MochiOS@仮想ファイルシステムの作成part9

前提知識無しで作るなんちゃって仮想ファイルシステムpart9。

開発日記です。独り言です。

これまでのあらすじ

part	内容
0	仮想ファイルシステムを作りたい宣言をする。
1	ざっくり仮想ファイルシステムの機能を決める。 が、機能呼出し先の仮想ファイルシステムのタスクIDをどう取得するかという問題に気付く。
2	カーネルにタスク名登録機能を実装した。 これでタスク名からタスクIDを取得する事が出来る様になるハズ、なので試したいが試す方法が無い事に気付き、ログ出力タスクの開発を宣言する。
3	ログ出力の為に使うvsnprintf()の仕様を調べる。
4	ログ出力タスクを開発してタスク名からタスクIDの取得機能が正しく動いている事が確認できた。
5	mount機能を実装した。たぶんできてる。
6	FDどうやって管理しようかー。メッセージのやり取り制御を状態遷移で制御しようかー。とか考えて、open機能を実装した。たぶんできてる。
7	openと同じようなシーケンスなので、メッセージとちょっとやる事変えて簡単にwrite機能を実装できちゃった。
8	writeと同じようなシーケンスなので、メッセージとちょっとやる事変えて簡単にread機能を実装できちゃった。

closeの仕様を考える

今回はclose機能を作ります。
仮想ファイルサーバとしては、openもwriteもreadもcloseもあんまりやること変わらないハズ。なので簡単にできるかな～と思っている。
あ、キャッシュなんて何にも考えていませんからね。
（ブログ記事までreadのコピペ）

シーケンスの順番は何も変わらず、渡すデータとちょっと間にやる事が変わったくらい。
あーcloseが一番楽だな～。渡すデータ無いし。FD解放するだけでしょ？（データキャッシュしてないから。）

以下、メッセージ仕様。

■ close要求メッセージ

offset	size	内容	値	意味
0x00	4	機能ID	0x0000_0007	close
0x04	4	タイプ(要求/応答)	0x0000_0000	要求
0x08	4	グローバルFD	任意	-

■ close応答メッセージ

offset	size	内容	値	意味
0x00	4	機能ID	0x0000_0007	close
0x04	4	タイプ(要求/応答)	0x0000_0001	応答
0x08	4	処理結果	0x0000_0000 0x0000_0001	成功 失敗

■ vfsClose要求メッセージ

offset	size	内容	値	意味
0x00	4	機能ID	0x0000_0008	vfsClose
0x04	4	タイプ(要求/応答)	0x0000_0000	要求
0x08	4	グローバルFD	任意	-

■ vfsClose応答メッセージ

offset	size	内容	値	意味
0x00	4	機能ID	0x0000_0008	vfsClose
0x04	4	タイプ(要求/応答)	0x0000_0001	応答
0x08	4	グローバルFD	任意	-
0x0C	4	処理結果	0x0000_0000 0x0000_0001	成功 失敗

実装してみた

大体、OpenやWriteやReadと同じような動きなので、あっさり実装。

とりあえず、実行結果をば。

何をやっているかというと、下の様なシーケンスでopen -> read -> closeを永遠繰り返すお試しを作ってみました。
確認ポイントは、closeしているので、LocalFDとGlobalFDが再利用されて、必ず1となっているところ（前者は5行目の「fd=1」で、後者は色々な行で出てくる「globalFd=1」で確認できる。）

read以上にあっさりcloseを実装してしまった。キャッシュ機能ないからね。

次はどうしようかな。
・作ってきた仮想ファイルシステムの色々な問題を解決していく。
な感じかなぁ。

並行して、ドライバをちゃんと作るためにMochiKernelにスレッド機能を追加とかやりたいので、かなり更新は遅くなりそう。

MochiOS@仮想ファイルシステムの作成part7

前提知識無しで作るなんちゃって仮想ファイルシステムpart7。

開発日記です。独り言です。

これまでのあらすじ

part	内容
0	仮想ファイルシステムを作りたい宣言をする。
1	ざっくり仮想ファイルシステムの機能を決める。 が、機能呼出し先の仮想ファイルシステムのタスクIDをどう取得するかという問題に気付く。
2	カーネルにタスク名登録機能を実装した。 これでタスク名からタスクIDを取得する事が出来る様になるハズ、なので試したいが試す方法が無い事に気付き、ログ出力タスクの開発を宣言する。
3	ログ出力の為に使うvsnprintf()の仕様を調べる。
4	ログ出力タスクを開発してタスク名からタスクIDの取得機能が正しく動いている事が確認できた。
5	mount機能を実装した。たぶんできてる。
6	FDどうやって管理しようかー。メッセージのやり取り制御を状態遷移で制御しようかー。とか考えて、open機能を実装した。たぶんできてる。

writeの仕様を考える

今回はwrite機能を作ります。
仮想ファイルサーバとしては、openもwriteもあんまりやること変わらないハズ。なので簡単にできるかな～と思っている。
あ、キャッシュなんて何にも考えていませんからね。

