Elixir の GenServer でアクタープログラミングしてみよう

by kikuyuta

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Elixir の GenServer でアクタープログラミングしてみよう〜Pub/Sub使って広域分散環境でマイグレーションも出来るよ〜⾼知⼯科⼤学菊池豊関数型まつり 2026-07-12

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今日のお題⾼知⼯科⼤学菊池豊関数型まつり 2026-07-12 ● Elixir はどこがなにが嬉しいのか ● 並行プログラミングのしあわせ ● ライブプロセスマイグレーション 2

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Acknowledgement ● NICT ○ ● Government of Kochi Prefecture, Japan ○ ● Budget: The commissioned research (No.04001) by the National Institute of Information and Communications Technology, Japan. Budget: Research promotion projects for industry creation through industry-academia-government collaboration (2020) Softbank ○ 広域分散実行基盤の実現に寄与する通信技術に関する共同研究⾼知⼯科⼤学菊池豊関数型まつり 2026-07-12 3

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きくゆた… について @kikuyuta ⾼知⼯科⼤学菊池豊関数型まつり 2026-07-12 4

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Elixir はこんな風 defmodule Fib do def onacci(0), do: 0 def onacci(1), do: 1 def onacci(n) do onacci(n-2)+onacci(n-1) end end ⾼知⼯科⼤学菊池豊関数型まつり 2026-07-12 iex(1)> Fib.onacci(0) 0 iex(2)> Fib.onacci(1) 1 iex(3)> Fib.onacci(6) 8 5

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パイプ使った例 defmodule Fib do def onacci(0), do: 0 def onacci(1), do: 1 def onacci(n) do onacci(n-2)+onacci(n-1) end def seq(n) do 0..n |> Enum.map(&onacci/1) |> Enum.each(&IO.puts/1) end end ⾼知⼯科⼤学菊池豊関数型まつり 2026-07-12 iex(1)> Fib.seq(5) 0 1 1 2 3 5 :ok 6

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パイプでこんな風にも書ける defmodule Fib do def onacci(0), do: 0 def onacci(1), do: 1 def onacci(n) do onacci(n-2) |> Kernel.+(onacci(n-1)) end end ⾼知⼯科⼤学菊池豊関数型まつり 2026-07-12 h(g(f(x))) を x |> f |> g |> h と書ける 7

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関数型言語でモノを制御したくなる ● Elixir なら関数型由来の嬉しさに加えて… I/O抽象化との親和性 ○ Bit列パターンマッチ ○ 並行プログラミング ○ Let it Crash! 思想 ○ ⾼知⼯科⼤学菊池豊関数型まつり 2026-07-12 8

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関数型言語を産業で使おう⾼知⼯科⼤学菊池豊関数型まつり 2026-07-12 9

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I/O 抽象化との親和性 ● 全部 API プロセスでくるむ P1 アプリケーションソフトウェア P2 でも関数型で状態をどうあつかうの? ⾼知⼯科⼤学菊池豊関数型まつり 2026-07-12 P3 10

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Erlang/OTP (1986〜, 1998〜) Ericsson のATM交換機に採用された (Wikipedia:en) ● イミュータブルな変数 ● パターンマッチ ● アクターモデル ● ○ ○ 軽量プロセスとメッセージパッシングスーパバイザ、プロセスツリー、Let it Crash Prolog ライクな文法 ● BEAM VM ⇒ Elixir, Gleam ● ⾼知⼯科⼤学菊池豊関数型まつり 2026-07-12 11

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Elixir (2012〜) José Valim ● Erlang ベースでもっとプログラミングを楽しく… ● ○ 文法：Prolog 風 → Ruby 風新機能：パイプ演算子、マクロ、Protocol、mix、hex… ● プラットフォーム ● ○ ○ ○ Web開発用：Phoenix, Liveview IoT・組込み用：Nerves AI用：Nx, Axon, Bumblebee ⾼知⼯科⼤学菊池豊関数型まつり 2026-07-12 12

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Elixir ならではなのは何？ ● たいがいの機能は他の言語でも実現できそう ○ ● 実際に実装するかどうかは別として… では Elixir がぶっ飛んでるのは… ○ ○ ○ 並行プログラミング（これ自体は Erlang/OTP 由来）特に GenServer によるプロセスプログラミング ■ Erlang にもあるけど、Elixir のほうがいろいろと簡単スーパバイザツリーと Let it Crash ⾼知⼯科⼤学菊池豊関数型まつり 2026-07-12 13

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GenServer とは ● Elixir/Erlang でプロセスを使うための標準ライブラリ (behaviour) ● サーバ・クライアント型サービスを作成 ● スーパバイザツリーによる監視・再起動 ● 状態変数あり ● ● ● ● ● 初期化・動作開始クライアントとの同期通信動作クライアントとの非同期通信動作プロセスからのメッセージ終了 start or start_link stop handle_call GenServer handle_cast terminate Process state handle_info message other (or self) process ⾼知⼯科⼤学菊池豊関数型まつり 2026-07-12 init call cast

