前章までで，Xinu を起動するための最小構成となる要素を説明した．今回は， さまざまなデバイスを接続するための機構，さらに，OS の全ての層を初期化する 手続きについて説明する．

• デバイス管理

  さまざまな デバイス(device)(装置) を OS に接続したり， 自由に OS から切り離しをすることができなければならない．つまり， ある特定のデバイスに「依存」した OS は，よい設計とはいえない． 例え，「キーボード」(これもデバイスの一つ) がなくても，OS の機能を 果たさなければならない．そのためには，デバイスへの入出力を一般化する必要が ある．

  デバイスへの入出力は，UNIX 系のOS，Xinu などでは，「ファイルへの入出力」 として一般化される．より低レベルのハードウエアとしては， 「入出力インターフェース」を介して，入出力(通信) を行う． まず，入出力インターフェースをまとめておこう．

  • シリアル(serial)
  • パラレル(parallel)
  • バス直結

• シリアル通信とパラレル通信

  シリアル通信(serial communication)は，１本の信号線に，複数の 情報を，順番に受渡す通信を指す．パラレル通信(parallel communication) は，複数の信号線に，同時に複数の情報を流す通信をさす．各々長所と 短所がある．

  

  シリアル通信

  

  パラレル通信

  シリアル通信の長所を示す．

  • 信号線は，1本または，2本(双方向)でよい．
  • 信号線を長く確保することができる．
  • 仕組みが比較的簡単．

  短所は，以下の通りである．

  • 通信速度が遅い．

  パラレル通信は，シリアル通信とは，全く逆の性質を持つ．シリアル通信の 通信の速度が，パラレル通信と比較して，遅いとしても，技術の進歩により， シリアル通信としては，高速になる傾向があるので，多くの デバイスの通信で用いられている．また，キーボードなど，比較的 通信速度が遅くても機能を果たすデバイスは，古くよりシリアル通信を用いている．

• バス直結

  コンピュータの背骨にあたる信号線を，バス という．コンピュータの 処理と密接に関わり，高速の通信をしながら処理を進めるには，バスに直結した 通信が非常に有効である．しかし，バスは，コンピュータが処理している間， 常に，使われているのでパスに直結し，通信をするのは容易ではない． ノート型 PC が開発され，携帯品としてコンピュータが用いられるようになって， 動的に(コンピュータの電源をいれたまま)，バスと通信をする方法が開発された． それが，PCM/CIA カード である．または，ブリッジ(bridge) という． この仕組みを用いれば，コンピュータを停止させることなく， さまざまな，デバイスを，パスにつなぐことができる．PCM/CIA カードに， 入出力インターフェースを搭載することにより， このインターフェースを通した通信も可能となる．

  例えば，「マウス」は，NEC PC9801 など，初期の PC では，バス直結型の 通信が行われたが，マイクロソフトが，シリアル通信のマウスの規格を発表して 以来，シリアル通信によるマウス制御が当たり前となった．キーボードも， 最も初期のキーボードの線は非常に太く，パラレル通信であったが， 「長く信号線を伸ばしたい」という欲求から，シリアル通信が当たり前となった． フロッピディスク装置をはじめとして，ハードディスクなどは，CPU，メモリ 間で高速の通信をする必要があるので，最近では，PCM/CIA カードを使った パスへ直結する通信が，開発されている．

• Xinu のデバイス管理

  Xinu のデバイス管理は，以下のファイルから構成されている．

  • conf.c
  • ttyinit.c
  • ttyopen.c
  • ttyread.c
  • ttywrite.c
  • ttygetc.c
  • ttyputc.c
  • ttycntl.c
  • ttyiin.c
  • ttyoin.c
  • kbminit.c
  • kbmoutput.c
  • kbminput.c
  • kbmgetc.c
  • kbmcntl.c
  • ioerr.c
  • ionull.c
  • init.c