シーケンスの順番は何も変わらず、渡すデータとちょっと間にやる事が変わったくらい。
（こうやってシーケンスにしてみると良く分かるのだけど、データのコピー回数の多さ。マイクロカーネルだとメッセージパッシングが主なデータのやり取りとなる（？）わけだけど、４回のデータコピー（ユーザタスク→カーネル→mvfs→カーネル→シリアルポートドライバ）が走るので性能が落ちる。）

以下、メッセージ仕様。

■ write要求メッセージ

offset	size	内容	値	意味
0x00	4	機能ID	0x0000_0003	write
0x04	4	タイプ(要求/応答)	0x0000_0000	要求
0x08	4	グローバルFD	任意	-
0x0C	8	アドレス	任意	-
0x14	4	データサイズ	1~24,064	-
0x18	1~24,064	データ	任意	-

なぜ24,064かというと、現在のMochiKernelで送信可能なメッセージの最大長が24,576byteなので、そこから-512byte（ヘッダとかも含めるので）減らした。適当。
そもそも、なんで24,576にしたんだっけ…

■ write応答メッセージ

offset	size	内容	値	意味
0x00	4	機能ID	0x0000_0003	write
0x04	4	タイプ(要求/応答)	0x0000_0001	応答
0x08	4	処理結果	0x0000_0000 0x0000_0001	成功 失敗
0x0C	4	書込み実施サイズ	0~24,064	-

■ vfsWrite要求メッセージ

offset	size	内容	値	意味
0x00	4	機能ID	0x0000_0004	vfsWrite
0x04	4	タイプ(要求/応答)	0x0000_0000	要求
0x08	4	グローバルFD	任意	-
0x0C	8	アドレス	任意	-
0x14	4	データサイズ	1~24,064	-
0x18	1~24,064	データ	任意	-

■ vfsWrite応答メッセージ

offset	size	内容	値	意味
0x00	4	機能ID	0x0000_0004	vfsWrite
0x04	4	タイプ(要求/応答)	0x0000_0001	応答
0x08	4	グローバルFD	任意	-
0x0C	4	処理結果	0x0000_0000 0x0000_0001	成功 失敗
0x10	4	書込み実施サイズ	0~24,064	-

実装してみた

大体、Openと同じような動きなので、あっさり実装。
（とはいえ、mountもopenもwriteもかなり適当に実装しているので、だいぶ改造やリファクタリングしていかなきゃならない。いずれそれをやる予定。）

とりあえず、実行結果をば。

何をやっているかというと、

こんな感じ。
mttyはサーバタイプで、ラインディシプリンとかセッション管理とかそういうのを実装していこうと思っているプロセスです。今回は、このmttyが「/serial」ファイルをオープンして（上図では省略）二回「tes」という3バイトのデータをwriteしています。
シリアルポートドライバは、vfsWriteを受け取ったら、そのデータを1バイトづつ転送レジスタに書き込むようにしました。
（本当は、転送レジスタの空きがあるかチェックしたり、FIFOいっぱいだったら割込み待って書き込むとか必要なんだけど、ちょっと試したいだけだったので省略。真面目にやると、割込み待ちとメッセージ待ちの両方を行わせる事が現状できないので、カーネルの機能を追加しないといけない。）

qemu上で動かしているので「-serial telnet::4444,server」オプションを使う事で、telnet接続でシリアルポートに接続させることができるようにしています。

次！read。ほぼ、writeのコピペでいける気がする。テキトーに。

MochiOS@仮想ファイルシステムの作成part8

前提知識無しで作るなんちゃって仮想ファイルシステムpart8。

開発日記です。独り言です。

これまでのあらすじ

part	内容
0	仮想ファイルシステムを作りたい宣言をする。
1	ざっくり仮想ファイルシステムの機能を決める。 が、機能呼出し先の仮想ファイルシステムのタスクIDをどう取得するかという問題に気付く。
2	カーネルにタスク名登録機能を実装した。 これでタスク名からタスクIDを取得する事が出来る様になるハズ、なので試したいが試す方法が無い事に気付き、ログ出力タスクの開発を宣言する。
3	ログ出力の為に使うvsnprintf()の仕様を調べる。
4	ログ出力タスクを開発してタスク名からタスクIDの取得機能が正しく動いている事が確認できた。
5	mount機能を実装した。たぶんできてる。
6	FDどうやって管理しようかー。メッセージのやり取り制御を状態遷移で制御しようかー。とか考えて、open機能を実装した。たぶんできてる。
7	openと同じようなシーケンスなので、メッセージとちょっとやる事変えて簡単にwrite機能を実装できちゃった。

readの仕様を考える

今回はread機能を作ります。
仮想ファイルサーバとしては、openもwriteもreadもあんまりやること変わらないハズ。なので簡単にできるかな～と思っている。
あ、キャッシュなんて何にも考えていませんからね。
（ブログ記事までwriteのコピペ）