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GenServer で Stack を作る defmodule Stack do use GenServer def start_link(pname) do GenServer.start_link(__MODULE__, nil, name: pname) end def init(_arg) do {:ok, []} end def push(pname, ele) do GenServer.cast(pname, {:push, ele}) end def handle_cast({:push, ele}, state) do {:noreply, [ele, state]} end def pop(pname) do GenServer.call(pname, :pop) end def handle_call(:pop, _from, [ele|rest]) do {:reply, {:ok, ele}, rest} end end ⾼知⼯科⼤学菊池豊関数型まつり 2026-07-12

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Stack プロセスの動作 iex(1)> Stack.start_link(:afo) {:ok, #PID<0.147.0>} iex(2)> Stack.push(:afo, 0) :ok iex(3)> Stack.push(:afo, 1) :ok iex(4)> Stack.pop(:afo) {:ok, 1} iex(5)> Stack.start_link(:bar) {:ok, #PID<0.148.0>} iex(6)> Stack.push(:bar, "hello") :ok iex(7)> Stack.pop(:bar) {:ok, "hello"} iex(8)> Stack.pop(:afo) {:ok, [0, []]} ⾼知⼯科⼤学菊池豊関数型まつり 2026-07-12 push pop #PID<0.147.0> [1, 0] Iex (REPL) :afo #PID<0.148.0> pop push [“hello”] :bar

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異なる BEAM VM のプロセスでもお話できる #PID<0.1.0> ⾼知⼯科⼤学菊池豊関数型まつり 2026-07-12 #PID<0.2.0>

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どっかの BEAM VM に飛ばせる Store MEC ⾼知⼯科⼤学菊池豊関数型まつり 2026-07-12 18

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プロセスをマイグレーションする⾼知⼯科⼤学菊池豊関数型まつり 2026-07-12

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状況が静的に落ち着いているなら良いのだが… Store MEC ⾼知⼯科⼤学菊池豊関数型まつり 2026-07-12 MEC MEC 20

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クライアントはどっかに行っちゃうかも… MEC ⾼知⼯科⼤学菊池豊関数型まつり 2026-07-12 MEC 21

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そして昨今は人工衛星にサーバが乗るとも聞くし… ⾼知⼯科⼤学菊池豊関数型まつり 2026-07-12 22

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サーバもどっかに行っちゃうかも… ⾼知⼯科⼤学菊池豊関数型まつり 2026-07-12 23

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ならば動いてるプロセスもどっかに行かせたい … MEC ⾼知⼯科⼤学菊池豊関数型まつり 2026-07-12 MEC 24

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プロセスマイグレーションへの動機クライアント・サーバ間で最適なRTTを維持したい ● 長時間いごくないしは永続的に動くプロセスを中断したくない ● 設備のメンテナンスの影響を受けたくない ● より強力なサーバに移動して実行したい ● 電力供給状況の良いサーバに逃がしたい ● ○ 再生可能エネルギーでデータセンターの電源を賄ってる場合など⾼知⼯科⼤学菊池豊関数型まつり 2026-07-12 25

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マイグレーションの考え方計算エンティティA なるべく環境によらず通信可能になにか事前準備をしておくなにか事前準備をしておくなにか計算する動作が始まるなるべく面倒くさくなくなるべく簡単に、速く、少なく … お仕事を続ける … 計算動作を止める必要な情報を送り出す渡せるものを多く渡せないものを少なく⾼知⼯科⼤学菊池豊関数型まつり 2026-07-12 計算エンティティB 必要な情報を受け取るそれに従って計算する動作を始める … お仕事を続ける … 26

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何をマイグレートするか GenServer! ● 物理サーバそのもの ○ ● 仮想マシン/仮想OS ○ ● サーバ本体やホストOSは動かさない ERTS (Erlang Run Time System) ○ ● どうしてもやるとおっしゃるなら止めませんが… 仮想マシンやゲストOSは動かさない Elixir/Erlang プロセス（アクター） ○ ERTS は動かさない⾼知⼯科⼤学菊池豊関数型まつり 2026-07-12 27

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広域ネットワークを使う上での問題⾼知⼯科⼤学菊池豊関数型まつり 2026-07-12 28

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Erlang Cluster の制約 Node ● Node.connect で簡単にクラスタリングできるのではあるものの… ● 完全グラフを作るのでスケールするか疑わしい ● TCP/UDP/IP 通信が透過的でないとならない Node Node Node Node Node ⾼知⼯科⼤学菊池豊関数型まつり 2026-07-12 Node Node 29

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TCP/UDP/IP通信の透過性 ● 典型的には NAPT がある ○ ○ IPv4アドレスの消費を押さえるグローバル側からの侵入を止める ● CGN なんてのも導入されてる ● 携帯網内がグローバル環境でない ● TCP/UDP セッションをローカルからグローバル方向にしか張れない⾼知⼯科⼤学菊池豊関数型まつり 2026-07-12 Router Router NAPT Node Node Node Node.connect() Node.connect() true false 30