  例えば，キーボード(keyboard) を制御する関数は，以下の通りである．

  • kbminit - キーボードの初期化
  • kbmread - キーボードからのデータの読み取り(未処理)
  • kbmgetc - キーボードからのデータの読み取り(未処理)
  • kbmwrite - キーボードからのデータの書き込み
  • kbmputc - キーボードからのデータの書き込み
  • kbmcntl - キーボードの制御
  • kbmint - キーボードからの割り込み

  このように，各デバイスに対して，

  • init処理(初期化処理)
  • open処理
  • read, getc処理 - データの読み取り
  • write, putc処理 - データの書き込み
  • cntl処理 - デバイスの制御
  • iin処理 - 入力割り込み
  • oin処理 - 出力割り込み

  を記述することができる．各デバイスは，入力専用デバイス，出力専用デバイス， 双方向デバイスなど，さまざまなデバイスがあるので，上の関数群全てを 用意するとは限らない．その場合は，ionull 関数や，ioerr 関数を 設定する．

• 初期化処理

  これまでに，Xinu を実行するために必要な，最低限の階層を説明した． ここでは，各階層に初期化処理をするために，どのような処理が必要かを 紹介する．

  

  以下のファイルに記述されている．

  • initialize.c

  以下に，順に説明する．

  • メモリ管理テーブル(メモリ管理)

    2 章「メモリ管理」で説明したプログラムを初期化するプログラムは 以下のようになる．

    ---

    
    char	*maxaddr;	
    
    	/* max memory address (set by sizmem)	*/
    
    struct	mblock	memlist;
    
    	/* list of free memory blocks		*/
    
    

    ---

    
    	/* initialize free memory list */
    
    	/* PC version has to pre-allocate 640K-1024K "hole" */
    
    	if (maxaddr+1 > HOLESTART) {
    
    	    memlist.mnext = mptr = (struct mblock *) roundmb(KEND);
    
    	    mptr->mnext = (struct mblock *)HOLEEND;
    
    	    mptr->mlen = (int) truncew(((unsigned) HOLESTART - (unsigned)KEND));
    
    	    mptr->mlen -= 4;
    
    
    
    	    mptr = (struct mblock *) HOLEEND;
    
    	    mptr->mnext = 0;
    
    	    mptr->mlen = (int)truncew((unsigned)maxaddr - HOLEEND - NULLSTK);
    
    	} else {
    
    		/* initialize free memory list */
    
    	    memlist.mnext=mptr=(struct mblock *)roundmb(KEND);
    
    	    mptr->mnext = 0;
    
    	    mptr->mlen=(int)truncew((unsigned)maxaddr-(int)KEND - NULLSTK);
    
    	}
    
    

    ---

  • プロセステーブル(プロセス管理)

    3 章「プロセス管理」で説明したプログラムを初期化するプログラムは以下のように なる．

    ---

    
    /* Declarations of major kernel variables */
    
    struct	pentry	proctab[NPROC];
    
    	/* process table			*/
    
    int	nextproc;	
    
    	/* next process slot to use in create	*/
    
    

    ---

    
    	for (i=0 ; i<NPROC ; i++)  /* initialize process table */
    
    	    proctab[i].pstate = PRFREE;
    
    
    
            pptr = &proctab[NULLPROC];
    
                                    /* initialize null process entry */
    
            pptr->pstate = PRCURR;
    
            for (j=0; j<7; j++)
    
                    pptr->pname[j] = "prnull"[j];
    
    	pptr->plimit = (WORD)(maxaddr + 1) - NULLSTK;
    
    	pptr->pbase = (WORD) maxaddr - 3;
    
    	pptr->pesp = pptr->pbase-4;
    
                            /* for stkchk; rewritten before used */
    
            *( (int *)pptr->pbase ) = MAGIC;
    
    	pptr->paddr = (WORD) nulluser;
    
    	pptr->pargs = 0;
    
    	pptr->pprio = 0;
    
    	currpid = NULLPROC;
    
    

    ---

    「レディリスト」の初期化は以下のようになる．

    ---

    
    	rdytail = 1 + (rdyhead=newqueue());
    
