V6インタプリタなどのLTです。

1. UNIX V6 インタプリタ
七誌

2. 自己紹介
• 典型的な社内ニート（たまにVBA程度）
• プログラミングはほとんど趣味
– 良いネタができたら独立・・・と考えて早10年
– 自然言語処理がやりたかったけど、さっぱり
• みんなで自作のおもちゃコンパイラを作って、
自作のおもちゃOSを作って遊びたい！
• コンパイラを作るにはバイナリの知識が必要
• そのため準備としてPE勉強会を主催

3. 自作コンパイラ
• 4年くらい掛けて独自言語コンパイラのセルフ
ホスティングに到達
– セルフホスティングする前はC#で書いた
• ある程度できてから、独自言語でコンパイラ
を書き直そうとして挫折
• 2年くらい放置した後、C#から独自言語にトラ
ンスレートすれば良いと気付いた
• こういう遊びを広めたい！

4. 最初の失敗
独自言語
C#
コンパイラ
のソース コンパイラ
（C#）
独自言語
サンプル
コンパイラ EXE
（独自言語）
のEXE
コンパイラ書き直し • あれもこれも！
（独自言語）
• セカンドシステム症候群

5. トランスレート
タイムスタンプ以外
独自言語コンパイラ C# 完全一致！
のソース（C#） コンパイラ
独自言語
コンパイラ
のEXE
C#から独自言語への
トランスレータ
独自言語 独自言語
独自言語コンパイラ コンパイラ コンパイラ
のソース（独自言語） のEXE のEXE
セルフホスティング

6. OS遊び
• 2年ほどFreeBSDをメインにしていたけど、巨
大過ぎて内部には手が付けられなかった
• MINIXがシンプルで良いと思ったので、PEか
らa.outに変換するツールを作って、VC++で
吐いたEXEを変換して動かしてみた
– カーネルもVC++でビルドできるようにはなったけ
ど、アセンブリをACKからMASMに書き換える際
に間違えたらしく、うまく動かなかった
– カーネルハックには到達できず挫折

7. UNIX V6
• 1975年頃の古いUNIX
– コンパイラ＋カーネルのセットとしてはMINIXより
も遥かにコンパクトで手頃だと思った
• 解説書のLions本は持っていたけど、どこから
読めば良いのかよく分からず放置
• そんなとき読書会が始まった！
– PDP-11のアセンブリが読めなくて脱落寸前
• 慣れるため、simh（エミュレータ）でV6を動か
して、ハローワールドを書いて遊んだりした

8. V6のファイルシステム
• ハローワールドをディスクイメージから取り出
して、バイナリを分析したい
• TCP/IP実装前でネットワークはない
• 仕方ないのでカーネルのソースを見ながら
ディスクイメージを分析して、ファイルを取り出
すツールを作った
• VFS以前の時代で、lsがディレクトリエントリを
ユーザー側で読んでいるのが衝撃的

9. V6FS
• F#で作った自作のファイル抜き出しツール
• 最初はWindows FormsのGUIアプリ
• GUIアプリって気軽に試しにくいよね
– ダウンロード→展開→実行
– ClickOnceではインストールされてしまう
– Windows以外ではmonoで動くけど、monoはな
かなか普及しない
• とりあえずブラウザで動かすためSilverlight

10. F#
• とにかく構文が簡潔
– セミコロンやブロックのブレースが不要
• REPL標準装備
• クラスを作らずにコードをベタ書きできる
– C#だと必ずクラスで囲まなければいけない
class Test { static void Main() { … } }
• モジュールをopenすれば接頭辞が不要
– C#だとstaticメソッド呼び出しにクラス名が必要
– VB.NETでもできるけど

11. Silverlight
• Webページに貼り付けるプラグイン
• MS版Flashというかアプレットみたいなもの
– 実は.NET 1.0の頃からアプレットは作れた
– 誰も使わない、MSも推奨しない
• GUI以外のコードが流用できるので、.NETア
プリをWebに貼り付けるのが手軽
• サーバー側に処理を組み込まなくても、ロー
カルに閉じた擬似ファイル送受信が可能
– ディスクイメージ→ファイル抜き出しに使用

12. ツールを作ったけど
• いちいちファイルを取り出すのが面倒
• V6の外でコンパイラが動けば済むのでは？
– バイナリ分析が目的なので、必ずしも実行できな
くても構わない
• gccはpdp11-aoutターゲットをサポート
– V6のコードはK&R以前の古いC言語でgcc非互
換、アセンブラもgasとは非互換
• V6のcc/asがどうしても必要！

13. 移植戦略
• ccを今のC言語で書き直すのは、頑張れば
できると思った
• しかしasはフルアセンブラ
• さてどうしよう・・・？
1. アセンブリを解読しながら高級言語に翻訳
2. 文法を真似て互換アセンブラを開発
3. インタプリタを作って動かす ← 採用

14. PDP-11インタプリタ
• 初めに逆アセンブラを作成
• 当初はGUIアプリとSilverlightを並行開発
– すぐに面倒になりSilverlightに一本化
• 逆汗の分岐をコピペして実行に書き換え
– PDP-11はアドレッシングモードが豊富で、初めは
理解が曖昧だったので苦労した
– 動いた解釈が正しいというのが判断基準
– ひたすらログを目視でトレース
• 開発言語はVB.NET（ぇ

