RustでつくるRubyのFiber

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1. プログラミング言語Slack 定期ミートアップ 2021/05/30 RustでつくるRubyのFiber monochrome twitter: @s_isshiki1969

2. Agenda • RustでRubyの処理系を作ってます。 • 大きなアプリケーションやライブラリを動かせるよう頑張ってます。 • その過程で協調スレッド（コルーチン）を実装しました。

3. ruruby (https://github.com/sisshiki1969/ruruby) • Rust製のRuby実装 • 仮想マシンインタプリタ • 他の既存実装・仮想マシンへの依存なし • ガーベジコレクタを独自実装

   • 3万行ぐらい

4. 構成 virtual machine (VM) Rubyコード 抽象構文木 （AST） バイトコード parser codegen

   a = 1 + 2 PUSH_INT 1 PUSH_INT 2 ADD SET_LVAR ‘a’ Add 1 1 1 2 3 Assign 2 LVAR ’a’

5. Optcarrot • Rubyで書かれたNESエミュレータ • 「Ruby3をRuby2の３倍速くする」目標のための準公式ベンチマーク • 実際にゲームができるモードと、ベンチマーク専用のモードがある • ベンチマークモードでは外部ライブラリを使用しない •

   ≒6500 LOC repo: https://github.com/mame/optcarrot • 紹介スライド: https://www.slideshare.net/mametter/optcarrot-a-pureruby-nes-emulator

6. https://www.slideshare.net/mametter/optcarrot-a-pureruby-nes-emulator NESの仕組み 本来はパラレルに動くCPUとGPUの処理を簡潔に記述するためにコルーチンを使用

7. Fiber (coroutine in Ruby) f = Fiber.new { .. }

   f.resume(200) A B Fiber.yield ←100 f.resume(100) C f (child fiber) f = Fiber.new {|x| [ A ] Fiber.yield [ C ] } f.resume [ B ] f.resume [ D ] parent fiber D x ←200 〇２つの実行コンテキストが切り替わりながら処理が進む。 〇親は複数の子を生成できるが、親は１つのみ。

8. 仮想マシンにおけるFiberの実装 f = Fiber.new { .. } f.resume A B

   Fiber.yield f.resume C f (child fiber) parent fiber D • Fiberの生成 • resume（親Fiber→子Fiber） • yield（子Fiber→親Fiber）

9. OSスレッドによるFiberの実装 https://github.com/sisshiki1969/ruruby/bl ob/aa72942d46337574448dafb493ee27 bb4defb69d/src/value/fiber.rs#L124 欠点：重い、遅い

10. アセンブリによるFiber切り替えの実装 • Fiberの生成 ◦ Fiber用のマシンスタック領域を確保 • resume（親Fiber→子Fiber） ◦ レジスタを親スタックに保存 ◦

    子のスタックへ切替 ◦ レジスタを子スタックから復帰 ◦ ret • yield（子Fiber→親Fiber） ◦ レジスタを子スタックに保存 ◦ 親のスタックへ切替 ◦ レジスタを親スタックから復帰 ◦ ret Fiber情報へのポインタ ガード関数ポインタ VM起動関数ポインタ レジスタ保存領域 子Fiberスタック -8 -16 -24 -80 中継関数ポインタ -32 ←sp

11. nix / x86-64 darwin / aarch64