    					/* initialize ready list */
    
    

    ---

  • 計数セマフォ(同期処理)

    4 章「同期処理」で説明したプログラムを初期化するプログラムは，以下のように なる．

    ---

            for (i=0 ; i<NSEM ; i++) {      /* initialize semaphores */
    
                    (sptr = &semaph[i])->sstate = SFREE;
    
                    sptr->sqtail = 1 + (sptr->sqhead = newqueue());
    
            }
    

    ---

  • クロックキュー(実時間管理)

    5 章「実時間管理」で説明したプログラムを初期化するプログラムは， clkinit 関数 である．

    ---

    
    #ifdef	RTCLOCK
    
    	clkinit();		/* initialize r.t.clock	*/
    
    #endif
    
    

    ---

  • バッファ(高レベルメモリ管理)

    6 章「高レベルメモリ管理」で説明したプログラムを初期化するプログラムは， initialize 関数では，記述されていない． 初期化するプログラムは，poolinit 関数であるが， 「メモリマーキング」を用いて，一度だけ呼び出されるように工夫されている． mkpool 関数を参照しよう．

    ---

    なし - mkpool 関数，poolinit 関数を参照．

    ---

  • ポート(プロセス間通信)

    7 章「プロセス間通信」で説明したプログラムを初期化するするプログラムは， initialize 関数では，記述されていない． 初期化するプログラムは，pinit 関数 であるが， 「メモリマーキング」を用いて，一度だけ呼び出されるように工夫されている． pinit 関数を参照しよう．

    ---

    なし - pcreate 関数，pinit 関数を参照．

    ---

  • デバイス(デバイス管理)

    本章で説明した「デバイス管理」を初期化するプログラムは，init_dev 関数 をデバイスの数の分だけ呼び出せばよい．

    ---

    
    #ifdef NDEVS
    
    	for (i=0 ; i<NDEVS ; i++ ) {	    
    
    	    init_dev(i);
    
    	}
    
    #endif
    
    

    ---

  • 最初に起動されるプロセス

    最初に起動されるプロセスは，以下のように記述する．この初期化プログラムは， "NULLPROC" となって，他の全てのプロセスが終了するのを待つ．

    ---

    
    	/* create a process to execute the user's main program */
    
    
    
    	userpid =
    
    	    create(main_xinu,INITSTK,INITPRIO,INITNAME,INITARGS);
    
    
    
    	resume(userpid);
    
    	while (TRUE)
    
    		/* empty */;
    
    

    ---

  • 起動メッセージ

    最後に，起動メッセージが出力される．以下のようになる．

    ---

            sprintf(vers, "Simplified Version of PC Xinu %s",VERSION);
    
            kprintf("\n\n%s\n", vers);
    
            if (reboot++ < 1)
    
                    kprintf("\n");
    
            else
    
                    kprintf("   (reboot %d)\n", reboot);
    
    
    
    
    
            kprintf("%d bytes real mem\n",(unsigned long) maxaddr+1);
    
    #ifdef DETAIL   
    
            kprintf("    0x%x", (unsigned long) 0);
    
            kprintf(" to 0x%x\n", (unsigned long) (maxaddr) );
    
    #endif  
    
            kprintf("%d bytes Xinu code\n",(unsigned long)((unsigned long)&end-
    
                            (unsigned long) start));
    
    #ifdef DETAIL   
    
            kprintf("    0x%x", (unsigned long) start);
    
            kprintf(" to 0x%x\n", (unsigned long) &end );
    
    #endif
    
    
    
    #ifdef DETAIL   
    
            kprintf("%d bytes user stack/heap space\n",
    
                    (unsigned long)((unsigned long)maxaddr-
    
                    (unsigned long) &end));
    
            kprintf("    0x%x", (unsigned long) &end);
    
            kprintf(" to 0x%x\n", (unsigned long) maxaddr);
    
    #endif  
    
            kprintf("clock %sabled\n", clkruns == 1?"en":"dis");
    

    ---