用しているPerlバイトコードを, PerlのC APIであるXS言語の様なCのソースファイルに埋め込み,それをCコンパイルでコンパイルするというものである．
443de29ac349 fix section names
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596 perlccを利用することでPerlインタプリタが無い状況でも可動するバイナリファイルを作成する事が可能である．
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597 しかしperlccはPerlスクリプトが複雑になるほど正確にCに移植を行う事が出来ず, 現在ではPerlのコアモジュールから外されている．
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598 perlccはPerlのバイトコードをCへの変換のみ行う為, Cで実装されているPerl経由で実行した場合と処理速度はほぼ変わらない．
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diff changeset
599 またperlccで生成されたCのソースコードは難解であり, これをデバッグするのが困難でもある．
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443de29ac349 fix section names
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parents: 47
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600 MoarVMでthreaded codeを実現出来た場合, その箇所のみCbCプログラムとして切り出す事が可能である為perlccと似たツールを作成することも可能である．
76
Takahiro SHIMIZU <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
parents: 75
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601 C言語でもperlccの様に内部構造をCの関数化すればThrededCodeの様な物を構築できるが, CbCと比較して処理の単位が明確ではない為高速化は見込めない．
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parents: 75
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602 また, CbCのCodeGearは基本ブロックそのものである為, CbCプログラムとして切り出す場合, CodeGearをそのまま出力すればよく, 生成されたCbCプログラム自体もperlccと比較して扱いやすい．
59
Takahiro SHIMIZU <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
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diff changeset
603 CbCを用いたThrededCodeでperlccの様なツールを作成した場合, CodeGearの単位が正常に機能すればCbCのCodeGearがThrededCodeをより効率化出来ると推測できる．
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443de29ac349 fix section names
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443de29ac349 fix section names
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605
443de29ac349 fix section names
Takahiro SHIMIZU <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
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606 CbCのCodeGearはgoto文で遷移するため, 次のCodeGearが一意に決定している場合Cコンパイラ側でインライン展開する事が可能である．
443de29ac349 fix section names
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607 CodeGearがインライン展開される限界については別途研究する必要があるが, CbCを利用した場合CodeGear単位でインライン展開が可能である．
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608 その為, ThrededCodeを実装する場合に決定した次のCodeGearをインライン展開する事が可能である．
63
98f4d19f474d fix typo
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609 従ってThreadedCodeを実現するにあたり新たな処理系を開発する必要がなく, 既存の資源を利用してThreadedCodeが実現出来る．
59
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610 これを繰り返す事でperlccなどと比較してより高速化したThrededCodeが実現できる．
48
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611
19
3e4ffa621ae9 add after work
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612
48
443de29ac349 fix section names
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613 \section{まとめ}
74
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614 本稿ではCbCによってPerl6の処理系であるMoarVMインタプリタの一部改良とその手法を示した．
68
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615 CbCMoarVMではオリジナルのMoarVMと比較して以下の様な利点が見られた．
48
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616
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617 \begin{itemize}
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618 \item CodeGear単位で命令処理を記述する事が可能となり, モジュール化が可能となった.
68
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619 \item ThreadedCodeを実装する際に効率的に実装ができる見込みが立った．
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620 \item CodeGearを導入した命令単位での最適化が可能となった．
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621 \item break pointを命令の処理単位でかける事が可能となった．
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622 \item 現在は命令処理部分をCodeGearに書き換えたのみである為, ラベルを利用した場合と比較して速度としては同等である．
48
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623 \end{itemize}
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624
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625 今後CbCでの開発をより深く行っていくにあたり, CbCコンパイラそのものの信頼性を向上させる必要がある．
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626 MoarVMの開発を行うにあたり新たに発見された複数のバグを修正し, より安定するコンパイラにする為に改良を行う．
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627
68
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628 現在CbCMoarVMで直接バイトコードを入力した場合のNQPのテストはJVM, JavaScriptのテストを除く中で80\%パスする．
48
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629 また数値の計算と出力などの簡単なNQPの例題を作成し, オリジナルのNQP,MoarVMでバイトコード化したものを入力した際も正常に動作している．
42
1abd6fc0abe8 add detail environment
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630 しかしNQPのセルフビルドは現在オブジェクトの生成に一部失敗している為成功していない．
48
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631 今後はさらに複雑な例題やNQPのセルフビルド, Perl6の動作を行っていく．
19
3e4ffa621ae9 add after work
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632
48
443de29ac349 fix section names
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633 MoarVMではGCからオブジェクトを守る為にMVMROOTというマクロを利用し, 局所変数のポインタをスタックに登録する処理を行っている．
443de29ac349 fix section names
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634 GCの制御を効率的に行えば本来は必要ない処理であり, 実行するとCodeGearの優位性が損なわれてしまう．
19
3e4ffa621ae9 add after work
Takahiro SHIMIZU <anatofuz@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
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635 従ってMoarVMのGCの最適化を行う．
3e4ffa621ae9 add after work
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636
58
8e5e2521d1db insert space after ,
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637 また高速化という面では, Perlの特徴である正規表現に着目し, 正規表現の表現のみ高速で動く最適化の導入なども検討している．
48
443de29ac349 fix section names
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638 他にrakudoのコンパイラ系統からCbCのコードを直接生成させ, それをllvmでコンパイルすることによってLLVMの最適化フェーズを得て
32
43e0cf46d40b add cbc_codesegs.cbc
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639 高速化することも可能であると推測できる．
19
3e4ffa621ae9 add after work
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640
48
443de29ac349 fix section names
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641 Perl6の開発は非常に活発に行われている為, CbCMoarVMの最新版の追従も課題となっている．
44
571f6ffcccf8 mv CodeSegment to CodeGear and Datasegment to Datagear
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642 現在はinterp.cからPerlスクリプトを用いて自動でCbCのCodeGearを生成している．
23
7689b70a1a79 create stagenqp.pdf and tweak tex
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643 今後の開発領域の拡大と共により効率的にCbCコードへの自動変換も複数のCコードに対応する様に開発を行っていく．
2
a758898008e6 add tex and Makefile
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644
9
8e80522a88bd tweek mindmap and wrote table of contents for Paper
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645 %å\subsection{MoarVMの処理流れ}
48
443de29ac349 fix section names
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646 %MoarVMはC言語で実装されており, Perl5で記述されたConfigure.plを
9
8e80522a88bd tweek mindmap and wrote table of contents for Paper
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647
2
a758898008e6 add tex and Makefile
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648
a758898008e6 add tex and Makefile
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649 % BibTeX を使用する場合 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
11
ea10413281c5 tweak Makefile and create reference.bib
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650 \nocite{*}
51
baba702fb22b fix typo
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651 \bibliographystyle{ipsjsort}
baba702fb22b fix typo
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parents: 50
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652 \bibliography{reference}
2
a758898008e6 add tex and Makefile
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653
a758898008e6 add tex and Makefile
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654 \end{document}