第７回 カーネル/VM探検隊で発表した、ErlangとHaskellでMIPSアーキテクチャのVMを作ったお話です。

1. つくっておぼえる！仮想マシン
∼直前で実装編∼
筑波大学 情報科学類 ２年
えりっく(@siritori)
筑波大学情報科学類 １年
いおりん(@iorivur)

2. つくっておぼえる！仮想マシン
∼直前で実装編∼
VM
in
Erlang
筑波大学 情報科学類 ２年
えりっく(@siritori)Haskell
VM
in
筑波大学情報科学類 １年
いおりん(@iorivur)

3. じこしょうかい
• えりっく
– ちゃんと筑波大学に通っています
– あ、単位も全部来ました
– 趣味はマッサージとしりとり
– 最近はTwitterに流れるつぶやきのリアルタイ
ムな話題推定技術の研究とかしてる
– Erlangでサーバ書いて遊んでる(よばれた通知とか)
– 興味あるもの : Erlang, 自然言語処理, 機械学
習, (比較的)低レイヤなもの

4. じこしょうかい
• いおりん
– Verilogでカメラを制御して受験を生き抜いた
– Arch Linux / Debian GNU/Linux使い
– sgi O2やcobalt qubeなどにNetBSDを入れ
てpkgsrcしてあそんでる。
– 高校ではロボットをつくってました

5. 第６回のとき...
『つくっておぼえる！仮想マシン∼妄想編∼』
という名前で発表
本人は当時のスライドを紛失(何話したっけ？)
当時言ってた要約 :
MIPSアーキテクチャVMを
Erlangで実装する

6. 2012. 4/3ごろ

7. 2012. 4/3ごろ
あ、作ってない。
作って発表するか・ω・
あとつくばの活きのいい学生誘って来ました

8. というわけで実装してみました
• 昨日頑張りました(つくばACハッカソン)
• RISCでも時間の制約には勝てなかった
• @siritori 「約束通りErlangで書くー」
• @iorivur 「じゃあぼくHaskellで書くー」
• ※ふたりとも手続き型言語では意地でも書かない
• 関数型言語の抽象化のエッセンスを学びつつ、MIPS
アーキテクチャも知りたい＞＜
• というわがままなテーマです

9. あーらん
Erlang
• (」・ω・)」あー！(/・ω・)/らんー！
• アクターモデルな並列指向言語
• 純粋でない関数型言語(な見た目)
• 隣の勉強会のHaskellerたちからしたら虫酸が走る
• 電話交換機とかのバックエンドで使われてた
• OTPというすごいフレームワークを触るためのlang

10. いーらんぐ
って言うな(´；ω；)
あーらん
Erlang
• (」・ω・)」あー！(/・ω・)/らんー！
• アクターモデルな並列指向言語
• 純粋でない関数型言語(な見た目)
• 隣の勉強会のHaskellerたちからしたら虫酸が走る
• 電話交換機とかのバックエンドで使われてた
• OTPというすごいフレームワークを触るためのlang

11. リポジトリとか
• RECRIO(れくりお)ってコードネームでな
んとなく開発開始(RECRIOを入れ替えると)
• githubにおきました(ついさっき)
– http://github.com/siritori/recrio
• 「こういう書き方はあんまよくない」とか
あったら教えて下さい＞＜

12. できてるところ
• 32bitのバイナリいぢるユーティリティ書いた
• 「何番地に∼というデータをおく」というのを
受け取って配置してからプログラムカウンタを
設定して動作する
• 例外処理するためにメッセージ送信ができるよ
うにしといた(退避とかはまだ)
• メモリアクセスとか算術命令とか分岐命令の一
部ができてる

13. できてないところ
• やっぱりカーネル/VM探検隊だとELFローダも
書けてないのに発表するのは心苦しいです
• 例外飛んでから処理に飛んでいくところ(MIPS
の例外処理の理解が怪しいので教えて下さい)
• コプロセッサあたりの実装(́・ω:;.:...
• ErlangのくせにOTP使ってないとかErlangじゃ
ないですよねごめんなさい

14. ふええ＞＜っち
• 前にも話した気がするけどErlangにはバ
イナリデータのパターンマッチング構文が
ある(通信系だから？)
• ABBCCCCCみたいなビット列があったら、
<<A:3, B:2, C:5>> = Data とかでマッチ
できる
• いやなんかこうこういう構文あったら命令
フェッチしたくなるじゃない？

15. ふええ＞＜っち
exec(<<16#08:6, Rs:5, Rt:5, SignExtImm:16>>) ->
なんとかかんとか
↑addi命令の場合(OpCodeが0x08なI型命令)
こんな感じで以下の命令が実装してあります(｀・ω・́)
add, addi, addiu, addu, and, andi, or,
ori, xor, xori, sll, srl, sllv, sra,
srav, sw, lw, slt, slti, lui, j, beq,
bne, break, jal, jalr

16. ふええ＞＜っち
exec(<<16#08:6, Rs:5, Rt:5, SignExtImm:16>>) ->
なんとかかんとか
↑addi命令の場合(OpCodeが0x08なI型命令)
こんな感じで以下の命令が実装してあります(｀・ω・́)
add, addi, addiu, addu, and, andi, or,
今日起きてから実装
ori, xor, xori, sll, srl, sllv, sra,
srav, sw, lw, slt, slti, lui, j, beq,
bne, break, jal, jalr

17. 記憶領域やレジスタの話
• レジスタとメモリ : ETS (Erlang Term Storage)
• メモリアクセスが4の倍数だけでよかった
• プログラムカウンタや原因レジスタ、EXPレジ
スタ、メモリテーブルへの参照をぜ∼んぶ
Contextとして持ち回るような設計に(並列実行
への布石)

18. 命令の実装
• 名状しがたい高階関数のようなものを使って
できるだけうまいこと抽象化しながら実装
• すべての割り込みはメッセージ送信！
self() ! {invalid_address, XXXX}
• 外部からの割り込みもメッセージ送信

19. 感想
• 数値の演算がC言語の10倍くらい遅いと言われ
るErlangだけど、バイナリの操作はすごく簡単
だった(○ ω ○)
• このMIPSのVMを複数立ち上げるのも朝飯前だ
し、MIPSがWeb上で遊べるサービスとか作れ
そう
• 競技プログラミングの採点システムとかになっ
たらいいね(*́･ω･)(･ω･｀*) 速度面...
• MIPSアーキテクチャのいい勉強になった

20. はすける
Haskell
• (」・ω・)」はすー！(/・ω・)/けるー！
• 純粋な関数型言語
• やたら型にうるさいのでコンパイルに大体の問題が
片付く(らしい)
• 手続き的なものは「みんな、Monadになる。」

21. できてるところ
• インタラクティブにMIPSアセンブリを叩けるUI書いた
• 叩いたアセンブリが機械語に変換されてメモリに書かれ
ていく
• メモリアクセスの一部とか算術命令ができてる
• メモリから自動で読み込んで走るモードにおちる

22. できてないところ
• 例外、コプロセッサ命令、ジャンプ命令
• 綺麗なレジスタダンプ
• わかりやすくて親切なUI
• 一般的なアセンブリシンタックス入力

23. 実装
• システムの内部状態をすべて再帰でとりま
わす->再帰がそのままクロックのようなイ
メージ
• 関数のパターンマッチやcase文で命令を
デコード

24. デモとか