シーケンスの順番は何も変わらず、渡すデータとちょっと間にやる事が変わったくらい。

以下、メッセージ仕様。

■ read要求メッセージ

offset	size	内容	値	意味
0x00	4	機能ID	0x0000_0005	read
0x04	4	タイプ(要求/応答)	0x0000_0000	要求
0x08	4	グローバルFD	任意	-
0x0C	8	アドレス	任意	-
0x14	4	データサイズ	1~24,064	-

なぜ24,064かというと、現在のMochiKernelで送信可能なメッセージの最大長が24,576byteなので、そこから-512byte（ヘッダとかも含めるので）減らした。適当。
そもそも、なんで24,576にしたんだっけ…
(writeとおんなじ。）

■ read応答メッセージ

offset	size	内容	値	意味
0x00	4	機能ID	0x0000_0005	read
0x04	4	タイプ(要求/応答)	0x0000_0001	応答
0x08	4	処理結果	0x0000_0000 0x0000_0001	成功 失敗
0x0C	4	読込み実施サイズ	0~24,064	-
0x10	0~24,064	データ	任意	-

■ vfsRead要求メッセージ

offset	size	内容	値	意味
0x00	4	機能ID	0x0000_0006	vfsRead
0x04	4	タイプ(要求/応答)	0x0000_0000	要求
0x08	4	グローバルFD	任意	-
0x0C	8	アドレス	任意	-
0x14	4	データサイズ	1~24,064	-

■ vfsRead応答メッセージ

offset	size	内容	値	意味
0x00	4	機能ID	0x0000_0006	vfsRead
0x04	4	タイプ(要求/応答)	0x0000_0001	応答
0x08	4	グローバルFD	任意	-
0x0C	4	処理結果	0x0000_0000 0x0000_0001	成功 失敗
0x10	4	読込み実施サイズ	0~24,064	-
0x14	0~24,064	データ	任意	-

実装してみた

大体、OpenやWriteと同じような動きなので、あっさり実装。

とりあえず、実行結果をば。

今回はちょっと動画でご紹介。
上は画面、下はシリアルポート入出力のウィンドウ。

最初にシリアルポート側で"testes"が出ていますが、前回のwrite機能実装でお試ししてみたもの。今回はその後に「aadekita!!!」を入力してやって、それをエコーしています。

1秒ビジーウェイトしているのは、ドライバ側で割込み待ちができない（現状、MochiKernelではメッセージ待ちと割込み待ちを同時に行えない。）ので仕方なく（CPUを労わる為に）。

write以上にあっさりreadを実装してしまった。
次はもっと簡単で、closeを実装する。キャッシングないからね。

MochiOS@仮想ファイルシステムの作成part6

前提知識無しで作るなんちゃって仮想ファイルシステムpart6。

開発日記です。独り言です。

これまでのあらすじ

part	内容
0	仮想ファイルシステムを作りたい宣言をする。
1	ざっくり仮想ファイルシステムの機能を決める。 が、機能呼出し先の仮想ファイルシステムのタスクIDをどう取得するかという問題に気付く。
2	カーネルにタスク名登録機能を実装した。 これでタスク名からタスクIDを取得する事が出来る様になるハズ、なので試したいが試す方法が無い事に気付き、ログ出力タスクの開発を宣言する。
3	ログ出力の為に使うvsnprintf()の仕様を調べる。
4	ログ出力タスクを開発してタスク名からタスクIDの取得機能が正しく動いている事が確認できた。
5	mount()機能を実装した。たぶんできてる。

openの仕様を考える

とりあえず、必要なのはパスよね。
あと、読書きフラグ。。。あるけど、今は忘れよ、うん。後ね後。
で、openしたらファイルディスクリプタ(FD)を払い出す。大体、FDはプロセス毎に1からなので、プロセス毎にFDを払い出す事にする。