15. VB.NET
• ごめんなさい、ぬるい人間にF#はきつい！
• 言語ではなくIDEのサポート不足が問題
– 補完が微妙とかは許容範囲内
– 「すべての参照の検索」 ができないのは致命的
• C#の好きじゃない点もVB.NETならクリア
– セミコロンを打たなくて良い
– モジュールの接頭辞を省略できる
– VB10なら次の行への継続も自動判断
• VB9までこれができないのでC#を使っていた

16. コマンドライン版
• Silverlight版インタプリタでcc/asが動いた
• カーネルをビルドしていじるには、結局ローカ
ルのコマンドラインじゃないと不自由
• 当初はVB.NETのコードでコマンドライン版を
作ろうと思っていたけど、Lions本読書会の参
加者に.NET愛好者はいない！
• 仕方ないので読書会前日にC++で作り直し
• V6カーネルのビルドができるのを確認

17. C++
• POSIX前提にInterix上で開発
– NetBSD, FreeBSD, Mac OS Xで動作確認
• C++0xとかboostはなし
– 依存ライブラリなしに、OSデフォルトのコンパイラ
でサクっとビルドできるようにしたい
– FreeBSDはGPL3避けのためgcc-4.2系で更新
を停止している（clang待ち）
• STLを使った10年くらい前のスタイルで開発
– STLすら使えない環境は・・・ごめんなさい

18. Interix
• MSが買収して公式になったPOSIXサブシステム
• Interix上のV6インタプリタでカーネルをビルドすると
simhの5倍くらい遅い
• VMware上のNetBSDではsimhとほぼ同じ速度
• InterixのオーバーヘッドはCygwinほどではないと
思っていたけど、これは酷い
– Vista以降はUltimate/Enterprise縛りがあって人に薦めら
れないので、個人的にはMSYSに移行する予定
• 仕方ないのでWin32ネイティブに移植すると、simh
とほぼ同じスピードが出た

19. システムコール
• cc/asを動かすのに必要なものだけ実装
– 標準出力／ファイル入出力／fork／exec
• 標準出力のシステムコールで出力した文字を
テキストボックスに表示するだけ
– トレースでV6のprintf()がデフォルトでバッファリン
グせずに一文字ずつ出力しているのがわかる
• Silverlight上でのファイルはRAMディスク
– 実態は単なるフルパスのハッシュテーブル

20. fork/exec (1)
• これが一番厄介だった
• Silverlight、POSIX、Win32それぞれ別実装
• POSIXではforkは実際にフォーク（プロセス
のコピー）、execはVM内でのシミュレート
• SilverlightとWin32はネイティブプロセスには
触れずに完全にVM内でのシミュレート
– 原理的には実装を同じにできる
– そうなっていないのは、Silverlightでの実装が稚
拙で、Win32を実装したとき改良したため

21. fork/exec (2)
• V6のforkは子プロセスは _fork:
mov r5,-
r5,-(sp)
コピー後そのまま実行し、 mov sp,r5
親プロセスは命令を1つ sys fork
子
親 br 1f
飛ばして続行 bec 2f
• Lions本読書会で教えて 1:
jmp cerror
もらった mov r0,_par_uid
clr r0
– 教えてくれた方は、この仕 2:
組みを解読するのにとて mov (sp)+,r5
rts pc
も苦労したとのこと

22. fork/exec (3)
• POSIXではホストのネイティブのforkを使って
インタプリタのプロセスを実際にfork後、親プ
ロセス側のVMのPCをいじって対応
プロセス（親）
VM
本物のfork
sys fork プロセス（子）
VM
PC += 2

23. fork/exec (4)
プロセス
• Silverlightではcc/asに特 VM（親）
化した小細工で実装
• 子はすぐexecして親はそ
sys fork sys exec
れをwaitするパターン
• execでVMのインスタンス VM（子）
を作り、exit後にfork時点 PC += 2 sys exit
にロールバックして続行 sys wait
• シングルスレッド実行のた
めwaitは素通り

24. fork/exec (5)
プロセス
• Win32にはネイティブの VM（親）
forkはないため、VMのイ
ンスタンスをコピーして擬
似的にforkを再現 sys fork VM（子）
• execはVMのメモリイメー sys exec
ジを書き換えて再現
PC += 2 sys exit
• シングルスレッド実行の
ため、Silverlightと同じよ sys wait
うにwaitは素通り
• Silverlightの改良モデル

25. オチ
• 読書会の参加者から既存のユーザーモード
シミュレータが存在すると教えてもらった
– apout
http://puszcza.gnu.org.ua/software/apout/
• 存在を知っていたら、作らなかったと思う
• せっかく作ったので、ユーザーモードとカーネ
ルモードの特定の遷移をモデル化して抽出す
るなど、学習に特化した方向で発展させたい

26. 最後に
• V6関係は手探りだったけど、状況がわかって
かなり開けてきた感じ
• まごろくさんのV7の説明を聞いて、基本的な
部分はほとんど同じだと感じた
– 読書会でV6のバグじゃないかと指摘された部分
がV7で直されていたりして面白い
– BSD派なのでV6からBSDを追いたいかも
• コンパイラ・OS自作にフィードバックしたい
– あれ、自然言語処理はいつになったら・・・

27. ご清聴ありがとうございました