Устройство SPF

Детали реализации ядра

Последнее обновление: $Date: 2009/03/13 08:42:12 $

[Русский]

Содержание

• Распределение регистров
• Стеки
• Хранилище
• Динамическая память
• Словарная статья
• Перекомпиляция ядра
• Макрооптимизатор
• >VIRT

Распределение регистров

• EAX - вершина стека данных
• EBP - указатель на стек данных (т.е. [EBP] - второй элемент стека данных)
• ESP - указатель на стек возвратов
• EDI - указатель на данные потока (указывает на начало USER-области текущего потока)

Стеки

Стек возвратов совмещен с аппаратным стеком (ESP). Стек параметров адресуется регистром EBP, вершина стека хранится в EAX

Указатели стеков: SP@ RP@ SP! RP!

Дно стеков: S0 R0

Оба стека начиная от своего дна, растут вниз (в сторону уменьшения адресов).

( src/compiler/spf_translate.f )

Хранилище

Пространства кода и данных совмещены. Слова доступа к пространству данных стандартны: HERE ALLOT , C, (они же служат и для формирования кода, в силу совмещенности). Слово UNUSED вынесено в lib/include/core-ext.f

IMAGE-BASE - адрес начало базового хранилища.

IMAGE-SIZE - размер памяти, выделяемой под базовое хранилище при загрузке.

Временные словари ( TEMP-WORDLIST, FREE-WORDLIST ). Такой словарь ассоциирован с собственным хранилищем (память для которого распределяется динамически).

Когда такой словарь является текущим (CURRENT - т.е., словарем в который добавляются новые слова) HERE дает начало свободной области его хранилища.

Следует отметить, что содержимое обычных словарей, созданных во временном словаре, все-равно пойдет в базовое хранилище. Расширение ~pinka/spf/storage.f решает эту проблему.

Контекст (ORDER, CURRENT) у каждого потока свой (по умолчанию: ONLY FORTH DEFINITIONS). Поддерживается параллельная трансляция. Но, компиляция в одно хранилище должна осуществляться только одним потоком (во избежании).

Динамическая память

Windows: У каждого потока свой хип. ALLOCATE выделяет память из хипа потока, в контексте которого вызвано. При завершении потока его хип уничтожается (вся память выделенная из этого хипа -- освобождается).

Linux: Отдельных хипов нет. FIXME Надо ли синхронизировать ALLOCATE?

Хип процесса ядром форт-системы не используется. (хотя в принципе, его можно использовать, и некоторые расширения делают это).

Windows: При доступе к разделяемому хипу из разных потоков стоит вспомнить о необходимости синхронизации.

Кроме отдельной кучи каждый поток имеет свой собственный блок статических данных -- USER-область (размером EXTRA-MEM, по-умолчанию 8кб). Переменные и массивы резервируются там словами словами USER , USER-VALUE .

Словарная статья

Словарь является односвязным списком с полем имени (его адрес обозначаемый как NFA используется для идентификации конкретной словарной статьи в словаре), полем кода в котором хранится xt действия данного слова, полем флагов (содержит признаки, характеризующие это слово -- &IMMEDIATE и &VOC )

Т. н. "поля параметров" нет, так как "телом" определений в SPF являются последовательности машинных инструкций.

FIXME описание VOC-NAME! PAR! CLASS!

( src/compiler/spf_wordlist.f )

Перекомпиляция ядра

FIXME перенести в intro

В файле src/spf_compileoptions.f описаны параметры компиляции по умолчанию которые можно переопределить в src/compile.ini.

Windows: Компиляция ядра выполняется запуском bat-файла src/compile.bat. По умолчанию, сборку выполняет одна их младших версий SPF (jpf375c.exe в корневой папке), но SPF может и сам собирать себя. Пререквизиты для сборки :

• исходники (src и lib)
• целевой компилятор (например jpf375c.exe)

Linux: Для перекомпиляции ядра можно использовать src/compile или src/Makefile. Во время сборки компилируется и выполняется программа на Си (config.gen) которая генерирует src/posix/config.auto.f с определениями системно-зависимых констант. Целевой компилятор создаёт объектный файл, который потом линкуется с системными библиотеками (libdl, libc, libpthread). В src/compile.ini необходимо вписать :

TRUE TO TARGET-POSIX \ сборка для Linux
TRUE TO UNIX-ENVIRONMENT \ юниксовый EOLN

Пререквизиты для сборки :

• исходники (src и lib)
• целевой компилятор (spf4orig (ранее собранный бинарник) либо jpf375c.exe под wine)
• gcc (файлы include'ов, препроцессор, компилятор, линкер) FIXME точнее (имена пакетов)
• src/compile.ini

Макрооптимизатор

Оптимизация основанная на шаблонах машинного кода

Именно эти шаблоны и реакции на них составляют подавляющую часть 100 с лишним килобайт оптимизатора (файл src/macroopt.f ). Такая оптимизация на шаблонах в SPF4 заключается в том, что происходит подмена скомпилированного кода командой OPT-RULES. OPT-RULES содержит набор правил оптимизации, представленных в виде программы. Каждое правило состоит из 2-х частей: идентификации кода и процедуры подмены. Доступ к коду осуществляется посредством массива ссылок на последние операторы OP0. Использование OP0 позволяет отделить коды команд от их операндов.

Правило замены фрагмента кода:

 NEG     EAX            \ F7 D8
 ADD     EAX , 0 [EBP]  \ 03 45 00
 NEG     EAX            \ F7 D8

на:

 SUB     EAX , 0 [EBP]  \  2B 45 00

Представляет собой:

 OP2 @  @  4503D8F7 XOR           \  NEG EAX  ADD EAX, X [EBP]
 OP0 @  W@ D8F7     XOR    OR 0=  \ NEG EAX
 IF  M\ 20 DTST
      OP1 @ @ 452B OR OP2 @ ! \  SUB EAX, X [EBP]
      OP2 ToOP0
      -4 ALLOT
      FALSE M\ 21 DTST
      EXIT
 THEN

Подключение

Во время компиляции ядра макрооптимизатор подключается два раза :

• в инструментальную систему, используется в процессе сборки для оптимизации кода целевой (создаваемой) системы, подключается в src/tc_spf.F (USE-OPTIMIZER)
• в целевую систему, для того чтобы новая система во время исполнения генерировала оптимизированный код, подключается в src/spf.f (BUILD-OPTIMIZER)

Переменные из macroopt.f которые используются в ядре.

OPT? -- состояние оптимизатора: включён/выключен.

MM_SIZE -- максимальный размер слова (в байтах) который позволено "разворачивать" ("инлайнить") оптимизатору.

:-SET -- устанавливает границу для оптимизатора, все команды находящиеся по адресам младшим значения :-SET, оптимизатор не трогает.

LAST-HERE устанавливает адрес конца последней скомпилированной маш. инструкции. LAST-HERE приравнивается в ядре HERE только по окончании каждой транзакции компиляции.

OP0, OP1, ... OP8 -- адреса 9-и последних скомпилированных машинных команд (OP0 -- адрес начала самой последнего скомпилированной машинной инструкции, OP1 -- адрес начала предпоследней инструкции, и т.д.).

JP0, JP1, ... JP4 -- адреса пяти последних скомпилированных машинных команд -- ветвлений (как условных так и безусловных).

>VIRT

Пользовательское пространство начинается под Windows с 0x500000, а под Линукс - гораздо дальше, в запрещенных для вин-программы адресах. Из-за этого приходится пересчитывать адреса при кросс-компиляции на Windows объектного ELF файла для Linux. Если делать SPF/Linux под Линукс, то >VIRT не нужен.