あー、MochiKernelのメッセージパッシングはメッセージ送信元タスクIDしか取れないので、プロセスIDを取れるようにしないとだ。。
(どこかでMochiKernelの概要を書かねばと思っているのだけど、ここでさらっとご紹介。MochiKernelではカーネル上の1つのコンテキストをタスクという名前で扱う。つまるところ、タスクはスレッドと同じ意味。プロセスは複数のスレッド（タスク）から構成されるのは普通と一緒。スレッドIDはプロセス内ローカル値だがタスクIDはグローバル値という違いがある）

mountされたファイルをopenした時、そのファイルをmountしたドライバはopenされたタイミングで何か初期化をしたいかもしれない。
なので、openメッセージを横流しする。横流しといってもメッセージはそのままでなくて、新しい識別子を切ることとしよう。
パラメータはopenしてきたPIDと払い出されたFDを組み合わせた値とパスとしとく。

以下、メッセージ仕様。

■ open要求メッセージ

offset	size	内容	値	意味
0x00	4	機能ID	0x0000_0001	open
0x04	4	タイプ(要求/応答)	0x0000_0000	要求
0x08	4	ローカルFD※	任意	-
0x08	1024	絶対パス(\0含む)	任意	-

■ open応答メッセージ

offset	size	内容	値	意味
0x00	4	機能ID	0x0000_0001	open
0x04	4	タイプ(要求/応答)	0x0000_0001	応答
0x08	4	処理結果	0x0000_0000 0x0000_0001	成功 失敗
0x0C	4	グローバルFD※	任意	-

■ vfsOpen要求メッセージ

offset	size	内容	値	意味
0x00	4	機能ID	0x0000_0002	vfsOpen
0x04	4	タイプ(要求/応答)	0x0000_0000	要求
0x08	4	PID	任意	-
0x0c	4	グローバルFD※	任意	-
0x10	1024	絶対パス(\0含む)	任意	-

■ vfsOpen応答メッセージ

offset	size	内容	値	意味
0x00	4	機能ID	0x0000_0002	vfsOpen
0x04	4	タイプ(要求/応答)	0x0000_0001	応答
0x08	4	処理結果	0x0000_0000 0x0000_0001	成功 失敗

※ 詳細は下記の「FD（ファイルディスクリプタ）の実装方法を考える」を参照

制御方法を考える

なんだかちょっとしたシーケンスが出来てしまったので、状態遷移表を用いた制御を行う。
その為に、MLib（自作の便利ライブラリ）に状態遷移管理機能を実装してそれを使うことにする。
詳細は割愛。ライブラリはここ（https://github.com/MasterMochi/MLib/commit/4135b1b0a1cd7d0617405e38e9b997b3bc3bf7fb）でコミットした。

状態遷移はこんな感じ。上のシーケンスから状態遷移記述に落としただけ。

	状態	初期状態	vfsOpen待ち
イベント	#	01	02
open要求	01	Task0101 →2	-
vfsOpen応答	02	-	Task0202 →1

タスク概要はこんな感じ。エラー処理やその時の遷移はここでは割愛。

タスク名	処理概要
Task0101	1. FD払い出し 2. mountタスクへvfsOpen要求を送信
Task0202	1. oepn要求元タスクへopen応答を送信

FD（ファイルディスクリプタ）の実装方法を考える

ファイルディスクリプタって、各プロセス毎に一意の値じゃない？単純に考えると、仮想ファイルサーバは「プロセス(PID)」毎にFDテーブルを持たなきゃならない。PIDをキーにFDテーブルを持たなきゃならないわけだ。
PIDをインデックスとしたテーブルにすれば簡単にできそうだけど、PID分を全部用意しとかなきゃならないってのはなかなかメモリ容量を使いそう。

なので、各プロセス用のFDテーブルと仮想ファイルサーバ用のFDテーブルを持つこととする。
仮想ファイルサーバはプロセス毎にFDを管理するんじゃなくて、単純に一個のFDテーブルを持つ様にする。そうすればFDの払い出しは、0から順に空いているFD使えばいいので難しい事を考える必要がなくなる。
各プロセスは自分用のFDテーブルを管理しておいて、その用途は仮想ファイルサーバのFDを変換するだけにしておく。そうすれば、0からの各プロセス毎に一意なFDを使用できる。
ローカルFDテーブルの操作は、仮想ファイルサーバが提供するライブラリでやってしまえば、こんな仕組みはユーザに隠蔽することができる。

便宜上、各プロセス毎のFDをローカルFD、仮想ファイルサーバのFDをグローバルFDなんて名前にしておく。

ユーザタスクがローカルFD=0のreadをしたければ、自身のFDテーブルを用いてローカルFDからグローバルFDに変換して、仮想ファイルサーバにグローバルFD=190のreadを出せばいい。

実装してみた

かなりやっつけだけど実装した。

ttyサーバ君を作って、シリアルポートドライバ君がMountする「/serial」を二回連続でOpenさせています。詳細な説明は割愛！