1. xv6 + mist32 + mruby
@hktechno

2. @hktechno
● 筑波大学大学院に入院しました
● 実時間組み込みアーキテクチャ研究室
○ すでに実時間も組み込みも殆どやってない
○ OSSS, Softlab の影に隠れた kernelvm 系研究室
○ OS, VMM, 最近 OS + NVM 周りをやっている
● Open Design Computer Project
○ mist32 プロセッサ, gcc, binutils...
○ http://open-arch.org/

3. xv6 とは
● UNIX V6 の現代版 x86 再実装
○ V6 != SVR6
○ MIT 製, 教育用 OS と言っている, 教科書付き
● 構造が非常にシンプル
○ マルチコアも対応
○ ファイルシステムもついてる
○ 実機でも起動する (最近のマシンだと微妙)
○ コード行数は 10,000 行ぐらい

4. 卒業研究でやったこと
● SSDAlloc のようなもの
○ SSDAlloc: SSD をうまく使って Swap より速いハイブ
リッドメモリを提供する
● SSDAlloc の仕組みを、MMU によって支援
○ mist32 プロセッサに実装
○ なんらかの OS が必要

5. xv6 の良い所
● つまらない研究ネタを簡単に実装できる
○ 正直 Linux をいじるのは大変
○ そこで xv6
● 他のアーキテクチャへの移植も簡単
○ 研究室で、配属された直後に振られることが多い
○ OS の構造や、プロセッサ仕様の把握にとても良い

6. 実機で動かすなら

7. え？まさか？！

8. パッチ書いた
● LGDT 後の動作 (常識)
○ CS のクリア
■ ljmp <selector>, 0
○ DS, ES… のクリア
■ movw <selector>, %ds
● パッチ: http://pastebin.com/M8SVGSPu

9. xv6 を移植しよう
● ARM は研究室内ですでに実績あり
● Raspberry Pi 向けもある
○ https://code.google.com/p/xv6-rpi/
● mist32 向けに移植しよう
○ 未踏で作ったオリジナルプロセッサ
○ http://open-arch.org/hardware/mist32

10. xv6 移植の前提
● MMU が必要
○ ページングをがっつり使っている
○ セグメントはフラットなので要らない
● ディスクは必要がない
○ kernelmemfs というバイナリが吐ける
○ RAM 上に fs を作るのでなくてもいける
● 実機で動かすなら...
○ multiboot 対応の grub とかがあると楽 (無くても可)

11. xv6 移植 1
● cpu-local? storage
○ GS のセグメントに、struct cpu, struct proc のポインタ
が格納されている
○ 何らかの手段で同じことを実現する必要がある
○ 多分高速化？
extern struct cpu *cpu asm("%gs:0"); // &cpus[cpunum()]
extern struct proc *proc asm("%gs:4"); // cpus[cpunum()].proc

12. xv6 移植 2
● スタックの構築
○ exec() などで、スタックを構築してエントリポイントへ渡
す
○ 引数はスタックに構築している (x86 だから)
○ レジスタ渡しのプロセッサでは、trapframe をうまく使うと
良いと思う

13. xv6 のダメなところ
● メモリマップ
○ 0x00000000 - 0x80000000: User
○ 0x80000000 - 0x00000000: Kernel
○ NULL Pointer を読んでも落ちない！！
● メモリ割り当て
○ スタックの位置がなんか変な感じ
○ デマンドページング非対応
○ スワップとかあるはずがない
.text, .bss, .data...
-- INVALID PAGE --
Stack
Heap

14. xv6 のダメなところ
● ファイルシステム
○ 最大ファイルサイズが少ない！
○ (12 + (512 / 4)) * 512 = 71,680 byte
○ 頑張ればもうちょっと増やせるが...
○ ブロックサイズを増やすと、色々崩壊する

15. 詳しいことは
http://open-arch.org/software/porting_xv6
https://github.com/techno/xv6-mist32

16. 移植してみたけど...
シェルしか動かない。
楽しくない。

17. xv6 に mruby を移植してみよう
● 用意するもの
○ Newlib
■ xv6 の ulib は libc とは言わない
○ xv6 の usys.S
● Newlib
○ newlib/libc/sys の下辺りに xv6 を移植
○ 少しいじって autoconf するだけ
○ https://github.com/techno/newlib-xv6

18. mruby のバイナリ
● どう頑張っても 400KB ぐらいになる
○ ファイルシステムの制限に引っかかる
● kernel に直接リンクしてしまおう
○ ld -b binary hoge みたいな
○ exec で mruby ならば、そこからコピー

19. デモ？

20. 最後に
● 研究に xv6 を使うのやめよう
○ 評価が大変
○ 実用性皆無
● PyCon JP 2014 のスタッフやってます
○ Call for Proposal を開始したのでネタ募集中
○ Web 系以外大歓迎