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IP通信の透過性を実現する手法常に使えるとは限らない ● 状況を維持し続けるのが大変 ● Router Router Router NAPT Node NAPT Node VPN Tunneling ⾼知⼯科⼤学菊池豊関数型まつり 2026-07-12 Router Node Node NAPT hole punching 31

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そうだ Zenoh にしよう⾼知⼯科⼤学菊池豊関数型まつり 2026-07-12 32

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Zenoh とは ● Pub/Sub モデル ○ ○ ○ ● ● Pub が発信したメッセージを Sub が受信事前に共通の key (topic) を決めておく Zenoh: Pub/Sub、Queryable、Storage 非中央集権型 ○ ○ ● https://zenoh.io/ 完全な分散型 MQTTのようなブローカが不要 key に構造を持たせられる ○ UNIX ディレクトリ風 Open Source (Linux Foundation) ○ https://github.com/eclipse-zenoh ⾼知⼯科⼤学菊池豊関数型まつり 2026-07-12 33

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Zenohex: Elixir 用の API ライブラリ https://hex.pm/packages/zenohex ● https://github.com/biyooon-ex/zenohex ● Elixir App Zenohex Rustler Zenoh TCP/UDP IP ⾼知⼯科⼤学菊池豊関数型まつり 2026-07-12 Go App Rust App Python App C App C++ App Zenoh TCP/UDP IP Zenoh TCP/UDP IP Zenoh TCP/UDP IP Zenoh TCP/UDP IP Zenoh TCP/UDP IP 34

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Zenoh で複雑さの軽減 Node Node Node Node Node Node Node Node Node Node Node Node Node ⾼知⼯科⼤学菊池豊関数型まつり 2026-07-12 Node Node Node 35

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Zenoh を用いたGenServerプロセスのマイグレーション Zenoh での通信手段を持っている use GenServer use GenServer GenServer でプロセスを起動 … プロセスがお仕事を続ける … プロセスを止めるモジュールと状態を送り出す⾼知⼯科⼤学菊池豊関数型まつり 2026-07-12 モジュールと状態を受け取るモジュールをロードする GenServer でもらった状態でプロセス起動 … プロセスがお仕事を続ける … 36

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GenServer プロセスのマイグレーション（その１） Zenoh で通信できるものと仮定 use GenServer use GenServer start/3 で GenServer 起動 :code.get_object_code/1 で module ゲット stop/3 で停止 terminate/3 の返り値 (reason, state) ⾼知⼯科⼤学菊池豊関数型まつり 2026-07-12 :code.load_binary/3 で module をロード start/3 で state を初期値として起動 37

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GenServer プロセスのマイグレーション（その２） Zenoh で通信できることを仮定 use GenServer use GenServer :code.get_object_code/1 to get module :code.load_binary/3 to load the module start/3 で GenServer プロセスを起動 start/3 で GenServer プロセスを起動 :sys.suspend/1 で直ちに停止しておく :sys.suspend/1 でサスペンドする :sys.get_state/2 で状態をゲット :sys.replace_state/2 で状態注入 :sys.resume/1 でプロセス再開⾼知⼯科⼤学菊池豊関数型まつり 2026-07-12 38

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GenServer マイグレーションのデモ Subscriber Elixir ubuntu ⾼知⼯科⼤学菊池豊関数型まつり 2026-07-12 Elixir Apps Publisher Elixir MacOS 39

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左側石狩右側バンクーバー⾼知⼯科⼤学菊池豊 IPSJ PRO 2026-06-05 42

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Subscribing the same key Subscriber Elixir ubuntu Subscriber Elixir ubuntu ⾼知⼯科⼤学菊池豊関数型まつり 2026-07-12 Subscriber Elixir ubuntu Elixir Apps Publisher Elixir MacOS 43

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左側石狩中央石狩右バンクーバー⾼知⼯科⼤学菊池豊 IPSJ PRO 2026-06-05 44

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⾼知⼯科⼤学菊池豊 IPSJ PRO 2026-06-05 45

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ご清聴ありがとうございました⾼知⼯科⼤学菊池豊関数型まつり 2026-07-12 46

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参考文献・コード ● Giocci についてより詳しくは… ○ ● ElixirConf Goatmire 2025 in Varberg, Sweden 小水力発電システムへの応用については… ○ ○ NervesConf EU 2025 in Varberg, Sweden CodeBeam America 2022 in Mountain View, US Giocci: https://github.com/biyooon-ex/giocci_platform ● Zenohex: https://github.com/biyooon-ex/zenohex ● ModBuzz: https://github.com/tombo-works/modbuzz ● ○ Yet another sophisticated MODBUS library on both TCP and RTU (RS485) ⾼知⼯科⼤学菊池豊関数型まつり 2026-07-12 47